CN102834241B - 成型挤出复制 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成型挤出复制方法，其包括如下步骤：(a)将熔融材料挤出通过具有至少一个成型模唇的挤出模头，以形成熔融挤出物，所述熔融挤出物具有第一和第二主挤出物表面，并在所述第一主挤出物表面中具有第一结构特征；(b)使所述熔融挤出物接触包括一个或多个第二结构特征的工具表面，以使得在所述第一主挤出物表面中的第一结构特征的一部分接触工具表面上的一个或多个第二结构特征；以及(c)冷却所述熔融挤出物以提供结构化膜。本发明还公开了结构化膜和用于制备结构化膜的装置。

Description

成型挤出复制
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2010年3月30日提交的临时专利申请61/319,012的优选权，所述申请的公开内容以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及用于成型挤出复制的方法、挤出复制的膜，以及用于成型挤出复制的装置。
背景技术
挤出复制为一种常用的方法，其中树脂在挤出机中熔融，在模头中成形为熔融物料（例如片材），然后在两个表面（如两个辊或两个束带）之间浇铸或压制以形成膜。
当使用辊时，一个辊通常具有平滑表面，且第二个辊常常具有结构化表面。两个辊之间的高辊隙负载驱使熔融树脂进入结构化表面中的凹型区域。所得膜具有结构化辊表面上的图像的负像。在这种膜上的复制结构具有不同的精确水平，所述精确水平取决于在挤出过程中所用的多种因素。影响精确水平的关键变量包括熔融树脂和两个辊的温度、当材料经过辊之间时施加至所述材料的辊隙力，以及辊和熔融树脂的材料特性（例如包括树脂的粘度）。
挤出复制常常涉及制备在一侧或两侧上具有分立的特征的膜。否则，膜通常为基本上平面的，并具有基本上恒定的厚度。难以制备具有精确成形的特征的膜，相比于平均基部厚度，所述精确成形的特征厚度较大。具有突出结构特征（相比于膜的平均基部厚度，所述突出结构特征较大）的挤出复制膜在与所述结构特征的侧面相对的膜的侧面中常常含有缺陷，如凹陷，这可能由于在大的特征的形成过程中树脂不完全流入复制工具表面。
发明内容
需要能够制备具有精确成形的特征的膜的另外的方法。
根据本发明的一个示例性实施例，用于制备结构化膜的方法包括如下步骤：(a)将熔融材料挤出通过具有至少一个成型模唇的挤出模头，以形成熔融挤出物，所述熔融挤出物具有第一和第二主挤出物表面，并在所述第一主挤出物表面中具有第一结构特征；(b)使所述熔融挤出物接触包括一个或多个第二结构特征的工具表面，以使得在所述第一主挤出物表面中的第一结构特征的一部分接触工具表面上的一个或多个第二结构特征；以及(c)冷却所述熔融挤出物以形成结构化膜。
在本发明的另一实施例中，描述了一种用于挤出复制的装置，所述装置包括：挤出机，所述挤出机配备具有至少一个成型模唇的成型挤出模头；以及工具，所述工具具有设置用以接收来自成型挤出模头的熔融挤出物的结构化表面。
当术语“包含”及其变型型式出现在说明书和权利要求书中时，这些术语不具有限制性含义。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些有益效果的本发明的实施例。然而，在相同的情况或其他情况下，其他实施例也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施例的表述并不暗示其他实施例是不可用的，且并非意图将其他实施例排除在本发明范围之外。
本文所用的“一种（个）”、“所述（该）”、“至少一种（个）”以及“一种或多种（一个或多个）”可互换使用。因此，例如，包括“一种（个）”结构特征的挤出物可解释为意指挤出物包括“一种或多种（一个或多个）”结构特征。
如本文所用，术语“或”通常是以其包括“和/或”的含义使用，除非所述内容另外明确指出。术语“和/或”意指所列要素的一个或全部，或所列要素的任何两个或更多个的组合。
如本文中所用，所有数字假定由术语“约”修饰，并优选由术语“精确地”修饰。尽管阐述本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，仍尽可能精确地记录具体实例中所述的数值。但是，所有数值自然地含有某些不可避免地由存在于各自的试验测量中的标准偏差所导致的误差。
还有，本文通过端点表述的数值范围包括该范围内的所有数值（比如，1到5包含1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等）。此外，包括“最高至”特定值的数值范围包括该值。
上述发明内容并非旨在描述本发明的每一个可能的实施例或实施方式。本领域普通技术人员在阅读包括具体实施方式、非限制性实例和所附权利要求书在内的本文其余部分之后将会理解本发明。
附图说明
图1为用于挤出复制的装置的示意图。
图2为例如用于本发明所公开的装置中的具有模头插件的模头的剖面透视图。
图3为从模头插件出口观察的用于形成根据本发明所公开的装置的膜的模头插件的透视图。
图4为显示凹槽特征的结构化辊的透视图。
图5为本发明的熔融挤出物的不完全的顶部透视图，其显示了在第一主挤出物表面上的结构特征。
图6为图5中所示的构造的不完全的底部透视图。
图7为通常沿着图5的线7—7获得的横截面图。
图8为本发明的熔融挤出物的替代实施例的横截面图。
图9为本发明的熔融挤出物的另一替代实施例的横截面图。
图10A和10B为显示薄膜中的大特征的挤出复制的现有技术的示意图。
图11A和11B为显示挤出物上的结构特征与工具表面上的结构特征的协调的示意图。
图12A-D显示了本发明的复制过程的实施例。
图13A-C显示了具有正弦凹槽的本发明的制品的实施例。
图14为在根据本发明的实施例的幅材中的正弦凹槽图案的俯视图。
图15为根据本发明的成型模唇的部分视图。
在多张图中，附图标记用于辨识所述实施例的元件，且类似的附图标记通常表示类似的元件。除非另外指明，否则本文档中的所有图形和绘图均未按比例绘制，而是仅提供用于示出本发明的不同实施例的目的。具体地讲，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管在本发明中可使用例如“顶部”、“底部”、“上面”、“下面”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”、“向下”和“第一”和“第二”的术语，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语以其相对含义使用。具体地讲，在一些实施例中，某些组件是以可互换方式和/或个数相等（例如，成对）的方式存在的。对于这些组件，“第一”和“第二”的名称可适用于使用顺序，如本文所述（与哪一个组件首先被选择使用不相关）。
具体实施方式
应理解，用于描述本文的各个实施例的术语旨在具有与本领域技术人员的使用一致的含义。然而，某些术语应理解为具有本文所述的特定含义。
“结构化表面”意指制品的表面（包括挤出材料（“挤出物”）的表面以及工具的表面）偏离基本上平面或其他平滑的表面。当描述工具时，结构化表面可包括特征，如凹槽、隆起、几何形状、其他结构等。当用于描述挤出材料时，结构化表面可由具有不同厚度的分立区域的存在表示，如具有第一和第二区域的挤出物，其中所述第一区域比所述第二区域更厚，或者反之亦然。在一些实施例中，结构化表面可描述为具有至少一个厚区域和至少一个薄区域，且所述厚区域和薄区域可在整个挤出物的表面上散布。
“熔融”在本文用于描述材料，所述材料在其软化点以上的温度下，并具有足够低的粘度以在压力下流动。
如下描述了方法的各种实施例，所述方法组合了如下步骤：(a)将熔融材料挤出通过成型模头，(b)使熔融挤出物与包括一个或多个结构特征的工具表面接触，以及(c)冷却所述挤出物以产生结构化膜。示例性实施例包括将挤出物的主表面中的结构特征与工具表面上的一个或多个结构特征对齐。
图1显示了用于进行根据本发明的挤出复制过程的装置10的一个实施例的示意图。装置10包括挤出机11和成型模头12，熔融树脂通过所述成型模头12挤出为熔融挤出物13。熔融挤出物13从模头12前进至点PA，在该点，挤出物经过在第一方向上（如箭头A1所示）旋转的辊隙14和在相对方向上（如箭头A2所示）旋转的工具辊15之间。在点PA处，压料辊14驱使熔融挤出物13的一部分与在工具辊15的外表面16上的一个或多个结构特征（未显示）接触。在本实施例中，压料辊14的外表面17为平滑的，且在一些实施例中用适形材料（例如有机硅或EPDM）涂布。当压料辊14和工具辊15旋转时，压料辊14的外表面17旋转前进至熔融挤出物13中，然后从熔融挤出物13离开。当挤出物13前进超过辊隙时，其开始硬化（例如在约点PB处）。直至约点PC处，熔融挤出物13基本上硬化，然后其与在由箭头A3所示的方向上旋转的输送辊18接触。在点PD处，基本上硬化的熔融挤出物13从工具辊15的工具辊表面16分离，并沿着输送辊18的外表面19在由箭头A4所示的方向上行进。硬化的挤出物现在为具有一个或多个结构特征21的结构化膜20的连续幅材。膜20可以以本领域技术人员已知的方式进一步加工。
图2示意性地示出了在用于形成本说明书的成型挤出物的方法中所用的类型的挤出模头22的实施例。一般来讲，本发明的方法的各个实施例包括将初始熔体流23挤出通过成型挤出模头插件24，如图3所示。在一些示例性的构造中，成型挤出模头插件24具有至少一个成型模唇35，所述成型模唇35具有模唇成型特征36。成型模头出口开口37为非直线的，这意味着出口开口37整体为除了矩形形状之外的形式；然而，成型模头出口开口37的部分可为直线形式。成型模唇35上的特征36可通过铣削、加工、磨削、电子放电加工或任何其他合适的方法制得。如果需要，模头插件24可被移除并由具有不同轮廓的模头插件替换。应理解，成型模头出口开口37可具有多种形状以适应不同构造的挤出物轮廓。参见图15，显示了模唇1500的一部分的前正视图。模唇1500类似于如上所述的模唇35，其中模唇1500具有轮廓，所述轮廓为非直线部分1510和直线部分1520的组合。
尽管成型模头插件在上述实施例中显示为位于模头内的单独的元件，但本领域技术人员将认识到，只要成型模头插件具有所述的成型特征，其也可与模头（所述成型模头插件位于所述模头中）一体形成。
图4显示工具辊15的一个实施例的端部的示意图，所述工具辊15具有外表面46和一个或多个结构特征48。应理解，工具辊表面可具有除了所示的简单凹槽之外的结构特征48，并可包括诸如凹槽、隆起或几何形状的特征。还应理解，工具表面也可在环形带上或在具有一个或多个结构特征48的其他连续表面上。在所示的实施例中，提供工具表面中的结构特征48以在结构化膜中形成特征21。
用于挤出膜或制品的方法是本领域已知的，并进一步在美国公布的专利申请No.2006/0147686(Ausen等人)和美国专利No.5,232,777(Sipinen等人)中描述，所述专利的全部公开内容以引用方式并入本文。一般来讲，形成本说明书的成型挤出物的材料为如下：当该材料为热的时，其为基本上柔韧和/或可成型的，但一旦冷却，其保持所选的构造。由于本说明书的树脂材料在热的时候为可挤出的，因此其可挤出通过成型挤出模头，即具有出口的模头，所述出口具有所选的构造以将预定形状或“轮廓”赋予挤出通过的材料。
赋予熔融挤出物13的轮廓部分由引入模唇的轮廓所决定。所述轮廓可在一个表面上为基本上平面的，或可在两个表面上均具有结构。在任一表面上的结构可位于挤出物的整个宽度上的任意位置。在挤出物轮廓上的结构可具有由平面表面区域分隔的单独的结构，或可在整个挤出物宽度上具有极为邻近的一系列特征。此外，多个结构可紧密设置在一起，并可在一些实施例中被认为是单个较大的结构。结构可具有任何所需的几何形状和尺寸，只要其有利于以树脂材料流动通过模头轮廓的方式成型。
图5—7示出了本发明的熔融挤出物的非限制性的实施例的各个视图。参照图5，附图标记51一般表示熔融挤出物。熔融挤出物51以特定的结构构造，所述结构包括挤出物基部52以及分别的第一和第二主挤出物表面53和54，所述挤出物基部52为基本上平面的，并具有平均基部厚度hB。在所示的实施例中，熔融挤出物51为结构上一体的；即，其一体式形成，且在其中不含有空穴或孔隙的任何图案。挤出物51的其他实施例可包括超过一个材料层，所述超过一个材料层源自如下所述的共挤出过程。
对于图5—7中所示的实施例，第一主挤出物表面53包括多个第一结构特征或厚区55。第一结构特征55由基本上连续地薄区或薄区域56彼此间距。薄区56具有厚度，在图5-7中所示的实施例中所述厚度与熔融挤出物的平均基部厚度hB基本上相同。厚区55和薄区56在熔融挤出物51的整个宽度上散布。厚区55和薄区56的宽度为预定的，以例如使得相应的结构特征（例如在图1中的特征21）能够沿着结构化膜（如膜20）的第一主表面形成。
应注意，在图5—7中的实施例的第一结构特征55的形状显示为总体上圆形的，其对应于半椭圆或半圆形构造。应理解可使用多种形状。例如，在图8中示出了实施例的横截面，其中厚区域85具有总体上方形的横截面，并由薄区86分隔。由图7和8的比较，应理解可提供多种横截面形状。所示的每一类横截面可具有用于特定应用的优点。
在图9中显示了熔融挤出物的实施例，其与之前的附图的显著不同在于，结构特征95在两个方向上（在本文示为上和下）从基部92伸出。从基部的两侧伸出的特征可彼此对齐或可不彼此对齐，或者可具有在尺寸、几何形状、位置、数目或其他因素方面的任何关系。在一些情况中，对于其中诸如提高的硬度的性质为理想的结构化膜，这种构造可为优选的。
对于在图7、8和9中所示的实施例，在给定实施例中的全部结构特征显示为具有基本上相同的横截面面积。应理解这不是必需的，可提供具有不同横截面面积和实际上不同的总体形状的厚区域。例如，在一些实施例中，在熔融挤出物的整个宽度上厚区域的各种厚度的组合可允许对结构化膜中的膜硬度的程度的提高的精密控制。
可使用宽泛的平均基部厚度范围，例如可使用25μm至600μm的非限制性范围内的平均基部厚度，包括50μm至400μm的范围，和100μm至200μm的范围。
结构特征的高度可在25μm至2000μm的非限制性的范围内，包括50μm至500μm的范围，和100μm至250μm的范围。
结构特征的高度与平均基部厚度的比率可在0.1:1至5:1的非限制性的范围内，包括0.5:1至2:1的比率，和1:1至1.5:1的比率。
轮廓的几何形状可与工具辊中的轮廓的几何形状密切匹配，或可显著不同。接触工具辊（例如在图1中的工具辊15）的挤出物轮廓的精确几何形状将受到多种因素的影响，所述多种因素包括材料流变性、加工条件（如挤出机通量速率，和挤出物从模头被拉出的速率）等。其也受到在模头开口中的轮廓的几何形状的影响。特别地，可能存在挤出物离开模头开口时的溶胀，以及尖锐特征（如在直线轮廓中）的变圆。
树脂可通过挤出机（未显示）供给至成型模头12，所述挤出机可为单螺杆或双螺杆挤出机。可将单一类型的树脂挤出通过成型模头12，或者，两个或更多个类型的树脂可被共挤出以形成具有多个层的挤出物。用于制备共挤出聚合物材料的方法描述于美国专利No.6,489,003(Levitt等人)中，所述专利的全部公开内容以引用方式并入本文。共挤出可通过如下方式发生：将来自不同的挤出机的不同熔体流通入(1)多狭槽给料滑块（feedblock），然后通入单层膜模头，或者通入(2)多歧管模头。在多狭槽给料滑块技术中，将至少两种不同的材料从不同的挤出机供给至给料滑块中的不同狭槽（通常2至超过200）中。各个料流在给料滑块中融合在一起，并作为分层层叠件进入模头，所述分层层叠件在材料离开模头时流出到分层片材中。多歧管模头在模唇处组合来自不同挤出机的不同熔融料流。由于随着层数增加而增加的复杂度，该方法通常局限于2-3层膜。
在共挤出的情况中，层间粘合力可受益于将一个或多个反应性物种包含于层中以在界面处产生反应性粘结层，或受益于引入对两个主要的层均具有亲和性的构造单独层，如在美国专利No.6,489,003(Levitt等人)中所述，该专利的全部公开内容以引用方式并入本文。
从成型模头12脱出的熔融挤出物13经过辊隙。在一些示例性构造中，所述辊隙包括平滑压力辊和结构化辊，所述结构化辊在其表面上具有结构，或者压力辊和工具辊均可在其表面上具有结构。或者，辊隙表面中的一个或两个可在环形带或其他连续表面构造上。使用环形带制备膜的方法的例子描述于美国专利No.5,204,037(Fujii)中。从成型模头12脱出的熔融挤出物13充分熔融以填充存在于辊隙的辊上的结构内的空间，并同时还具有充分的熔体强度或模量以基本上保持由挤出通过成型模头而产生的横截面轮廓，直到挤出物通入辊隙。
压力辊14可由金属（例如钢，如不锈钢），或铝或任何其他适当的材料制成。压力辊14可具有例如从约20cm或更小至约60cm或更大的直径。压力辊14可具有使用例如铬、铜、镍、镍-磷电镀层或任何其他可用的电镀层形成的电镀表面17，或者压力辊可具有适形表面层（例如有机硅或EPDM）。在压力辊14上的外表面17可具有镜面抛光，或可具有结构化表面。辊通常用水或其他流体冷却。
在一些实施例中，压力辊14的外表面17可包括结构特征（未显示），使得结构化膜20在两个主表面上均具有特征。可通过该方法制得的横截面类型的例子示于图9。
工具辊15可由金属（例如钢，如不锈钢），或铝或任何其他适当的材料制成。工具辊15可具有例如从约20cm或更小至约60cm或更大的直径。工具辊15可具有由例如铬、铜、镍、镍-磷电镀层或任何其他可用的电镀层形成的电镀表面。在本文描述的各个实施例中，工具辊15通常具有结构化表面。工具辊15可将其结构化表面轮廓转移至结构化膜20，使得结构化膜20具有与工具辊15的表面轮廓互补的表面轮廓。所述工具辊可具有含有待复制的结构特征的外层，如金属套管或层合涂层。
可使用各种已知的方法在工具辊15上提供结构化表面16，所述各种已知的方法包括雕刻、金刚石车削和本领域已知的其他技术的各种组合。
在结构化辊15上的结构特征可包括一种或多种具有几何形状的特征，所述几何形状包括但不限于横档、棱柱、楔、透镜、凹槽、柱子。一般来讲优选的是，在结构化辊上的特征在顺维维度上取向，尽管它们无需为线性的，如在图13A和图14中的实施例中所示，其中结构特征具有在顺维维度上取向的正弦图案。可另外存在具有在横维维度上取向的一些部分的特征。
在一些实施例中，在工具辊15中的结构特征为在顺维维度上的连续不中断的特征，使得树脂稳定消耗至工具表面特征中，从而与挤出物特征的稳定体积匹配。在其他实施例中，不连续的工具表面特征可在工具辊15的表面16上提供。不连续结构可包括例如产生沿着结构化膜20的加工表面的紧凑突出物的单独的凹槽。
用作树脂材料的合适的材料一般来讲包括可被加热至可流动熔体并再固化为膜的多种材料的任意种。如下为树脂材料的例子：热塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯），以及共聚物（如苯乙烯丙烯腈共聚物、苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物、苯乙烯马来酸酐共聚物、成核半结晶聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯的共聚物、聚酰亚胺共聚物、聚醚酰亚胺、聚环氧乙烷、和丙烯腈、丁二烯及苯乙烯的共聚物），和这些材料彼此的共混物以及其他树脂。
在一些实施例中，熔融树脂可在大约250℃的温度下，或在约200℃至约300℃范围内的温度挤出。可选择挤出物的实际温度适于特定的树脂。
树脂可含有添加剂，所述添加剂例如但不限于粉末（如热解法二氧化硅、滑石或粘土）；磁性、导电、导热、导电且导热或非传导颗粒；纤维；玻璃或聚合物中空微球、玻璃或聚合物实心微球、可膨胀聚合物微球、抗静电剂、润滑剂、润湿剂、流动控制剂、增粘剂、表面活性剂、颜料、染料、着色剂、偶联剂、增塑剂和抗氧化剂；光漫射剂、UV吸收剂、热稳定剂、填料和抗静电剂。
如本文所述，本发明的各个实施例使用提供具有熔融成型构造的挤出物的成型模头，其包括足够的材料以填充结构化工具辊的表面上的特征。通常，所述熔融挤出物包括既不是平面的，也不彼此平行的相对主表面。参见图10A，示出了标准现有技术挤出复制情况，其中熔融挤出物100具有基本上平面的相对主表面101和102，使得熔融挤出物的主表面可被看作为基本上平坦的或几乎彼此平行。熔融挤出物100显示为接近结构化工具103，所述结构化工具103具有包括结构特征105的工具表面104。图10B示出了当基本上平坦的挤出物100被压制接触结构化工具103时可能发生什么。由于在挤出物100中不足的材料，挤出物100的主表面102以及所得的完成膜包括凹陷106，所述凹陷106源于熔融挤出物100流入工具表面上的特征105。当结构特征105的尺寸比基本上平坦的熔融挤出物100的厚度小时，填充结构特征105的熔融挤出物流可仅产生轻微的凹陷106。在使用具有极浅结构特征的工具表面的方法中，该效果在一定程度上较不显著。
在另一实施例（未显示）中，允许熔融挤出物在辊隙入口处形成熔融材料的“池(pool)”，所述辊隙包括至少一个结构化工具表面。在这种实施例中，在“池”中的熔融材料的量保持在预定体积或质量下，以防止所述池变得过低，并防止不完全填充结构化工具表面中的凹陷。
本文描述的方法可用于制备多种复制膜20，其中有利的是在填充结构化辊表面上的特征的过程中使挤出物13内的流动达到最小。通过提供成型挤出模头22，可获得成型挤出物，所述成型挤出物沿着横维维度具有确定的厚度变化，所述成型挤出模头22具有与至少一个结构化辊15上的结构化表面横维匹配的特征，其中确定的厚度变化与结构化表面上的特征的确定的横维变化匹配。相比于由将基本上平坦的挤出物施用至结构化表面所导致的流动，挤出物厚度与结构化辊上的结构化表面的横维匹配可将挤出物材料流入凹陷内或从隆起流走的需要最小化。通过调节挤出物的横维厚度，可获得对复制膜制品的横维厚度的改进控制。
图11A显示了本发明的实施例，其中熔融挤出物110具有第一主挤出物表面111和第二主挤出物表面112，所述第一主挤出物表面111具有第一结构特征116。熔融挤出物110邻近结构化工具113设置，所述结构化工具113具有包括一个或多个第二结构特征115的工具表面114。在图11B中，显示了与工具表面114接触之后的熔融挤出物110，其与工具表面114接触以使得第一结构特征116的一部分接触工具表面上的第二结构特征115。在随后的步骤（未显示）中，熔融挤出物110被冷却，并可从结构化工具113中移出以提供结构化膜20。
在图11A中，结构特征115和116各自显示为直线，其具有90度拐角；然而，结构特征可偏离直线，以包括能够在复制步骤过程中被排列然后压制或挤压在一起，并随后能够被剥离的多种几何形状。例如，结构特征115和116可具有略微圆形的拐角。
通常，对于仅在一个主表面上具有结构特征的挤出物，以及具有压力辊（其具有基本上平滑的表面）和工具辊（在其表面上具有特征）的辊隙而言，理想的是挤出物特征的横截面面积类似于其匹配的一个或多个工具特征的横截面面积，但不必与其匹配的一个或多个工具特征的横截面面积相同。这样将产生一种膜，所述膜具有第一表面和基本上平面的第二表面，所述第一表面具有结构，如图12A-C所示。
图12A显示了本发明的实施例，其中熔融挤出物120具有主表面121和122，并具有类似于图7给出的实例的轮廓，在此处所述轮廓取向以使熔融挤出物的厚区123与工具125中的结构特征对齐，在此处所述工具125以轮廓显示，并具有限定工具表面126中的结构特征的表面127、128和129。使熔融挤出物120接触工具表面，以使得在主挤出物表面122上的结构特征123的一部分接触工具表面中的结构特征，如图12C所示。将熔融挤出物120冷却，并从工具表面移出，以提供结构化膜200，所述结构化膜200具有由表面137、138和139限定的结构特征130，如图12D所示。应理解，可在工具（如工具辊15）上的工具表面126可包括另外的更小的特征（未显示），所述另外的更小的特征可用于将另外的更小的特征提供至“薄区”122中的结构化膜。
在一些实施例中，熔融挤出物可具有与在工具表面中的一个或多个结构特征的几何形状密切匹配的轮廓，如在图12B中所示的挤出物1200中的结构特征1230。在非限制性的实施例中，挤出物1200具有主挤出物表面1210和1220，以及具有拐角1241和1242（在此处示为圆形拐角）的结构特征1230。在其他实施例中，这些拐角1241和1242中的任一者或两者，或在挤出物表面上的其他拐角可为更圆或更不圆的，或者所述拐角可为尖锐的，如可能对于一些实施例为理想的。
在一些实施例中，可能理想的是挤出物特征的横截面面积与工具表面特征的横截面面积密切匹配。在一些实施例中，第一结构特征的横维横截面面积与第二结构特征的横维横截面面积的比率为约1.0。例如，图12A显示了第一结构特征123，其可具有与在工具125的表面中由表面127、128和129限定的结构特征的横维横截面面积类似的横维横截面面积。
在本发明的一些实施例中，可能理想的是挤出物特征的横截面面积大于工具表面特征（或多个工具表面特征）的横截面面积，在此情况中使挤出物结构特征的一部分与工具表面特征（或多个工具表面特征）接触，产生在特定的横维区域中具有更厚的基部厚度的膜。在该类实施例中，可能理想的是压力辊具有适形表面，以允许熔融挤出物流动而伸出超过挤出物的基本上平面的表面，所述挤出物的基本上平面的表面与接触工具辊的表面相对。
在图13A和13B中，显示了结构化膜1310的实施例，在其主表面上具有凹槽1312。“凹槽”在本文可包括隆起1313和凹部1314。在结构化膜1310的一些实施例中，如图13A所示，可存在带有凹槽的区域和“不带凹槽的”（即基本上平坦的）区域1315的组合。在图13A中，凹槽1312具有正弦图案。
图13B显示了垂直于轴线1330的部分横截面图，其显示了基底或基部1316和至少一个凹槽1312，所述至少一个凹槽1312包括隆起1313和位于隆起1313的任一侧的凹部1314a及1314b。凹部1314a和1314b具有基部厚度R0和宽度Y，隆起1313具有高度Ri和宽度X，如图13B中所示的X为Y的宽度的约两倍，尽管可选择其他比率。相对维度R0、Ri、X和Y可根据结构化膜1310中所需的性质而变化。例如，在一些实施例中，可能理想的是结构化膜1310具有一定程度的硬度，所述一定程度的硬度源于选择X为Y的宽度的约两倍。
为了解释如何制得结构化膜1310，可参见图14，其示意性地显示了来自与横维（CW）和顺维（DW）维度正交的透视的工具表面1400的视图。挤出物区域1410显示为以与实心线1420重叠的方式接触一组正弦工具表面结构1420，其在此处表示在工具表面中的凹陷，所述凹陷为在图13A中的凹槽1312的负像。在图14中的正弦虚线1450表示可任选地存在于工具表面中的更浅的凹陷。挤出物区域1410可通过在成型模唇上方挤出而形成，所述成型模唇例如示意性示于图13C中的具有非直线部分1380和直线部分1390的成型模唇。可选择1380的尺寸，以形成具有足够宽度和体积的挤出物特征以填充工具表面特征1420。在此情况中，每个模唇特征1380可具有宽度以形成挤出物特征，所述挤出物特征从边缘1430至边缘1440接触工具表面。在另一实施例中，可选择模唇特征1380产生挤出物特征1411，所述挤出物特征1411具有比正弦工具表面凹陷1421的组的总宽度更窄的宽度，如在点1415和1416处示意性示出。
实例
在如下非限制性实例中陈述另外的实施例和特征。
使用共聚酯聚合物（获自田纳西州金斯波特的伊士曼化学公司（EastmanChemicalCo.,Kingsport,TN）的EastarPETG6763）和如下程序制备具有与图13A中所示的表面结构类似的表面结构的结构化复制膜。使用32mm(24L/D)4-区单螺杆挤出机(11RPM)，将PETG聚合物熔融并挤出至配备两个可移除模唇的20厘米宽的常规衣架膜模头(coat-hangerfilmdie)。使用常规线EDM（电子放电加工）技术，将所述模唇中的一个成形为具有类似于图13C中所示的轮廓。挤出机的第一区在大约25℃下水冷。挤出机的第二区设定在210℃，而剩余的区设定在180℃。模头温度保持在170℃。在模头中聚合物的熔融温度为246℃。熔融聚合物挤出通过成型模唇，并竖直向下进入辊隙，所述辊隙构造为在一侧具有32cm直径的控温钢工具辊(52℃)，在相对侧具有32cm直径的冷却(24℃)辊（具有有机硅橡胶涂层）。所述钢辊配有结构化铝套管，所述结构化铝套管已被加工具有围绕所述辊的一系列正弦凹槽，所述正弦凹槽与图13A中所示的膜表面的表面结构互补。使用3200N每厘米线性长度的辊隙力。设置成型模唇，使得与工具辊的表面上的凹槽接触的挤出物的成形侧以及挤出物中的轮廓与工具辊中的适当凹槽对齐。挤出物与工具辊接触，达到在辊上大约180度包裹。使用相对于工具辊速度略微超速的驱动的橡胶涂布剥离辊，以5.5米/分钟将膜从工具辊上拉出。
对于本领域的技术人员将显而易见的是，本文所公开的具体示例性结构、特征、细节、构造等在许多实施例中可修改和/或组合。本发明人所构思的所有此类变型和组合均在所构思的发明的范围内。因此，本发明的范围不应受本文所述的具体示例性结构限制，而是受权利要求书的文字所描述的结构或其等同形式限制。如果在本说明书与以引用方式并入本文的任何文献的公开内容之间存在冲突或差异，则以本说明书为准。

Claims (22)

1.一种用于制备结构化膜的方法，其包括如下步骤：
(a)将熔融材料挤出通过具有至少一个成型模唇的挤出模头，以形成熔融挤出物，所述熔融挤出物具有第一和第二主挤出物表面，并在所述第一主挤出物表面中具有第一结构特征；
(b)使所述熔融挤出物接触包括一个或多个第二结构特征的工具表面，以使得在所述第一主挤出物表面中的第一结构特征的一部分接触所述工具表面上的第二结构特征中的至少一个；和
(c)冷却所述熔融挤出物以提供结构化膜，
其中所述第一结构特征的横维横截面面积与第二结构特征的横维横截面面积的比率为1.0。
2.根据权利要求1所述的方法，其中挤出熔融材料包括将所述熔融材料竖直向下挤出，并使其接触所述工具表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中挤出熔融材料包括至少挤出聚烯烃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中挤出熔融材料使用单螺杆挤出机进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其中挤出熔融材料使用双螺杆挤出机进行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中挤出熔融材料包括挤出一种或多种如下聚合物材料，所述聚合物材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚甲醛、苯乙烯丙烯腈共聚物、苯乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物、苯乙烯马来酸酐共聚物、聚酰亚胺共聚物、聚醚酰亚胺、聚环氧乙烷，和两种或更多种前述材料的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中挤出熔融材料包括挤出一种或多种如下聚合物材料，所述聚合物材料选自环状烯烃共聚物、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚甲基戊烯、苯乙烯丙烯腈聚合物，和两种或更多种前述材料的组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中使所述熔融挤出物接触工具表面包括在所述工具表面与压料辊之间挤压所述熔融挤出物，其中所述工具表面为在工具辊上的表面。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述压料辊或所述工具辊中的至少一个被冷却。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中使所述熔融挤出物接触工具表面包括在所述工具表面与压料辊之间挤压所述熔融挤出物，其中所述工具表面为在环形带上的表面。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤b)中使所述熔融挤出物接触工具表面包括在所述工具表面与辊隙表面之间挤压所述熔融挤出物，其中所述辊隙表面为在环形带上的表面。
12.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)在高于所述熔融挤出物的玻璃化转变温度的温度下发生。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一结构特征中的部分接触位于所述工具表面上的第二结构特征中的至少两个。
14.一种根据前述权利要求中任一项所述的方法制得的结构化膜。
15.一种用于挤出复制的装置，其包括：
挤出机，所述挤出机配备具有至少一个成型模唇的成型挤出模头；和
结构化辊，所述结构化辊具有结构化表面，其被设置用以接收来自所述成型挤出模头的熔融挤出物，
其中所述成型挤出模头具有与至少一个结构化辊上的结构化表面横维匹配的特征。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述结构化辊包括工具辊。
17.根据权利要求15所述的装置，其中所述结构化辊包括环形带。
18.根据权利要求15所述的装置，其中所述挤出机为单螺杆挤出机。
19.根据权利要求15所述的装置，其中所述挤出机为双螺杆挤出机。
20.根据权利要求16或17任一项所述的装置，其还包括压料辊以与所述结构化辊形成辊隙。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述压料辊具有结构化表面。
22.根据权利要求20所述的装置，其中所述压料辊具有适形表面。
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