CN103372960A - 用于制造多层薄膜的系统和方法以及层倍增装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造多层薄膜的系统和方法以及层倍增装置。层倍增装置能够包括壳体和至少一个定位于壳体内的层倍增插入物。所述壳体能够具有被构造成接收流体流的入口、被构造成排出所述流体流的出口以及在所述入口和所述出口之间延伸的流体腔。在操作中，所述层倍增插入物能够划分引入的流体流，以便倍增所述流体流为至少第一流体流和第二流体流。在一些实例中，所述入口提供的入口流量等于所述壳体在入口处的横截面面积乘以所述流体腔的长度，所述流体腔限定腔流量，并且该腔流量等于或大于所述入口流量。

Description

用于制造多层薄膜的系统和方法以及层倍增装置

本申请要求于2012年4月19日提交的美国临时专利申请No.61/635，830的优先权，其全部内容通过参照并入本文中。

技术领域

本文公开的内容涉及用于制造多层薄膜的系统和方法，并且更具体地涉及用于形成多层薄膜的层倍增装置。

背景技术

具有聚合物材料交替层的多层薄膜被用在多种不同的工业和应用中。例如，在包装行业中，多层薄膜被用于包装诸多物品中的食品、饮料和消费品。多层薄膜的不同层能够作为屏障，防止湿气、氧气和其它气体进出，湿气、氧气和其它气体能减少包装产品货架期。作为另一个例子，多层薄膜被用作计算机监视器、光窗（window）和其它光学系统中的光学薄膜。多层薄膜的不同层能够具有不同的光学性能，比如不同的折射率，其控制着通过薄膜的光传输和显示。

多层薄膜的光学和物理性能典型地取决于变量的数量，所述变量诸如用于薄膜个体层的聚合物材料的类型、薄膜中的个体层的总数量以及薄膜中的每一个体层的厚度等。例如，当前生产的一些多层薄膜具有许多个或者甚至好几百个个体层，其中的每一层仅为几微米厚。在薄膜制造过程期间，适当地控制这些个体层的形成能有助于确保最终的多层薄膜具有想要的光学和/或物理性能。

层倍增装置经常被称为层倍增器，层倍增装置是在薄膜制造过程中使用的、用于倍增薄膜中的个体层数量的装置。层倍增装置能够抓取例如在A-B构型中的薄膜，并且复制所述层结构，以生产例如具有A-B-A-B层构型的薄膜，A-B构型的薄膜具有一个堆叠到另一个上方的两个不同的材料层。在层倍增装置内划分并且重新组合层的过程能够产生剪切力并导致装置上的压降。这些剪切力如果足够大的话，能在制造期间损坏多层薄膜的物理结构，并且/或者导致薄膜的不同层混合在一起，从而阻碍形成良好限定的多层薄膜堆。

发明内容

总体上，本文公开的内容涉及用于接收具有多个层的多层流体流并划分所述流体流以倍增流体流为例如第一多层流体流和第二多层流体流的系统和方法，以及一种层倍增装置。通过在一个被分开的流体流上方堆叠另一个被分开的流体流而重新组合被分开的流体流，以形成一种倍增的多层流体流。倍增的多层流体流能够与原始的多层流体流具有相同的个体层构型。然而，与原始的多层流体流相比，在倍增的多层流体流中能够在垂直堆叠的布置中重复个体层构型。例如，在原始的多层流体流具有A-B-C堆叠的层构型的情况中，倍增的多层流体流能够具有A-B-C-A-B-C堆叠的层构型。这将是原始的多层流体流的2倍倍增，尽管更高的倍增倍数(例如，4倍、8倍、16倍)也是可能的。

层倍增装置包括插入物壳体，该插入物壳体具有入口、出口和在所述入口和所述出口之间延伸的流体腔。层倍增装置还包括被定位在流体腔内的层倍增插入物。操作期间，层倍增插入物将进入层倍增装置的流体流划分为至少第一流体流和第二流体流，从而倍增所述流体流。

根据层倍增装置的构型，所述装置能够被构造成使得装置的腔流量等于或大于装置的入口流量。在所述实例中，腔流量能够是插入物壳体的流体腔内的自由容量，其中在操作期间流体流穿行通过插入物壳体的上述流体腔。如本文中所用的，术语“自由容量”指的是插入物壳体内未被层倍增插入物(或者，当存在多个插入物时，是插入物们)占据的空间。与之相对，入口流量等于插入物壳体在入口处的横截面面积乘以流体腔的长度。为了配置这样一种层倍增装置从而使所述装置的腔流量等于或大于入口流量，可以在相对于壳体的入口定位层倍增插入物的区域中扩大插入物壳体。被扩大的区域占插入物壳体内被层倍增插入物占用的空间。因此，当流体流移动通过层倍增装置时，所述流体流在装置内具有至少与装置的入口处(例如，或者装置上游的流道)一样大的容量，即使层倍增插入物占用了装置内的空间。与具有狭窄流体腔的已知层倍增装置相比，该构型减小了在装置中产生的剪切力大小以及装置上的压降。

在根据本文公开的一个实例中，描述了一种层倍增装置，该层倍增装置包括壳体和至少一个层倍增插入物。所述壳体具有入口、出口以及流体腔，入口被构造成接收流体流，出口被构造成排出所述流体流，流体腔在所述入口和所述出口之间延伸。根据该实例，至少一个层倍增插入物被定位在所述流体腔内，并且所述层倍增插入物被构造成将所述流体流划分为至少第一流体流和第二流体流，并且通过将第一流体流堆叠在第二流体流上方而重新组合所述第一流体流和所述第二流体流。该实例进一步详细说明了入口具有等于壳体在入口处的横截面面积乘以流体腔的长度的入口流量，并且流体腔具有等于或大于入口流量的腔流量。

在另一个实例中，描述了一种包括进料块、层倍增装置以及流道的系统。所述进料块被构造成接收多个聚合物流并排出具有多个层的初级多层流体流，初级多层流体流中的每一层都包含多个聚合物流中的一个聚合物流。层倍增装置包含壳体和至少一个被定位在所述壳体内的层倍增插入物。所述壳体具有入口、出口以及流体腔，入口被构造成接收初级多层流体流，出口被构造成排出倍增的多层流体流，流体腔在所述入口和所述出口之间延伸。所述层倍增插入物被构造成将所述初级多层流体流划分为至少第一多层流体流和第二多层流体流，并且通过将所述第一多层流体流堆叠在所述第二多层流体流上方而重新组合所述第一多层流体流和所述第二多层流体流。此外，流道将进料块连接到壳体的入口。该实例进一步详细说明了流道具有流道容量，该流道容量等于初级多层流体流穿行通过的流道每单位长度内的空间容量，所述壳体的流体腔具有腔流量，并且该腔流量等于或大于流道容量。

在另一个实例中，描述了一种倍增多层流体流的方法，该方法利用流道和带有流体腔的层倍增装置。所述方法包括将初级多层流体流输送通过流道，该流道具有流道容量，并且在流体腔中接收来自流道的初级多层流体流，所述流体腔具有腔流量，该腔流量等于或大于流道容量。所述方法还包括将初级多层流体流划分为至少第一多层流体流和第二多层流体流，并且在层倍增装置内部通过将第一多层流体流堆叠在第二多层流体流上方而重新组合所述第一多层流体流和所述第二多层流体流。

在附图和以下的说明中阐述一个或更多个实例的细节。其它的特征、目的和优势将在说明书和附图以及权利要求书中显而易见。

附图说明

图1是图示一种示例性系统的方案图，该系统包括能用于制造多层薄膜的示例性层倍增装置。

图2A–图2C是图示示例性多层流构型的横截面图，该多层流构型能够由图1的示例性系统中的初级多层流体流限定。

图3和图4为能够用在图1的系统中的示例性层倍增装置的透视图。

图5和图6分别为示例性层倍增插入物的前视图和后视图，示例性层倍增插入物能够用在图3和4的示例性层倍增装置中。

图7为沿图3中所示的剖面线A-A截取的图3的层倍增装置的示例性横截面图。

具体实施方式

以下的详细描述在本质上是示例性的，并且决非用于限制本发明的范围、实用性或构型。而是，为了实现本发明的实例，以下的说明提供了一些实际的解释说明。为选定的部件提供了结构、材料、尺寸和制造过程的实例，并且所有的其它部件采用的是本发明技术领域的普通技术人员已知的那些部件。本领域技术人员将意识到，被记录的许多实例具有各种适合的替代物。

多层聚合物薄膜能够包括多个个体层，其中的每一层均由一种或多种类型的聚合物材料形成。例如，聚合物薄膜能够具有许多个甚至是好几百个由两种、三种、四种或更多种不同类型的聚合物材料形成的个体层。根据特定的制造过程，能够利用进料块来形成多层聚合物薄膜，所述进料块接收不同的聚合物材料并定向所述聚合物材料以形成初级多层流体流。在离开进料块之后，所述初级多层流体流流经流道，用于在薄膜生产线上作进一步的处理，以生产多层薄膜成品。

在多层聚合物薄膜所需的聚合物个体层数量超过能直接由进料块产生的实际层数量的应用中，层倍增装置被用于增加初级多层流中的层数量。层倍增装置被定位在进料块的下游以接收来自进料块的初级多层流体流。层倍增装置将初级多层流体流划分成两个或更多个次级流，其中每一个次级流都具有与初级多层流体流相同的层构型(例如，层堆)。层倍增装置然后通过将一个流堆叠到另一个流之上而重新定向两个或更多个次级流，以产生重新组合的多层流体流，与初级多层流体流相比，所述重新组合的多层流体流具有增加的个体层数量。例如，当层倍增装置将初级多层流体流分成两个次级流，其中一个次级流堆叠在另一个次级流上方时，重新组合的流体流具有的个体层数量是初级多层流体流的两倍。

当初级多层流体流移动通过已知的层倍增装置时，用于划分流体流并重新组合被分开的次级流以形成重新组合的多层流体流的机械作用将剪切应力引入材料的流动流。例如，当初级多层流体流进入层倍增装置并接触装置内的层倍增插入物时，初级多层流体流被分为两个被迫进入装置的独立部分的流，所述独立部分具有的组合容量小于引入的初级多层流体流所占的容量。这能够导致层倍增装置上的压降，从而将剪切应力引入到材料的流动流中。如果剪切应力太大，则多层薄膜的物理结构可能受损，并且/或者多层流体流的不同个体层可能混合在一起，这能导致至少一部分合成的薄膜丧失其多层特征。

根据在本文公开的一些实例中描述的技术，提供了这样一种层倍增装置，其被构造成倍增引入的流体流中层的数量，同时有助于最小化装置上的压降和/或施加到所述流体流的剪切应力大小。所述层倍增装置包括插入物壳体，所述插入物壳体具有入口、出口以及流体腔，入口被构造成接收流体流，出口被构造成排出所述流体流，流体腔在所述入口和所述出口之间延伸。所述层倍增装置还包括层倍增插入物，该层倍增插入物被定位在所述流体腔内并且被构造成划分流体流以倍增所述流体流。根据层倍增装置的构型，所述装置能够被构造成使装置的腔流量等于或大于所述装置的入口流量和/或连接到所述装置的流道的长度归一化的容量。在所述实例中，所述腔流量为插入物壳体的流体腔内的自由容量，在操作期间流体流穿行通过所述流体腔，而所述入口流量为一种定义的容量，该容量等于插入物壳体在入口处的横截面面积乘以流体腔的长度。

为了构造层倍增装置从而使所述装置的腔流量等于或大于入口流量，在相对于壳体的入口定位层倍增插入物的区域中放大插入物壳体。被放大的区域占插入物壳体内被层倍增插入物占用的空间。因此，当流体流移动通过层倍增装置时，所述流体流在所述装置内具有至少与在装置入口处一样的容量，即使层倍增插入物占用了装置内的空间。与具有狭窄流体腔的已知层倍增装置相比，这种构型减小了在装置中产生的剪切力大小以及装置上的压降。

参照图2–图7将更加详细地描述层倍增装置。然而，首先将参照图1描述用于制造多层薄膜的系统和方法，包括层倍增装置。

图1为图示系统10的方案图，该系统10用于制造多层薄膜。系统10包括进料块12、层倍增装置14和挤出模16。进料块12通过流道22连接到层倍增装置14。层倍增装置14通过流道24连接到挤出模16。进料块12被构造成接收两个聚合物材料流以形成多层薄膜，所述聚合物材料在图1中被图示为第一聚合物材料18和第二聚合物材料20。在操作中，进料块12产生初级多层流体流，初级多层流体流通过流道22被输送到层倍增装置14的入口处。初级多层流体流在层倍增装置14内被分为多个次级流体流，多个次级流体流接着被重新组合以产生一个倍增的流体流，所述倍增的流体流比进入层倍增装置14的初级多层流体流具有更多的个体层。当从层倍增装置14排出后，倍增的流体流穿行通过流道24，从而使所述流体流能够通过挤出模16而被挤出，从而能够在所述流体流上进行冷却和/或其它的处理，以产生多层薄膜。

如下面更加详细地描述的，层倍增装置14包括插入物壳体，该插入物壳体限定了入口、出口以及流体腔，入口被构造成从进料块12接收初级多层流体流，出口被构造成从所述层倍增装置排出倍增的流体流，流体腔在所述入口和所述出口之间延伸。层倍增装置14还包括至少一个位于流体腔内的层倍增插入物，所述插入物被构造成将来自进料块12的初级多层流体流划分为至少第一流体流和第二流体流，以倍增所述流体流。在一些实例中，层倍增装置14被构造成限定了等于或大于入口流量的腔流量。例如，层倍增装置14限定了腔流量和入口流量，所述腔流量为插入物壳体的流体腔内供流体流穿行通过所述流体腔的自由容量，并且所述入口流量等于插入物壳体在入口处的横截面面积乘以流体腔的长度。层倍增装置的流体腔内的自由容量等于或大于层倍增装置的入口处的容量。当这样被配置时，进入层倍增装置14的初级多层流体流被分为至少第一流体流和第二流体流，使得所述第一流体流和所述第二流体流在层倍增装置内穿行的容量至少与进入层倍增装置的初级多层流体流所占的容量相同。

系统10在进料块12中产生初级多层流体流。进料块12接收第一聚合物材料18和第二聚合物材料20并且处理所述材料，以形成多层流体流，该多层流体流包括所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料两者的个体层。例如，进料块12接收第一聚合物材料18和第二聚合物材料20并且定向所述聚合物材料，以形成多个个体层，每个所述个体层均由第一聚合物材料18或第二聚合物材料20形成。进料块12进一步将一个体层堆叠在另一个体层上方，以形成多层流体流。离开进料块12的多层流体流被称为初级多层流体流。

离开进料块12的初级多层流体流中的不同个体层的布置(例如，尺寸、组成、数量)能够例如基于进料块的设计以及供给到所述进料块的不同聚合物材料的数量而改变。在一些实例中，离开进料块12的初级多层流体流中的每一层均被定向成基本与所述多层流体流中的所有其它个体层平行。初级多层流体流中的每一个体层能够具有与初级多层流体流中的所有其它层相同的厚度，或者初级多层流体流中的至少一个个体层能够具有与初级多层流体流中的至少一个其它层不同的厚度。例如，初级多层流体流中由一种类型的聚合物材料(例如，第一聚合物材料18)形成的至少一些(并且优选全部)个体层能够具有与所述初级多层流体流中由一种不同类型的聚合物材料(例如，第二聚合物材料20)形成的至少一些(并且优选全部)个体层不同的厚度。

在一些实例中，初级多层流体流包括至少一个由供给到进料块12的每种类型的聚合物材料形成的个体层。在另外一些实例中，初级多层流体流仅包括一个由供给到进料块12的每种类型的聚合物材料形成的个体层。例如，在图1的系统10中，离开进料块12的初级多层流体流仅具有两个层：由第一聚合物材料18形成的一层和由第二聚合物材料20形成的一层。在其它的实例中，离开进料块12的初级多层流体流能够具有由一种类型的聚合物材料(例如，第一聚合物材料18)形成的多个个体层以及由另一种类型的聚合物材料(例如，第二聚合物材料20)形成的一个或多个个体层。

图2A–图2C是图示示例性层构型的横截面，该层构型能够由离开进料块12的初级多层流体流限定。层堆中的每一个体层被图示为具有相同的厚度，并且被定向成基本与层堆中的所有其它的个体层平行，尽管实际上每一个体层可能具有不同的厚度和/或方位。此外，为了简明，层堆中的不同个体层被设计为由材料“A”(例如，第一聚合物材料18)或材料“B”(例如，第二聚合物材料20)形成。

图2A图示初级流体流150，该初级流体流150具有由材料“A”形成的第一个体层152和由材料“B”形成的第二个体层154。第一个体层152被堆叠在第二个体层154之上。在一些实例中，离开进料块12的初级多层流体流中的每一个体层在所述初级多层流体流中的每个其它个体层之间限定不连续的界面。例如，离开进料块12的初级多层流体流中的每一个体层被形成为使得形成一个个体层的材料与形成相邻个体层的材料之间不存在相互混合。在其它实例中，初级多层流体流中的每一个体层在相邻层之间不限定不连续的界面。

图2B图示另一个初级流体流156，该初级流体流156具有由材料“A”形成的第一个体层158、由材料“B”形成的第二个体层160以及由材料“A”形成的第三个体层162。第一个体层158被堆叠在第二个体层160之上，第二个体层160接着被堆叠在第三个体层162之上。

图2C图示初级流体流164，该初级流体流164具有由材料“A”形成的第一个体层166、由材料“B”形成的第二个体层168、由材料“A”形成的第三个体层170以及由材料“B”形成的第四个体层172。第一个体层166被堆叠在第二个体层168之上，第二个体层168被堆叠在第三个体层170之上，并且第三个体层170被堆叠在第四个体层172之上。在各种实例中，离开进料块12的初级多层流体流能够包括两个、三个、四个或更多个个体层。然而，在初级流体流中，层的前述数量和组成布置仅作为例子，并且本文的公开不局限于此。

进一步参照图1，通常，离开进料块12的初级多层流体流包括多个个体层，其中，初级多层流体流中的每一个体层均包括供给到进料块12的多种聚合物材料中的至少一种(并且优选仅一种)。能够被传输到进料块12以形成初级多层流体流的聚合物材料实例包括但不局限于聚乙烯(例如，高密度、低密度、线性低密度)、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯-乙烯醇、聚乙烯醇、聚偏二氯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、纤维素塑料及其组合。此外，尽管在图1的实施例中，只有两种不同的聚合物材料被供给到进料块12，但在其它的实例中，更少种聚合物材料(例如，一种聚合物材料)或者更多种聚合物材料(例如，三种、四种或更多种不同的聚合物材料)能够被供给到进料块，并且本文的公开不局限于此。

当离开进料块12后，系统10中的初级多层流体流通过流道22穿行至层倍增装置14。流道22可以是输送管、管子或其它用于输送多层流体流的管道。在一些实例中，流道22在进料块12和层倍增装置14之间的通道长度上具有连续的横截面面积。无论如何，流道22将初级多层流体流从进料块12传送到层倍增装置14，以进行如本文中所描述的另外的处理。当从层倍增装置14排出后，倍增的流体流穿行通过流道24，从而使所述流体流能够通过挤出模16被挤出或者进行其它的处理。

图3和图4为用在图1的系统10中的层倍增装置100的透视图。图3图示处于开放构型中的层倍增装置100，以示出层倍增装置内部的部件实例，而图4图示处于闭合构型中的层倍增装置100。层倍增装置100(在本文中也被称为“装置100”)包括插入物壳体102和至少一个位于插入物壳体内部的层倍增插入物104，所述插入物在图3的实施例中被图示为第一层倍增插入物104和第二层倍增插入物106。插入物壳体102具有入口108以及出口110，入口108被构造成接收多层流体流(例如，在图2中，初级多层流体流经由流道22离开进料块12)，出口110被构造成排出倍增的多层流体流。入口108被连接到流道(例如，图1中的流道22)，并且出口110同样被连接到流道(例如，图1中的流道24)。插入物壳体102还具有在入口108和出口110之间延伸的流体腔112。

在操作中，多层流体流经由入口108进入插入物壳体102。在插入物壳体102的内部，层倍增插入物104将多层流体流划分为至少第一多层流和第二多层流，以倍增多层流体流。所述第一多层流和所述第二多层流均可以是进入插入物壳体102的初级多层流体流中的一个较小部分。例如，当层倍增插入物104将初级多层流体流仅划分为第一多层流和第二多层流时，所述第一多层流和所述第二多层流的组合容量等于进入插入物壳体的初级多层流体流的容量。在一些实例中，层倍增插入物104也控制被分开的第一多层流和第二多层流的移动，以便重新组合流，例如，通过将一个流堆叠到其它流之上以形成倍增的多层流体流。能够经由出口110从插入物壳体102排出的该倍增的多层流体流比经由入口108进入插入物壳体的初级多层流体流具有更多的个体层。

装置100的插入物壳体102保持层倍增插入物104。插入物壳体102限定了有界限的腔(例如，除入口108和出口110之外)，该有界限的腔接收初级多层流体流，并且插入物壳体102与层倍增插入物104一起控制流体流通过壳体的移动。在图3和图4的实施例中，插入物壳体102包括第一部分102A和第二部分102B(共同组成“插入物壳体102”)，二者经由多个螺钉113被机械连接起来，从而当流体流流经壳体时，这两个部分不分开。通过除去多个螺钉113并将第一部分102A和第二部分102B分开而接近插入物壳体102。周期性接近插入物壳体内部便于清洁、替换或拆除层倍增插入物104，或者进行维护任务。在其它实例中，其它的机械固定部件诸如螺母、焊接、夹具等能够被用于将第一部分102A和第二部分102B机械连接。在更另外的实例中，插入物壳体102可以是不可打开的，而是能够被设计成在壳体的使用期内保持闭合。因此，尽管装置100的壳体被描述为一种被构造成接收并保持层倍增插入物104的插入物壳体，但应当理解能够或不能够从插入物壳体102拆除层倍增插入物104，并且本文的公开不局限于此。

层倍增插入物104被定位在插入物壳体102内，并且尤其在图3的实例中，层倍增插入物104被定位在插入物壳体102的流体腔112内。通常，流体腔112是插入物壳体102中位于入口108和出口110之间的区域，该流体腔112保持装置100的层倍增插入物(或者，如果多于一个的话，是插入物们)，并且在装置的操作期间，流体流穿行通过该区域。入口108是插入物壳体102中的一个开口，在装置100的操作期间，初级多层流通过该入口108进入插入物壳体102内。例如，入口108是从插入物壳体102外部(例如，始于壳体的外表面)延伸到插入物壳体内部(例如，止于层倍增插入物104或在其前边缘之前)的区域。在一些实例中，入口108具有的长度等于插入物壳体102的入口延伸通过的壁的厚度。出口110是在插入物壳体102中与入口108相对的开口，在装置100的操作期间，倍增的流通过该出口而离开插入物壳体102。在一些实例中，出口110具有的长度等于插入物壳体102的出口延伸通过的壁的厚度。

图5和图6分别为层倍增插入物200的前视图和后视图，所述插入物被用作装置100中的第一层倍增插入物104和/或第二层倍增插入物106。层倍增插入物200从前边缘202延伸至后边缘204。前边缘202接收初级多层流体流206(在层倍增插入物之前的所述流体流被示出为被分开的，仅用于进行解释说明)，并且前边缘202被构造成将所述流划分为第一流208和第二流210。第一流208在层倍增插入物200的一个侧面上流动(例如，位于层倍增插入物的表面以及插入物壳体102的第一部分102A的表面之间)并且第二流210在层倍增插入物200的另一个侧面上流动(例如，位于层倍增插入物的表面以及插入物壳体102的第二部分102B的表面之间)。在通过层倍增插入物的后边缘204之后，第一流208与第二流210重新组合。特别是在图5和图6的实施例中，第一流208与第二流210重新组合，从而使第一流208被垂直地堆叠在第二流210之上。

层倍增插入物200的前边缘202被构造成将初级多层流体流206划分为至少两个子流。例如，层倍增插入物200的前边缘202在基本与初级多层流体流中的每一个体层的主平面垂直的方向上划分初级多层流体流206。在初级多层流体流206限定多个个体层并且每个层被垂直堆叠在另一个层上的实例中(例如，图2A–2C)，层倍增插入物14将初级多层流体流垂直地分开(例如，在图2A–2C指示的Z-方向上)。

在图5和图6的实施例中，层倍增插入物200的前边缘包括向下定向的划分器212和向上定向的划分器214。在并排的布置中，向下定向的划分器212被定位成邻近并且在一些实例中接触向上定向的划分器214。当初级多层流体流206接触向下定向的划分器212和向上定向的划分器214时，多层流体流在两个划分器之间的汇合处分开，从而使第一流体流208在层倍增插入物200的一个侧面上穿行，并且第二流210在插入物的相反侧面上穿行。

在操作中，初级多层流体流206朝着向下定向的划分器212和向上定向的划分器214流动，从而使多层流体流中的每一个体层被定向在多层流体流的穿行平面内。在所述实例中，在第一流208和第二流210中的个体层数量等于初级多层流体流206中的个体层数量。因此，当通过将第一流208堆叠到第二流210之上而重新组合第一流208与第二流210时，最终的组合流具有的层数是初级多层流体流206的两倍。例如，如果初级多层流体流206具有由聚合物“A”和“B”形成并限定成A-B-A流体流的三个个体层，第一流208和第二流210也均能够限定具有A-B-A组成布置的三个个体层。此外，当第一流208在层倍增插入物204的后边缘处被堆叠到第二流210之上时，组合流具有A-B-A-A-B-A组成布置的六个个体层。

进一步参照图3，插入物壳体102被构造成接收至少一个层倍增插入物，从而使所述插入物被定位在壳体的流体腔112内。在一些实例中，插入物壳体102被构造(例如，确定尺寸和/或形状)成仅保持一个层倍增插入物。在其它的实例中，插入物壳体能够被构造成保持多个层倍增插入物。在装置100的实施例中，流体腔112被构造成接收两个层倍增插入物：第一层倍增插入物104和第二层倍增插入物106。第二层倍增插入物106被定位成与插入物壳体102内的第一层倍增插入物104串联(即下游)。操作期间，第一层倍增插入物104将引入的多层流体流划分为至少第一流和第二流，并且然后通过将一个流堆叠到其它流之上而重新组合所述第一流和第二流。第二层倍增插入物106然后将该重新组合的流划分为至少第三流以及第四流，并且然后通过将一个流堆叠在其它流之上而重新组合第三流和第四流。以这种方式，层倍增装置100能够产生倍增的多层流，该倍增的多层流的个体层数量为进入装置的初级多层流的个体层数量的四倍(4X)。

在插入物壳体102容纳多个层倍增插入物的其它实例中，能够采用不同于图3中图示的层倍增插入物的数量或者布置。在一些实例中，除了或代替使多个层倍增插入物串联定位，插入物壳体102被构造成以垂直堆叠的布置方式保持多个层倍增插入物(例如，一个在另一个上方)。根据层倍增装置100中层倍增插入物的数量和布置，层倍增装置使引入的多层流中的个体层数量增加2倍、4倍、8倍、16倍或者更多倍。通过使用多个相互串联定位的层倍增装置，能够实现进一步的层倍增。

在层倍增装置100的操作期间，当多层流体流移动通过插入物壳体102时，划分多层流体流并重新组合被分开的流以形成倍增的多层流的机械作用能够将剪切应力传入材料的流动流中。如果剪切应力太大，采用装置100制造的多层薄膜的物理结构能够被损坏，和/或多层流体流的不同个体层能够混合在一起，这能导致至少一部分最终的薄膜丧失其多层特性。

装置100被构造成使流体腔112的容量(例如，腔流量)大小等于或者大于入口108的入口流量，和/或在连接到所述装置的流道中的长度归一化的容量。层倍增装置100限定了腔流量和入口流量，所述腔流量是插入物壳体102的流体腔内供多层流体流穿行通过所述流体腔的自由容量，并且所述入口流量等于插入物壳体102在入口108处的横截面面积乘以流体腔的长度。层倍增装置的流体腔内的自由容量等于或大于层倍增装置在入口处的容量。当在任意长度(例如，每厘米、每英寸)上被归一化时层倍增装置的流体腔内的自由容量大于或等于当连接到层倍增装置的流道的容量在相同的任意长度上被归一化时所述流道的容量。当这样被构造时，进入层倍增装置100的初级多层流体流被划分为至少第一流体流和第二流体流，使得所述第一流体流和所述第二流体流在所述装置内穿行的容量至少与进入装置的初级多层流体流所占的容量大小一样。

代替减小多层流在插入物壳体102内穿行的空间量，例如由于层倍增插入物104和106所占的物理空间，插入物壳体102在壳体内提供了至少与多层流所穿行的壳体入口处一样多的空间。与插入物壳体102减少多层流沿着插入物壳体102的长度穿行时可用的流量大小相比，通过维持或扩大多层流沿着插入物壳体102的长度(例如，从入口108到出口110)穿行时可用的流量大小，降低了施加到流的剪切应力大小和/或装置100上的压降幅度。

图7为沿图3示出的剖面线A-A截取的插入物壳体102的横截面图，为便于进行解释说明，未示出位于壳体内的第一层倍增插入物104或第二层倍增插入物106。如所示出的，插入物壳体102限定了入口108以及出口110，入口108被构造成接收多层流体流，出口110被构造成排出倍增的多层流体流。插入物壳体102还限定了在入口108和出口110之间延伸的流体腔112。

在操作中，初级多层流体流经由入口108进入插入物壳体102和流道22，并且在离开装置100前穿行通过流体腔112。多层流体流能够流经的流体腔112内的空间被称为流体腔容量。例如，流体腔112限定了流体腔容量，其为流体流所流经的流体腔112(例如，从流体腔的始端到末端)内的空间总容量(例如，未被层倍增插入物占用的插入物壳体102内的空间)。当一个或更多个层倍增插入物被定位在流体腔112内时，流体流需要围绕层倍增插入物穿行，并且在离开装置100前穿过所述层倍增插入物。因此，流体腔112中被层倍增插入物本身占用的空间容量能够减小流体流所流经的流体腔内的空间容量。

能够通过将流体腔112的长度(例如，在图7示出的Y方向上)乘以流体腔的宽度和高度并且然后减去流体腔中被层倍增插入物占用的空间容量而确定由流体腔112限定的流体腔容量。尽管插入物壳体102的相对尺寸可以改变，但在一些实例中，插入物壳体102的流体腔112限定了比入口108和/或流道22大的宽度(例如，在图7示出的X-方向上)和/或高度(例如，在图7示出的Z-方向上)。通过构造流体腔112从而使所述流体腔具有比入口108和/或流道22大的宽度和/或高度增加了流体流所流经的流体腔内的空间容量，继而降低了所述流体流上的剪切应力大小。

在图7的实例中，插入物壳体102在入口108和流体腔112之间限定了倾斜的过渡区域114。该倾斜的过渡区域114由第一壳体部分102A的表面116以及第二壳体部分102B的表面118形成，其中的每一个壳体部分都远离入口108地倾斜。在一些实例中，表面116和表面118以大于15度的角度倾斜，例如，大于30度的角度或者介于大约30度和大约60度之间的角度。相对于入口108而言，该倾斜的过渡区域114扩大了流体腔112的高度(例如，在图7指示的Z-方向上)。在装置100被连接到上游的流道22并且上游的流道具有比流体腔112的横截面面积小的横截面面积的场合，这是有用的。

在图7的实例中，尽管第一壳体部分102A和第二壳体部分102B中的每一个壳体部分都远离入口108地倾斜，但在其它实例中，仅第一壳体部分102A或第二壳体部分102B能够远离入口108地倾斜。在更另外的实例中，插入物壳体102能够不包括倾斜的过渡区域，而是能够在入口108和流体腔112之间限定台阶，或者能够在入口和流体腔之间不具有任何过渡区。

在一些实例中，诸如在插入物壳体102在入口108和流体腔112之间限定倾斜的过渡区域的实例中，插入物壳体102在流体腔和出口110之间限定倾斜的过渡区域。在图7的实例中，插入物壳体102限定出口倾斜的过渡区域120。该出口倾斜的过渡区域120由第一壳体部分102A的表面122以及第二壳体部分102B的表面124形成，其中的每一个壳体部分都朝着出口110倾斜。在一些实例中，表面122和表面124以大于15度的角度倾斜，例如大于30度的角度或者介于大约30度和大约60度之间的角度。相对于出口110而言，出口倾斜的过渡区域120减小了流体腔112的高度(例如，在图7指示的Z-方向上)。在装置100被连接到下游的流道24并且下游的流道具有比流体腔112的横截面面积小的横截面面积的场合，这是有用的。例如，装置100能够被连接到上游和下游的流道，其中的每一个流道都具有相同的横截面面积，并且每一个具有的横截面面积均小于流体腔112。

当插入物壳体102被构造成具有倾斜的过渡区域114和/或出口倾斜的过渡区域120时，位于壳体内的层倍增插入物能够具有与插入物壳体的过渡区域匹配的相应过渡区域。例如，当插入物壳体102被如此构造时，所述层倍增插入物具有前边缘(例如，图5中的前边缘202)和/或后边缘(例如，图5中的后边缘204),前边缘被构造成与倾斜的过渡区域114配合,后边缘被构造成与出口倾斜的过渡区域120配合。由于插入物能够具有前边缘和/或后边缘，该前边缘和/或后边缘以与插入物壳体中的过渡区域的倾面相应(例如，等于)的角度倾斜，因此层倍增插入物被构造成与过渡区域配合。在一些实例中，层倍增插入物与插入物壳体102的过渡区域匹配，从而使插入物的前边缘和/或后边缘齐平并且接触插入物壳体的过渡斜面。

不论插入物壳体102是否限定倾斜的过渡区域或出口倾斜的过渡区域，在一些实例中，装置100被构造成使得相对于装置所连接的流道而确定流体腔112的腔流量大小。相对于上游的流道确定流体腔112的尺寸有助于减小操作期间装置内的剪切力。

例如，能够确定流体腔112的尺寸以限定这样一种腔流量，所述腔流量至少等于或甚至大于流体腔所连接的流道22的容量。流道容量是多层流体流在上游的进料块和层倍增装置100之间穿行的流道22中的容量。由于流道22相当长，因而增加了流道的总容量，流体腔112的总腔流量和流道22的总流道容量通过一些任意长度(例如，每厘米，每英寸)被归一化。因此，本文所用的术语“腔流量”指的是流体腔112内每单位长度的空间容量。此外，本文所用的术语“流道容量”指的是多层流体流穿行的流道22每单位长度中的空间容量。当流体腔112的归一化腔流量等于或大于流道22的归一化流道容量时，装置100内的流体流在插入物壳体102内流动的空间至少与通往装置的通道内的空间一样多。所述构型能够最小化施加到装置100内的流体流的剪切应力大小。

在一些实例中，插入物壳体102的归一化腔流量被确定成等于流道22的归一化流道容量。在其它实例中，插入物壳体102的归一化腔流量被确定成大于流道22的归一化流道容量。例如，插入物壳体102的归一化腔流量可以比流道22的归一化流道容量至少大1%，例如至少大5%、至少大10%或者至少大25%。

除了或代替限定腔流量，插入物壳体102能够具有入口流量。插入物壳体102的入口流量代表初级多层流体流所穿行的插入物壳体入口处的空间容量。在一些实例中，插入物壳体102的入口108被确定成(例如，具有横截面面积)至少与将装置100连接到上游的进料块的流道(例如，图1中的流道22)的尺寸相同。因此，在这些实例中，插入物壳体102的入口流量代表意图将装置100连接到上游的进料块的流道中的空间容量，即便装置不被连接到流道。

根据本文公开的实例，装置100的插入物壳体102被构造成使插入物壳体的腔流量确定成与插入物壳体的入口流量相应。根据所述构型，与入口流量相应地确定流体腔112的尺寸有助于减小操作期间装置内的剪切力。

在一些实例中，流体腔112的尺寸能够被确定成限定至少等于或者甚至大于装置的入口流量的腔流量。通过将入口108的横截面面积(例如，在图7中指示的X-Z平面)乘以流体腔112的长度而确定插入物壳体102的入口流量。用于确定该入口流量的流体腔112的长度与用于确定腔流量的流体腔112的长度相同。因此，在这种情况下，所述入口流量和腔流量均被归一化至流体腔的长度。

当流体腔112的腔流量的大小被确定成等于或大于插入物壳体102的入口流量时，装置100内的流体流在所流经的插入物壳体102内具有的空间至少与壳体入口的空间一样大。该构型防止将流限制在插入物壳体102内，这能够导致剪切应力。

在一些实例中，插入物壳体102的腔流量的大小被确定成等于插入物壳体的入口流量。在其它的实例中，插入物壳体102的腔流量的大小被确定成大于插入物壳体的入口流量。例如，插入物壳体102的腔流量能够比插入物壳体的入口流量大至少1%，例如，至少大5%、至少大10%或者至少大25%。

已经描述了多种实例。这些和其它实例都处于所附权利要求书的保护范围以内。

Claims (14)

1.一种层倍增装置，所述层倍增装置包括壳体和至少一个层倍增插入物，

所述壳体具有入口、出口以及流体腔，所述入口被构造成接收流体流，所述出口被构造成排出所述流体流，并且所述流体腔在所述入口和所述出口之间延伸，并且

所述至少一个层倍增插入物被定位在所述流体腔内，所述层倍增插入物被构造成将所述流体流划分为至少第一流体流和第二流体流，并且通过将所述第一流体流堆叠在所述第二流体流上方而将所述第一流体流和所述第二流体流重新组合，

其中，所述入口具有入口流量，所述入口流量等于所述壳体在所述入口处的横截面面积乘以所述流体腔的长度，并且所述流体腔具有腔流量，所述腔流量等于或大于所述入口流量。

2.根据权利要求1所述的层倍增装置，其中，所述腔流量为自由容量。

3.根据权利要求1所述的层倍增装置，其中，所述壳体在所述入口和所述流体腔之间具有倾斜的过渡表面，所述倾斜的过渡表面相对于所述入口扩大了所述流体腔，从而使所述腔流量等于或大于所述入口流量。

4.根据权利要求1所述的层倍增装置，其中，所述至少一个层倍增插入物具有第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、前边缘以及后边缘，所述层倍增插入物的所述前边缘限定向下定向的划分器和相邻的向上定向的划分器，所述向下定向的划分器被构造成在所述层倍增插入物的所述第一侧上引导所述第一流体流，并且所述向上定向的划分器被构造成在所述层倍增插入物的所述第二侧上引导所述第二流体流。

5.根据权利要求4所述的层倍增装置，其中，所述向下定向的划分器和所述向上定向的划分器中的至少一个划分器具有倾斜的前边缘，所述前边缘被构造成与所述壳体的所述倾斜的过渡表面配合。

6.根据权利要求1所述的层倍增装置，其中，所述壳体包括第一部分和第二部分，并且所述第一部分被构造成机械地连接到所述第二部分，以便使所述至少一个层倍增插入物夹在所述第一部分和所述第二部分之间。

7.一种系统，所述系统包括进料块、层倍增装置以及流道，

所述进料块被构造成接收多个聚合物流并且排出具有多个层的初级多层流体流，所述初级多层流体流的每一层都包含所述多个聚合物流中的一个聚合物流；

所述层倍增装置包含壳体和至少一个层倍增插入物，所述层倍增插入物被定位在所述壳体内，其中，所述壳体具有入口、出口以及流体腔，所述入口被构造成接收所述初级多层流体流，所述出口被构造成排出倍增的多层流体流，并且所述流体腔在所述入口和所述出口之间延伸，并且其中，所述层倍增插入物被构造成将所述初级多层流体流划分为至少第一多层流体流和第二多层流体流，并且通过将所述第一多层流体流堆叠到所述第二多层流体流上方而重新组合所述第一多层流体流和所述第二多层流体流；以及

所述流道将所述进料块连接到所述壳体的所述入口；

其中，所述流道具有流道容量，所述流道容量等于所述初级多层流体流穿行的所述流道每单位长度中的空间容量，所述壳体的所述流体腔具有腔流量，并且所述腔流量等于或大于所述流道容量。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述腔流量为自由容量。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述壳体在所述入口和所述流体腔之间具有倾斜的过渡表面，所述倾斜的过渡表面相对于所述入口扩大了所述流体腔，从而使所述腔流量等于或大于所述流道容量。

10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述至少一个层倍增插入物具有第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、前边缘以及后边缘，所述层倍增插入物的所述前边缘限定向下定向的划分器和相邻的向上定向的划分器，所述向下定向的划分器被构造成在所述层倍增插入物的所述第一侧上引导所述第一多层流体流，并且所述向上定向的划分器被构造成在所述层倍增插入物的所述第二侧上引导所述第二多层流体流。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述向下定向的划分器和所述向上定向的划分器中的至少一个划分器具有倾斜的前边缘，所述前边缘被构造成与所述壳体的所述倾斜的过渡表面配合。

12.根据权利要求7所述的系统，还包括：挤出模，所述挤出模被定位在所述层倍增装置的下游；以及将所述出口连接到所述挤出模的流道。

13.一种倍增多层流体流的方法，所述方法利用流道和带有流体腔的层倍增装置，所述方法包括：

将所述初级多层流体流输送通过所述流道，其中所述流道具有流道容量；

在所述流体腔中接收来自所述流道的所述初级多层流体流，所述流体腔具有腔流量，所述腔流量等于或大于所述流道容量；

将所述初级多层流体流划分成至少第一多层流体流和第二多层流体流；以及

通过将所述第一多层流体流堆叠在所述第二多层流体流上方而在所述层倍增装置内重新组合所述第一多层流体流和所述第二多层流体流。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述腔流量为所述流体腔内的自由容量。

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