CN101512398B

CN101512398B - 取向的聚合物制品及方法

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Publication number: CN101512398B
Application number: CN2007800322906A
Authority: CN
Inventors: 雷蒙德·P·约翰斯顿; 托马斯·I·英斯利
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: TW200806722A; EP2038686A4; US20080014410A1; WO2008002805A3; US20160115626A1; CN101512398A; EP2038686A2; WO2008002805A2; US9134471B2; CN102012536B; CN102012536A; US9259885B2; JP2009542932A; US20150343722A1

Abstract

本发明公开了其至少一个表面上具有微结构特征物的拉伸制品(如取向的聚合物薄膜或纤维)以及用于制备此类制品的方法。一种制备纤维的方法包括：形成具有主体的聚合物薄膜，所述主体具有第一表面和第二表面并且具有纵向维度。所述薄膜还包括多个细长微结构特征物，其沿基本上平行于主体的纵向维度的方向设置在主体的第一表面上，其中所述细长微结构特征物为基本上平行的。所述方法还包括：沿基本上平行于主体的纵向维度的方向对所述聚合物薄膜进行拉伸；以及沿主体的纵向维度的方向使拉伸后的聚合物薄膜形成原纤维，以提供一条或多条纤维，其中每条纤维上均具有至少一个微结构特征物。

Description

取向的聚合物制品及方法

技术领域

本发明涉及具有结构化表面的拉伸制品(如取向的聚合物薄膜和纤维)，并且本发明还涉及用于制备和使用此类制品的方法。

背景技术

具有结构化表面的制品以及用于提供此类制品的方法是已知的。就光学制品而言，请参看(例如)美国专利6,096,247和6,808,658、以及已公布的美国专利申请2002/0154406A1。这些参考文献中公开的结构化表面包括微棱柱(例如微立方体)和透镜。通常，通过(例如)压印、挤出或机械加工的方式在合适聚合物的表面上产生这些结构。

此类制品的制造方法经常包括其中使带有所需结构化表面的负像的工具与聚合物树脂相接触的步骤。维持工具与树脂的接触，接触的时间和条件使得树脂足以填充所述工具内的腔体，此后从所述工具中取出树脂。所获得的结构化表面是所述工具的负像表面的复制品。

具有结构化表面的双折射制品也是已知的。参看(例如)美国专利3,213,753、4,446,305、4,520,189、4,521,588、4,525,413、4,799,131、5,056,030、5,175,030以及已公布的专利申请WO2003/0058383A1和WO 2004/062904A1。

制造拉伸薄膜的方法也是已知的。通常采用所述这类方法来改善薄膜的机械特性和物理特性。这些方法包括双轴拉伸技术以及单轴拉伸技术。参看(例如)PCT WO 00/29197、美国专利2,618,012、2,988,772、3,502,766、3,807,004、3,890,421、4,330,499、4,434,128、4,349,500、4,525,317和4,853,602。还可参看美国专利4,862,564、5,826,314、5,882,774、5,962,114和5,965,247。还可参看日本未审查专利公开：特开平5-11114、5-288931、5-288932、6-27321和6-34815。公开了用于拉伸薄膜的方法的其他日本未审查专利申请还包括特开平5-241021、6-51116、6-51119和5-11113。还可参看WO 2002/096622A1。

发明内容

本发明的一个方面包括一种制备纤维的方法，所述方法包括形成具有主体的聚合物薄膜，所述主体具有第一表面和第二表面并且具有纵向维度。所述薄膜包括多个细长微结构特征物，其以基本上平行于所述主体的纵向维度的方向设置在所述主体的第一表面上，其中这些微结构特征物为基本上平行的。所述方法还包括：沿基本上平行于主体的纵向维度的方向对所述聚合物薄膜进行拉伸；以及沿大体上纵向设置的分离线分离拉伸后的聚合物薄膜，以限定多个分立的纤维元件，其中一个或多个所述纤维元件上具有至少一个微结构特征物。

在另一方面，本发明包括一种制备纤维的方法，所述方法包括形成具有主体的聚合物薄膜，所述主体具有第一表面和第二表面并且具有纵向维度。所述薄膜还包括多个细长微结构特征物，其以基本上平行于所述主体的纵向维度的方向设置在所述主体的第一表面上，其中所述细长微结构特征物为基本上平行的。所述方法还包括：沿基本上平行于主体的纵向维度的方向对所述聚合物薄膜进行拉伸；以及沿所述主体的纵向维度使拉伸后的聚合物薄膜形成原纤维，以提供一条或多条纤维，其中每条纤维上均具有至少一个微结构特征物。

在一个实施例中，本发明提供包括主体的聚合物薄膜，所述主体具有第一表面和第二表面、第一厚度以及纵向维度。所述薄膜还包括多个细长微结构特征物，其以基本上平行于所述主体的纵向维度的方向设置在所述主体的第一表面上，其中这些细长微结构特征物为基本上平行的，并且具有第二厚度。所述薄膜在主体的纵向维度上具有至少1.5的拉伸比，并且所述主体的第一厚度与所述微结构特征物的第二厚度的比值至多为2。

在又一个实施例中，本发明提供包括纤维主体的聚合物纤维，所述纤维主体具有第一表面和第二表面以及纵向维度。所述纤维还包括一个或多个细长微结构特征物，其以基本上平行于所述纤维主体的纵向维度的方向设置在所述纤维主体的第一表面上，其中任意多个微结构特征物为基本上平行的。

本发明内容并非旨在描述本发明的每个公开的实施例或每种实施方式。随着描述的展开，多个其他的新颖优点、特征和关系将显而易见。以下附图和具体实施方式将对示例性实施例进行更加具体的举例说明。

附图说明

通过结合附图对本发明各实施例的以下详细描述，可更加完整地理解本发明，其中：

图1为可用于本发明的前体薄膜的剖视图；

图2为本发明的一个实施例的薄膜的剖视图；

图3A-3D为本发明薄膜的一些可供选择的实施例的剖视图。

图4A-4D为可用于确定如何计算形状保持参数(SRP)的图。

图5A-5W示出可用于本发明的几何特征物的一些可供选择的轮廓的剖视图。

图6为根据本发明的方法的示意图。

图7为在拉伸处理之前和之后的结构表面薄膜的透视图，其中所述薄膜在拉伸后为单轴取向的。

图8为根据本发明的用于单轴拉伸薄膜的方法的示意图，所述示意图还示出了表示加工方向(MD)、法线(即厚度)方向(ND)、横向(TD)的坐标轴。

图9为本发明制品的端视图，所述制品具有横截面尺寸不均匀的结构化表面。

图10为本发明薄膜制品的等距示意图，所述等距示意图示出所述薄膜制品的细长微结构特征物。

图11为本发明一个实施例的薄膜制品的剖视图。

图12为图11的薄膜制品在分离成多个纤维之后的剖视图。

图13为本发明的纤维制品的一个实施例的剖视图。

图14为本发明的纤维制品阵列的等距示意图。

图15为本发明的多个叠置的纤维制品阵列的等距分解示意图。

图16为本发明纤维制品的一个实施例的剖视图。

图17为根据本发明的方法的示意图。

图18为用于形成实例8中所公开的本发明薄膜的微槽工具的表面的一部分的图。

图19为截取实例中8所公开的本发明薄膜制品的横截面的照片。

图20为用于使本发明薄膜形成原纤维的水力缠结机的示意图。

图21为根据实例9的形式的本发明薄膜表面的照片。

图22示出用于形成如实例10中所公开的本发明薄膜的微槽工具的表面的一部分。

图23为截取实例10中所公开的本发明薄膜制品的横截面的照片。

本发明可具有各种变化形式和替代形式。本发明的细节仅以举例的方式在图中示出。其目的并不是将本发明限定于所描述的具体实施例。相反，其目的在于涵盖本发明精神和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。

术语表

如本文中所用，以下术语和短语具有如下的含义。

“横截面形状”以及其明显的变体是指由第二面内轴和第三轴限定的几何特征物的外缘结构。几何特征物的横截面形状与其物理尺寸以及存在于所述特征物中的缺陷或不规则物无关。

“拉伸比”以及其明显的变体是指沿拉伸方向分开的两点在拉伸后的距离与拉伸前相应的两点间距离之比。

“几何特征物”、“特征物”以及其明显的变体是指结构化表面上存在的一种或多种预定形状。

“细长”是指沿着薄膜或纤维主体的长度取向进行延伸。

“微”用作前缀是指其修饰的术语具有高度为1mm或更小的横截面轮廓。在一个实施例中，所述横截面轮廓具有0.5mm或更小的高度。在另一个实施例中，所述横截面轮廓具有0.05mm或更小的高度。

“单轴拉伸”(包括其明显的变体)是指抓住制品的相对的边缘并且仅在一个方向对所述制品进行物理拉伸的行为。单轴拉伸旨在包括在薄膜的均匀拉伸过程中由(例如)剪切作用而导致的些许非理想状态，其中所述剪切作用可在薄膜的多个部分内诱发瞬时双轴拉伸或相对非常少量的双轴拉伸。

“结构表面”是指其上具有至少一个几何特征物的表面。

“结构化表面”是指通过任何使表面具有所需的一个或多个几何特征物的技术而产生的表面。

“驻极体”是指表现出准永久性电荷的材料。

“金属表面”及其明显变体是指利用金属或金属合金涂覆或形成的表面，所述合金还可含有准金属。“金属”指通常可通过延展性、柔韧性、光泽性、导热性和导电性来表征的诸如铁、金、铝等元素，这些元素可与羟基形成碱，并可置换出酸中的氢原子而形成盐。“准金属”是指具有金属的一些性质并且/或可与金属形成合金(例如，半导体)的非金属元素，并且准金属还包括含有金属和/或准金属掺杂剂的非金属元素。

“真正单轴取向”以及其明显的变体是指如下的单轴取向状态(见下文)：沿第二面内轴和第三轴测量的取向敏感性质基本上相同，并且它们显著不同于沿第一面内轴的取向敏感性质。

一般来说，实际的物理系统不具有沿第二面内轴和第三轴的严格完全相同的性质。本文使用的术语“真正单轴取向”是指其中沿这些轴测量的薄膜的取向敏感性质仅存在少量差别的取向状态。应理解，所允许的偏差量将随着所预期的应用而有所不同。通常，此类薄膜的均匀性比单轴取向的精确度更加重要。在本领域中，这种情况有时被称为“纤维对称”，这是因为在沿纤维轴拉伸又细又长的圆柱状纤维时可能会产生这种情况。

“真正单轴拉伸”以及其明显的变体是指：以这样的方式提供单轴拉伸(见上文)的行为，该方式使得沿第二面内轴和第三轴的拉伸比基本上彼此相同，但是显著不同于沿第一面内轴的拉伸比。

“单轴取向”(包括其明显的变体)是指具有如下取向状态的制品：沿第一面内轴(即，基本上平行于单轴拉伸方向的轴)测量的制品的取向敏感性质不同于沿第二面内轴和第三轴测量的取向敏感性质。虽然可测量多种性质来确定单轴取向的存在，除非另有规定，否则本文所关注的性质是晶体取向和晶体形态。此类性质的其他示例性实例包括：折射率、热膨胀性和吸湿膨胀性、低应力下表现为各向异性的力学顺应性、抗撕裂性、抗蠕变性、收缩性、在不同波长处的折射率和吸收系数。

在分层薄膜的情况下，除非另有规定，否则“单轴”或“真正单轴”旨在适用于各层薄膜。

具体实施方式

本发明涉及用于结构化取向薄膜和纤维的方法以及由所述方法制备的制品。本文公开的很多实施例涉及此类取向的制品的光学特性以及相关的方法。然而，如在本文公开的多个可供选择的实施例中所阐述的那样，本发明还具有除光学应用以外的重要用途。

本发明提供具有结构化表面的薄膜、由所述薄膜制成的制品以及其新颖的制造方法。所述结构化表面包括至少一个具有所需横截面形状的几何特征物。本发明制品的一个实施例包括具有结构化表面的薄膜。本发明一个方面包括在其整个厚度上具有单轴取向状态的制品。所述结构化表面包括多个几何特征物。所述一个或多个几何特征物为细长几何特征物。所述一个或多个特征物与所述制品的第一面内轴基本上一致。本发明的制品包括其上具有结构化表面的基体部分或主体部分。所述制品可包括单个层或多个单独的层。本发明制品可具有位于其相对的侧面上的结构化表面。这些层可包含不同的聚合物材料。所述制品可为正双折射制品或负双折射制品、驻极体制品、结晶制品、亲水制品、疏水制品、微孔制品，和/或所述制品可具有其他的所需特性。

本发明制品的一个实施例包括被单轴取向的、具有结构化表面的聚合物薄膜，所述聚合物薄膜包括：

(a)聚合物主体，其具有(i)第一表面和第二表面；(ii)彼此正交的第一面内轴和第二面内轴，和沿聚合物薄膜厚度方向的、分别与第一面内轴和第二面内轴相互正交的第三轴；以及

(b)细长几何特征物，其沿基本上平行于聚合物薄膜的第一面内轴的方向设置在聚合物主体的第一表面上；

其中所述薄膜的形状保持参数(SRP)为至少0.1。

本发明还提供被单轴取向的、具有结构化表面的制品的卷筒，该制品包括：

(a)聚合物主体，其具有：(i)第一表面和第二表面；以及(ii)彼此正交的第一面内轴和第二面内轴，和沿聚合物薄膜厚度方向的、分别与第一面内轴和第二面内轴相互正交的第三轴；以及

(b)表面部分，其包括设置在聚合物主体的第一表面上的细长几何特征物，所述线性几何特征物沿基本上平行于聚合物薄膜的第一面内轴的方向设置在所述主体上。

在本发明另一方面中，上述卷筒包括沿第一面内轴单轴取向的聚合物薄膜。在又一方面中，上述卷筒还包括位于所述卷筒的各绕圈之间的缓冲层。所述缓冲层帮助保护所述结构化表面在制造、储存和运输期间免受损坏和/或变形。

在本发明又一方面中，所述制品具有沿第一面内轴的第一折射率(n₁)、沿第二面内轴的第二折射率(n₂)以及沿第三面内轴的第三折射率(n₃)。在本发明中，n₁与n₂和n₃中的每个都不相等。也就是说，n₁可大于n₂和n₃，或其可小于n₂和n₃。在一个实施例中，n₂和n₃基本上彼此相等。在一个实施例中，本发明薄膜的相对双折射率为0.3或更小。

本发明还可包括多相薄膜。在该实施例中，所述薄膜可包括多组分相分离体系，或者可包括这样一种体系，其中一种组分溶解于另一种组分中以形成处于连续基质或双连续基质中的多孔结构或极小颗粒。

本发明还包括位于微结构化表面或第二表面上的附加层。此外，还可包括位于所述表面中一者或两者上的附加层。可在拉伸之前或之后添加所述附加层。如果在拉伸之前添加所述附加层，则所述附加层应能够被拉伸。此类层的实例包括(但不限于)抗反射层、折射率匹配层以及保护层。

当采用附加层时，真正单轴拉伸尤其是有用的。在此种情况下，例如，横向方向上的应力积聚降到最低，从而这些层之间的粘附作用因素成为不那么关键的特征。

在另一方面，本发明包括微结构薄膜卷筒，所述微结构薄膜卷筒具有参照由相互正交的第一面内轴和第二面内轴以及分别与这两个轴正交的、沿薄膜厚度方向的第三轴构成的坐标系而定义的预定性质。例如，这些几何特征物可与卷的缠绕方向一致(即，沿着加工方向(MD))，或其可与卷筒的缠绕方向的垂直方向一致(即，沿着横向(TD))。作为另一选择，这些几何特征物可相对于MD或TD方向以任何所需的角度排列。

本发明还包括一种制备具有结构化表面的薄膜的方法。作为本发明的一个方面，所述方法包括如下步骤：

(a)提供聚合物薄膜，其具有：(i)包括所需几何特征物的第一表面；和第二表面；以及(ii)彼此正交的第一面内轴和第二面内轴，和沿聚合物薄膜的厚度方向的、分别与第一面内轴和第二面内轴相互正交的第三轴；以及

(b)随后，沿基本上平行于聚合物薄膜的第一面内轴的方向对聚合物薄膜进行拉伸；

其中几何特征物的横截面形状在步骤(b)之前与在步骤(b)之后基本上保持不变。

在另一个方面，本发明包括一种制备具有结构化表面的薄膜的方法，所述方法包括如下步骤：

(a)提供聚合物薄膜，其具有：(i)第一结构化表面和第二表面；以及(ii)彼此正交的第一面内轴和第二面内轴，和沿聚合物薄膜的厚度方向的、分别与第一面内轴和第二面内轴相互正交的第三轴；其中所述第一结构化表面具有沿基本上平行于第一面内轴的方向设置在其上的几何特征物；以及随后

(b)沿基本上平行于聚合物薄膜的第一面内轴的方向对聚合物薄膜进行单轴取向。

在又一方面，本发明包括一种制备具有结构化表面的薄膜的方法，所述方法包括如下步骤：

(a)提供工具，所述工具包括所需的结构化表面的负像；

(b)使所述工具与树脂接触以产生所需的表面，所述所需的表面包括几何特征物；

(c)可任选地固化所述树脂以形成薄膜，所述薄膜具有：(i)所需结构化表面和与之相对的表面；以及(ii)彼此正交的第一面内轴和第二面内轴，和沿所述薄膜的厚度方向的、分别与第一面内轴和第二面内轴相互正交的第三轴；

(d)从所述工具上取出所述薄膜；以及随后

(e)沿基本上平行于所述聚合物薄膜的第一面内轴的方向对所述聚合物薄膜进行拉伸。

本发明另一实施例包括一种制备所需的具有微结构表面的薄膜的方法，其中所述薄膜具有多个细长的几何微特征物。所述方法包括以下步骤：

(a)提供工具，所述工具包括所需的微结构表面的负像；

(b)将熔融聚合物树脂提供至母模工具与第二表面之间形成的间隙中；

(c)在所述间隙中形成具有所需的微结构表面的聚合物薄膜，所述薄膜具有：(i)彼此正交的第一面内轴和第二面内轴，和沿所述薄膜厚度方向的、分别与第一面内轴和第二面内轴相互正交的第三轴；以及(ii)位于基本上平行于第一面内轴的方向上的、具有细长微特征物的所需的微结构表面；

(d)从所述工具上取出步骤(c)中的聚合物薄膜；以及

(e)沿基本上平行于第一面内轴的方向对所述聚合物薄膜进行拉伸。

在本发明方法的一个实施例中，所述制品在拉伸前具有第一取向状态，以及在拉伸后具有不同于所述第一取向状态的第二取向状态。在另一实施例中，拉伸提供了较小的物理横截面(即，较小的几何特征物)。

本发明方法提供这样一种聚合物薄膜，对所述聚合物薄膜进行拉伸可产生(例如)在拉伸后具有双折射性的薄膜，并且其具有沿第一面内轴的第一折射率(n₁)、沿第二面内轴的第二折射率(n₂)以及沿第三轴的第三折射率(n₃)。

在本发明另一个实施例中，所述方法在所述薄膜的第二面内轴和第三面内轴这两个方向上形成基本上相同比例的尺寸变化。在薄膜的拉伸过程或拉伸历程中，第二面内轴和第三面内轴方向上的这些成比例的尺寸变化始终基本上相同。

在另一个实施例中，本发明提供一种通过其可用多种聚合物来复制工具的负像表面的方法。本发明提供一种制备具有所需的结构化表面的聚合物制品的方法，该方法包括如下步骤：

(a)提供工具，所述工具包括所需的结构化表面的负像表面；

(b)使所述工具的负像表面与包含含氟苯并三唑的组合物接触，以提供涂覆的负像表面；

(c)使所述涂覆的负像表面与树脂接触，以在所述树脂中形成所需的结构化表面，所述所需的结构化表面包括几何特征物；以及

(d)从所述工具上取出所述树脂。

通过本发明方法提供在制品上的结构化表面包括工具的负像表面的复制物。所述制品的结构化表面具有至少一个具有所需横截面形状的几何特征物。本发明方法的一个实施例包括制备具有结构化表面的薄膜。可使用本发明方法来制备未取向的和取向的制品(例如薄膜)。取向的制品可为单轴取向或双轴取向的。通过本发明方法制备的复制的结构化表面可包括多个几何特征物。所述一个或多个几何特征物为细长特征物。所述一个或多个特征物可与制品的第一面内轴方向一致。作为另一选择，可相对于第一面内轴以任何所需的角度将这些特征物设置在制品上。可使用所述方法来制备包括单层或多个单独层的制品。这些层可包含不同的聚合物材料。所述制品可为正双折射制品或负双折射制品、驻极体制品、结晶制品、亲水制品、疏水制品、微孔制品，和/或可具有其他的所需特性。另外，可使用本发明方法来制备其两个相对侧面上都具有结构化表面的制品。

位于所述制品上并/或由本发明方法复制而成的一个或多个几何特征物本质上为细长的几何特征物，并且其可为棱柱形、矩形、凸形、凹形、复杂或透镜状的几何特征物。所述一个或多个特征物为微特征物，并且可沿第一面内轴为连续的或不连续的。其可具有多种横截面轮廓，这些横截面轮廓在下面会更详细地论述。在复制的表面上，所述几何特征物可为重复性几何特征物或为非重复性几何特征物。复制的表面可包括多个具有相同横截面形状的几何特征物。作为另一选择，其可具有有着不同横截面形状的多个几何特征物。

在本发明另一方面中，在拉伸后，使由本发明任何方法制造而成的薄膜形成原纤维，以提供一条或多条具有结构化表面的经单轴取向的纤维。可将这些纤维形成为单独的纤维，或可将其形成为沿其长度彼此接合的两条或更多条纤维。在一个实施例中，一条或多条纤维可不含所述结构化表面的任何部分(即，其上不具有几何特征物)。

本发明的制品和薄膜通常包括主体部分和表面结构部分。图1表示具有第一取向状态的前体薄膜的端视图，而图2表示具有第二取向状态的本发明薄膜的一个实施例的端视图，图3A-3D表示本发明一些可供选择的实施例的端视图。

前体薄膜9包括具有初始厚度(Z)的主体或基体部分11以及具有高度(P)的表面部分13。表面部分13包括一系列平行几何特征物15(此处表示为直角棱柱)。几何特征物15各自具有底宽(BW)以及峰-峰间距(PS)。所述前体薄膜具有总厚度T，T等于P+Z的和。

参考图2，本发明薄膜10包括具有厚度(Z’)的主体或基体部分12以及具有高度(P’)的表面部分14。表面部分14包括一系列平行的几何特征物16(包括棱柱)。几何特征物16各自具有底宽(BW’)和峰-峰间距(PS’)。本发明薄膜具有总厚度T’，T’等于P’+Z’。

前体薄膜与本发明薄膜的尺寸关系为T’＜T、P’＜P、Z’＜Z；通常BW’＜BW；并PS’＜PS。

主体或基体部分11、12包含制品中位于底部表面17和19与表面部分15、16的最低点之间的部分。在一些情况下，这部分可以在制品整个宽度(W，W’)上具有恒定不变的尺寸。在其他情况下，由于存在具有不同基体厚度的几何特征物而使得所述尺寸有所不同。参看图9。在图9中，基体厚度表示为Z″。

前体薄膜9和本发明薄膜10各自具有第一面内轴18、第二面内轴20以及沿厚度方向的第三轴22。如下文论述，第一面内轴基本上平行于拉伸方向。在图1和图2中，所述轴垂直于薄膜9和10的端部。这三条轴相互正交。

本发明薄膜或制品的至少一个几何特征物的横截面形状基本上类似于其前体的几何特征物的横截面形状。当制备其中需要入射光被均匀再分布的光学装置时，这种形状上的保真性尤为重要。无论所述特征物的初始横截面形状包括平坦表面形状还是包括弯曲表面形状，情况都是如此。所述制品和方法的形状保持性是通过计算形状保持参数(SRP)来确定的。

以如下方式确定某一给定特征物的SRP。获取具有所述特征物的薄膜在拉伸前的横截面的图像。所取截面是由第二面内轴20和第三轴22限定、并且垂直于薄膜即将被拉伸的方向的平面。在存在的结构特征物中选取一个代表性的实例，并且称之为特征物。在所述图像上的主体部分11与表面部分13的汇合处添加一条线。这就是特征物基线(FB)。然后，计算所述特征物在其基线上方的面积。这就是拉伸前的特征物面积(UFA)。

然后，获取薄膜在拉伸后的横截面的图像。所取截面是由第二面内轴和第三轴限定的平面。如果通过非连续式或“间歇式”方法(例如，在实验室薄膜拉伸仪器上实施的方法)来拉伸薄膜，则可以选择与位于拉伸前观察薄膜样品时所选的特征物相同的特征物。如薄膜制备领域的技术人员所了解的那样，如果是在连续式薄膜生产线上拉伸薄膜，则应从拉伸后的薄膜料片上的、与在拉伸前的料片上选取的位置相似的适合位置处选取所述特征物。再次建立特征物基线(FB)，然后计算拉伸后薄膜特征物的面积。这就是拉伸后的特征物面积(SFA)。

然后，计算UFA/SFA的比值。这就是图像比(IR)。然后，按比例放大拉伸后的薄膜特征物的图像，从而使其具有与拉伸前的薄膜特征物的图像相同的面积。这是通过将图像以其高度和宽度尺寸分别乘以IR的平方根这样一个系数进行放大的方式来实施的。然后，将拉伸后的薄膜特征物的按比例放大的图像叠加在拉伸前的薄膜特征物的图像上，使得其特征物基线重合。然后，将叠加的图像沿它们公共的基线相对于彼此平移，直到找到其重叠面积最大的位置为止。对于本领域的技术人员显而易见的是，可以通过在计算机上用写好的适当代码简单地完成这种操作以及所有上述的和随后所述的数学和数值运算。

这两个叠加图像在此最佳叠加条件下所共有的面积就是公共面积(CA)。然后，计算CA/UFA的比值。这个比值就是公共面积比(CAR)。对于获得理想的形状保持效果的拉伸来说，CAR将为1。如果与理想的形状保持效果存在任何偏差，则CAR将为小于1的正数。

对于任何具体的薄膜来说，CAR不可能等于1，其与1的差值至少取决于所述特征物的形状、拉伸比以及拉伸操作接近真正单轴取向拉伸的程度。此外，还可涉及到其他因素。为量化与理想的形状保持效果偏差的程度，有必要引出另一参数，即形状保持参数(SRP)。SRP按比例地表示具有结构化表面的薄膜落在连续区域上的位置的度量方法，其中所述连续区域是从位于一个极端的理想的形状保持效果到另一个极端的、用于表征典型的工业实践效果的选定参考点的区域。我们选择了有效地以连续方式操作的理想化薄膜拉幅机(横向取向机)的性能(针对相同的特征物形状和拉伸比)作为上述的参考点。假设，所述薄膜的结构化表面上的特征物的主轴平行于横维方向(拉伸方向)。忽略掉边缘效应和所有其他的方法非理想情况，如薄膜材料自身的非理想情况(诸如(例如)拉伸时的密度变化)。于是，对于这种理想的拉幅机的情况，施加给薄膜的全部横向拉伸都仅通过薄膜的厚度尺寸上的、相同比例的收缩来适应。由于这种假想的拉幅机是理想化的，所以薄膜的加工方向或顺维方向上不存在收缩。

对于经过理想拉伸的薄膜来说，图像比与拉伸比相同。如果图像比不同于拉伸比，则表明系统中存在非理想情况，这些非理想情况由于(例如)泊松比、密度变化(例如，由于拉伸期间的结晶)以及局部拉伸比与标称的理想拉伸比之间的偏差所导致。

下文将结合图4A-4D来进行描述。可以使用本领域内的技术人员已知的算法用计算机容易地实施这些计算。这些计算从用试验方法获得的、已经用来计算CAR的、拉伸前的薄膜的特征物的图像开始。图4A中所示的特征物是直角三角形特征物。图4A中所示的直角三角形仅用于说明性目的，因为此处详述的方法通常适用于任何特征物形状，而无论其是具有对称性还是不具有对称性，以及无论其是具有平直表面(棱柱状表面)还是弯曲表面(透镜状表面)。此外，所述方法通常还适用于“盘形”特征物或具有复杂形状的特征物(例如，S形特征物、钩形特征物或“蘑菇盖形”特征物)。

借助计算机将图4A的图像以这样一个系数(其是在所讨论的薄膜的制备过程中所采用的拉伸比)仅将其高度尺寸缩小从而转变成图4B的图像。这就针对讨论中的特征物形状和拉伸比模拟了薄膜表面特征物在“理想拉幅机”中所发生的情况。然后，通过将高度和宽度尺寸中的每一个按比例地、以拉伸比的平方根这样一个系数放大，从而将所述图像从图4B图像转变成图4C图像。因此，图4C的图像具有等于图4A图像的面积。然后，将图4A和图4C的图像叠加，并沿其公共基线平移，直到找到重叠面积最大的位置为止。这示于图4D中。计算所述图中的公共面积(原始的特征物图像与经过计算机处理的特征物图像这两者所共有的交叉阴影线区域的面积)，并且计算所述公共面积与图4A图像的面积的比。这个值就是理想拉幅机在给定特征物形状和拉伸比的情况下而得到的公共面积比(CARIT)。应理解，必须针对每个薄膜样品独立地完成所述计算，因为CARIT是所采用的拉伸前的特征物形状以及拉伸比这二者的强函数。

最后，使用如下公式来计算SRP：

SRP＝(CAR-CARIT)/(1-CARIT)

对于理想的形状保持效果，SRP为1。对于在“理想”拉幅机上拉伸的假想薄膜的情况，CAR等于CARIT，并且SRP为零。因此，SRP是按比例地表示具有结构化表面的薄膜落在连续区域上的位置的度量方法，其中所述连续区域是从位于一个极端的理想的形状保持效果到另一个极端的用于表征典型的工业实践效果的选定参考点的区域。SRP很接近1.00的薄膜表明其具有很高的形状保持度。对于所采用的特征物形状和拉伸比，SRP很接近0.00的薄膜表明其具有很低的形状保持度。在本发明一些实施例中，薄膜具有至少0.1的SRP。

本领域的技术人员将会理解，如上论述，由于可能存在很多的非理想情况，所以在标准薄膜拉幅机上制备的或通过其他手段制备的薄膜很可能具有小于零的SRP值。“理想拉幅机”并非用来代表可导致的最坏的可能的形状保持效果。而是可用于在通用的尺度下比较不同薄膜的参考点。

在本发明一个实施例中，具有结构化表面的薄膜的SRP值为约0.1至1.00。在本发明另一个实施例中，具有结构化表面的薄膜的SRP值为约0.5至1.00。在本发明另一个实施例中，具有结构化表面的薄膜的SRP值为约0.7至1.00。在本发明另一个实施例中，具有结构化表面的薄膜的SRP值为约0.9至1.00。

可使用本发明的方法来制备经单轴取向的薄膜。可通过测定薄膜沿第一面内轴的折射率(n₁)、沿第二面内轴的折射率(n₂)和沿第三轴的折射率(n₃)的差值来确定单轴取向。本发明的单轴取向的薄膜具有如下关系：n₁≠n₂并且n₁≠n₃。在一个实施例中，本发明薄膜为真正单轴取向薄膜。也就是说，n₂与n₃基本上彼此相等并且它们与n₁的差值基本上相等。

在一个实施例中，可使用本发明的方法来提供具有0.3或更小的相对双折射率的薄膜。在另一个实施例中，相对双折射率小于0.2；并且在又一个实施例中，相对双折射率小于0.1。相对双折射率为根据如下公式确定的绝对值：

|n₂-n₃|/|n₁-(n₂+n₃)/2|

相对双折射率可在可见光谱区或近红外光谱区内测量。对于任何给定的测量方法，应使用相同的波长。在上述两个光谱中的任一个的任何部分中均为0.3的相对双折射率就满足所述测试的要求。

可使用本发明的方法来制备包括至少一个棱柱状或透镜状几何特征物的薄膜。所述几何特征物可为大体上平行于薄膜的第一面内轴的细长结构体。如图2中所示，所述结构化表面包括一系列棱柱16。然而，可使用其他几何特征物及其组合。例如，图3A示出几何特征物不必具有尖顶，其也无需在其底部处相互接触。如图3A中所示，当特征物不具有尖顶时，其可具有特征物顶宽(TW’)。当特征物在其底部处不接触时，相邻特征物沿横向由某一特征物间距(FS’)间隔开或由某一主体分离跨度间隔开(参看图3A)。

图3B示出的几何特征物可具有圆形顶部以及弯曲的面。图3C示出的几何特征物的顶部可为平坦的。

图3D示出薄膜的两个相对表面都可具有结构化表面。

图5A-5W示出可使用其他横截面形状来提供结构化表面。这些图进一步示出几何特征物可包括凹陷(参看图5A-5I和5T)或凸起(参看图5J-5S和5U-5W)。在特征物包括凹陷的情况下，凹陷部分之间的隆起区域可视为是图3C中所示的凸起型特征物。

可以任何方式来组合各个特征物实施例，以实现所需的结果。例如，水平表面可具有分开的、带有圆弧形顶部或平坦顶部的特征物。此外，可对任何这些特征物使用曲面。

如从附图中可见，尽管在一些实施例中这些特征物为细长特征物，但其可具有任何所需的几何形状。一个或两个表面还可包括并非为细长形状的元件。这些特征物可相对于薄膜的z轴对称或不对称。此外，所述结构化表面可包括单个特征物、呈所需图案的多个相同特征物、或者布置成所需图案的两种或更多种特征物的组合。另外，特征物的尺寸(例如，高度和/或宽度)在整个结构化表面上可以相同。作为另一选择，各个特征物的尺寸可不同。

图2中所示的微结构几何特征物包括直角棱柱或者接近于直角棱柱。如本文中使用，直角棱柱具有约70°至约120°、更可能为约80°至100°、最可能为约90°的顶角。尽管图示的是直角棱柱，但还可想到具有其他角度构型的棱柱。另外，微结构特征物的表面为平坦表面或接近于平坦表面。

在另一个实施例中，这些微结构几何特征物包括锯齿状棱柱。如本文中使用，锯齿状棱柱具有与基体或主体成约90°角垂直或几乎垂直的侧面。参看图5J。在一个可用的实施例中，锯齿状棱柱可具有相对于基体或主体成2°至15°的倾斜角。

本发明的范围还涵盖特征物沿第一面内轴可为连续的或不连续的。

本发明薄膜的各个实施例包括图2和3A中示出的如下尺寸关系。

本发明方法大体上包括如下步骤：提供能够通过拉伸而被延长的具有结构化表面的聚合物薄膜；以及随后对所述薄膜进行单轴拉伸。可在薄膜形成的同时提供结构化表面，或者可在薄膜形成之后使第一表面形成结构化表面。参照图6和7进一步解释所述方法。

图6为根据本发明的方法的示意图。在所述方法中，提供包括薄膜的所需结构化表面的负像的工具24，并且通过主动辊26A和26B来推动工具24经过模头28的孔(图中未示出)。模头28包括熔融装置组件的出口，所述熔融装置组件在本文中包括挤出机30，挤出机30具有用于接受呈球粒、粉末等形式的干态聚合物树脂的进料斗32。熔融树脂离开模头28到达工具24上。在模头28与工具24之间设有间隙33。熔融树脂接触工具24并硬化，从而形成聚合物薄膜34。然后，在剥离辊36处，将薄膜24的前缘从工具24上剥离下来并且导向至单轴拉伸设备38。然后，可在工位40处将拉伸后的薄膜卷绕成连续的卷筒。

应该指出的是，可以在薄膜34在设备38中进行拉伸之前，将其卷绕成卷筒，或可将其切割成片并堆叠起来。还应该指出的是，可在拉伸后将薄膜34切割成片，而并非卷绕成连续的卷筒。

可任选的是，可在单轴拉伸之前对薄膜34进行预处理(图中未示出)。另外，可在拉伸后对薄膜34进行后处理(图中未示出)。

可使用多种技术来赋予薄膜结构化表面。这些技术包括间歇技术和连续技术。这些技术可涉及以下步骤：提供其表面为所需的结构化表面的负像的工具；使聚合物薄膜的至少一个表面接触所述工具，其中接触操作的时间和条件使得聚合物薄膜足以产生所需的结构化表面的正像；以及从所述工具上取出具有结构化表面的聚合物薄膜。通常，所述工具的负像表面包括金属表面。

虽然图中示出的模头28和工具24呈彼此相对地垂直布置，但也可采用水平布置或其他布置方式。无论是哪种具体的布置方式，模头28均在间隙33处向工具24提供熔融树脂。

模头28被安装成使得其可朝向工具24移动的方式。这样就允许将间隙33调节成所需的间距。如本领域的技术人员理所理解的那样，间隙33的大小随如下因素而变化：熔融树脂的组成、所需的主体厚度、熔融树脂的粘度、熔融树脂的粘弹性响应、以及熔融树脂大致完全填满工具所需的压力。

熔融树脂的粘度为使得其(可任选地在施加真空、压力、温度、超声振动或机械方式的条件下)基本上填满工具24的腔体。当树脂基本上填满工具24的腔体时，所得薄膜的结构化表面被认为是复制而成的。

可布置工具的负像表面以在薄膜的整个宽度方向上(即沿横向(TD))或沿薄膜的长度方向(即沿加工方向(MD))形成多个特征物。不需要沿TD或MD方向精确地排列。因此，所述工具可与精确地沿着TD或MD的方向排列的方向成轻微的偏角。通常，这种偏角不大于约20°。

在树脂为热塑性树脂的情况下，通常向进料斗32中供应固体形式的树脂。为挤出机30提供足足够的热量以将固体树脂转变为熔融物料。通常是通过让工具经过被加热的主动辊26A的方式来加热所述工具。可通过(例如)让热油循环穿过主动辊26A的方式或通过感应加热的方式来加热主动辊26A。对于本文公开的一些光学应用，工具24的温度通常介于低于树脂软化点20℃至树脂的分解温度的范围。对于其他应用，由于需要的是低粘度以及不是很严格要求的结构，所以工具的温度保持低于树脂的软化点。

在可聚合树脂(包括部分聚合的树脂)的情况下，可将树脂直接倒入或泵送到为模头28供料的分配器中。如果树脂为活性树脂，则本发明方法可包括一个或多个使树脂固化的附加步骤。例如，可通过如下方式固化树脂：在合适的辐射能量源(例如紫外光、红外辐射、电子束辐射、可见光之类的光化辐射)下使其暴露一段时间而使其固化，其中该时间为足以使树脂硬化并且使得可将其从工具24上取出的这样一段时间。

可通过多种方法冷却熔融薄膜以使所述薄膜硬化，从而便于进一步加工。这些方法包括：将水喷洒到挤出的树脂上；使工具的非结构化表面与冷却辊接触；或用空气直接冲击到薄膜上。

先前论述集中于同时形成薄膜和结构化表面的技术。可用于本发明的另一技术包括使工具与预成形的薄膜的第一表面相接触。然后，对薄膜/工具的组合施加压力、热、或施加压力并加热，直到薄膜表面软化为足以在薄膜中形成所需的结构化表面为止。使用这种技术，让薄膜表面软化为足以基本上完全填满工具内的腔体。随后，冷却薄膜并且从工具上取出薄膜。

在又一种技术中，可(例如)通过金刚石车削对预成形的薄膜进行加工，从而在其上形成所需的结构化表面。

如前所述，工具包括所需的结构化表面的负像(即，负像表面)。因此，其包括呈预定图案的凸起和凹陷(或腔体)。可使工具的负像表面与树脂接触，以便在结构化表面上形成与第一面内轴或第二面内轴以任何方式排列的几何特征物。因此，例如，图1的几何特征物可与所述制品的加工方向或长度方向、或者横向或宽度方向一致。

通常将脱模剂施加至所述工具以促使从工具上取出树脂。例如，诸如油、蜡和硅氧烷等有机材料一直被用作使表面获得脱模特性的脱模剂。这些脱模剂的一个缺点是通常需要将脱模剂频繁地重新施加至表面才能提供足够的脱模特性。聚合物脱模涂层(例如由聚四氟乙烯制成的那些)已解决了油、蜡、硅氧烷以及其他临时涂层的一些缺点，并且通常更加耐用。然而，聚合物脱模涂层通常需要厚于非耐用的处理层的涂层，这些涂层往往厚度不均匀，并且会造成涂覆困难。

另外已经发现，某些类型的聚合物无法可靠地并且完全地脱离工具。因此，难以用此类聚合物来复制工具的负像表面。

在复制步骤的一个实施例中，树脂填满至少50％的工具腔体。在另一个实施例中，树脂填满至少75％的腔体。在另一个实施例中，树脂填满至少90％的腔体。在另一个实施例中，树脂填满至少95％的腔体。在另一个实施例中，树脂填满至少98％的腔体。

当树脂填满至少50％的腔体时，对于很多应用而言，可获得足够的对于负像的保真性。然而，当树脂填满至少90％的腔体时，可获得对于负像的更佳的保真性。当树脂填满至少98％的腔体时，可获得对于负像的最佳的保真性。

用于形成所需的结构化表面的工具在负像表面上具有包含含氟苯并三唑的涂层。在一个实施例中，含氟苯并三唑在所述工具上形成基本上连续的单层薄膜。这些分子形成“基本上连续的单层薄膜”是指单个分子以其分子结构所能允许的密集程度堆积在一起。据信薄膜的自组装方式是：本发明分子的三唑基团附着在工具的金属/准金属表面的有效区域，而氟烃尾部侧基则大体上对着外界面排列。

单层薄膜的有效性以及在表面上形成单层薄膜的程度通常取决于：化合物与工具的具体金属或准金属表面之间的键合强度、以及涂膜表面所使用的条件。例如，某些金属或准金属表面可能要求粘性高的单层薄膜，而其他此类表面要求键合强度低得多的单层薄膜。可用的金属或准金属表面包括可与本发明化合物成键的任何表面，并且在一个实施例中可形成单层薄膜或形成基本上连续的单层薄膜的任何表面。用于形成所述单层薄膜的合适表面的实例包括包含铜、镍、铬、锌、银、锗以及其合金的表面。

可通过使表面与数量足以覆盖整个表面的含氟苯并三唑接触来形成单层薄膜或基本上连续的单层薄膜。可将所述化合物溶解在合适的溶剂中，然后将所述组合物涂覆至所述表面上，并且使之干燥。合适的溶剂包括：乙酸乙酯、2-丙醇、乙酸酯、2-丙醇、丙酮、水以及其混合物。作为另一选择，可以蒸汽相的形式将含氟苯并三唑沉积在表面上。可通过用溶剂冲洗基底以及/或使用处理过的基底的方法来移除所有过量的化合物。

已经发现的是，含氟苯并三唑不仅与金属和准金属表面化学键合，并且其还为这些表面提供(例如)脱模特性和/或耐腐蚀特性。这些化合物的特征在于具有：可与金属或准金属表面(诸如母模工具)键合的头部基团；以及在极性和/或官能度方面与待脱模的物质适当不同的尾部部分。这些化合物形成单层或基本上单层的耐用、自组装薄膜。含氟苯并三唑包括具有如下化学式的那些：

其中R_f为C_nF_2n+1-(CH₂)_m-，其中n是从1到22的整数，并且m为0或为1到6的整数；X为-CO₂-、-SO₃-、-CONH-、-O-、-S-、共价键、-SO₂NR-或-NR-，其中R为H或C₁至C₅的亚烷基；Y为-CH₂-其中z为0或1；并且R’为H、低级烷基或R_f-X-Y_z-，前提是当X为-S-或-O-，m为0，并且z为0，n≥7，而当X为共价键时，m或z至少为1。在一个实施例中，n+m等于8到20的整数。

一类可用作脱模剂的特别有用的含氟苯并三唑组合物包含一种或多种由下式表示的化合物：

其中R_f为C_nF_2n+1-(CH₂)_m-，其中n为1到22的整数，m为0或从1到6的整数；X为-CO₂-、-SO₃-、-S-、-O-、-CONH-、共价键、-SO₂NR-、或-NR-，其中R为H或C₁至C₅亚烷基，并且q为0或1；Y为C₁-C₄亚烷基，并且z为0或1；R’为H、低级烷基或R_f-X-Y_z。这类材料在美国专利No.6,376,065中有所描述。

可任选的是，所述方法可包括在拉伸之前进行的预处理步骤，例如提供烘箱或其他设备。预处理步骤可包括预热区和均热区。此外，可使拉伸比从其最大值降低以控制收缩情况。在本领域中，这被称为“颈缩(toein)”。

所述方法还可包括后处理步骤。例如，可先对薄膜进行热定型并且随后进行淬火。

单轴拉伸可在常规的拉幅机中或纵向取向机中进行。关于薄膜加工技术的概论可在如下文献中找到：“Film Processing”，edited byToshitaka Kanai and Gregory Campbell，1999，Chapters 1，2，3，and 6(薄膜加工，由Toshitaka Kanai和Gregory Campbell编撰，1999年，第1、2、3和6章)。还可参看“The Science and Technology ofPolymer Films，”edited by Orville J.Sweeting，1968，Vol.1，pages 365-391 and 471-429(聚合物薄膜科学与技术，由Orville J.Sweeting编撰，1968年，第一卷，第365-391和471-429页)。单轴拉伸还可通过多种间歇式装置(例如，在张力试验机的夹片之间)实现。

单轴拉伸方法包括(但不限于)：在转速不同的辊之间进行的常规“纵向取向”、在拉幅机中进行的常规的横维拉伸、在具有抛物线路径的拉幅机(例如WO WO2002/096622A1中所公开的拉幅机)中的拉伸、以及在张力试验机的夹片之间进行的拉伸。

对于理想的弹性材料，如果在三个相互正交的方向上进行的拉伸所采用的拉伸比中有两个拉伸比相同，则产生单轴取向。对于在拉伸时密度不发生显著变化的材料来说，这两个基本上相等的拉伸比分别与第三正交方向上的拉伸比的倒数的平方根基本上相等。

尽管在常规拉幅机中拉伸后的薄膜是单轴取向的，但并不是真正单轴取向的(即便是经历了单轴拉伸时也是如此)，这是因为薄膜并没有沿着移动穿过拉幅机的方向的轴自由地收缩，而是沿厚度方向自由地收缩。在具有抛物线路径的拉幅机(如WO2002/096622A1中公开的那些)中拉伸后的薄膜既是单轴拉伸的又是真正单轴取向的，这是因为抛物线路径允许薄膜沿移动穿过拉幅机的方向的轴产生适量的收缩。除抛物线路径拉伸方法以外的其他方法也可提供真正单轴取向，并且本发明的原理并不受限于所采用的方法。

此外，真正单轴取向并不受限于整个拉伸过程中都在单轴条件下拉伸薄膜的那些方法。在一个实施例中，在拉伸步骤的所有各个部分中，偏离单轴拉伸的程度都被保持在一定的限度内。另一方面，其中在拉伸处理前期产生的与单轴性的偏差在随后的拉伸过程中得到补偿、并且在所获得薄膜中产生真正单轴性的方法也包括在本发明的范围之内。

本文中，拉幅机拉伸设备上的、夹紧薄膜边缘的夹紧装置所移动的路径(因此也是薄膜移动穿过拉幅机时其边缘行径的路径)被称为边界轨线。提供三维的并且基本上非平面的边界轨线在本发明的范围之内。可使用面外边界轨线(也就是说，没有位于单一一个欧几里得平面内的边界轨线)对薄膜进行面外拉伸。

尽管对真正的单轴性而言并未必须如此，但仍使用具有抛物线路径的拉幅机方法对薄膜进行面内拉伸。在一个实施例中，沿TD(主要拉伸方向)拉伸的直线在拉伸后仍保持基本上笔直。在常规的薄膜拉幅机工艺中，情况通常并非如此，并且以此方式拉伸的直线获得大体上弯曲或“弓”形的部分。

边界轨线可为对称的(但无需如此)，从而穿过中心面形成镜像。所述中心面是这样一个平面，其穿过位于薄膜初始移动方向上的矢量，并且穿过位于边界轨线之间的初始处的中心点，并且穿过与送料至拉伸设备中的未拉伸薄膜的表面垂直的矢量。

如同其他薄膜拉伸方法，将工艺条件选取为使得薄膜在整个拉伸过程中都保持均匀的空间拉延将会有利于抛物线路径拉伸操作。通过小心地控制未拉伸的薄膜或未拉伸的料片在横维和顺维上的厚度分布、以及在整个拉伸过程中小心地控制料片横向上的温度分布，可使很多聚合物体系都可获得良好的薄膜空间均匀性。很多聚合物体系对不均匀的因素特别敏感，并且如果厚度和温度不够均匀，则会受到不均匀方式的拉伸。例如，聚丙烯在单轴拉伸下往往产生“线型拉伸”。此外，某些聚酯(特别是聚萘二甲酸乙二醇酯)也是很敏感的。

无论采用何种拉伸技术，当需要保持几何特征物的形状时，都应以基本上平行于第一面内轴的方式来进行拉伸。已经发现，拉伸方向与第一面内轴越平行，则所获得的形状保持效果就越好。当拉伸方向与正好平行于第一面内轴的方向的偏差角度不大于20°时，可获得良好的形状保持效果。如果拉伸方向与正好平行于第一面内轴的方向的偏差角度不大于10°，则会获得更好的形状保持效果。如果拉伸方向与所述平行的方向的偏差角度不大于5°，则会获得甚至更好的形状保持效果。

在所述抛物线拉伸步骤中，还可将该拉伸步骤的各个部分中的偏离单轴拉伸的程度都维持在一定的限度内。另外，在以下情况下也可以保持满足上述这些条件，所述情况为：虽然在拉伸初始部分中使薄膜的一部分发生面外变形，但在拉伸的最终部分期间又使薄膜回到面内。

在整个拉伸过程中始终保持真正单轴地横向拉伸的情况中，加工方向上的瞬时拉伸比(MDDR)大约等于经过密度变化校正的横向拉伸比(TDDR)的倒数的平方根。如上论述，可使用面外边界轨线(即，没有位于单一一个欧几里得面内的边界轨线)对薄膜进行面外拉伸。存在无数种(然而是特定的)满足本发明所述实施例中的关系要求的边界轨线，这样便可使用面外边界轨线来保持基本上单轴拉伸的过程。

如果需要，则可在拉伸之后实施热定型和淬火。

现参照图7，拉伸前的具有结构化表面的薄膜34具有尺寸T、W和L，其分别代表薄膜的厚度、宽度和长度。在将薄膜34拉伸(λ)倍之后，拉伸后的薄膜35具有尺寸T’、W’和L’，其分别代表所述薄膜拉伸后的厚度、拉伸后宽度和拉伸后长度。所述拉伸使得拉伸后的薄膜35具有单轴特性。

沿第一面内轴、第二面内轴和第三轴的拉伸比之间的关系可表示纤维的对称性，因而可表示拉伸后的薄膜的单轴取向程度。在本发明中，所述薄膜沿第一面内轴具有至少1.1的最小拉伸比。在一个实施例中，沿第一面内轴的拉伸比为至少1.5。在本发明的另一个实施例中，所述拉伸比为至少1.7。在本发明的另一个实施例中，所述拉伸比为至少3。较高的拉伸比也是可用的。例如，3至10或更大的拉伸比可用于本发明。

在本发明中，沿第二面内轴和第三轴的拉伸比通常基本上相同。最方便的是，这种基本上相同的表达方式是这些拉伸比之间的相对比值。如果这两个拉伸比不相等，则相对比值就是较大的、沿这些轴中的某一条轴的拉伸比与较小的、沿另一条轴的拉伸比的比值。在一个实施例中，所述相对比值小于1.4。当这两个拉伸比相等时，则相对比值为1。

在沿第一面内方向的拉伸比为λ的真正单轴拉伸的情况下，当所述操作在第二面内轴和在薄膜厚度方向上(沿第三轴)产生基本上相同的比例尺寸变化时，薄膜的厚度和宽度将以相同比例的尺寸变化而减小。在这种情况下，这一结果可近似地表示为KT/λ^0.5和KW/λ^0.5，其中K表示归因于拉伸期间的密度变化的比例因子。在理想情况下，K为1。当在拉伸期间密度降低时，K大于1。当在拉伸期间密度增大时，K小于1。

在本发明中，可将最终厚度T’与薄膜的初始厚度T的比值定义为NDSR拉伸比(NDSR)。MDSR可定义为薄膜中的一部分在拉伸后的长度除以所述部分的初始长度。仅出于说明性目的而参看图8中的Y’/Y。TDSR可定义为薄膜中的一部分在拉伸后的宽度除以所述部分的初始宽度。仅出于说明性目的而参看图8中的X’/X。

(例如)在纵向取向的情况下，第一面内方向可与MD重合，或(例如)在抛物线拉幅机的情况下，第一面内方向可与TD重合。在另一实例中，以所谓的间歇式拉幅方法，将片材而非连续的料片供入拉幅机中。所述方法在美国专利6,609,795中有所描述。在这种情况下，第一面内方向或轴与TD重合。

本发明可广泛地应用于多种不同的其中需要单轴特性的具有结构化表面的薄膜、材料和方法。据信，本发明方法尤其适于制备具有微结构化表面的聚合物薄膜，其中利用薄膜中所用材料的粘弹性特性来控制在加工期间、在对薄膜进行拉伸时在这些材料中诱导产生的分子取向程度(如果有的话)。这些改善效果包括如下效果中的一者或多者：得到改善的光学性能、得到增强的尺寸稳定性、得到增大的拉伸性、驻极体性质、更好的加工性等等。

一般来讲，本发明中使用的聚合物可是结晶的、半结晶性的、液晶的或无定形的聚合物或共聚物。应该理解，在聚合物领域中为大家所公认的是，聚合物通常并非为完全结晶的，并且因此在本发明背景下，结晶或半结晶的聚合物是指那些非为无定形的聚合物，并且包括通常称为结晶性、部分结晶性、半结晶性材料等的任何材料。液晶聚合物(有时还称为刚性棒状聚合物)在本领域中被认为其具有不同于三维晶序的某种长程有序的形式。

本发明预期可使用任何能熔融加工成或固化成薄膜形式的聚合物。这些聚合物包括(但不限于)如下种类的均聚物、共聚物以及可被进一步加工成聚合物的低聚物，所述种类为：聚酯(如，聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯(如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二亚甲基二醇酯)、聚联苯甲酸亚乙基酯、聚萘二甲酸亚烷基二醇酯(如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其异构体(如，2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和2，3-PEN))以及聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)及其异构体)以及液晶聚酯)；聚芳酯；聚碳酸酯(如，双酚A聚碳酸酯)；聚酰胺(如，聚酰胺6、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺46、聚酰胺66、聚酰胺69、聚酰胺610和聚酰胺612、芳族聚酰胺和聚邻苯二甲酰胺)；聚醚-酰胺；聚酰胺-酰亚胺；聚酰亚胺(例如，热塑性聚酰亚胺和聚丙烯酰亚胺)；聚醚-酰亚胺；聚烯烃或聚亚烷基聚合物(如，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯和聚(4-甲基)戊烯)；离聚物，例如Surlyn^TM(可得自E.I.du Pont de Nemours & Co.(Wilmington，Del.))；聚醋酸乙烯酯；聚乙烯醇和乙烯-乙烯醇共聚物；聚甲基丙烯酸酯(如，聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸甲酯)；聚丙烯酸酯(如，聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯和聚丙烯酸丁酯)；聚丙烯腈；含氟聚合物(如，全氟烷氧基树脂、聚四氟乙烯、聚三氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-三氟乙烯共聚物、乙烯-氯三氟乙烯交替共聚物和THV^TM(得自3M公司))；氯化聚合物(如，聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯)；聚芳醚酮(如，聚醚醚酮(“PEEK”))；脂肪族聚酮(如，乙烯和/或丙烯与二氧化碳形成的共聚物和乙烯和丙烯与二氧化碳形成的三元共聚物)；任何立构规整性的聚苯乙烯(如，无规立构的聚苯乙烯、全同立构的聚苯乙烯和间规立构的聚苯乙烯)以及任何立构规整性的被环取代或链取代的聚苯乙烯(如，间规立构的聚(α-甲基苯乙烯)和间规立构的聚二氯苯乙烯)；这些苯乙烯类材料的任何共聚物和共混物(如，苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)；乙烯基萘；聚醚(如，聚苯醚、聚(二甲基苯醚)、聚环氧乙烷和聚甲醛)；纤维素(如，乙基纤维素、醋酸纤维素、丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和硝酸纤维素)；含硫聚合物(如，聚苯硫醚、聚砜、聚芳基砜和聚醚砜)；硅氧烷树脂；环氧树脂；弹性体(如，聚丁二烯、聚异戊二烯和氯丁橡胶)、尼龙和聚氨酯。也可使用两种或两种以上聚合物或共聚物的共混物或掺混物。

如上所述，难以使用某些聚合物(特别是聚酯)来复制表面。这类聚合物在复制过程期间通常会强烈地粘结在工具上。因此，难以在不对复制的表面造成损坏的条件下将它们从工具中取出。可用于本发明的半结晶热塑性聚合物的实例包括半结晶性聚酯。这些材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。已经发现，包含聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯的聚合物具有很多本发明所需要的性质。

用于聚酯的合适的单体和共聚单体可为二醇类或者二羧酸或二羧酸酯类。二羧酸类共聚单体包括(但不限于)：对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、所有同分异构的萘二甲酸(2，6-、1，2-、1，3-、1，4-、1，5-、1，6-、1，7-、1，8-、2，3-、2，4-、2，5-、2，8-萘二甲酸)、联苯甲酸(例如，4，4’-联苯二甲酸及其异构体)、反式-4，4’-二苯乙烯二羧酸及其异构体、4，4’-二苯醚二甲酸及其异构体、二羧基-4，4’-二苯砜及其异构体、二羧基-4，4’-二苯甲酮及其异构体、卤代的芳香族二羧酸(例如，2-氯对苯二甲酸和2，5-二氯对苯二甲酸)、其他取代的芳族二羧酸(例如，叔丁基间苯二甲酸和磺化间苯二甲酸钠)、环烷烃二甲酸(例如，1，4-环己烷二甲酸及其异构体和2，6-十氢萘二甲酸及其异构体)、双环或多环的二羧酸(例如，各种同分异构的降莰烷二甲酸和降冰片烯二甲酸、金刚烷二甲酸和双环辛烷二甲酸)、烷烃二甲酸(例如，癸二酸、己二酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、壬二酸以及十四烷双酸)、任何稠环芳族烃(例如，茚、蒽、菲、苯嵌萘、芴等)的同分异构的二羧酸。可使用其他的脂族、芳族、环烷烃或环烯烃的二羧酸。作为另一选择，诸如对苯二甲酸二甲酯之类的这些二羧酸单体的任何酯均可以代替二羧酸本身或与其组合。

合适的二醇类共聚单体包括(但不限于)：直链或支链的烷基二醇或二元醇(例如，乙二醇、丙二醇(例如，1，3-丙二醇)、丁二醇(例如，1，4-丁二醇)、戊二醇(例如，新戊二醇)、己二醇、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇和更高级的二醇)、醚二醇(例如，二甘醇、三甘醇和聚乙二醇)、链-酯二醇(例如，丙酸-3-羟基-2，2-二甲基丙基-3-羟基-2，2-二甲基丙基-3-羟基-2，2-二甲酯)、环烷烃二醇(例如，1，4-环己烷二甲醇及其异构体和1，4-环己二醇及其异构体)、双环或多环的二醇(例如，各种同分异构的三环癸烷二甲醇、降莰烷二甲醇、降冰片烯二甲醇和双环辛烷二甲醇)、芳香族二醇(例如，1，4-苯二甲醇及其异构体、1，4-苯二酚及其异构体、双酚(例如，双酚A)、和2，2’-二羟基联苯及其异构体、4，4’-二羟甲基联苯及其异构体、以及1，3-双(2-羟基乙氧基)苯及其异构体)、以及这些二醇的低级烷基醚或二醚(例如，二醇的双甲醚或双乙醚(dimethyl or diethyl diol)。可使用其他的脂族、芳族、环烷基和环烯基的二醇。

也可使用能起到为聚酯分子提供支化结构的作用的三官能或多官能的共聚单体。其可为羧酸、酯、含羟基化合物或醚类型的物质。实例包括(但不限于)：偏苯三酸及其酯、三羟甲基丙烷和季戊四醇。

其他适合作为共聚单体的单体为具有混合官能团的单体，包括：羟基羧酸类，例如，对羟基苯甲酸和6-羟基-2-萘甲酸以及其异构体；以及具有混合官能团的三官能或多官能的共聚单体，诸如，5-羟基间苯二甲酸等。

合适的聚酯共聚物包括：PEN的共聚物(如，2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和/或2，3-萘二甲酸或其酯与下列物质形成的共聚物，所述物质为：(a)对苯二甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯；(c)邻苯二甲酸或其酯；(d)烷烃二醇；(e)环烷烃二醇(如，环己烷二甲醇)；(f)烷烃二甲酸；和/或(g)环烷烃二甲酸(如，环己烷二甲酸))；以及聚对苯二甲酸亚烷基二醇酯的共聚物(对苯二甲酸和其酯与下列物质形成的共聚物，所述物质为：(a)萘二甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯(c)邻苯二甲酸或其酯；(d)烷烃二醇；(e)环烷烃二醇(如，环己烷二甲醇)；(f)烷烃二甲酸；和/或(g)环烷烃二甲酸(例如，环己烷二甲酸))。所述的共聚聚酯也可为颗粒料的共混物，其中至少一种组分是基于某一种聚酯的聚合物，并且其他的一种或多种组分是其他的聚酯或聚碳酸酯(为均聚物或共聚物)。

本发明薄膜还可含有分散相，所述分散相含有位于连续的聚合物基质相或双连续的基质相内的聚合物颗粒、或油、或其他不相容的相分离物质。在本发明的一个可供选择的实施例中，所述分散相可存在于多层薄膜的一个层或多个层中。所用聚合物颗粒的含量对本发明并非至关重要，并且可对其进行选择，以便实现最终制品所要达到的预期目的。可能影响聚合物颗粒的含量和类型的因素包括：颗粒的纵横比、颗粒在基质中的空间排列、颗粒的体积分数、结构化表面薄膜的厚度等。通常，聚合物颗粒选自上述的相同的聚合物。

根据本发明制备的薄膜可用于各种产品，包括：轮胎帘线、增强材料、过滤介质、磁带背衬、擦拭用品(例如，皮肤用擦拭用品)、医疗敷料、绷带、微流薄膜、隔膜、模糊滤光器、偏振片、反射式偏振片、二向色性偏振片、经排列的反射式/二向色性偏振片、吸收偏振片、延迟片(包括z轴延迟片)、衍射光栅、偏振光分束器、增亮薄膜以及偏振衍射光栅。这些薄膜本身可构成具体的元件，或者这些薄膜可用作另一元件(例如，轮胎、工业用带、软管、敷料、绷带、面罩、呼吸器、过滤器、胶黏带、擦拭用品、隔膜、用于正投和背投系统的分光器)中的组件，或者可用作在显示器或微显示器中使用的增亮薄膜。

本发明的范围涉及拉细的聚合物结构体(薄膜、细丝、单层或多层)和涉及获得此类结构体的方法；并且更具体地讲，本发明涉及这样一种方法，其中将包括高度有序的复制特征物的聚合物结构体拉伸至这些特征物及下方的基底由初始的浇铸或挤出形式以受控并且协同的方式发生变形的程度。在一个实施例中，本发明范围中的聚合物(热塑性聚合物或可延展聚合物)结构体(实心结构体或微孔结构体)的特征在于具有覆盖表面至少一部分的连续(沿表面至少一个方向不间断)的复制特征物(被复制成在特征物间具有某种几何约束性)。本发明范围中的结构是通过沿所述结构体的主轴将至少一部分表面上具有复制特征物的薄膜(浇铸薄膜或仿形挤出薄膜)拉细而形成的。拉细以协同的方式使浇铸或挤出形式的特征物和底部延长，从而制备具有复制表面的薄膜或细丝。可通过几何构型与下方结构的独特有用的组合来制备本发明范围中的拉细结构。作为一个实例，可制备具有在如橡胶增强材料、过滤材料或光控材料等应用中有用的精细表面形貌的、高度分子取向(并且结晶)的薄膜。可通过原纤化步骤来进一步加工这些材料，从而形成过滤用的具有微结构化表面的纤维结构。构型性质与结构性质的独特组合的另一实例是由相分离性材料制成的微复制薄膜。这种结构的拉细薄膜将是微孔的，并且会具有微复制表面形貌。诸如这种材料可应用于液体过滤或防水服饰。具有复制表面特征物的拉细细丝可应用于其中需要纤维覆盖(扩大表面积)的毛毯和个人护理应用。

在一个实施例中，根据本发明制备的在拉伸前形成的聚合物薄膜具有包括第一表面和第二表面的主体，并且具有位于其至少一个表面上的一个或多个细长微结构特征物。所述薄膜在(例如)图10中示出为薄膜109，其具有主体或基体部分111、第一表面部分113、第二表面部分119和设置在第一表面部分113上的细长微结构特征物115。这些特征物基本上是平行的，并且以基本上平行于薄膜主体的纵向维度L的方式延伸，并且可以沿薄膜的长度方向是连续的(例如，如图10中的特征物115)或者沿薄膜的长度方向是不连续的(即，并非沿薄膜的整个长度方向延伸；例如，像图10中的特征物115b一样)。在横截面中，每个特征物都具有预拉伸形状(例如，三角形、多边形等)及第一厚度，并且所述主体具有第一厚度。相邻特征物当其连接主体时可邻接在一起(例如，参看图2)，或者至少某些特征物可通过主体的分离跨度(例如，参看图3A中的特征物间距FS’)而在横向上间隔开。在一个实施例中，这些微结构特征物中的至少一个在其上具有间断，例如，其上具有间断141的特征物115a(图10)，或者其上可具有多个间断，例如，其上分别带有间断142和143的特征物115b和115c。特征物上的间断包括位于特征物表面上的几何形状的任何变化，其包括(例如)浅显的缺口(诸如，间断141和143)或穿过特征物的整个厚度延伸至主体的间断(诸如，间断142)。间断沿特征物纵向地延伸，可在侧向上完全延伸通过特征物，或可仅部分地延伸进入特征物(诸如，凹窝或凹槽)。另外，间断可构成从特征物突出的凸起，例如，隆起物或脊状物。

沿基本上平行于主体的纵向维度的方向拉伸所述薄膜，这使得主体以及其上的微结构特征物得以延长。因此，所述主体具有第二厚度，所述第二厚度与第一厚度相差不多或小于第一厚度(即，Z’＜Z)。同样地，特征物的厚度可在拉伸后减小(即，P’＜P)。在一个实施例中，主体厚度与特征物厚度在拉伸后的比值(即，主体厚度除以特征物厚度)可介于2至1的范围内，在另一实施例中，可为1至0.5，并且在又一实施例中，所述主体厚度/特征物厚度的比值可低至约0.10。因此，如图19的本发明示例性的拉伸后的薄膜中所示，相比于特征物厚度，主体厚度可相对较小。所述主体可仅提供足以将这些特征物以薄膜结构的形式保持接合在一起以便进一步加工或处理的材料。以此方式，通过相对较薄的柔韧主体或基体，将这些细长微结构特征物接合在一起。

在这种形式中，拉伸后的薄膜获得整体(包括主体和微结构特征物两者)的取向。换句话讲，每个微结构特征物的形态都与主体相同—两者都通过相同方式的拉伸而进行取向，从而限定了分子取向的聚合物薄膜，所述分子取向的聚合物薄膜具有其至少一个表面带有细长微结构特征物的主体。在本发明一个实施例中，所述薄膜在纵向维度上具有至少1.1的最小拉伸比。在一个实施例中，所述拉伸比为至少1.5。在本发明的另一实施例中，所述拉伸比至少为1.7。在本发明又一实施例中，所述拉伸比为至少3。此外，更高的拉伸比也是可用的。例如，3至20或更大的拉伸比可用于本发明。

在一个实施例中，所述薄膜为结晶性(非无定形)的并且均质的薄膜。相对于主体的纵向维度，所述拉伸后的薄膜表现出各向异性的物理特性。例如，取向的薄膜在纵向维度上的杨氏模量大大不同于(即，大大高于)在横向维度或主体厚度维度上的杨氏模量。类似地，薄膜在纵向维度上的拉伸强度大大不同于(即，高于)在横向维度或主体厚度维度上的拉伸强度。据信，在本发明的取向的微结构化薄膜中可实现这些独特的各向异性性质和形态，然而这通过将微结构特征物机械加工到经拉伸的薄膜上是不能实现的。这是因为机械加工过程会产生改变薄膜材料形貌的热。通过暴露于由薄膜材料的机械加工过程中涉及的摩擦而导致的热效应(即，热)，聚合物薄膜的取向的结晶结构发生改变。因此，本发明提供一种以简单而有效的方式来形成其至少一个侧面上具有细长微结构特征物的分子取向的聚合物薄膜的方法。可先对薄膜进行浇铸、然后对其进行拉伸，而并非先浇铸、拉伸、然后机械加工薄膜。因此，机械加工步骤的去除不仅可形成在整个薄膜内具有相对均匀形态的取向的薄膜，而且还更为经济。

经拉伸的薄膜被延长超过其延长点从而使其内的结晶分子获得取向。然而，如果后来将经拉伸的薄膜加热至高于玻璃化转变状态的温度(但低于其熔点)，则纵向取向的结晶排列将会破坏并且回复到更为无规的模式。这会导致薄膜沿纵向维度收缩。

在一种形式中，如上所述，本发明薄膜可用作(诸如)轮胎帘线应用的增强材料。对于车辆轮胎，提供帘线材料(例如，如“钢丝子午线轮胎”中的增强钢带)是为了增强轮胎橡胶并且为成品轮胎提供增大的强度和耐用性。本发明的分子取向的聚合物薄膜可同样用于这种帘线用途，这是因为其微结构特征物被取向，并且通过薄膜主体保持这种取向状态，因而可提供沿薄膜主体的纵向维度的强度相对较大的接合纤维或帘线(即，微结构特征物)阵列。所述薄膜可绕所形成的轮胎轴环形取向，以在一个层中或所需数目的层中提供环向强度。可将这些层进行排列，以使得这些分层薄膜的纵向维度基本上平行，或者使得其纵向维度不平行。例如，在另一实施例中，这样的一层或多层薄膜可按照多种可选择的取向(诸如(例如)薄膜主体的纵向维度平行于轮胎轴、从轮胎轴呈辐射状散开、或绕轮胎轴呈弧形)来进行排列。另外，这些薄膜层可间隔开，或者其可相接合，以使得第一层上的至少某些特征物或结构与叠置在所述第一层上的第二层的主体的第二表面相接合。另外，相对较薄的主体提供了一种便于处理细长特征物的方法，从而在绕增强帘线薄膜来模制轮胎时可将细长特征物准确地放置到轮胎内，由此简化增强轮胎的制造方法。与可用于帘线用途的平坦薄膜相反，本发明薄膜的特征物和主体的相对较大的表面积可在轮胎组装期间加强橡胶与薄膜的粘合。微结构特征物中的间断更进一步地加强了这种特性，因为这样就产生了附加的特征物表面积以用于粘合。此外，在提供等效的帘线强度的同时，所述聚合物材料的重量可比现有的帘线材料的重量轻。

在另一种形式中，如上所提及，本发明薄膜可用作其他应用(如，胶带背衬)的增强材料。当将本发明薄膜以薄膜主体的纵向维度大体上平行于胶带条的长度的方式设置在胶带的背衬上(或其本身用作胶带背衬)时，所述薄膜可在纵向上为胶带提供增强作用。在一个实施例中，主体的至少一个表面上设置有粘结剂，如(例如)压敏粘结剂。

在另一种形式中，如上所提及，本发明薄膜可由多相薄膜来形成，其中薄膜内的一种组分位于另一组分中以形成多孔结构。例如，初始薄膜可以是内含矿物油的高密度聚乙烯(HDPE)，所述初始薄膜经浇铸或模制而在其主体一侧上具有微结构特征物。在拉伸所述薄膜时，HDPE中容纳矿物油的空间被延长，并且这些空间在矿物油所处的位置变为空隙。另外，可对拉伸后的薄膜进行进一步的加工，以(通过已知的技术)移除其内大部分的矿物油。因此，所述拉伸形成了在纵向维度上取向的微型腔体，并且拉伸后的薄膜变成了(例如)可渗透蒸气但不渗透液体的微孔隔膜材料。矿物油的移除使得薄膜的多孔性甚至更大。如果沿横向尺寸进一步拉伸所述薄膜(即，因而获得双轴取向)，则会更进一步地扩大这些腔体或空隙的体积，并且薄膜多孔性进一步增大。这种微孔拉伸薄膜材料(其至少一侧上具有微结构特征物)可用作单独的微孔薄膜材料，或可堆叠在类似的薄膜材料层上以获得多孔微流薄膜的堆叠阵列。因此，这些细长微结构特征物用于通过将薄膜层的主体间隔开从而在薄膜层之间起到限定流体流动通道的作用。这些堆叠的薄膜层可与其主体的纵向维度大体上平行地排列，或其可沿不同方向(例如，垂直方向)排列。如上所述，可在相邻细长微结构特征物之间设置分离跨度。当本发明薄膜用作微孔隔膜时，这些分离跨度通过在相邻特征物之间形成较大的流体流动通道可进一步提高薄膜的流体流量或导流能力。微结构特征物上的间断(诸如，间断141、142或143)允许流体在特征物上横向流动，因而允许流体在相邻的流动通道之间(诸如，在示出于图10中薄膜109上的通道144、145、146与147之间)流动。在微结构特征物上提供间断还可增大这些特征物的表面积(以及其上设置有这些特征物的任何微孔薄膜或纤维的表面积)。

在另一种形式中，如上所提及，可在拉伸后使本发明薄膜形成原纤维以提供一条或多条纵向取向的纤维，所述一条或多条纵向取向的纤维可用于诸如形成过滤介质等应用。为了这个目的，沿着大体上纵向设置的分离线，使连接细长微结构特征物的主体分离，其中分离后的主体的每一部分上都包括一个或多个微结构特征物(但在一个实施例中，所述主体中可存在其中不带任何特征物的所选的部分)。尽管相对较薄的主体可在原纤化作用下自行分离，但形成所述薄膜的方法也可包括在薄膜上限定纵向分离线。那么，分离线就会限定薄膜在原纤化期间发生分离从而形成纤维的位置。要指出的是，纤维可仅包括一个微结构特征物，或可包括数个特征物(其中主体的连接部分保持在所述数个特征物之间以将它们结合在一起)。例如，由图11中可见，拉伸后的薄膜110具有主体或基体部分112、第一表面部分114、第二表面部分117以及设置在第一表面部分114上的细长微结构特征物116，并且可具有形成于薄膜110的主体112上的分离线121。在一些情况下，相邻特征物116可具有位于其间的分离跨度123。这些分离线可位于相邻特征物之间(诸如，分离线121a)，或可设置在分离跨度内(诸如，分离线121b)，因而与分离跨度121b每侧上的微结构特征物在横向上间隔开。分离线121可限定在主体112内(诸如(例如)主体的标记线或弱化段)，以用于在原纤化期间将拉伸后的薄膜110分离成纤维或纤维元件125(参看图12)。在这种情况下，原纤化方法是一种将经纵向取向的薄膜分割成互连纤维网络的工艺，并且可通过本领域中已知的原纤化工艺来实现。

本发明薄膜的原纤化可获得多个具有大体均匀形态的取向的、结晶并且均质的聚合物纤维。这些纤维上的特征物可具有与形成这些纤维的拉伸薄膜上的特征物相同的特性。例如，这些纤维上的特征物具有高的特征物厚度与主体厚度的关系，通过对取向的薄膜进行机械加工来形成特征物是不可能获得这种关系的。

如(例如)图13中所见，每条如此形成的纤维125都可具有纤维主体或基体部分212、第一表面部分214、第二表面部分217以及一个或多个设置在纤维主体212的第一表面部分214上的细长微结构特征物216。每条纤维主体212都具有(与形成纤维主体的薄膜110类似的)纵向维度，并且特征物216同样地是沿基本上平行于纤维主体212的纵向维度的方向设置的，并且特征物216基本上相互平行。可横向地切割这些纤维并且然后将其混合在一起以形成呈任何所需形状(例如，滤板、滤筒、滤锥等)和密度的混合纤维过滤层。作为另一选择，可将这些纤维保持为这样的阵列形式，其中所述阵列内纤维的纤维主体基本上相平行，诸如图14中纤维125的阵列127示意地示出的那样。在这种构型中，纤维125的阵列127还可用于过滤，或者用于增强性能(诸如，如上提及的轮胎帘线或胶带背衬)。如同样在上文论述的薄膜类似，纤维阵列可作为一个层来使用，并且这样的多个层可相互叠置，诸如图15中叠置的纤维阵列127a、127b和127c示意地所示的那样。叠置的层或阵列可相接合或可间隔开，并且这些阵列内的纤维的纵向维度可基本上平行地排列或者可沿不同的方向设置。

另外，可通过施加电势使这些纤维带电以进一步帮助其过滤能力。为了这个目的，将聚合物薄膜暴露于电场(例如，通过使薄膜从电晕线旁边经过)以将薄膜限定为驻极体。所述暴露步骤可先于薄膜的拉伸步骤进行，或者可在薄膜拉伸之后进行。在所述薄膜上，微结构特征物中的至少一个被定形为加强电场效应。因此，当薄膜分离成纤维时，每条纤维都是驻极体，并且在一个实施例中，纤维上的微结构特征物中的至少一个被定形以加强电场效应。如(例如)图16中所示，纤维125具有纤维主体212，纤维主体212具有在纤维主体212周围形成电势间断的多个边缘或点250(在侧视图中)。纤维125上的这些电荷集中区域(即，边缘250)通过将颗粒物质电吸引至纤维上从而可进一步帮助在过滤情况下的纤维。因此，纤维上的此类边缘越多，则越有利于过滤用途。当本发明薄膜被分段成纤维时，其可形成其上具有微结构特征物并且具有任何所需数量的边缘的纤维。另外，形成于微结构特征物上的表面间断可沿特征物的延长长度方向限定另外的边缘，继而可沿纤维主体方向形成附加的电势间断。这不仅为纤维产生更大的电势场效应吸引力，而且还增大其用于过滤用途时的表面积。由此类纤维构成的过滤层导致高效的过滤介质。如上所述，通过施加电荷，拉伸后的薄膜自身可被定义为驻极体。因此，当薄膜用于流体流动用途或在过滤情况下使用时，薄膜还会吸引颗粒从而将颗粒收集起来。

在一个实施例中，当形成本发明聚合物薄膜(以用作薄膜或用于从薄膜形成纤维)时，可横截于薄膜主体的纵向维度来限定至少一条大体上横向设置的分离线。例如，所述横向分离线由图10的横截于薄膜109的线255示出。可将所述分离线255限定为(例如)主体和/或微结构特征物中的标记线或弱化段，沿着线255所述标记线或弱化段用于(在拉伸后的)将薄膜或纤维分离成纤维元件段。对于纤维而言，这种分段可构成单独的处理步骤或者可与原纤化同时进行。作为另一选择，薄膜(例如，胶带)可形成有沿其纵向维度的多条横向分离线，并且薄膜直到使用者限定所需的胶带长度时才被分离成胶带段。然后，横向分离线可促使撕下所选的胶带段。

除了本文提及的其他特性以外，本发明薄膜(以及由其制成的纤维)还可形成为含有微颗粒材料的微孔薄膜(或纤维)。可用于本发明的微颗粒材料(其可为一种材料或数种材料的组合)在水性介质和有机介质中不会发生溶胀，并且基本上不溶于水或洗脱溶剂。在20摄氏度的温度下，向水性介质或洗脱溶剂中混合颗粒，100g的水性介质或洗脱溶剂中溶解不多于1.0克的颗粒。所述颗粒材料可为有机化合物、聚合物、或无机氧化物(诸如，二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和其他陶瓷体)，或者其可为离子交换颗粒或螯合颗粒。适用于本发明用途的颗粒包括满足如下条件的任何颗粒：其可涂覆有不溶解、不溶胀的吸附材料，或者其表面(外表面和/或内表面)上可衍生化以提供不溶解、不溶胀的吸附材料涂层。此类薄膜内的颗粒公开于美国专利4,810,381中。

另外，可将其他添加剂(例如，催化剂(例如，对CO具有氧化催化活性的纳米金颗粒)、碳纤维或颗粒、或颜料材料)添加至所述薄膜，以提供由此形成的具有所需性质的薄膜或纤维。另外，这些薄膜以及由薄膜形成的纤维可为吸附性的或为吸收性的。

在以上说明中，有时用术语“第一”、“第二”、“第三”、“顶部”和“底部”来描述各元件的位置。这些术语仅用来简化对本发明各元件(诸如图中示出的那些元件)的说明。不应将其理解为对本发明元件可用取向的任何限制。

因此，不应当认为本发明仅局限于上述的具体例子，相反，应当理解到，本发明涵盖所附权利要求书中明确阐述的本发明的各个方面。在本发明所属领域的技术人员在阅读本说明书之后，本发明可进行的各种修改形式、等同处理以及可应用本发明的多种结构将是显而易见的。权利要求书旨在涵盖这些修改形式和装置。

实例

实例1

所述实例中，使用可得自田纳西州金斯伯特市的伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company，Kingsport，TN)的特性粘度(I.V.)为0.74的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

对PET球粒进行干燥以去除残留水分，并且在氮气吹扫下将PET球粒装载到挤出机挤出料斗的挤出部分中。在挤出机以及连续的熔融装置组件内在渐增温度分布为232℃至282℃的条件下将PET挤出到温度被设置为282℃的模头。连续地监测熔融装置组件的压力并且在沿着熔融装置组件的最终监控位置处取平均值，然后使模头紧密地靠近工具，其中在所述工具上同时形成聚合物薄膜和贴于工具上的该薄膜第一表面上的结构体。

所述工具是结构化的带状物，其具有用于在浇铸薄膜上形成结构化表面的负像。所述结构化表面包括一系列重复且连续的三角形棱柱。这些三角形形成了锯齿状图案。各个棱柱的位于底部的顶点为与之靠近的、邻近的结构体所共有。棱柱沿着浇铸方向或加工方向(MD)排列。所述工具的结构化表面涂覆有含氟苯并三唑，其化学式为：

其中R_f是C₈F₁₇并且R是-(CH₂)₂-，如美国专利6,376,065中公开的那些。所述工具安装在温度受控的旋转筒上，所述旋转筒使得工具表面沿浇铸(MD)方向连续地运动。工具表面的测量温度平均为92℃。

使模头孔贴近转动的带状工具，从而在工具和模头间形成最终的狭槽，其中所述熔融聚合物通过所述模头孔从熔融装置组件中流出。随着模头和工具逐渐靠近，沿着熔融装置组件的最终监控位置处的压力增大。最终压力与先前记录的压力之差被称为狭槽压降。本实例中，狭槽压降为7.37×10⁶Pa(1070psi)，从而提供足以将熔融聚合物压入由工具负像所形成的结构化腔体中的压力。由此形成的结构化薄膜随着工具旋转而从狭槽传送出来，利用辅助空气冷却法来对所述结构化薄膜进行淬火，然后从工具上剥离所述薄膜并最终卷绕成卷。包括结构体的高度在内的浇铸薄膜的总厚度(T)为约510微米。

浇铸并卷绕的聚合物薄膜准确地复制了工具的结构。使用显微镜观察其横截面，在薄膜表面上辨认到这样的棱柱结构，所述棱柱结构的顶角约为85°，三角形的一边相对于薄膜基体的水平面的倾角为20°，而另一边相对于垂线的夹角为15°。测得的轮廓显示出具有预期的、近似直角三角形的形状，以及直边和略微偏圆的顶点。经测量，聚合物薄膜表面上的复制棱柱具有44微米的底宽(BW)和19微米的高度(P)。峰-峰间距(PS)与底宽(BW)大致相等。所述工具也存在缺陷，并且可能与标称尺寸存在小的偏差。

将所述结构化浇铸薄膜切割成纵横比为10∶7(沿凹槽的方向∶垂直于凹槽的方向)的片材，将其预加热至约100℃(在充气室中测量)，并且使用间歇式拉幅工艺沿棱柱的连续长度方向以几乎真正单轴的方式将所述薄膜拉伸至6.4的标称拉伸比，并且立即使薄膜松弛至拉伸比为6.3。也就是说，将各个片材供入至常规的连续运作的薄膜拉幅机中。从6.4到6.3的松弛是在可控制最终薄膜的收缩的拉伸温度下完成的。这些结构化表面保持着具有适当的横截面直边(即，适当的平坦面)和大体类似的形状的棱柱形状。经显微镜对横截面进行测量，拉伸后的底宽(BW’)为16.5微米，并且经测量，拉伸后的峰高度(P’)为5.0微米。经测量，包括结构化高度在内的薄膜的总厚度(T’)为180微米。使用可得自新泽西州的皮斯卡塔韦镇的迈垂康公司(Metricon，Piscataway，NJ)的Metricon棱镜耦合器来测量拉伸后的薄膜的背侧在632.8nm波长处的折射率。沿着第一面内方向(沿着棱柱的方向)、第二面内方向(横截于棱柱的方向)以及沿厚度方向测得的折射率分别为1.672、1.549和1.547。因此，所述拉伸材料的横截面内的相对双折射率为0.016。

实例2

所述实例中，使用可得自田纳西州的金斯伯特市的伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company，Kingsport，TN)的特性粘度(I.V.)为0.74的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

对PET球粒进行干燥以去除残留水分，并且在氮气吹扫下将PET球粒装载到挤出料斗中。在挤出机以及连续的熔融装置组件内在恒温温度分布为282℃的条件下将PET挤出到温度被设置为282℃的模头。连续地监测熔融装置组件的压力并且在沿着熔融装置组件的最终监控位置处取平均值，然后使模头紧密地靠近工具，其中在所述工具上同时形成聚合物薄膜和贴于工具上的该薄膜第一表面上的结构体。

所述工具是结构化的带状物，其具有用于在浇铸薄膜上形成结构化表面的所需负像。所述结构化表面包括一系列重复且连续的等腰直角三角形棱柱，这些三角形棱柱的底宽(BW)为50微米并且高度(P)接近25微米。各个棱柱的位于底部的顶点为与之靠近的、邻近的结构体所共有。这些棱柱沿着浇铸方向(MD)排列。所述工具的结构化表面涂覆有含氟苯并三唑，其化学式为：

其中R_f是C₄F₉并且R是-(CH₂)₆-。所述工具安装在温度受控的旋转筒上，所述旋转筒使得工具表面沿浇铸(MD)方向连续地运动。工具表面的测量温度平均为98℃。

使模头孔贴近转动的带状工具，从而在工具和模头间形成最终的狭槽，其中所述熔融聚合物通过所述模头孔从熔融装置组件中流出。随着模头和工具逐渐靠近，沿着熔融装置组件的最终监控位置处的压力增大。最终压力与先前记录的压力之差被称为狭槽压降。本实例中，狭槽压降为7.92×10⁶Pa(1150psi)，从而提供足以将熔融聚合物压入由工具负像所形成的结构化腔体中的压力。由此形成的结构化薄膜随着工具旋转而从狭槽中传送出来，利用辅助空气冷却法来对所述结构化薄膜进行淬火，然后从工具上剥离所述薄膜并最终卷绕成卷。包括结构体的高度在内的浇铸薄膜的总厚度(T)约为600微米。

浇铸并卷绕的聚合物膜准确地复制了工具结构。使用接触式轮廓测定法(例如，具有60°的锥角、2微米半径的触头的KLA-Tencor P-10)，在薄膜的表面上辨认出清晰、棱角分明的棱柱结构。测得的轮廓显示出具有预期的、近似直角三角形的形状，以及直边和略微偏圆的顶点。经测量，聚合物薄膜表面上的复制棱柱的底宽(BW)为50微米并且高度(P)为23.4微米。峰-峰间距(PS)与底宽(BW)大致相等。由于探测触头的形状和大小，所以轮廓测定法的分辨率的极限为约1微米，因此实际顶点的高度可能会高得多。所述工具也会存在缺陷，并且可能会与标称尺寸存在小的偏差。通过轮廓法测得的横截面面积与理论计算的横截面面积这二者的比值得到了填充率计算值，该值为99％。

可以类似于实例1中的方式来拉伸所述结构化薄膜。

实例3

在反应容器中制备特性粘度(I.V.)为0.56的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。

对PEN球粒进行干燥以去除残留水分，并且在氮气吹扫下将PET球粒装载到挤出料斗中。在挤出机以及连续的熔融装置组件内在恒温温度分布为288℃的条件下将PET挤出到温度被设置为288℃的模头。连续地监测熔融装置组件的压力并且在沿着熔融装置组件的最终监控位置处取平均值，然后使模头紧密地靠近工具，其中在所述工具上同时形成聚合物薄膜和贴于工具上的该薄膜第一表面上的结构体。

所述工具是结构化的带状物，其具有用于在浇铸薄膜上形成结构化表面的所需负像。所述结构化表面包括重复并且连续的一系列等腰直角三角形棱柱，这些三角形棱柱的底宽(BW)为50微米并且高度(P)接近25微米。各个棱柱的位于底部的顶点为与之靠近、邻近的结构体所共有。棱柱沿着浇铸方向(MD)排列。工具的结构化表面涂覆有含氟苯并三唑，其化学式为：

其中R_f是C₈F₁₇并且R是-(CH₂)₂-。所述工具安装在温度受控的旋转筒上，所述旋转筒使得工具表面沿浇铸(MD)方向连续地运动。工具表面的测量温度平均为144℃。

使模头孔贴近转动的带状工具，从而在工具与模头间形成最终狭槽，其中所述熔融聚合物通过所述模头孔从熔融装置组件中流出。随着模头和工具逐渐靠近，沿着熔融装置组件的最终监控位置处的压力增大。最终压力与先前记录的压力之差被称为狭槽压降。本实例中，狭槽压降为5.51×10⁶Pa(800psi)，从而提供足以将熔融聚合物压入由工具负像所形成的结构化腔体中的压力。由此形成的结构化薄膜随着工具旋转而从狭槽中传送出来，利用辅助空气冷却法来对所述结构化薄膜进行淬火，然后从工具上剥离所述薄膜并最终卷绕成卷。包括结构体的高度在内的浇铸薄膜的总厚度(T)约为600微米。

浇铸并卷绕的聚合物膜准确地复制了工具结构。使用接触式轮廓测定法(例如，具有60°锥角、2微米半径的触头的KLA-Tencor P-10)，在薄膜的表面上辨认出清晰、棱角分明的棱柱结构。测得的轮廓显示出具有预期的、近似直角三角形的形状，以及直边和略微偏圆的顶点。经测量，聚合物薄膜表面上的复制棱柱的底宽(BW)为50微米并且高度(P)为23.3微米。峰-峰间距(PS)与底宽(BW)大致相等。由于探测触头的形状和大小，轮廓测定法的分辨率的极限为约1微米，因此实际顶点的高度可能会高得多。所述工具也存在缺陷，并且可能与标称尺寸存在小的偏差。为更好地表征实际的填充程度(例如，表征用工具进行复制操作的精确度)，将用于轮廓测定法的横截面拟合为三角形。使用由测量轮廓得到的数据，将轮廓的各边缘拟合成沿着横截面侧边的、并且从底部开始测量时高度介于5至15微米的直线。经计算，理论顶点高度为24.6微米。通过轮廓法测得的横截面面积与理论计算得到的横截面面积这二者的比值得到填充率计算值，该值为98.0％。

使用间歇式拉幅工艺，沿棱柱的连续长度方向以几乎真正单轴的方式拉伸所述结构化浇铸薄膜。将所述薄膜预加热至165℃的标称温度(在充气室中测量)，并且在所述温度下于25秒内匀速地拉伸所述薄膜，使得最终拉伸比约为6倍(边缘间距)。这些结构化表面保持着具有适当的横截面直边(适当的平坦面)和大体类似的形状的棱柱形状。

表1示出在相对于浇铸薄膜中心的不同距离处的拉伸效应。

实例4

所述工具是结构化的带状物，其具有用于在浇铸薄膜上形成结构化表面的所需负像。所述结构化表面包括一系列重复且连续的等腰直角三角形棱柱，这些三角形棱柱的底宽(BW)为50微米并且高度(P)接近25微米。各个棱柱的位于底部的顶点为与之靠近、邻近的结构体所共有。这些棱柱沿着浇铸方向(MD)排列。所述工具的结构化表面涂覆有含氟苯并三唑，其化学式为：

其中R_f是C₈F₁₇并且R是-(CH₂)₂-，如美国专利6,376,065中所公开的那些。所述工具安装在温度受控的旋转筒上，所述旋转筒使得工具表面沿浇铸(MD)方向连续地运动。工具表面的测量温度平均为153℃。

使模头孔贴近转动的带状工具，从而在工具和模头间形成最终的狭槽，其中所述熔融聚合物通过所述模头孔从熔融装置组件中流出。随着模头和工具逐渐靠近，沿着熔融装置组件的最终监控位置处的压力增大。最终压力与事先记录的压力之差被称为狭槽压降。本实例中，狭槽压降为4.13×10⁶Pa(600psi)，从而提供足以将熔融聚合物压入由工具负像所形成的结构化腔体中的压力。由此形成的结构化薄膜随着工具旋转而从狭槽中传送出来，利用辅助空气冷却法来对所述结构化薄膜进行淬火，然后从工具上剥离所述薄膜并最终卷绕成卷。包括结构体的高度在内的浇铸薄膜的总厚度(T)约为600微米。

浇铸并卷绕的聚合物膜准确地复制了工具结构。使用接触式轮廓测定法(例如，具有60°锥角、2微米半径的触头的KLA-Tencor P-10)，在薄膜的表面上辨认出清晰、棱角分明的棱柱结构。测得的轮廓显示出具有预期的、近似直角三角形的形状，以及直边和略微偏圆的顶点。经测量，聚合物薄膜表面上的复制棱柱的底宽(BW)为数十微米并且高度(P)为23.5微米。峰-峰间距(PS)与底宽(BW)大致相等。由于探测触头的形状和大小，轮廓测定法的分辨率的极限为约1微米，因此实际顶点的高度可能会高得多。所述工具也存在缺陷，并且可能与标称尺寸存在小的偏差。为更好地表征实际的填充程度(例如，表征用工具进行复制操作的精确度)，将用于轮廓测定法的横截面拟合为三角形。使用由测量轮廓得到的数据，将轮廓的各边缘拟合成沿着横截面侧边的、并且从底部开始测量时高度介于5至15微米的直线。经计算，理论顶点高度为24.6微米，内顶角为91.1°。通过轮廓法测得的横截面面积与理论计算的横截面面积的比值得到填充率计算值，该值为98.0％。

使用间歇式拉幅工艺，沿棱柱的连续长度方向以几乎真正单轴的方式拉伸所述结构化浇铸薄膜。将所述薄膜预加热至158℃的标称温度，并且在所述温度下在90秒内匀速地拉伸所述薄膜，使得最终拉伸比约为6(边缘间距)。这些结构化表面保持着具有适当的横截面直边(适当的平坦面)和大体类似的形状的棱柱形状。

使用与测量浇铸薄膜的同一接触式轮廓测定法来测量所述拉伸后的薄膜。通过显微镜对横截面进行测量，结果拉伸后的底宽(BW’)为22微米，并且经测量，拉伸后的峰高度为8.5微米。经计算，包括结构化高度在内的薄膜的总厚度(T’)约为220微米。使用可得自新泽西州的皮斯卡塔韦镇的迈垂康公司(Metricon，Piscataway，NJ)的Metricon棱镜耦合器来测量拉伸后的薄膜的背侧在632.8nm波长处的折射率。沿着第一面内方向(沿着棱柱的方向)、第二面内方向(横截于棱柱的方向)以及沿厚度方向测得的折射率分别为1.790、1.577和1.554。因此，所述拉伸材料的横截面内的相对双折射率为0.10。

使用轮廓测定数据，由表观横截面面积的比值得到的拉伸比估测值为6.4(没有对拉伸和取向时的密度变化进行校正)。使用6.4的拉伸比值以及轮廓测定法所得的数据，计算出的形状保持参数为0.94。

实例5

在反应容器中制备这样一种共聚物(所谓的40/60共聚PEN)，通过对该共聚物中的羧酸酯(对苯二甲酸酯和萘二甲酸酯)部分(亚单元)的比例进行测定，结果该共聚物包含40摩尔％的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的结构单元和60摩尔％的聚萘二甲酸乙二醇酯的结构单元。其特性粘度(I.V.)为约0.5。

对40/60共聚PEN树脂球粒进行干燥以去除残留水分，并且在氮气吹扫下将其装载到挤出料斗中。在挤出机以及连续的熔融装置组件内在渐降温度分布为285℃至277℃的条件下将40/60共聚PEN挤出到温度被设置为288℃的模头。连续地监测熔融装置组件的压力并且在沿着熔融装置组件的最终监控位置处取平均值，然后使模头紧密地靠近工具，其中在所述工具上同时形成聚合物薄膜和贴于工具上的该薄膜第一表面上的结构体。

所述工具为结构化的带状物，其具有用于浇铸薄膜上形成结构化表面的所需负像。所述结构化表面包括一系列重复且连续的等腰直角三角形棱柱，这些三角形棱柱的底宽(BW)为50微米并且高度(P)接近25微米。各个棱柱的在底部的顶点为与之靠近的、相邻的结构体所共有。这些棱柱沿着浇铸方向(MD)排列。所述工具的结构化表面涂覆有含氟苯并三唑，其化学式为：

其中R_f是C₄F₉并且R是-(CH₂)₆-，如美国专利6,376,065中所公开的那些。所述工具安装在温度受控的旋转筒上，所述旋转筒使得工具表面沿浇铸(MD)方向连续地运动。工具表面的测量温度平均为102℃。

使模头孔贴近转动的带状工具，从而在工具与模头间形成最终狭槽，其中所述熔融聚合物通过所述模头孔从熔融装置组件中流出。随着模头和工具逐渐靠近，沿着熔融装置组件的最终监控位置处的压力增大。最终压力与先前记录的压力之差被称为狭槽压降。本实例中，狭槽压降为4.23×10⁶Pa(614psi)，从而提供足以将熔融聚合物压入由工具负像所形成的结构化腔体中的压力。由此形成的结构化薄膜随着工具旋转而从狭槽中传送出来，利用辅助空气冷却法来对所述结构化薄膜进行淬火，然后从工具上剥离所述薄膜并最终卷绕成卷。包括结构体的高度在内的浇铸薄膜的总厚度(T)为约560微米。

浇铸并卷绕的聚合物膜准确地复制了工具结构。使用接触式轮廓测定法(例如，具有60°锥角、2微米半径的触头的KLA-Tencor P-10)，在薄膜的表面上辨认出清晰、棱角分明的棱柱结构。测得的轮廓显示出具有预期的、近似直角三角形的形状，以及直边和略微偏圆的顶点。经测量，聚合物薄膜表面上的复制棱柱的底宽(BW)为49.9微米并且高度(P)为23.5微米。峰-峰间距(PS)与底宽(BW)大致相等。由于探测触头的形状和大小，轮廓测定法的分辨率的极限为约1微米，因此实际顶点的高度可能会高得多。所述工具也存在缺陷，并且可能与标称尺寸存在小的偏差。为更好地表征实际的填充程度(例如，表征用工具进行的复制操作的精确度)，将用于轮廓测定法的横截面拟合为三角形。使用由测量轮廓得到的数据，将轮廓的各边缘拟合成沿着横截面侧边的、并且从底部开始测量时的高度介于5至15微米的直线。经计算，理论顶点高度为24.6微米以及内顶角为91.1°。通过轮廓法测得的横截面面积与理论计算的横截面面积这二者的比值得到填充率计算值，该计算值为98.0％。

使用实验室拉伸机，沿棱柱的连续长度方向以几乎真正单轴的方式来拉伸所述结构化浇铸薄膜。将所述薄膜预加热至103℃并持续60秒，并且在所述温度下在20秒内匀速地拉伸所述薄膜直至最终拉伸比为约6(边缘间距)。所得结构化表面保持着具有适当的横截面直边(适当的平坦面)和大体类似的形状的棱柱形状。使用可得自新泽西州的皮斯卡塔韦镇的迈垂康公司(Metricon，Piscataway，NJ)的Metricon棱镜耦合器来测量拉伸后的薄膜的背侧在632.8nm波长处的折射率。沿着第一面内方向(沿着棱柱的方向)、第二面内方向(横截于棱柱的方向)以及沿厚度方向测得的折射率分别为1.758、1.553和1.551。因此，所述拉伸材料的横截面内的相对双折射率为0.0097。

实例6

根据美国专利申请公开2004/0227994A1的实例1-4中所描述的步骤经浇铸操作而制成多层光学薄膜，并且移除保护性聚丙烯表皮层。所使用的低折射率聚合物是co-PET。

将所述多层光学薄膜切割成片材，并且在60℃的烘箱中干燥最少2小时。将台板加热至115℃。将所述薄膜按照如下次序堆叠成多层构造：纸板片、镀铬的黄铜板(厚度约3mm)、隔离衬片、镍质微结构化工具、多层光学薄膜、隔离衬片、镀铬的黄铜板(厚度约3mm)和纸板片。将所述构造置放在台板之间并且关闭台板。保持施加压力1.38×10⁵Pa(20psi)达60秒。

所述镍质微结构工具的结构化表面包括一系列重复并且连续的三角形棱柱，这些三角形棱柱具有90°的顶角、10微米的底宽(BW)和约5微米的高度(P)。各个棱柱的位于底部的顶点为与之靠近的、邻近的结构体所共用。

将经压印的片材切割成10∶7的纵横比(沿凹槽的方向∶横截于凹槽的方向)。使用间歇式拉幅工艺，沿棱柱的连续长度方向以几乎真正单轴的方式来拉伸所述结构化多层光学薄膜。将所述薄膜预加热至接近100℃，在约20秒内将其拉伸到拉伸比为约6，并且然后在薄膜仍处于拉幅机中时在拉伸温度下将拉伸程度降低10％，以控制薄膜内的收缩情况。经测量，包括结构化高度在内的薄膜的最终厚度(T’)为150微米。使用可得自新泽西州皮斯卡塔韦镇的迈垂康公司(Metricon，Piscataway，NJ)的Metricon棱镜耦合器来测量拉伸后的薄膜的背侧在632.8nm波长处的折射率。沿着第一面内方向(沿着棱柱的方向)、第二面内方向(横截于棱柱的方向)以及沿厚度方向测得的折射率分别为1.699、1.537和1.534。因此，所述拉伸材料的横截面内的双折射率为0.018。

实例7

按照如下方式来构造取向的微复制结构体：通过在125℃下压缩模制达4分钟，将125微米节距的90°棱柱状凹槽压印至厚度为0.010英寸的浇铸PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)薄膜内。将经过所述工具结构化的薄膜在冰水中淬火。在取出薄膜并且干燥之后，在128℃下沿凹槽的长轴将所述薄膜单轴拉伸5倍。这会产生5％的横向收缩，从而使得最终节距为约62微米。经测量，沿取向轴的折射率为1.84，并且沿横向方向的折射率为1.53。使用Metricon棱柱耦合器测量薄膜的平坦的背侧在632.8nm波长处的折射率。

随后，使用各向异性的折射率为1.593的UV可固化的丙烯酸酯树脂，将一片取向的微结构化薄膜粘结至玻璃载玻片上，其中结构化表面面对着载玻片。通过使得该载玻片多次穿过UV室的方式使丙烯酸酯树脂固化(每侧穿过三次以确保树脂完全固化)。

使氦-氖激光束穿过安装在载玻片上的取向的结构化薄膜。通过使所述HeNe激光穿过Glan-Thompson偏振片而将其完全转化为均匀的线性偏振光。普通射线(o-射线)穿过所述结构时仅有较小的分裂程度，其中所发现的零阶发散的半角大约为2°。然后，为将所述激光束旋转90°而成为垂直偏振光(e-射线)，以紧挨在Glan-Thompson偏振片之后的方式插入半波片。零阶光束显示出大约为8°的发散半角，或显示出4倍于o-射线的发散角的发散角。

实例8

由熔融浇铸到微槽工具上并且经过长度取向、原纤化和驻极体带电处理的聚合物薄膜来制备根据本发明的过滤器。以大体示出于图17中的连续工艺，采用标准挤出技术，使用来自埃克森公司(现为德克萨斯州休士顿市的埃克森美孚化学公司(ExxonMobil Chemical Co.，Houston，TX))的3505型的熔融指数为400的聚丙烯均聚物树脂浇铸成所述薄膜，并对其进行长度取向。将温度大约为188℃的熔融树脂从挤出机50递送至形成于带有微槽图案的辊或工具52与橡胶轧辊54之间的辊隙内。微槽工具52的温度维持在大约52℃，而与之配合操作的橡胶轧辊54保持在大约27℃。工具52与橡胶轧辊54之间的压轧力维持在29N/cm。薄膜路径持续经过加热辊55和56、拉延区57和橡胶轧辊58以及与之相连的主动辊59。拉延比(即，基于工具与最终卷绕辊(主动辊59)的表面速度的比值的薄膜延长量)为4∶1。微槽工具52具有设置在其表面上的沿圆周方向排列的连续“V”形凹槽，并且具有如图18中所示的特征物。所述工具上的凹槽在工具表面上彼此邻接，并且具有165μm的深度以及120μm的峰-峰间距和40°的凹槽形成角。所述制备的薄膜具有22.1g/m²的基重以及81μm的总厚度。所述薄膜表面上特征物的高度大约为50μm。图19为如上所述方法制备的拉伸的薄膜的样品的示例性照片。

使用水力缠结机60(图20)(在所述情况下，示例性的水力缠结机可得自英格兰的考文垂镇的CEL国际有限公司(CEL International LTD.，Coventry，England)的Hydrolace 350系统)，使第一挤出步骤中形成的薄膜形成原纤维。水力缠结机是一种使用高压水流冲击纤维网并且使之缠结的装置。在本应用中，采用水力缠结机来将薄膜特征物分离成单股纤维或纤维股束。在原纤化之前，将两段薄膜分层，将一段薄膜置放于另一段薄膜上，并且以薄膜的微结构特征物沿水力缠结机的加工方向排列的方式使之穿过水力缠结机。用粘合剂胶带将这两个薄膜层在其端部固定在一起，并且使其从接连六个射流剥离器62、63、64、65、66和67下方穿过，其中如图20中所示，这六个射流剥离器朝向打孔的传送鼓68和70并且位于其上方2.54cm处。水力缠结机60的传送速度保持在5m/min。每个射流剥离器具有一排均匀间隔(15.75个/厘米)的射流孔，每个孔具有120微米的直径。第一射流剥离器62的操作水压为5兆帕斯卡(MPa)，而被标记为射流剥离器63、64、65、66和67的第二至第六射流剥离器的操作水压分别为7.5MPa、10MPa、5MPa、7.5MPa和10Mpa。在穿过水力缠结机之后，将薄膜段风干，之后便进行驻极体带电。

在这些原纤化薄膜层的端部用粘合剂胶带固定的情况下，使用直流电晕放电装置使所述薄膜驻极体带电。以大体描述于美国专利No.3,998,916(van Turnhout)中的方法，通过暴露于高压电场来使薄膜驻极体带电。使所述薄膜与铝接地平面接触，并且然后使所述薄膜在空气中从带正电的25kV直流电晕源下方以约1.77米/分钟的速率穿过达两次，同时保持约0.017mA/厘米的电晕源长度的电流通入到接地平面。电晕源到接地平面的距离为约4cm。然后，将驻极体带电薄膜形成为由原纤维构成的过滤床，并且测试其过滤性能。

通过如下方式将所述带电薄膜形成为原纤维床：将所述驻极体带电的原纤维化薄膜切割成5至6厘米长的段，并且手工混合从而形成2.67克的原纤维团。然后，将所述原纤维团手工形成直径为11.4cm、深度为0.6cm的圆柱体过滤床的形状。将所述纤维床置放在测试夹具中，暴露于颗粒作用环境中，并且评价其颗粒捕集效率和压降，这些在美国职业安全与卫生研究所(NIOSH)标准中有相关概述并且在美国联邦法规42CFR84中有所描述。使用来自明尼苏达州圣保罗市的TSI公司(TSI Incorporated，St.Paul Minnesota)的8127型自动过滤器测试机，通过强制使直径0.3微米、浓度103mg/m³的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)颗粒以42.5L/min的速率(6.9厘米/秒的表面速度)穿过所述过滤床来确定初始颗粒渗透率；所述邻苯二甲酸二辛酯(DOP)颗粒的浓度为103mg/m³(其是通过使用TSINo.212的四孔式喷洒器以及207kPa的气溶胶压力、50L/min的稀释空气并且使中和器工作而产生的)。将所述样品暴露于DOP气溶胶达30秒，直至读数稳定。所测得的颗粒渗透率为47％，而压降仅为1.95Pa(0.2毫米水柱)。使用DOP渗透率和压降、由DOP渗透率的自然对数来计算过滤器品质因子Q，其所使用的公式为：

受测网片的品质因子为3.8；如果品质因子大于2，则通常便可将其接受为有效的过滤器。

实例9

制备根据本发明的薄膜。所述薄膜包括相分离薄膜，所述相分离薄膜经过线性特征物压印，然后经双轴拉伸以便既延长所述特征物又致使所述薄膜成为微孔薄膜。使用聚丙烯均聚物和矿物油的熔融共混组合物，以大体描述于美国专利No.4,539,256(Shipman)中的形成方式来制备微孔前体薄膜(未拉伸薄膜)。由矿物油(粘度为80厘沲)与聚丙烯(熔体流动指数为0.8)的46∶54的共混物来制备未拉伸的相分离薄膜。在加热至155℃的液压机中，在574kPa的压力下，使用微槽工具对两层薄膜进行压印达30秒钟。所述工具具有线性凹槽，这些线性凹槽彼此邻接并且沿12.7cm×30.5cm的板的一个表面的长度延伸。母模工具上的凹槽具有92.9μm的深度、67.8μm的峰-峰间距以及45°的凹槽形成角。凹槽相对于法线方向倾斜17.5°。然后，将压印后的薄膜置放在小型拉幅架中，并且沿其宽度方向(垂直于特征物方向)拉伸1.5倍，以及沿长度方向(平行于特征物方向)拉伸两倍。用显微镜进行观察发现所获得的微结构化微孔薄膜在整个薄膜上(包括特征物在内)都具有微孔结构，这在图21中是显而易见的。这类薄膜可用于过滤、燃料电池或服饰品应用(其中在微孔薄膜中具有一体式特征物将是有益的)。

实例10

结晶度指数测量方法

使用透射几何形状数据来确定结晶度指数，其中，这些透射几何形状数据是通过使用Bruker GADDS微衍射仪(可得自威斯康辛州的麦迪逊市的布鲁克AXS公司(Bruker AXS Inc.of Madison，Wisconsin))、CuK_α辐射源以及针对散射辐射的HiStar 2D位敏探测器记录，以测量扫描的形式收集得到的。布置样品使得其纵向维度位于衍射仪的垂直面内。所述衍射仪配有使用300微米孔径以及石墨入射光束单色仪的针孔准直器。检测器在0度(2θ)处居中，且不采用样品倾斜方式。在样品与检测器的距离为6cm的条件下收集样品数据，持续15分钟。采用50kV、100mA的X射线发生器设置参数。以百分比结晶度的指数的形式记录结晶度数值。沿径向相加二维数据，从而产生常规的一维衍射图案。使用ORIGIN程序(由马萨诸塞州北安普敦市的原点软件公司(Origin Lab Co.，Northhampton，MA)出品)对所获得的图案进行轮廓拟合，以区分无定形和结晶性的聚合物的散射组分。对轮廓拟合采用抛物线背景模型和高斯峰形模型。将结晶度指数评价为：在10至35度(2θ)散射角范围内，背景上方的结晶散射与背景上方的无定形和结晶的总散射的比值。

实例10b

由熔融浇铸到微槽母模工具上并且经过长度取向的聚合物来制备本发明的微结构化的拉延薄膜。通过将聚合物挤入辊隙来制备微复制薄膜，其中所述微复制薄膜的一个表面由金属工具形成，而另一表面由平坦的硅橡胶带状表面形成。以采用标准挤出技术的连续工艺，使用来自位于德克萨斯州的休士顿市的美国道尔顿石化公司(Total Petrochemicals USA，Houston，TX)的3576X型的熔融指数为9.0的聚丙烯均聚物树脂来浇铸形成所述薄膜。将温度大约为229℃的熔融树脂递送至形成于微槽母模工具与橡胶带之间的辊隙。微槽浇铸辊的温度保持在大约60℃，而与之配合的橡胶带的表面温度保持在171-177℃。浇铸辊与橡胶带之间的轧制力保持在80.8N/cm。所述微槽母模工具具有设置在其表面上的沿圆周方向排列的连续V形凹槽，并且具有如图22中所示的特征物。母模工具上凹槽所具有的较大特征物的深度为66μm，峰-峰间距为236μm并且凹槽形成角度为54°。较小特征物的深度为39μm，峰-峰间距为52μm并且凹槽形成角度为54°。所制备的薄膜的基重为60.7g/m²并且总厚度为106μm。相邻特征物的分离跨度为13μm。所述薄膜上的特征物(示出于图23中)遵循了母模工具的形状，并且其中较大特征物的高度为49μm，较小特征物的高度为30μm，并且基体厚度为57μm。

使用可得自位于德国Siegsdorf市的Brückner ServTec公司的KaroIV实验室拉延机，对薄膜样品进行单轴拉伸。将所述薄膜样品切割成100mm×100mm的正方形，并且沿微结构特征物的轴的方向进行拉延。在将膜样品平衡至温度150℃之后，以3.5m/min的速率将其拉伸，使得其长度为原长度的五倍，从而获得5∶1的拉延比。然后，对样品进行X射线晶体学分析以确定结晶程度，结果记录在表1中。

比较例10b

按照实例10b中所描述的方式制备经拉延并微结构化的薄膜，并且进行测试，不同之处在于，在将薄膜拉延之后再将微结构特征物施加至薄膜上。使用如实例10b中所述的相同材料，通过在平滑的金属浇铸辊与平滑的橡胶辊之间挤出熔融的薄片来制备所述比较例的薄膜。将温度大约294℃的熔融树脂递送至在平滑的金属辊与平滑的橡胶辊之间形成的辊隙内。所述金属浇铸辊保持在22℃的温度，而使用14℃的水来冷却与之配合的橡胶辊。虽然没有进行橡胶辊表面温度的测量，但是其显著地高于冷却水的温度。浇铸辊与橡胶带之间的轧制力保持在169N/cm。所获得的薄膜具有70μm的标称厚度以及59g/m²的基重。如实例10b中描述的方式来获取薄膜样品并且进行拉延。然后，使用金刚石刀头工具对拉延后样品的一个表面进行微型加工。在所述薄膜中切割出大体构型和相对于拉延方向的取向与实例10b中所制备的拉延薄膜相同的特征物。为对薄膜进行加工，将所述薄膜的一部分安装在精密的车削鼓上，所述鼓以31.7m/min的表面速度旋转，并且使金刚石刀头接触所述薄膜。使90°的锋利刀头金刚石工具插入薄膜内，以产生深度为12-15μm的邻接通道。使用得自Pneumo精密产品公司(Pneumo Precision Products Inc.)的SS-156型加工机来加工所述薄膜。Pneumo精密产品公司已变为Taylor Hobson公司(其前身是RankTaylor Hobson/Rank Pneumo公司)的Pneuma超精密加工机械部，并且自那时起便并入位于美国新罕布什尔州的基恩市的精密技术公司(Precitech，Inc.，Keene，New Hampshire)。然后，对所述样品进行X射线晶体学分析以确定结晶程度，结果记录在表1中。

表11

结果：如结晶度指数所示，即使上述两种薄膜都经过相同程度的拉延并且具有类似的微结构特征物，本发明薄膜也保持着有利地大于对比例薄膜的结晶水平。结果表明，本发明薄膜保持着微结构特征物的结晶形态，但在所述对比例薄膜(其中微结构特征物是在拉延之后形成于薄膜内的)中却丧失了这种结晶形态。较高程度的结晶可获得所需的机械和光学性质。

Claims

1.一种制备纤维元件的方法，该方法包括：

形成聚合物薄膜，所述聚合物薄膜具有：

主体，其具有第一表面和第二表面，并且具有纵向维度；和

多个细长微结构特征物，其沿基本上平行于所述主体的所述纵向维度的方向设置在所述主体的所述第一表面上，其中所述微结构特征物为基本上平行的；

沿基本上平行于所述主体的所述纵向维度的方向拉伸所述聚合物薄膜；以及

沿大体上纵向设置的分离线分离所述经拉伸的聚合物薄膜，以限定多个分立的纤维元件，其中一个或多个所述纤维元件上具有至少一个微结构特征物。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：

使所述聚合物薄膜暴露于电场中。

3.一种制备纤维的方法，该方法包括：

形成聚合物薄膜，所述聚合物薄膜具有：

主体，其具有第一表面和第二表面，并且具有纵向维度；和

多个细长微结构特征物，其沿基本上平行于所述主体的所述纵向维度的方向设置在所述主体的所述第一表面上，其中所述细长微结构特征物为基本上平行的；

沿所述主体的所述纵向维度使所述经拉伸的聚合物薄膜形成原纤维，以提供一条或多条纤维，其中每条纤维上均具有至少一个微结构特征物。

4.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括：

使所述聚合物薄膜暴露于电场中。

5.根据权利要求3所述的方法，其中至少一个所述纤维上具有多个微结构特征物。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个微结构特征物具有间断。

7.一种聚合物纤维，该聚合物纤维包括：

纤维主体，其具有第一表面和第二表面以及纵向维度；和

一个细长微结构特征物或多个基本上平行的细长微结构特征物，其沿基本上平行于所述纤维主体的所述纵向维度的方向设置在所述纤维主体的所述第一表面上。

8.根据权利要求7所述的纤维，其中所述纤维在所述纤维主体的所述纵向维度上具有至少1.5的拉伸比。

9.根据权利要求7所述的纤维，其中所述纤维主体具有第一厚度，其中所述微结构特征物具有第二厚度，并且其中所述第一厚度与所述第二厚度的比值至多为2。

10.根据权利要求7所述的纤维，其中一个或多个所述微结构特征物具有间断。