CN101193738B - 横维热分配系统及使用通道挡件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开用于控制聚合物薄膜(20)的横维厚度分布的系统和方法。公开了向热分配区中的薄膜提供可选择的热分配的横维热分配系统(150a、150b、150c)。所述横维热分配系统包括位于所述热分配区附近的至少一个加热元件(160)。所述加热元件给薄膜提供热量，同时多个通道挡件(170)选择性地阻止至少一部分热量到达薄膜。

Description

横维热分配系统及使用通道挡件的方法

技术领域

本发明涉及控制挤出取向膜中的厚度变化。 

背景技术

挤出膜通常会沿薄膜的长度和宽度方向产生厚度变化。现有技术中控制厚度变化的方法包括：调节模具螺栓(US 4,409,160，Kogo等人)，在拉伸过程中调节固定加热器的加热功率(US 3,347,960，Fenley；JP 52,047,070，Tsutsui)，或者在薄膜横向(横维)上的不同位置特意形成厚区和薄区(GB 1,437,979，Hoechst Aktiengesellschaft；GB 1,437,980，Hoechst Aktiengesellschaft)，从而使得成品薄膜在外观上是均一的。 

发明内容

本发明公开利用横维(横向)热分配系统控制聚合物薄膜的横维厚度分布的系统和方法。 

根据本发明，提供了一种薄膜加工装置，包括：取向器，其用于使聚合物薄膜变形，所述取向器具有热分配区；横维热分配系统，其用于给所述取向器中的薄膜提供可选择的热分配，所述横维热分配系统包括位于所述热分配区附近的加热元件和多个通道挡件，每个通道挡件可移动地定位，从而使得至少一个通道挡件阻止所述加热元件所产生的热量的至少一部分到达薄膜；测厚仪，其用于测量薄膜的横维厚度分布，所述测厚仪位于所述横维热分配系统的下游；以及反馈机构，其响应于所测得的横维厚度分布选择热分配。 

优选地，在上述薄膜加工装置中，所述热分配区是变形区。 

优选地，在上述薄膜加工装置中，所述热分配区是拉伸区。 

优选地，在上述薄膜加工装置中，所述热分配区是预热区。 

优选地，在上述薄膜加工装置中，所述反馈机构包括映射算法。 

优选地，在上述薄膜加工装置中，所述通道挡件定位为距离薄膜在50mm以内。 

根据本发明，提供了一种利用上述薄膜加工装置控制聚合物薄膜的横维厚度分布的方法，包括：使聚合物薄膜在取向器中变形，所述取向器具有横维热分配系统；在所述横维热分配系统下游的位置测量薄膜的横维厚度分布；以及响应于所测得的横维厚度分布，通过选择性地将所述横维热分配系统中的至少一个通道挡件变位，来调节所述横维热分配系统。 

优选地，在上述方法中，调节步骤包括：将所测得的薄膜横维厚度分布映射到所述横维热分配系统的位置上。 

上述概要说明并非意图描述本发明所公开的每一个实施例或每一种实施方式。下面的附图和详细说明将更具体地描述示例性实施例。 

附图说明

通过下面结合附图进行的详细说明可以更全面地理解本发明，其中相同的附图标记表示相同元件。附图旨在进行举例说明而非进行限制。 

图1是双轴取向膜的薄膜生产线的示意图。 

图2a是在长度取向器(length orienter)中的可调分布横维热分配系统的一个实施例的示意图。 

图2b是在长度取向器中的可调分布横维热分配系统的另一个实施例的示意图。 

图2c是在长度取向器中的可调分布横维热分配系统的另一个实施例的示意图。 

图3是通道挡件组件的一个实施例的示意性俯视图。 

图4是可调分布横维热分配系统的另一个实施例的示意图。 

图5是一个实施例的示例性可变位枢转加热元件的示意图。 

图6是一个实施例的可变位枢转加热元件的组件的局部透视图。 

图7示出实例1中的特定通道挡件对光学厚度的影响。 

图8示出实例2中的一组通道挡件对光学厚度的影响。 

图9示出实例3中的光学厚度分布随着横维位置而变化的关系图。 

图10示出相对光学厚度与横维位置的关系曲线，该关系曲线与实例4的表4中的加热元件设置的构造对应。 

图11示出相对光学厚度与横维位置的关系曲线，该关系曲线与实例4的表5中的加热元件设置的构造对应。 

图12示出相对光学厚度与横维位置的关系曲线，该关系曲线与实例4的表6中的加热元件设置的构造对应。 

图13示出相对光学厚度与横维位置的关系曲线，该关系曲线与实例4的表7中的加热元件设置的构造对应。 

具体实施方式

本发明涉及控制取向膜中的厚度变化。制造薄膜通常会沿薄膜的长度和宽度方向产生厚度变化。本发明公开用于精确而有效地调节取向膜的横维(cross-web)厚度分布的新的系统和方法。 

所公开的系统和方法可以用于制造由任何聚合物构成的薄膜，薄膜的特性可以得益于薄膜制造过程中的拉伸操作。薄膜可以包括一 种或一种以上聚合物。具有一种以上构成聚合物的薄膜可以具有任何形态或结构形式，包括但不限于：易混合性共混物、其中一种聚合物为连续相而一种或更多种聚合物为分散相的不易混合性共混物、双连续共混物、互穿聚合物网络以及具有任意数量层的层式聚合物。这里公开的系统和方法特别适合于多层光学薄膜。这些系统和方法也特别适合于由聚酯构成的薄膜。 

利用所公开的系统或方法制造的多层光学薄膜包括但不限于：反射镜薄膜、诸如反射偏振器等偏振薄膜、显示膜、滤光器、补偿薄膜、抗反射薄膜、或提供例如遮蔽、着色或减少UV或IR的功能的窗用(能量控制或阳光控制)薄膜(用于建筑物、汽车、温室或其它应用场合)。 

利用本发明的系统或方法制造的薄膜不必是多层光学薄膜。其它高性能薄膜也可以得益于本文公开的横维厚度控制。高性能薄膜应用包括但不限于：用于音频、视频或数据的模拟或数字记录的基于磁性介质的薄膜，印刷胶片，复印胶片，投影胶片，摄影胶片，x射线薄膜，微型胶片，照片打印胶片，喷墨打印胶片，普通纸复印胶片，印版胶片，色彩校样胶片，数字打印胶片，碳带胶片，胶版印刷胶片，凹版印刷胶片，制图及重氮晒图胶片，全息胶片，粘接带基材，粘接剂基材，标签膜，剥离衬薄膜，掩模薄膜，层压薄膜，封装薄膜，热密封薄膜，封盖膜，可双重加热膜，阻挡膜，压印箔片，金属化薄膜，装饰膜，档案及保护胶片，用于电线和线缆、电动机、变压器和发电机的电绝缘膜，柔性印刷电路薄膜，电容器薄膜，诸如信用卡、预付卡、身份证和“智能卡”等的卡用薄膜，用于耐刮擦、防涂鸦或防碎裂的窗用膜或安全膜(保险膜)，薄膜开关用薄膜，触摸屏薄膜，医用传感器和诊断设备用薄膜，隔音薄膜，扬声器薄膜以及鼓膜。 

为了给成品薄膜赋予特定的光学和/或物理特性，可以通过薄膜模具挤出聚合物，模具的孔通常由一系列模具螺栓控制。挤出的薄膜可以随后例如通过以由期望的特性决定的拉伸比拉伸来进行取向。可以通过如图1所示的长度取向器100中的牵引辊进行纵向拉伸。长度取向器通常具有一个或多个纵向拉伸区。可以在如图1所示的拉幅机 烤箱200中进行横向拉伸。拉幅机烤箱通常包括至少一个预热区210和横向拉伸区220。拉幅机烤箱经常还包括如图1所示的热固化区230。系统可以设计为包括一个或多个所有这些区域或这些区域中的任一区域。如果需要的话，可以将薄膜双轴取向。可以顺序地或同时地进行双轴拉伸。还可以通过只进行纵向拉伸或者通过只进行横向拉伸来制造薄膜。对于单轴拉伸，通常采用大致为3∶1至10∶1的拉伸比。对于双轴拉伸，纵向拉伸比和横向拉伸比的乘积通常在4∶1至60∶1的范围内。本领域技术人员可以认识到，可以使用适合于给定薄膜的其它拉伸比。 

对于本发明，术语“横向拉伸区”表示拉幅机烤箱中的纯横向拉伸区或同时的双轴拉伸区。“拉幅机”表示任何可以抓住薄膜边缘同时沿纵向传送薄膜的装置。通常在拉幅机中拉伸薄膜。一般来说，拉幅机中的拉伸方向与纵向垂直(横向或交叉方向)，但是也可以设想例如与薄膜行进方向成非90度角度的其它拉伸方向。可选的是，除了在非纵向的第一方向上拉伸薄膜之外，拉幅机还能够在第二方向(纵向或接近纵向的方向)上拉伸薄膜。拉幅机中的第二方向上的拉伸可以与第一方向上的拉伸同时地进行，或者可以分开地进行，或者两者皆有。拉幅机中的拉伸可以以任何数量的步骤进行，每一步骤可以具有第一方向、第二方向或者两个方向上的拉伸分量。拉幅机还可以用于在薄膜中产生受控的横向松弛量，此时如果没有抓住薄膜边缘则薄膜将收缩。在该情况下，在松驰区发生松弛。 

工业上常用的拉幅机采用两组拉幅夹抓住薄膜的两个边缘。每组拉幅夹受链条驱动，拉幅夹设置在两条轨道上，轨道的位置可以以如下方式进行调节，即：两条轨道随着穿过拉幅机而彼此分叉。这种分叉导致横向拉伸。这种总体方案的变型是公知的，并且包括在本发明的范围内。 

一些拉幅机能够沿纵向、或者接近纵向的方向拉伸薄膜，同时沿横向拉伸薄膜。这些拉幅机通常称为同步双轴拉伸拉幅机。一种类型使用伸缩臂或剪式机构驱动拉幅夹。这使得每条轨道上的拉幅夹在沿轨道前进时能够与该轨道上最接近的拉幅夹分叉。当然，像传统拉 幅机那样，由于两条轨道彼此分叉，所以每条轨道上的拉幅夹与相对轨道上的配对拉幅夹分叉。另一种同步双轴拉伸拉幅机用螺距变化的螺纹代替链条。在这种方案中，通过螺纹运动将每组拉幅夹沿其轨道驱动，变化的螺距使得拉幅夹沿着轨道分叉。在另一种同步双轴拉伸拉幅机中，通过直线电动机分别电磁地驱动各拉幅夹，从而允许拉幅夹沿每条轨道分叉。同步双轴拉伸拉幅机还可以用于只沿纵向拉伸。在该情况下，在纵向拉伸区中发生纵向拉伸。在本发明中，横向拉伸、松弛和纵向拉伸是变形的实例，横向拉伸区、松弛区或纵向拉伸区是变形区的实例。用于在拉幅机中实现两个方向上的变形的其它方法也是可行的，并且包括在本发明的范围内。 

薄膜加工方法可以包括通过挤出机模具10挤出熔融聚合物。经常可以采用一系列模具螺栓调节模唇轮廓。对于多层膜，采用多个熔融流和多个挤出机。挤出物在旋转的浇铸轮12上冷却。此时的薄膜通常称为“浇铸薄片”。在取向过程中，根据成品薄膜所期望的特性，沿纵向、或横向或这两个方向拉伸薄膜或浇铸薄片。例如在美国专利No.6,830,713(Hebrink等人)中描述了薄膜加工的细节。为了简单起见，本说明书将使用术语“薄膜”来表示工序中任意阶段的薄膜，而不考虑“挤出物”、“浇铸薄片”或“成品薄膜”之间的差别。然而，本领域技术人员可以认识到，工序中不同点处的薄膜可以以上面所列的可选术语以及本领域公知的其它术语称呼。 

在整个薄膜制造过程中，多个元件可以引起薄膜厚度均一性产生变化。例如，均一性波动可能是由于多个横维条件中的变化，包括模唇轮廓、横维模具温度、横维浇铸轮温度、周围空气气流、非均匀的拉幅机温度和/或压力以及本领域技术人员所熟知的其它因素的变化。在高质量多层薄膜，尤其是多层光学薄膜中，薄膜均一性是重要的。对于越来越多的应用场合，希望这些薄膜在大面积上展示出高度的物理和光学均一性。本发明所公开的系统和方法可以提供有效的横维控制以获得这种薄膜均一性。 

用于在薄膜制造中控制薄膜的横维厚度的代表性方法包括在浇铸薄片形成过程中调节模具中的模具螺栓。这些调节包括通过物理地 转动模具螺栓改变模唇的物理间距，或者改变模具螺栓的温度。然而，模具螺栓调节对薄膜厚度的影响是粗糙而缓慢的。因为模唇的非柔性，所以改变模唇的物理间距将产生粗糙的调节。在多数情况下，调节单个模具螺栓的效果将在成品薄膜中的多达7个模具螺栓路线上改变薄膜厚度。因此，通过调节模具螺栓间距难以控制横维厚度的精确变化。因为模具螺栓加热器要花费非常长的时间来预热和冷却，所以改变模具螺栓温度将使得厚度调节缓慢地变化。另外，由于在薄膜生产线中从模具到卷绕器的路径较长，所以调节模具螺栓所产生的厚度变化的响应时间通常非常长，这使得厚度分布控制困难而缓慢。 

本发明所公开的用于控制挤出薄膜的横维厚度的系统和方法能够在制造薄膜时有效、精确地控制厚度分布。横维厚度控制可以通过在拉伸或变形过程中监视横维厚度分布并控制传递到薄膜的热量的热分配分布来实现。监视横维厚度分布可以包括测量物理或光学厚度分布、并将测量的分布映射到将要进行热分配控制的部位。下面将讨论各种根据监视的分布控制横维热分配的系统和方法。监视厚度并调节热分配的步骤可以形成反馈环，反复地使用该反馈环直到在薄膜中得到期望的最终厚度分布。本文所公开的系统和方法也可以与调节模具螺栓的方法相结合以提供对横维厚度分布的精确控制。 

在所公开的一些实施例中，使用控制双轴取向聚合物薄膜的横维厚度分布的特定技术。例如，在一些情况下，使用通道挡件调节热分配分布，在一些情况下，使用可变位可枢转加热元件调节热分配分布。这些技术可以在变形过程中(例如在纵向、横向、双轴拉伸过程中)或者受控松弛过程中单独地或者组合地使用。例如，可以在产生纵向拉伸的薄膜的长度取向器中使用通道挡件，或者在产生横向或双轴拉伸的薄膜的拉幅机中使用通道挡件。同样，可以在长度取向器或拉幅机使用可变位可枢转加热元件。控制双轴取向聚合物薄膜的横维厚度分布的方法可以与任何本发明公开的热分配系统以及本领域公知的其它热分配系统一起使用。 

所公开的横维热分配系统可以在薄膜受到拉伸时将热量传递给薄膜，同时对传递的热量提供可调位置控制和可调分布控制。如果需 要的话，这可以提供比公知系统精确得多的横维厚度分布控制。所公开的系统还可以提供与公知系统相比通常更短的响应时间。 

现在讨论控制双轴取向薄膜的横维厚度分布的新方法。该方法依靠控制长度取向器(LO)的拉伸区中或拉伸区附近的热分配，随后在拉幅机中使薄膜变形，在拉幅机中的变形区之后测量得到的横维厚度分布，并且根据测量的厚度分布调节LO中的热分配。在一个实施例中，变形区可以位于生产线的末端，在卷绕器的紧前面。在另一个实施例中，例如如图1所示，变形区可以位于其它区域之间。其它实施例可以具有附加元件，例如随后的第二长度取向器。 

从下面更详细的讨论中可以看出，这些系统和方法可以单独地或组合地用在实际上任何薄膜生产线中，以制造横向厚度均一性得到改善的薄膜。这些系统和方法还可以用于制造具有定制横维厚度分布的薄膜，例如在需要颜色变化并且特意赋予厚度变化的多层光学薄膜应用中的薄膜。 

下面将详细地讨论两个示例性实施例。第一实施例在长度取向器中利用通道挡件。第二实施例在拉幅机烤箱中利用可变位枢转加热器。 

在一些实施例中，横维热分配系统包括与多个通道挡件相结合的至少一个横向加热元件。在图2a至2c中示出这种系统的三个实例。在这些附图中，在长度取向器中拉伸薄膜。在图2a和2c中，牵引辊102、104和106以S形缠绕构造设置。在图2b中，牵引辊以正态或台面构造设置。图2a至2c中所示的实施例分别使用与一组通道挡件170相结合的加热组件150a至150c，为薄膜20的纵向拉伸区140或140b提供可选择的热分配。 

在图2a中，加热组件150a包括三个横向红外加热元件160。可调节分布横维热分配系统还包括位于加热组件150a与薄膜20之间并且沿薄膜纵向对齐的一组通道挡件170。尽管该具体实施例使用一组共三个加热元件160和多个通道挡件170，但是根据系统的设计考虑，可以使用任意数量的加热元件和任意数量的通道挡件。例如，图2b中示出具有单个加热元件(加热组件150b)的系统，而图2c中示出 具有五个加热元件(加热组件150c)的系统。另外的实例可以包括一组共10个加热元件和一组共50个通道挡件170。每个横向加热元件可以是横跨受控制的整个薄膜区域宽度的单个加热器，或者是布置为向受控制的薄膜区域提供期望热量的多个小加热器，包括点热源。点热源和细长热源的组合也是可以想到的。 

为了能够精确控制薄膜的横维厚度分布，图2a的横维热分配系统经由加热组件150a向薄膜的拉伸区传递热量，同时通过改变每个通道挡件170的位置来提供对所传递热量的可调分布控制。在图2a至2c的每一幅图中，通道挡件170优选地在期望的横维位置遮挡期望的热量部分。在加热元件为薄膜提供热量时，可以使一个通道挡件或一组通道挡件定位成有效地遮挡薄膜，从而减少在所选的(一个或多个)特定位置传递给薄膜的热量。每个特定通道挡件的位置在与要精确控制的薄膜区域对应的位置遮挡薄膜。可以通过通道挡件接近薄膜的程度以及通道挡件的尺寸调节分辨率。在图2a中，通道挡件170大致水平并且与加热组件150a的加热元件160平行。图2a中的薄膜是S形缠绕构造。因此，通道挡件170相对于S形缠绕构造薄膜的平面倾斜。在图2b中，通道挡件170也大致水平，但是薄膜为桌面构造，因此通道挡件与薄膜平面平行。在图2c中，通道挡件倾斜成与S形缠绕构造薄膜的平面平行。 

可以根据需要确定每个通道挡件的宽度，并且挡件与薄膜之间的距离也可以定制。例如，通道挡件可以是10mm宽，并且相距薄膜在50mm以内。于是，作为控制元件的通道挡件的组件可以精确地划分，并且可以根据需要定制横维厚度控制比例，从而提供优良的厚度控制。另外，由于控制位置是在薄膜加速至生产线速度的长度取向工作台中，因此从通道挡件到卷绕器的滞后时间比从模具到卷绕器的滞后时间短得多。于是，控制的响应时间更短，从而使得可以更快地获得最终厚度均一性。此外，长度取向工作台通常处于敞开的空间内并且容易达到，从而使得更容易安装和实施系统。通道挡件的实施例还可以在拉幅机烤箱中使用。在这种系统中，卷绕器与拉幅机烤箱之间的距离可以更短，并且响应时间可以更短。可以设计为可从拉幅机烤 箱的外部控制对带有通道挡件的加热组件的操纵。 

图2a至2c的系统和方法允许快速地改变传递到特定区域的热量。如下所述，可以使用可选的横维热分配系统，其中通过改变提供给加热器阵列的电力来改变横维热分配分布。可选的系统可能具有一些优点，例如没有移动部件，但是根据所用加热器的类型也可能存在缺陷，例如空间分辨率更低并且响应时间更长。例如，一些工业级IR加热器可能花费长达5分钟来预热并且花费长达15分钟冷却。相比之下，使用可移动通道挡件的系统可以设计为具有相对更短的响应时间和更高的空间分辨率。与传统IR加热器的响应时间相比，移动一个通道挡件或一组通道挡件以遮挡薄膜从而减小传递到薄膜的热量的响应时间要短得多。使用通道挡件的系统的响应时间只受到通道挡件的移动速度以及薄膜做出响应所花费时间的限制。这将依赖于通道挡件组件及其控制机构的具体机械设计。本领域技术人员可以认识到适合于通道挡件组件的机械控制的各种可行设计。 

图3示出通道挡件组件300的一个示例性设计的俯视图。组件300具有彼此邻近设置的34个通道挡件，该通道挡件组件横跨待控制的整个薄膜宽度。例如，在薄膜的外边缘切除并且废弃或回收，从而留下可用薄膜中部的情况下，薄膜的物理尺寸可以根据需要超出待控制的薄膜宽度。包括诸如图3所示的通道挡件组件的横维热分配系统可以用于长度取向器中、拉幅机中或两者中。 

可以用反馈机构反复测量物理或光学厚度分布，可选地将测量的厚度分布映射到拉伸区，并且根据测量或映射的分布调节横维热分配系统。反馈机构是公知的，这里不进行详细描述。简而言之，反馈机构可以是由操作者手动控制的形式，可以是计算机控制的，或者可以是计算机控制与手动控制相结合。例如，一种这样的反馈机构可以是带有手动超驰控制的计算机控制系统。优选的是，反馈机构使用计算机控制的映射算法，该映射算法使用本文所述的任何映射方法。另外还可以使用手动映射算法。 

在一些实施例中，横维热分配系统包括一组在取向器中沿横向布置的可变位加热元件。在下面讨论的示例性实施例中，这种横维热 分配系统在拉幅机中使用。拉幅机的变形区可以是纯横向拉伸区、松弛区、纵向拉伸区或双轴拉伸区。这种包括可变位加热元件的横维热分配系统也可以在长度取向器中使用。 

图4示意性示出该实施例的一种实施方式。在图4中，薄膜在拉幅机烤箱200(参见图1)中沿横向拉伸。在该具体实施方式中，可变位加热元件还是可枢转的。横维热分配系统250包括安装在一对安装通道253上的五个可变位加热棒260a-e。其它实施方式也是可行的，包括但不限于：直线地或者以针对期望的特定响应而优化的任何其它形状布置的更小热源的阵列。 

在图4的实施例中，尽管加热器位于取向器的拉伸区中，但是它们的位置不限于拉伸区。取向器可以具有可以使用横维热分配系统的附加的区域或其它变形区。附加区域包括但不限于预热区、退火区和热固化区。当用于长度取向器中时，拉伸区是纵向拉伸区。当用于拉幅机中时，变形区可以是横向拉伸区、松弛区、纵向拉伸区或双轴拉伸区。横维热分配系统可以位于这些区域中的任何区域中或附近。尽管本文所公开的实施例多数是指拉伸区，但是可以认识到，横维热分配系统也可以位于其它区域中或附近。在本发明中，在任何实施例中横维热分配系统所处的位置都将称为热分配区。 

在图4的热分配系统250中，加热元件可以以两种方式变位。首先，加热元件能够沿安装通道横向移动到薄膜宽度上的任何位置。其次，加热元件还可以枢转。枢转加热器的优点将在下面讨论。还可以设计出其它实施方式和实施例。例如，加热元件可以是可变位的，从而使得它们可以在与薄膜平面垂直的平面内朝向或远离薄膜移动。 

为了在薄膜沿薄膜生产线移动时映射薄膜任何部分上的横向位置，在图4中分别为每条路线40a-e显示了假想的中心线22a-e。薄膜路线40a-e的边界用双点划线限定。在图4中，每个中心线22a-e还表示在拉伸薄膜时每条对应的薄膜路线的前进方向。在横向拉伸过程中，每对双点划线之间的距离与横向拉伸量成比例地增大。换句话说，在横向拉伸薄膜时每条薄膜路线的宽度增大。理想情况下，例如，如果以3∶1的拉伸比拉伸薄膜，则在拉伸区220紧前面和拉伸区220 紧后面的位置进行测量，每条薄膜路线的宽度将增大三倍。然而，实际上，多个因素可以导致薄膜路线宽度不相等。这些因素可以包括例如：拉伸前的横维均一性变化、拉幅机中的横维温度分布的变化、挤出混合物的均匀性变化以及有限宽度的薄膜中的边缘效应。 

横维热分配系统的加热棒260a-e安装为使得加热棒可以相互地独立地定位。可选的是，除了横向移动之外，每个加热棒还可以安装为可以枢转。可枢转加热器具有两个优点。首先，枢转加热棒可以与其下方的某一薄膜路线的前进方向对齐。其次，枢转加热棒可以相对于薄膜路线的前进方向成一定角度，以便于从任何单个的加热棒提供更宽的热分配分布。这种对热分配分布的加宽效果将在下面的实例中进行详细地讨论。可变位枢转加热元件对传递到薄膜的热量提供更强的控制，从而提供比公知系统更精确的可调热分配分布。 

在图4中，每个加热元件260a-e采用枢轴安装在横跨拉幅机的两个平行通道253上。以这种方式，可以从拉幅机烤箱外部精确地调节每个加热器的横维位置。可以通过本领域公知的多种方式控制每个加热棒260a-e的位置和方位。在图5至图6的实施例中，利用每个加热棒的一对Acme牌螺杆262控制位置和方位。也可以使用用于位置和枢轴控制的其它方法，例如将一对线缆连接到每个加热棒。 

图5示出热分配系统250的单个可变位加热元件的放大图。加热元件260可以置于沿着两个安装通道253L和253R的任何位置。可选的是，如虚线所示，还可以旋转加热元件260使其与直线26对齐，从而使得加热元件相对于纵向25形成角度θ。在一个实施例中，通过设置一个固定螺栓266和一个在加热元件260旋转时能够沿滑动通道270移动的螺栓268来实现这种旋转。固定螺栓266用作加热元件的枢轴点，并且在该实施例中，该固定螺栓位于加热元件260的中心。当不需要枢转时，可以不使用滑动通道270，并且两个螺栓都可以是固定的。还可以设计出其它构造。 

图6示出图4的热分配系统250的局部透视图。图6示出安装在通道253L和253R上的两个加热元件260a和260b。加热元件260a的位置由一对螺杆262a控制。同样，加热元件260b的位置由一对螺 杆262b控制。加热元件260b的可选旋转通过如下方式实现，即：将固定侧(253R)的螺母264b置于沿通道253R上的螺杆262b的一个位置，而将对应螺母264b置于沿安装在通道253L上的对应螺杆的不同位置。从图5中也可以看到这一点。采用与每对螺杆相连的一对螺旋(未示出)可以从拉幅机烤箱外部精确地调节每个加热器260的横维位置。另外，通过由螺纹副控制的枢轴点266b和268的相对位置，可以从拉幅机烤箱外部精确地调节加热器的方位角度。 

安装为可以沿横向移动并且可选地相对于纵向枢转的单个加热棒可以在拉伸薄膜或使薄膜变形时对薄膜提供可调的热分布控制。当结合使用时，例如加热器260a-e的加热器组件可以共同在薄膜的任何选择部分上或者薄膜的整个宽度上提供可调的热分布。 

与通道挡件实施例中一样，该实施例也具有响应时间短并且能够精确、有效控制热分配的优点。当控制位置是在薄膜加速至生产线速度的长度取向工作台中时，从横维热分配系统到卷绕器的滞后时间比从模具到卷绕器的滞后时间短得多。于是，控制的响应时间短，导致周期短，从而使得可以更快地获得期望的最终厚度均一性。此外，长度取向工作台通常处于敞开的空间内并且容易达到，从而使得能够方便地安装横维热分配系统。当控制位置是在拉幅机中时，周期和响应时间可以更短。 

通常来说，可以在横维热分配系统所在位置下游的任何位置测量薄膜的厚度分布。例如，对于在长度取向器中使用所公开的任一横维热分配系统的系统，可以在长度取向器的下游测量横维厚度分布。对于在拉幅机烤箱中使用横维热分配系统的系统，可以在拉幅机烤箱的下游测量横维厚度分布。作为选择，如果变形区就是横维热分配系统所在的区域，还可以在拉幅机烤箱中在变形区紧后面测量横维厚度分布。对于在长度取向器中使用横维热分配系统并且使用拉幅机进行后续横向拉伸的系统，可以在长度取向器的下游和拉幅机烤箱的上游之间测量横维厚度分布。然而，申请人已经发现，控制长度取向器中的横维热分配，然后在拉幅机中变形，接着在变形区下游测量薄膜的横维厚度分布，这样可以提供意想不到的效果。下面的实例2描述了 一种这样的系统和方法。 

对于光学薄膜，可以利用光学厚度测量仪通过光学透射或反射光谱检测和监视总体薄膜光学厚度。例如，可以设置在线式分光光度计以便于在薄膜离开生产线时测量薄膜的光谱透射率，从而提供测量横维厚度分布均一性所需的信息，并且为过程控制提供反馈。一种这样的分光光度计的例子是由Hitachi Ltd制造的U-4000型分光光度计。在一些情况下，透射光谱减少至某一水平以下时的波长可以用作薄膜光学厚度的测量值。在其它情况下，可以使用某一波长下的透射率作为薄膜光学厚度的测量值。其它方法也是可行的，包括可以利用上述直接式方法校准的间接式方法。 

测厚仪可以测量薄膜的物理厚度、薄膜的光学厚度或上述薄膜的其它厚度相关特性。在本发明中横维厚度是指光学厚度、物理厚度、两者的组合或者具体产品设计所需的任何其它厚度相关特性。光学薄膜或高性能薄膜领域的技术人员能够为具体产品设计合适的厚度。例如，可以利用在线式横移β测厚扫描装置测量薄膜的物理厚度，例如可以从Honeywell International，Inc.，Morristown，New Jersey，USA商购的Measurex ^TM扫描仪。其它测厚仪包括但不限于：β透射仪、X射线透射仪、γ射线反向散射仪、接触式测厚传感器以及激光测厚传感器。这种仪器可以从例如NDC Infrared Engineering，Irwindale，California，USA商购。 

测量的薄膜厚度分布可选地映射到横维热分配系统所在的相应薄膜位置。对于一些实施例，在横向拉伸区之后测得的薄膜厚度分布可以映射到长度取向器的纵向拉伸区中的薄膜上。对于一些实施例，在热分配系统下游测量的薄膜厚度分布并将该分布映射到热分配区。可以以多种方式进行映射。简单的映射方法包括：例如通过图3和图4中的双点划线将薄膜宽度划分为如图所示的一组假想的薄膜路线。在图3中，将薄膜划分为34条薄膜路线，每条路线对应于一个通道挡件。在该具体实施例中，通道挡件301和334比其它通道挡件302-333更宽。这样，对应的路线1和34比路线2-33更宽。在图4中，由双点划线示出五条薄膜路线40a-e。五条路线40a-e中每条路 线的中线分别由中心线22a-e示出。 

在横维热分配系统所在的热分配区下游测量横维厚度分布。在测量位置处的薄膜宽度可能与进行控制的热分配系统所在的位置处的薄膜宽度不相同。于是，使用映射算法将一个位置映射到另一位置。映射算法实质上将一个位置处薄膜的每个横维位置转换为另一位置处薄膜的对应横维位置。映射算法可以考虑可能影响两个位置处的薄膜宽度差异的任意或全部因素，这些因素包括但不限于：拉伸、收缩、弯曲、一个位置处薄膜的边缘是否已经切除、拉伸前横维均一性的变化、拉幅机中的横维温度分布的变化、或挤出混合物的均匀性的变化。 

其它映射方法可以包括在拉伸前采用指示器物理上标记薄膜并且在拉伸后测量指示器的位置。例如，第一种方法可以包括：与薄膜的各边缘相距50mm绘制两条直线，然后在拉伸后测量这些直线的位置，并且将两条直线之间的薄膜宽度划分为多条等宽的路线。该方法假定每条路线以相同量拉伸或变形。第二种方法可以包括：在薄膜上绘制50条指示线，然后拉伸薄膜并在拉伸后测量每条指示线的位置。第三种方法可以包括：选择性地移动一个或多个通道挡件或可变位加热器，并测量对拉伸后的薄膜的影响。该方法称为主动映射或冲击映射。第四种方法可以使用质量守恒定律，其中在拉伸前后测量薄膜的横维厚度分布。由于在拉伸过程中质量守恒，所以薄膜的体积也保持相同，并且根据两个测量的厚度分布可以计算出给定数量的薄膜路线的宽度。可以使用这些映射方法中的任何方法来设计合适的映射算法。 

例如，在图4中，在利用位于纵向位置60的横维热分配系统250的系统中横向拉伸薄膜。在一些实施例中，在薄膜比纵向位置60更宽的纵向位置70处测量横维厚度分布。为了控制位置60处的热分配，将位置70处测得的分布映射到热分配系统60所在的位置。然后可以调节热分配系统以消除薄膜分布中的任何厚点或薄点或不规则性。在另一实例中，这种系统还可以装备有位于位置50处的第二横维热分配系统。在该情况下，还可以将位置70处测得的横维厚度分布映射到第二热分配系统所在的位置50。 

可用的横维热分配系统可以是上面公开的任何系统，例如使用可变位加热元件、带通道挡件的加热元件或两者组合的系统。也可以使用能够根据可定制横维分布而给薄膜传递热量的任何其它公知的或者以后开发的横维热分配系统。横维热分配系统可以在长度取向器或拉幅机中使用。当在拉幅机中使用时，将可选择的热分配提供给薄膜的变形区。当在长度取向器中使用时，将可选择的热分配提供给薄膜的纵向拉伸区。 

如下面实例1所述，如果测得的薄膜分布具有映射到路线08的厚点或高点，那么可以调节相应通道挡件308使得更多热量传递到路线08。这允许在该路线中更高程度地拉伸薄膜，从而减少或消除成品薄膜中的厚点。类似地，如图3所示，如果测得的薄膜分布表示在与路线22对应的位置处薄膜上出现薄点，那么可以移动通道挡件322以阻止热量到达该位置处的薄膜。在一个实施例中，通过使用随轴180一起旋转的螺杆移动通道挡件来调节阻止或非阻止的程度。显然，可以非常精确地进行这种调节，从而很好地控制热分配。 

类似地，如图3和图4所示，在长度取向器或拉幅机中还可以利用可变位加热元件调节厚点。如果可变位加热元件还可以枢转，则可以更精确地进行调节。与通道挡件实施例中一样，可变位加热器可以用于将薄膜的横维厚度有效地控制为期望的最终分布。 

在一些实施例中，长度取向的薄膜可以接着在拉幅机中变形。在该情况下，在长度取向工作台中调节横维热分配可以有效地校正拉幅机下游的成品薄膜中的横维厚度分布，这是不符合常理的。下面的实例2令人惊奇地表明，通过在纵向拉伸中选择传递到薄膜的热量的阻止部分可以精确地调节横维厚度，从而提供更均匀的双轴拉伸薄膜。尽管实例2使用通道挡件热分配系统，但是该方法也可以使用其它横维热分配系统，例如本文中公开的可变位加热元件或本领域公知的其它横维热分配系统。该方法以独特的方式在纵向拉伸中控制长度取向器中的热分配，以使随后在拉幅机中变形的薄膜获得均一的横维厚度，从而可以提供意想不到的良好效果。 

实例 

实例1 

在图7所示的实例中，通过挤出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚萘二甲酸乙二醇酯共聚物(co-PEN)的交替层制造IR反射性多层光学薄膜。将该薄膜首先以3.3∶1的拉伸比进行长度取向，然后在拉幅机中以3.3∶1的拉伸比进行宽度取向。利用光学测厚仪在拉幅机之后测量薄膜的光学厚度。曲线7A示出薄膜的初始映射光学厚度分布。为了控制厚度分布，在长度取向器中使用具有三个IR加热棒和一组共34个通道挡件的加热组件。所使用的IR加热棒是由Research，Inc.，Minneapolis，Minnesota，USA制造的5305型系列Parabolic Strip Heater。通道挡件303-331显示在曲线图中的底部。通道宽度是12.7mm。为了降低曲线7A中在对应于通道308的位置处所示的表示厚点的峰部，将通道挡件308从35.6mm的起始位置向下移动25.4mm以到达10.2mm的最终位置。向下移动该通道挡件使得在该横维位置处更多热量能够到达薄膜。传递到该位置的更多热量通过使薄膜的该部分能够更高程度地拉伸，从而降低峰部。在与通道挡件308对应的位置处，所得到的映射厚度分布如曲线7B所示。曲线7C示出从曲线7A的初始厚度分布到曲线7B的最终厚度分布的变化百分比。在与通道挡件308对应的位置处，曲线7C示出将通道挡件308移动-25.4mm可以使厚度分布改变大约-3％。类似地，在与通道挡件322对应的位置处，通道阻挡效果如曲线7A-C所示。如图7A所示，初始厚度分布具有表示该处存在薄点的凹陷。通过将通道挡件322向上移动25.4mm以到达61mm的最终位置，阻止更多热量到达薄膜的该部分，从而使得薄膜的拉伸程度低于邻近部分。如曲线7B所示，这导致该位置的厚度分布增大。如曲线7C所示，该位置的厚度改变大约3％(变化百分比)。 

实例2 

在图8所示的实例中，通过挤出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚萘二甲酸乙二醇酯共聚物(co-PEN)的交替层制造IR反射性多 层光学薄膜。将该薄膜以3.3∶1的拉伸比进行长度取向。然后将该薄膜在拉幅机中以3.3∶1的拉伸比进行横向拉伸。利用光学测厚仪在拉幅机之后测量薄膜的光学厚度。曲线8A示出映射到长度取向工作台上的薄膜初始横维光学厚度分布。为了控制厚度分布，在长度取向器中使用具有三个IR加热棒和一组共34个通道挡件的加热组件。所使用的IR加热器是由Research，Inc.，Minneapolis，Minnesota，USA制造的5305型系列Parabolic Strip Heater。通道挡件303-331显示在曲线图中的底部。通道宽度是12.7mm。 

如图8底部的每个通道挡件的最终设置所示，通过移动几个通道挡件来调节曲线8A所示的薄膜分布。表1列出通道挡件303-331的初始和最终设置。曲线8B示出得到的光学厚度分布。曲线8C示出最终和初始厚度分布之间的变化百分比。曲线8B表明，利用具有一组IR加热器和一组通道挡件的横维热分配系统可以将曲线8A所示的初始薄膜厚度分布调节得更加均一。 

表1 

通道号	初始通道挡件设置   (mm)	最终通道挡件设置 (mm)
			303	36	36
304	36	36
			305	36	36
306	36	66
			307	36	36
308	36	36
			309	36	36
310	36	38
			311	36	39
312	36	39
			313	36	38
314	36	38
			315	36	37
316	36	41
			317	36	41
318	36	51
			319	36	33
320	36	36
			321	36	36
322	36	36
			323	36	36
324	36	36
			325	36	36
326	36	48
			227	36	14
328	36	0
			329	36	36
330	36	36
			331	36	36

[0074] 实例3 

在图9所示的实例中，通过挤出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共聚物的交替层制造多层光学薄膜。将该薄膜以3.35∶1的拉伸比进行长度取向。然后将该薄膜在拉幅机中以3.3∶1的拉伸比进行横向取向。在拉幅机的横向拉伸区中，拉幅机配备有一组可变位枢转加热元件。每个加热元件为325mm长、10mm宽，带有80mm宽的抛物线反射器。所使用的加热元件是从Watlow Electric，St.Louis，Missouri，USA获得的Raymax Model 1525。在该实例中，加热元件的中心用作枢轴点和定位部位。利用光学测厚仪在拉幅机之后测量薄膜的光学厚度。曲线9A、9B和9C示出光学厚度随着不同构造的横维热分配系统的横维位置而变化，从而表明可变位枢转IR加热器对成品薄膜的影响。表2和3中列出加热元件的功率和方位角度。 

表2  加热器962的设置 

曲线	9A	9B	9C
				功率(％)	15	15	15
角度(°)	0	0	0

表3  加热器964的设置 

曲线	9A	9B	9C
				功率(％)	20	20	20
角度(°)	0	12.5	25

当单个加热元件保持在恒定功率和相同的方位角度时，对于三条曲线9A、9B和9C中的每一条，横维光学厚度分布的变化保持相同。从曲线9A、9B和9C中位于与第一加热元件962对应的460mm横维位置处的凹陷部可以观察到该效果。当单个加热元件保持在恒定功率但是方位角度变化时，观察到加宽效应。曲线9A、9B和9C中的凹陷部表明了因为单个加热棒而产生的加宽效应。在该实例中，位于950mm处的第二加热器964从曲线9A中的0度旋转至曲线9B中 的12.5度以及曲线9C中的25度。 

实例4 

在图10至13所示的实例中，通过挤出PET和PMMA共聚物的交替层制造多层光学薄膜。将该薄膜以3.35∶1的拉伸比进行长度取向。然后将该薄膜在拉幅机中以3.3∶1的拉伸比进行横向取向。在横向拉伸区中，拉幅机配备有一组共四个可变位枢转加热元件。每个加热元件为325mm长、10mm宽，带有80mm宽的抛物线反射器。所使用的加热元件是从Watlow Electric，St.Louis，Missouri，USA获得的Raymax Model 1525。每个加热元件的中心用作枢轴点。该实例中每个加热元件的中心位置在表4至7中显示为“位置，右”，并且用于枢转的可移动螺栓的位置显示为“位置，左倾”。利用光学测厚仪在拉幅机下游测量薄膜的光学厚度。图10至13的每一副图中的曲线A示出初始光学横维厚度分布。图10至13示出改变加热器设置的顺次重复。初始，测量薄膜的横维光学厚度分布。将所测得的数据点绘制成图10中的曲线A。接下来，将测得的薄膜横维光学厚度分布映射到横向拉伸区上。响应于所映射的分布，根据表4所示的参数在第一重复过程中设置加热器1至4。测量得到的横维光学厚度分布并且用图10的曲线B示出。然后，第一重复过程所得到的光学厚度(图10的曲线B)成为第二重复过程的初始厚度分布(图11的曲线A)。测量光学厚度分布、将测得的光学厚度分布映射到拉伸区上，并且响应于所映射的分布调节横维热分配系统的步骤形成反馈环，重复该反馈环直到达到期望的最终厚度分布。在第二重复过程中，根据表5所示的参数设置加热器1至4。所得到的光学厚度分布绘制成图11的曲线B。如图所示，按照表6和7中的加热器设置再通过两次重复过程来重复该过程，并且将厚度分布绘制在图12和13中。图13的曲线B示出四个可变位枢转IR加热器对成品薄膜的光学横维厚度分布的实际影响。在大致1300-1850mm的范围内，图13的曲线B表明，利用位于该关注区域内的四个可变位加热元件可以获得平坦的最终厚度分布。注意，可以通过其它手段(例如调节模具螺栓)来处理 大于1850mm的横维位置处的“凹谷”。 

表4  图10中的加热器设置 

加热器	1	2	3	4
					功率(％)	0	80	80	0
角度(°)	0	+36	+36	0
					位置，左倾(m)	1.156	1.365	1.797	2.159
位置，右(m)	1.156	1.397	1.829	2.159

表5  图11中的加热器设置 

加热器	1	2	3	4
					功率(％)	0	100	100	0
角度(°)	0	+36	+36	0
					位置，左倾(m)	1.156	1.365	1.734	2.159
位置，右(m)	1.156	1.397	1.765	2.159

表6  图12中的加热器设置 

加热器	1	2	3	4
					功率(％)	50	100	100	50
角度(°)	+36	+36	+36	+36
					位置，左倾(m)	1.238	1.365	1.645	1.772
位置，右(m)	1.270	1.397	1.676	1.803

表7  图13中的加热器设置 

加热器	1	2	3	4
					功率(％)	50	100	80	50
角度(°)	+36	+36	+36	+36
					位置，左倾(m)	1.238	1.365	1.594	1.772
位置，右(m)	1.270	1.397	1.626	1.803

虽然已经在附图和详细说明中示例性地示出了本发明的具体细节，但是本发明可以进行各种修改和可选形式。应当理解，本发明不限于所描述的具体实施例。相反，本发明旨在涵盖属于附带的权利要 求中限定的本发明的精神和范围内的所有修改形式、等效形式和替代方案。 

Claims (8)

1.一种薄膜加工装置，包括：

取向器，其用于使聚合物薄膜变形，所述取向器具有热分配区；

横维热分配系统，其用于给所述取向器中的薄膜提供可选择的热分配，所述横维热分配系统包括位于所述热分配区附近的加热元件和多个通道挡件，每个通道挡件可移动地定位，从而使得至少一个通道挡件阻止所述加热元件所产生的热量的至少一部分到达薄膜；

测厚仪，其用于测量薄膜的横维厚度分布，所述测厚仪位于所述横维热分配系统的下游；以及

反馈机构，其响应于所测得的横维厚度分布选择热分配。

2.根据权利要求1所述的薄膜加工装置，其中，

所述热分配区是变形区。

3.根据权利要求2所述的薄膜加工装置，其中，

所述热分配区是拉伸区。

4.根据权利要求1所述的薄膜加工装置，其中，

所述热分配区是预热区。

5.根据权利要求1所述的薄膜加工装置，其中，

所述反馈机构包括映射算法。

6.根据权利要求1所述的薄膜加工装置，其中，

所述通道挡件定位为距离薄膜在50mm以内。

7.一种利用根据权利要求1所述的薄膜加工装置控制聚合物薄膜的横维厚度分布的方法，包括：

使聚合物薄膜在取向器中变形，所述取向器具有横维热分配系统；

在所述横维热分配系统下游的位置测量薄膜的横维厚度分布；以及

响应于所测得的横维厚度分布，通过选择性地将所述横维热分配系统中的至少一个通道挡件变位，来调节所述横维热分配系统。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，

调节步骤包括：将所测得的薄膜横维厚度分布映射到所述横维热分配系统的位置上。

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