[发明专利]形成纹理化的聚合物膜的系统和方法

说明书

背景技术

总的来说，本发明涉及聚合物膜的形成。更具体地，本发明涉及使用辊组件来形成纹理化的聚合物膜。

聚合物膜是使用聚合物基质或熔体形成的。聚合物基质通常是指使用压延法形成纹理化的聚合物膜(textured polymeric films)方法中用作原材料的母体树脂。在典型的压延或压纹方法中，使用辊来处理聚合物基质如聚合物熔体或膜，从而形成纹理化的膜。例如，可将聚合物基质供应到由两个旋转辊形成的压制区域(nip region)。当聚合物基质通过辊之间时，通过辊提供的冷却作用和压力，得到在该辊组件间形成的具有所需厚度的膜。此外，如果该辊组件中的一个或两个具有纹理化表面，则所形成的膜也具有纹理化结构。

例如，在常规的压延方法中，聚合物基质在高于其玻璃化温度(Tg)的温度下进入压制区域，这样聚合物基质具有可延展性(malleable)和可塑性(impressionable)。对于半晶体聚合物而言，聚合物基质本应高于其熔化转化温度(Tm)。将辊维持在低于基质的玻璃化温度(或者根据需要为熔化转化温度)的温度之下。因此，当基质运行通过辊时，同时经受压力和冷却双重作用，从而将纹理压印在膜上并固定在膜上。压印在膜上的纹理很大程度上与所述膜的材料性能和位于压制区域中时所经历的温度和压力密切相关。

具体地，辊冷却温度以及膜或熔体温度通常决定了将纹理压印在所形成的膜上的精确度(fidelity)。例如，膜通过辊太快冷却可导致膜的纹理和辊表面的纹理之间精确度在如形状、尺寸、深度等方面很差。此外，膜通过辊太快地冷却可导致所形成的膜过早硬化，从而导致所形成的膜具有很高的内应力。另一方面，如果将辊的温度设定得比聚合物基质的Tg高，或者冷却膜的速度太慢，则所形成的膜将不会冷却到用于硬化该纹理所需要的温度，并且当压力降低而膜从压制区域中压出时，将发生弹性收缩。所形成的膜缺乏纹理精确度和具有很高的内应力都使得该膜不适于或不太适于所预期的应用。

因此，需要提供改进的机制(mechanism)来控制聚合物膜的瞬时温度梯度(transient temperature gradient)，以优化预热膜的流动，用于更好地控制纹理从辊道膜上的复制。

发明概述

根据本发明的代表性实施方案，公开了用于形成纹理化聚合物膜的设备。该设备包括第一辊和第二辊，配置成用来合作形成纹理化聚合物膜的形式。该设备还包括加热元件，配置成用来加热至少第一辊的有限部分的形式。

根据本发明的另一实施方案，公开了一种用于监视和控制用于形成纹理化聚合物膜的设备的各种操作参数的控制系统。该控制系统包括配置用来形成纹理化的聚合物膜的第一辊和第二辊。该控制系统还包括加热元件，配置用来加热至少该第一和第二辊中的一个的有限部分，以及适合测量测量第一辊或纹理化的聚合物膜或者形成该纹理化的聚合物膜的聚合物基质中至少一个的温度的感温装置。此外，该控制系统还包括配置用来冷却该第一辊和第二辊中的至少一个的冷却系统和配置用来驱动该第一和第二辊中的至少一个的辊驱动系统。最后，该控制系统包括配置用来根据感温装置的输出，控制加热元件、冷却系统或者辊驱动系统中的至少一个的控制器。

根据本发明的另一实施方案，公开了用于形成纹理化的聚合物膜的方法。该方法包括将聚合物基质提供给辊组件，其中该辊组件包括第一辊和第二辊，并且其中该聚合物基质通过运行穿过该辊组件，形成纹理化的聚合物膜。该方法还包括加热至少第一辊的有限部分。

根据本发明的实施方案，公开了用在压延方法中的辊。该辊在配置用来接触该聚合物基质的表面上，含有导热系数低于15瓦/米·开尔文的表面材料。

根据本发明的实施方案，公开了用在压延方法中的辊。该辊包括配置用来提供不同的热性能的一层或多个层。在具体实施方案中，表面层比该辊的内层具有更低的热扩散系数。

附图

参考附图，阅读下面更详细的说明书可以更好地理解本发明的这些或其它特征、方面以及优点，在整个附图中，相同的数字代表相同的部分，其中：

图1为根据本发明一种实施方案的示意图，说明在压制区域中，辊表面的最高温度对聚合物膜的复制的影响；

图2为根据本发明一种实施方案的示意图，说明表面导热系数对聚合物膜中辊表面的复制深度的影响；

图3为形成纹理化的聚合物膜的常规设备的图；

图4为根据本发明一种实施方案，通过图3中的方法形成的纹理化聚合物膜的辊的纹理表面实例的径向截面图；

图5为根据本发明的一种实施方案，通过图3中的方法形成的纹理化聚合物膜的辊的纹理表面另一实例的径向截面图；