DE69918023T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Kunststofffolie - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffbahnen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffbahnen, die eine geringe verbleibende Spannung und eine hohe Oberflächenqualität aufweisen. Kunststoffbahnen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind, sind insbesondere für Anwendungen bei optischen und elektronischen Displays, wie zum Beispiel optischen Fenstern, optischen Filtern, Aufnahmemedien und Flüssigkristall-Displays (LCD) geeignet.
  • Glas- oder Quarzbahnen optischer Qualität werden bei Anwendungen für elektronische Displays als „Substrate" verwendet. Bei solchen Anwendungen ist das „Substrat" eine Materialbahn, die benutzt wird, um ein elektronisches Display zu bilden. Solche Substrate können transparent, durchscheinend oder opak sein, sind typischerweise aber transparent. Im allgemeinen weisen solche Bahnen leitende Beschichtungen auf, die auf sie aufgebracht werden, bevor sie als Substrate verwendet werden. Solche Substrate weisen häufig strenge Spezifikationen hinsichtlich der optischen Klarheit, Flachheit und minimaler Doppelbrechung auf und müssen typischerweise eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber der Durchdringbarkeit mit Gas und Flüssigkeiten zeigen. Mechanische Eigenschaften wie Flexibilität, Schlagwiderstandsfähigkeit, Härte und Kratzwiderstandsfähigkeit stellen ebenso wichtige Überlegungen dar. Glas- oder Quarzbahnen sind für Displayanwendungen verwendet worden, weil diese Materialien geeignet sind, die optischen Anforderungen und die Anforderungen hinsichtlich der Flachheit zu erfüllen und weil sie gute thermische und chemische Widerstandsfähigkeit- und Barriereeigenschaften aufweisen. Diese Materialien weisen jedoch einige der erwünschten mechanischen Eigenschaften nicht auf, von denen die bemerkenswertesten eine geringe Dichte, Flexibilität und Schlagwiderstandsfähigkeit sind.
  • Angesichts der mechanischen Beschränkungen von Glas- oder Quarzbahnen für optische oder Displayanwendungen ist es wünschenswert, für solche Anwendungen Kunststoffbahnen zu verwenden. Obwohl Kunststoffbahnen eine größere Flexibilität aufweisen, eine größere Bruchwiderstandsfähigkeit aufweisen und leichter sind als Glas- oder Quarzbahnen gleicher Dicke, ist es in der Vergangenheit sehr schwierig gewesen, Kunststoffbahnen, die die benötigten optischen Spezifikationen, wie sie zur Benutzung in optischen und Displayanwendungen benötigt werden, erfüllen, zu vernünftigen Kosten herzustellen. Darüber hinaus treten bei vielen Typen an Kunststoffbahnen nicht akzeptable Verformungen der Dimensionen auf, wenn diese während der Herstellung der Displayvorrichtungen Herstellungsbedingungen für Substrate ausgesetzt werden. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Temperatur.
  • Es gibt verschiedene kommerziell genutzte Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbahnen und Filmen, einschließlich Guss-, Extrusions-, Formpress- und Streckverfahren. Einige dieser Verfahren sind zur Herstellung von Hochqualitätskunststoffbahnen nicht geeignet. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff „Hochqualität" verwendet, um Kunststoffbahnen zu beschreiben, die die folgenden Eigenschaften aufweisen: Geringe Oberflächenrauheit, geringe Welligkeit, geringe Dickenvariation und eine minimale Menge an Polymerkettenorientierung (wie sie zum Beispiel anhand asymmetrischer physikalischer Eigenschaften wie Doppelbrechung oder thermischer Schrumpfung gemessen werden).
  • Es ist zum Beispiel wahrscheinlich, dass das Spritzgussverfahren ein hohes Ausmaß an Polymerkettenorientierungen, insbesondere bei dünnen Bahnen, wegen des Fließens des geschmolzenen Kunststoffs in die Form bewirkt. Dadurch wird die Doppelbrechung für Polymere mit nicht-vernachlässigbaren Photoelastizitätskoeffizienten in nicht akzeptabler Weise erhöht. Das Spritzformpressen ist ein verbessertes Gießverfahren, das es erlaubt, das Polymer nach dem Einspritzen zu quetschen, um die Oberflächenqualität zu verbessern und die Polymerkettenorientierung zu reduzieren. Trotz dieser Verbesserungen erlaubt das Spritzformpressen nur begrenzt, Hochqualitätsbahnen herzustellen.
  • Formpressen und Presspolieren können zur Herstellung von Bahnen mit guter Oberflächenqualität verwendet werden. Der Quetschfluss, der bei solchen Verfahren inhärent auftritt, resultiert jedoch in einer Polymerkettenorientierung, die zu einer nicht-akzeptablen Schrumpfung während der thermischen Kreislaufführung führt. Darüber hinaus können diese Verfahren nicht kontinuierlich geführt werden und erhöhen damit die Arbeits- und Produktionskosten.
  • Spannverfahren (zum Beispiel zur Herstellung von uniaxial- oder biaxial-orientierten – Filmen) und die Glasfolienextrusion bewirken inhärent große Mengen an Polymerkettenorientierung und sind nicht zur Herstellung von Hochqualitätskunststoffbahnen geeignet.
  • Das Lösungsmittelgießen kann verwendet werden, um Hochqualitätsfilme herzustellen. Es gibt jedoch praktische Beschränkungen hinsichtlich der maximalen Filmdicke, die mit diesem Verfahren erreicht werden kann. Darüber hinaus muss das Lösungsmittel, das zum Gießen verwendet wird, nach der Herstellung der Bahn entfernt werden.
  • US-A-4930565 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Filmes aus einem geschmolzenen Material, bei der eine Trommel oder eine Walze verwendet werden, um das geschmolzene Material von der Überlaufdüse wegzuführen.
  • Das Dokument EP-A-914926, das gemäß Art. 54(3) EPC zum Stand der Technik gehört, offenbart alle Merkmale von Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung außer der Tatsache, dass das Polycarbonat als Bisphenol zumindest teilweise 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan enthält.
  • Die Folienextrusion wird als kontinuierlicher Vorgang betrieben, allerdings führt dieses Verfahren zu einer nicht akzeptablen Polymerkettenorientierung wegen der Art des Polymerflusses in die Düse und zwischen den polierten Walzen in dem Walzenstapel.
  • Es gibt daher ein andauerndes Bedürfnis für ein Verfahren zur Herstellung relativ günstiger Hochqualitätskunststoffbahnen in kontinuierlicher Weise, wobei die resultierende Kunststoffbahn geeignet ist, als Substrat bei optischen und elektronischen Displayanwendungen verwendet zu werden.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich ihrer verschiedenen Aspekte in den Ansprüchen dargestellt. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbahnen optischer Qualität, wie es in Anspruch 1 offenbart ist, beinhaltend die Schritte: a) Bereitstellen eines geschmolzenen Kunststoffharzes; b) Zuführen des geschmolzenen Kunststoffharzes an eine Überlaufdüse, die einen Zugang, einen Ausgang und ein Paar Düsenlippen und konvergierende Seiten, die im Querschnitt in einer Spitze zulaufen, hat; c) Formen des geschmolzenen Kunststoffharzes unter Verwendung besagter Überlaufdüse in ein geschmolzenes Netz, wobei das geschmolzene Kunststoffharz auf die Düsenlippen und um die Seiten herumfließt und an der Spitze konvergiert, um das geschmolzene Netz zu bilden; d) Wegführen des besagten geschmolzenen Netzes von besagter Überlaufdüse unter Verwendung eines Abnahmemittels, das nur die äußeren Ränder des Netzes kontaktiert; und e) Abkühlen von besagtem geschmolzenen Netz, um eine feste Bahn zu bilden, wobei das geschmolzene Kunststoffharz ein Polycarbonat ist, enthaltend die Bisphenolkomponenten: (1) 1,1-Bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3,5-Trimethylcyclohexan; (2) eine Mischung von 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan und 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-Trimethylcyclohexan; eine Mischung von (1) und (2); oder eine Mischung von (1) oder (2) mit einem zweiten Polycarbonat, enthaltend die Bisphenolkomponente 2,2,-Bis(4-Hydroxyphenyl)propan.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Substrat für ein Flüssigkristall-Display, umfassend a) eine Kunststoffbahn optischer Qualität, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt wird, und b) eine leitende Schicht, die auf mindestens einer Seite der Bahn angebracht ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Substrat für ein Flüssigkristall-Display, umfassend a) eine Kunststoffbahn optischer Qualität, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt worden ist, und b) eine Schicht von aktiven elektronischen Vorrichtungen, die auf mindestens einer Seite der Bahn aufgebracht sind.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • 1 ist eine Vorderansicht einer typischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 1.
  • 3A3C sind Großansichten der Überlaufdüse 20. 3A ist eine perspektivische Ansicht der Düse mit einem daran angebrachten Heizverteiler. 3B ist eine Draufsicht der Düse und 3C ist eine Seitenansicht der Düse.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht der Überlaufdüse 20.
  • 57 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Überlaufdüse der vorliegenden Erfindung. 5 stellt eine Überlaufdüse dar, die eine Reihe an Löchern anstelle des Schlitzes 22 der Düse 20 aufweist. 6 stellt eine Überlaufdüse dar, die einen sich nicht-verjüngenden Schlitz aufweist und 7 stellt eine Überlaufdüse dar, die eine „Kleiderbügel"-Anordnung aufweist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden für die folgenden Begriffe die folgenden Definitionen verwendet, es sei denn, dass der Kontext deutlich etwas anderes anzeigt. „Glasübergangstemperatur" oder „Tg" ist der Mittelpunkt des schmalen Temperaturbereiches, über den Polymere aus einem relativ harten und brüchigen Zustand in einen relativ weichen und viskosen (gummiartigen) Zustand übergehen. Der Begriff „Kunststoff" bezieht sich auf Polymere wie thermoplastische Polymere, die Bahnen bilden können. Die Begriffe „Polymer" und „Harz" werden im Rahmen der Beschreibung miteinander austauschbar verwendet und beinhalten alle Typen an Polymeren und Harze einschließlich, ohne Beschränkung, Homopolymere, Copolymere, Terpolymere und ähnliche. Der Begriff „Bahn" bezieht sich auf eine Bahn, die eine Dicke von circa 25 mm oder weniger hat, und soll auch den Begriff „Filme" (Bahnen mit einer Dicke von < 0,5 mm) beinhalten. Der Begriff „Schrumpfung" bezieht sich auf eine irreversible Änderung hinsichtlich der Dimensionen, die bei einer Bahn auftritt, die einem Erhitzen-Abkühlen-Zyklus unterworfen wurde. Die Begriffe „Bisphenol A" und „2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan" werden im Rahmen der Beschreibung miteinander austauschbar verwendet. Der Begriff „Bisphenol A Polycarbonat" bezieht sich auf ein Polycarbonat, das Bisphenol A und Phosgen enthält. Die folgenden Abkürzungen werden im Rahmen der Beschreibung verwendet: cm = Zentimeter, mm = Millimeter, nm = Nanometer, μ = Mikron (Mikrometer), g = Gramm, mL = Milliliter, Pa = Pascal, kPa = Kilopascal, Pa-s = Pascal-Sekunde, sec = Sekunde, min = Minute, hrs = Stunde, UV = Ultraviolett und IR = Infrarot. Alle Temperaturangaben sind °C gegeben, es sei denn, dass es anders angezeigt wird. Angegebene Bereiche sind inklusive zu verstehen, es sei denn, dass es anders angezeigt wird.
  • Die Hochqualitätskunststoffbahnen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, können in einer Reihe von Anwendungen verwendet werden, die, ohne darauf beschränkt zu sein, einschließen: Substrate für elektronische Displayvorrichtungen, wie zum Beispiel LCD und elektroluminiszierende Dispslays, optische Fenster und Filter, Substrate für optische, magnetische, chemische oder andere Typen von Aufnahmemedien, Substrate für Bildanwendungen wie zum Beispiel photographische oder Röntgenstrahlenanwendungen. Abhängig von der Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bahnen, können die Bahneigenschaften, wie eine geringe Schrumpfung, geringe Doppelbrechung und Oberflächenqualität bzgl. ihrer relativen Wichtigkeit variieren. Die gewünschte Bahndicke wird ebenfalls von der jeweiligen Verwendung abhängen. Sie wird aber im allgemeinen circa 25 mm oder weniger, bevorzugt 10–5000 μ und am meisten bevorzugt 50– 1000 μ sein. Die Bahndicke kann durch die Variierung der Geschwindigkeit des Auslieferns des geschmolzenen Polymers an die Düse oder die Variierung der Geschwindigkeit der Abnahmemittel angepasst werden. Die Dicke-Abweichung über eine Probenlänge von 400 mm sollte im allgemeinen 10% oder weniger, bevorzugt 5% oder weniger und am meisten bevorzugt 1% oder weniger sein.
  • Eine erfindungsgemäße Bahn oder ein erfindungsgemäßer Film sind zur Verwendung als ein Substrat für eine elektronische Displayvorrichtung, z. B. eine Flüssigkristall-Displayvorrichtung geeignet. Solche Substrate werden häufig mit einer oder mehreren Filmbeschichtungen beschichtet, bevor eine leitende Schicht oder eine Schicht mit aktiven elektronischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Dünnfilmtransistoren oder Dioden, aufgebracht wird. Die Beschichtungstypen, die aufgebracht werden können, schließen quervernetzte Beschichtungen, Barrierebeschichtungen und leitende Beschichtungen ein.
  • Eine quervernetzte Beschichtung kann die Lösungsmittelwiderstandsfähigkeit und die Abriebwiderstandsfähigkeit verbessern und kann die Adhäsion zwischen dem Kunststoffsubstrat und der sich daran anschließenden Beschichtungsschicht (zum Beispiel zwischen einer organischen und anorganischen Beschichtung) verstärken. Quervernetzte Beschichtungsschichten können, wenn sie benutzt werden, auf eine oder beide Seiten des Kunststoffsubstrats aufgebracht werden.
  • Eine Barrierenschicht ist eine Beschichtung, die die Durchdringung mit Gas oder Feuchtigkeit reduziert. Die Zusammensetzung einer Barrierenschicht kann organisch oder anorganisch sein. Eine Barrierenschicht kann auch als eine Lösungsmittel-widerstandsfähige Beschichtung nützlich sein, wenn das Material der Barrierenschichtung gegen Lösungsmittel widerstandsfähig ist und die Einwanderung von Lösungsmittel(n) in die Kunststoffbahn verhindern oder signifikant vermindern kann. Barrierenschichten können, wenn sie verwendet werden, auf eine oder beide Seiten der Kunststoffbahn aufgebracht werden.
  • Erfindungsgemäße Substrate können mit einer leitenden Schicht zur Benutzung in optischen Displays beschichtet werden. Wenn das Substrat zum Beispiel in einem Flüssigkristall-Display (LCD) verwendet wird, ist eine leitende Schicht auf mindestens einer Seite des Substrats notwendig. Typischerweise wird die leitende Schicht nur auf einer Seite des Substrats angebracht und zwar derjenigen, die sich „innerhalb" der LCD-Zelle finden wird und dem Flüssigkristall am nächsten sein wird. Alternativ kann die leitende Schicht auf beide Seiten des Substrats aufgebracht werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird das Substrat mit einer oder mehreren Schichten einer Schutzbeschichtung, Farbfilterbeschichtung oder Barrierenbeschichtungen beschichtet, bevor es mit der leitenden Schicht beschichtet wird. Wenn die Bahn als Substrat in Flüssigkristall-Displays verwendet wird, kann die erfindungsgemäß hergestellte Bahn eine Schicht von aktiven elektronischen Vorrichtungen umfassen, die auf mindestens einer Seite der Bahn angebracht sind.
  • Die erfindungsgemäßen Substrate können durch Inkorporationsmaterialien und -verfahren, die den von W. C. O'Mara in Liquid Crystal Flat Panel Displays (Van Nostrand Reinhold, New York, 1993) beschriebenen ähnlich sind, in Flüssigkristall-Displayzellen eingefügt werden. Das Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallzelle aus Substraten kann einen oder mehrere der folgenden Schritte beinhalten: Strukturieren eines klaren leitenden Films auf mindestens einem Substrat und Verwendung eines photolithographischen Verfahrens; Anbringen des Ausrichtungsmaterials für Flüssigkristalle an der leitenden Schicht auf den zwei Substraten; Reiben der Ausrichtungsschichten, um die Ausrichtungsmerkmale auf die Substrate zu übertragen; Anbringung von Abstandspartikeln auf mindestens einem Substrat; Aufbringung einer Kantendichtung auf mindestens einem Substrat; Kontaktieren der zwei Substrate in der richtigen Orientierung, wobei die leitenden Schichten sich gegenüberliegen; Härten der Kantendichtung; Injektion von Flüssigkristallen in den schmalen Spalt, der zwischen den zwei Substraten gebildet wird und Abdichten des Spalts. Die erfindungsgemäßen Substrate können für alle Typen von Flüssigkristall-Displayzellen verwendet werden, einschließlich der Typen, die eine Zusammensetzung von Flüssigkristall und Polymer inkorporieren, der Typen, bei denen Bildelemente des Displays aktiv durch elektronische Vorrichtungen auf dem Substrat (Aktivmatrix-Displays) adressiert werden und der Typen, bei den die Bildelemente des Displays passiv (sogenannte Passivmatrix-Displays) adressiert werden. Erfindungsgemäße hergestellte Polycarbonatbahnen, die eine Schicht von elektronischen Vorrichtungen, die auf mindestens einer Seite der Bahn angebracht ist, aufweisen, sind insbesondere nützlich für Flüssigkristall-Displayzellen.
  • Eine typische erfindungsgemäße Vorrichtung ist in den 14 gezeigt. Wie dem Fachmann klar ist, können Abweichungen von den in diesen Abbildungen dargestellten Vorrichtungen hergestellt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Ein geschmolzenes Polymer aus einer Quelle 10 wird an eine Überlaufdüse mittels eines Kanals 12 (bevorzugt reguliert durch Auslieferungsmittel 14) ausgeliefert, wo es durch die Leitungsöffnung 21 in das Leitungselement 22 und darüber in die Düse 20 eingeführt wird. Die Temperatur des geschmolzenen Polymers, wie es an die Düse 20 ausgeliefert wird, wird mittels Heizmittel 15, die in unmittelbarer Nähe zu der Düse 20 lokalisiert sind, aufrecht erhalten. Während das geschmolzene Polymer die Öffnung 21 füllt, wird es durch die Dosierungsvorrichtung, die Spalte 23, herausgepresst und fließt aus der Düse 20 heraus entlang der Seiten 24 und 25. An der Spitze 26 der Düse konvergiert das geschmolzene Polymer, das entlang der Seiten 24 und 25 fließt, um den Anfang eines geschmolzenen Netzes 27 zu bilden.
  • Das geschmolzene Netz 27 wird an seinen Rändern von zwei Paaren Führungsmitteln (z. B. durch die Behälterlaufflächen 31, 32, 33 und 34) aufgenommen, die das geschmolzene Netz von der Düse 20 wegführen. Während das geschmolzene Netz 27 von der Düse 20 weggeführt wird, fällt die Temperatur des Netzes schrittweise unter die Glasübergangstemperatur des Polymers, was in einer abgekühlten Bahn 40 resultiert. Bei einer optionalen Ausführungsform helfen Abkühlungsvorrichtungen 36, die in unmittelbarer Nähe der Wegführvorrichtungen 31, 32, 33, 34 angebracht sind, die Temperatur des Netzes zu erniedrigen.
  • Das geschmolzene Harz kann auf verschiedene Weise zur Verfügung gestellt werden. Zum Beispiel kann das geschmolzene Harz aus einem Polymerisationsreaktor kommen, einer Mischvorrichtung, einer Vorrichtung zur Abnahme der flüchtigen Bestandteile (z. B. eine Verdampfungssäule (engl.: flash column), einer Strangfallvorrichtung zur Abnahme flüchtiger Bestandteile (engl.: falling strand devolatilizer) oder eine Rolldünnfilmverdampfungsvorrichtung (engl.: wiped film evaporator) oder aus einem Extruder. Ein Extruder ist bevorzugt, da er auch als eine Polymerauslieferungsvorrichtung (siehe Diskussion unten) fungieren kann. Am meisten bevorzugt ist es, einen Einschneckenextruder zu verwenden, obwohl ein Zweischneckenextruder oder ein Mehrschneckenextruder auch verwendet werden kann. Wenn ein Zwei- oder Mehrschneckenextruder verwendet wird, kann es sich dabei um alle Typen, zum Beispiel gegenläufige, gleichläufige, ineinandergreifende oder nicht-ineinandergreifende Extruder, handeln. Dem Fachmann wird bewusst sein, dass gut bekannte Techniken zur Handhabung und Herstellung von Harzen in dem vorliegenden beschriebenen Verfahren verwendet werden können. Solche Techniken schließen die Trocknung, die Verwendung einer Inertatmosphäre, die Entstaubung von Pellets und ähnliches ein.
  • Das geschmolzene Harz kann ein oder mehrere Kunststoffzusätze wie zum Beispiel Antioxidantien, Ultra-Violett(UV)-Absorber, UV-Stabilisatoren, fluoreszierende oder absorbierende Farbstoffe, antistatische Zusatzstoffe, Freisetzungsstoffe, Füllstoffe und Partikel enthalten. Die An und die Menge an Zusatz, die zusammen mit spezifischen Harzen für spezifische Zwecke verwendet werden, ist dem mit der Kunststofftechnik vertrauten Fachmann bekannt und wir hier nicht weiter im Detail dargestellt.
  • Die Temperatur, bei der das Harz prozessiert wird, wird von der Zusammensetzung des Harzes abhängen und während des Herstellungsverfahrens variieren können. Die Temperatur muss ausreichend hoch sein, um zu gewährleisten, dass das Harz fließfähig ist. Sie darf aber nicht so hoch sein, dass das Harz degradiert wird. Die Betriebsbedingungen werden vom Polymertyp, der verarbeitet werden soll, abhängen und sich innerhalb der Bereiche bewegen, die dem Fachmann bekannt sind. Als eine generelle Richtlinie wird die Betriebstemperatur jedoch zwischen 100 und 400°C sein. Zum Beispiel kann PMMA in einem Extruder verarbeitet werden, wenn der Extruderzylinder eine Temperatur von 150 bis 260°C und die Schmelztemperatur 150 bis 260°C beträgt. Andere Polymere, wie zum Beispiel Polycarbonat oder Polymethylmethacrylimid, können auch bei passenden höheren Schmelztemperaturen (200–330°C) verwendet werden. Es ist bevorzugt, dass flüchtige Materialien und unerwünschte Partikelmassen aus dem geschmolzenen Kunststoffharz vor der Bahnbildung entfernt werden. Dies kann durch Verfahren erreicht werden, wie sie dem Fachmann bekannt sind Auslieferungsmittel 14 zum Ausliefern eines konstanten Flusses an geschmolzenem Polymer werden benötigt, um die Fließgeschwindigkeit zu regulieren und die Drücke zur Verfügung zustellen, die benötigt werden, um das geschmolzene Polymer durch den Kanal 12, die Leitungsöffnung 21, das Leitelement 22 an die Düse 20 auszuliefern. Die Auslieferungsmittel können jeden mechanischen Schmelzpumpentyp, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, jeden passenden Extruder (wie sie oben beschrieben sind), Zahnradpumpen oder Kombinationen davon einschließen. Bei einer einfachen Form kann es sich bei den Auslieferungsmitteln um eine durch die Gravitationskraft angetriebene Zugvorrichtung handeln oder um hydrostatischen Druck. Die Auslieferungsmittel können in Übereinstimmung mit Verfahren, wie sie dem Fachmann bekannt sind, ausgewählt werden. Die Verwendung einer Schmelzenpumpe vom Zahnradtyp wird bevorzugt, weil sie eine Regelung der Fließgeschwindigkeit ermöglicht und Abweichungen in der Fließgeschwindigkeit minimiert, was zu einer einheitlicheren Bahndicke führt. Zusätzlich kann die Verwendung einer Schmelzenpumpe die Musterung des geschmolzenen Harzes reduzieren, indem die Schererwärmung des Polymers vermindert wird. Die Temperaturen für die Schmelze werden durch das verwendete Kunststoffharz bestimmt und sind denen, die bei Standardextrusionsverfahren verwendet werde, ähnlich. Typischerweise sind sie zwischen 50 und 200°C oberhalb der Tg des Harzes. Es kann mehr als eine Auslieferungsvorrichtung zum Beispiel zur Herstellung von breiten Bahnen, verwendet werden. Erfindungsgemäß sollen die Auslieferungsmittel das geschmolzene Polymer an den Zugang der Überlaufdüse in einem Bereich von 50 bis 70.000 kPa, bevorzugt 300 bis 7000 kPa und am meisten bevorzugt 1000 bis 3500 kPa anliefern.
  • Bei einer Ausführungsform wird die Polymerschmelze durch einen Schmelzfilter oder einen Mischer geführt, die sich zwischen den Auslieferungsmitteln 14 und der Düse 20 befinden. Bevorzugt wird die Polymerschmelze zuerst durch ein Schmelzfilter und dann einen Mischer geführt wird. Der Filter entfernt Gele, Dreck und Fremdpartikel aus der Schmelze. Der Mischer mischt das Polymer, um thermische Gradienten in der Schmelze zu minimieren und die Flusslinien, wie sie vom Schmelzfilter herrühren, zu entfernen. Es können beliebige Schmelzfilter für das vorliegende Verfahren verwendet werden. Geeignete Schmelzfilter schließen Kerzenfilter und Scheibenfilter ein. Bevorzugt wird ein Scheibenfilter verwendet. Jeder Mischer kann für das vorliegende Verfahren verwendet werden, wie zum Beispiel statische Mischer oder Rotationsmischer. Die Verwendung eines Schmelzfilters und eines Mischers ergibt Kunststoffbahnen, die eine bessere Qualität hinsichtlich der Kontrolle der Glattheit und Dicke aufweisen.
  • Die Überlaufdüse wird benutzt, um eine Bahn aus dem geschmolzenen Plastikharz zu bilden. Die Düse beinhaltet eine Dosierungsvorrichtung und eine Überlaufoberfläche mit konvergierenden Seiten, die im Querschnitt in einer Spitze zusammenlaufen. In Längsrichtung kann die Düse im wesentlichen linear, kurvig, oval oder kreisförmig sein. Das Verhältnis von Düsenhöhe zur Breite sollte im allgemeinen im Bereich von 1 : 1 zu 10 : 1, bevorzugt 2 : 1 bis 5 : 1 und am meisten bevorzugt 2,5 : 1 bis 4 : 1 liegen. Das Verhältnis der Länge (oder des Umfangs) zur Höhe sollte im allgemeinen mindestens 1 : 2, bevorzugt mindestens 2 : 1 und am meisten bevorzugt mindestens 3 : 1 sein.
  • Der Dosierungsteil der Überlaufdüse besteht aus Elementen zur Fließverteilung, wie zum Beispiel Löchern, Spalten, „Kleiderbügel"-Anordnungen oder Kombinationen davon, die die Fließverteilung des geschmolzenen Harzes entlang der Düse regulieren und damit das Dickeprofil der Bahn kontrollieren. Beispiele für solche Dosierungsvorrichtungen sind in den 57 dargestellt. Andere Dosierungsvorrichtungen, wie sie dem Fachmann bekannt sind, können ebenfalls verwendet werden. Die Länge der Düse wird von der Breite der herzustellenden Bahn abhängen, wobei das Verhältnis der durchschnittlichen Spaltenbreite (durchschnittliche Breite der Spalte 23) zu dem durchschnittlichen Durchmesser des Leitungselements (durchschnittlicher Durchmesser des Leitungselements 22) im allgemeinen mindestens 1 : 5, bevorzugt mindestens 1 : 10 und am meisten bevorzugt mindestens 1 : 20 sein sollte. Für Bahnen, die eine Enddicke von 1 mm oder weniger aufweisen, wird eine im wesentlichen konstante Spaltenbreite entlang der Düse bevorzugt. Bei größeren Breiten wird ein sich verjüngender Spalt bevorzugt, wobei der Spalt an dem Zuführende dünner und an dem entgegengesetzten Ende dicker ist. Wenn eine breite Bahn erwünscht ist, können Leitungsöffnungen 21 und 21' (siehe 6) an beiden Enden der Düse angebracht sein und es ist dann möglich, dass die Spalte 23 an beiden Enden verjüngt ist.
  • Die Überlaufoberfläche wird durch das Äußere der Düse 20 gebildet und besteht aus einem Paar Düsenlippen, die mit der Dosierungsvorrichtung verbunden sind und das geschmolzene Polymer entlang der konvergierenden Seiten 24 und 25 leiten. Die konvergierenden Seiten dirigieren den Schmelzfluss an die Spitze 26, wo das geschmolzene Netz die Düse verlässt. Obwohl die Überlaufoberfläche texturiert oder glatt sein kann, ist sie bevorzugt glatt. Darüber hinaus ist die Überlaufoberfläche bevorzugt hochpoliert, um Abweichungen und Defekte in der Bahn zu minimieren. Die Überlaufoberfläche kann mit einer Beschichtung (zum Beispiel Elektroplattierung- oder andere Aufbringungstechniken) behandelt sein, um die Düsenoberflächenglattheit zu verbessern, Korrosionswiderstandsfähigkeit zu gewährleisten oder die Flusseigenschaften über die Düse zu verbessern.
  • Das Konstruktionsmaterial der Düse ist wichtig. Metalle sind bevorzugt wegen ihrer hohen thermischen Leitfähigkeit, guten Korrosionswiderstandsfähigkeit, ihres hohen Moduls und ihrer Fähigkeit, poliert werden zu können. Andere Materialien, wie Glas und Keramik, können im Prinzip auch benutzt werden. Bevorzugt wird rostfreier oder Werkzeugqualitäts-Stahl verwendet.
  • Wenn eine nicht-planare Bahn erwünscht ist, kann die Düsengeometrie entsprechend Verfahren, wie sie dem Fachmann bekannt sind, modifiziert werden. Wenn zum Beispiel eine gebogene Schicht erwünscht ist, kann die Düse entlang ihrer Längsachse gebogen sein.
  • Im allgemeinen ist es erwünscht, die Viskosität des geschmolzenen Kunststoffes (bei einer Scherrate von 10 sec–1) zwischen 1 und 10 000 Pa-s, bevorzugt zwischen 5 und 1000 Pa-s, und am meisten bevorzugt zwischen 10 und 500 Pa-s zu halten. Zusätzlich ist die Schmelzfließgeschwindigkeit pro Einheit Düsenlänge (Fließgeschwindigkeit geteilt durch die Länge) typischerweise im Bereich von 1,0 × 10–3 bis 10 g/s/cm, bevorzugt 1,0 × 10–2 bis 1,0 g/s/cm und am meisten bevorzugt 2,0 × 10–2 bis 2,0 × 10–1 g/s/cm. Die Viskosität kann durch die Variierung der Temperatur kontrolliert werden. Abhängig vom Düsendesign kann die Temperaturkontrolle wichtiger oder weniger wichtig sein. Je gleichmäßiger die Temperatur entlang der Düse ist, umso gleichmäßiger wird die Breite der Schicht sein. Es ist bevorzugt, dass die Schmelztemperatur einheitlich entlang der Düse ist. Die Dickenvariation, die aus einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung entlang der Düsenlänge resultiert, kann durch Wechsel der Ausgestaltung des Spaltes oder anderer Dosierungsvorrichtungen minimiert werden. Die Temperaturkontrolle kann zum Beispiel durch eine oder mehrere der folgenden Komponenten erreicht werden: elektrische Heizpatronen, Infrarotlampenheizvorrichtungen, geheiztes Öl (oder andere Hitzetransferflüssigkeit), Heizrohre oder Mikrowellenheizvorrichtungen. Erhitztes Öl oder andere Hitzetransferflüssigkeiten werden bevorzugt, weil die Temperatur mittels eines Thermostats kontrolliert werden kann und eine einheitliche Temperatur leicht erreicht werden kann. Die Düse befindet sich bevorzugt innerhalb einer teilweise umschlossen Umgebung, um Temperaturschwankungen zu minimieren. Bevorzugt kann auch eine inerte Umgebung verwendet werden. Solche inerten Umgebungen minimieren die Verfärbung und die Degradation des Harzes.
  • Es ist bevorzugt, aber nicht essentiell, dass der geschmolzene Kunststoff in einer nach unten gerichteten Richtung fließt, nachdem er durch die Düse getreten ist, da der nach unten gerichtete Fluss durch die Schwerkraft beeinflusst wird. Die Fließgeschwindigkeit wird durch eine Kombination des Schwerkrafteffekts und der Spannung, die durch die Abnahmemittel aufgebracht wird, bestimmt. Indem der Kunststofffluss in eine nach unten gerichtete Richtung über die Düse geleistet wird, wirkt die Schwerkraft in dieselbe Richtung wie der Kunststofffluss, so dass die Spannung, die seitens der Abnahmemittel benötigt wird, reduziert wird, was die Bahnqualität verbessert. Der geschmolzene Kunststoff nimmt, nachdem er die Düse passiert hat, eine Form an, die als „Netz" bezeichnet wird.
  • Die Abnahmevorrichtungen transportieren das geschmolzene Kunststoffnetz von der Düse mit einer regulierten Geschwindigkeit weg und erlauben es dem Netz abzukühlen. Die Abnahmevorrichtungen können zum Beispiel Walzen oder „Gehäuselaufbänder"-Vorrichtungen sein, wobei nur die äußeren Ränder der Bahn in Kontakt mit den Abnahmevorrichtungen kommen. Eine „Gehäuselaufbänder"-Vorrichtung wird bevorzugt, da dies die Glattheit der Bahnoberfläche maximal erhöht. Eine Gehäuselaufflächen-Vorrichtung ist als Teil der Vorrichtung der 1 und 2 in Form der Ziffern 31, 32, 33 und 34 dargestellt.
  • Die Abnahmevorrichtungen kontrollieren die Geschwindigkeit mit der die Kunststoffbahn produziert wird, welche bei einer gegebenen Polymerfließgeschwindigkeit die Dicke der Bahn bestimmt. Daher ist die Regelung der Geschwindigkeit der Abnahmevorrichtung ziemlich wichtig. Die Abnahmevorrichtungen unterstützen ebenso das Gewicht der Bahn, wodurch eine konsistente Bahnbreite und Dicke aufrechterhalten wird. Es ist wünschenswert, die Abnahmevorrichtungen so nah wie möglich an der Düse zu positionieren, damit die Menge an geschmolzenem Harz, die nicht unterstützt wird, minimiert ist. Die Distanz zwischen der Spitze der Düse zu dem Abnahmesystem (z. B. die Walzenspaltfläche an der Spitze der Laufflächenvorrichtung) ist typischerweise < 25 cm, bevorzugt < 10 cm und am meisten bevorzugt < 5 cm.
  • Die Abnahmegeschwindigkeit der Bahn wird abhängig von dem erwünschten Bahntyp und der Dicke variieren. Zum Beispiel wird für eine Bahn mit einer Dicke von 0,4 mm die Abnahmegescwindigkeit der Bahn im allgemeinen im Bereich von 10 bis 1000 cm/min, bevorzugt von 20 bis 200 cm/min und am meisten bevorzugt von 50 bis 100 cm/min liegen, wohingegen für eine Bahn mit einer Breite von 1 mm die Abnahmegeschwindigkeit im allgemeinen im Bereich von 5 bis 500 cm/min, bevorzugt von 10 bis 100 cm/min und am meisten bevorzugt von 25 bis 50 cm/min liegen wird. In ähnlicher Weise wird die Verbleibezeit während des Abkühlens in dem Abnahmesystem vor dem Biegen variieren. Zum Beispiel wird die Verbleibezeit für eine Bahn mit 0,4 mm Dicke vor dem Verbiegen im allgemeinen ≥ 10 sec, bevorzugt ≥ 1 min und am meisten bevorzugt ≥ 2 min sein, wohingegen für eine Bahn mit einer Dicke von 0,2 mm die Verbleibezeit vor dem Verbiegen im allgemeinen ≥ 5 sec, bevorzugt ≥ 30 sec und am meisten bevorzugt ≥ 1 min sein wird.
  • Die Kunststoffbahn kann durch natürliche Konvektion während des Transports mit dem Abnahmesystem abkühlen oder durch eine erzwungene Konvektion. Die natürliche Konvektion besteht im passiven Abkühlen der Bahn während der Passage durch die Luft oder ein Flüssigkeitsbad. Die erzwungene Konvektion wird dadurch erreicht, dass eine Hitzetransferflüssigkeit entlang oder gegen die Bahn gepumpt oder geblasen wird, um den Hitzeaustausch zu verstärken. Die natürliche Konvektion wird bevorzugt, um die Bahnwelligkeit und Oberflächenmarkierung zu minimieren. Bevorzugt wird eine saubere Flüssigkeit (frei von Partikeln) zum Abkühlen der Bahn verwendet, um Oberflächenkontanimationen oder Defekte zu vermeiden. Zum Beispiel können HEPA-Filter mit Luft oder Gaskühlung für diesen Zweck verwendet werden. Jede Flüssigkeit oder Kombination an Flüssigkeiten kann zur Abkühlung der Bahn verwendet werden, vorausgesetzt dass die benutzte Flüssigkeit nicht schädlich für das verarbeitete Kunststoffmaterial ist. Beispiele für nützliche Kühlflüssigkeiten sind: Luft, Stickstoff, Wasser, Öle und Glykole. Es ist möglich, das Abkühlungsverfahren mit einem Beschichtungsverfahren zu kombinieren, indem ein geeignetes Kühlmittel verwendet wird, das als Beschichtung wirkt und in Form eines Film auf der Plastikbahn aufgebracht wird, während diese das Kühlbad verlässt.
  • Der Fachmann erkennt, dass eine Bandbreite an optionalem Equipment, das sich den Abnahmevorrichtungen anschließt, eingesetzt werden kann. Beispiele für optimales Equipment schließen konventionelles Filmhandhabungsequipment, wie zum Beispiel Filmaufrollapparate, Kantenschneider, Blattschneider und Verpackungsequipment, ein. Zusätzlich können andere nachgeschaltete Vorrichtungen, wie zum Beispiel Vorrichtungen zum Formen, Beschichtungsausrüstung, Dekorationsequipment und Laminierungsequipment verwendet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit jedem geeigneten Kunststoffharz durchgeführt werden. Bevorzugt wird thermoplastisches Harz verwendet. Ein thermoplastisches Harz ist ein Polymerharz, das reversibel erweicht, wenn es Hitze ausgesetzt ist, und infolge von Abkühlung wieder erhärtet. Thermoplastische Harze können lineare oder verzweigte Polymere sein, die im wesentlichen nicht quervernetzt sind. Bevorzugt werden die thermoplastischen Harze, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind, praktisch keine Quervernetzung aufweisen und thermische Stabilität (für Verweildauern bis zu 10 min oder mehr) bei den Schmelztemperaturen des Verfahrens (d. h. eine Viskosität in der Größenordnung von 103 Pa-s) aufweisen. Beispiele für thermoplastische Harze, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist, schließen ein, ohne darauf beschränkt zu sein: Homopolymere oder Copolymere von Acrylsäure, Methacrylsäure und deren Estern, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Copolymere mit Styrol und seinen Derivaten, N-Alkylmaleimid, Acrylonitril und Vinylacetat, Phenoxyether, Polyphenylen, Oxidharze, Epoxyharze, Zelluloseharze, Vinylpolymere wie Polyvinylchlorid („PVC"), Fluorpolymere wie fluoriertes Ethylenpropylen und Poly(vinylidenfluorid), Polystyrol, Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Poly-1-methylpenten-1, und einschließlich zyklische Olefinpolymere und Copolymere wie solche, die auf Norbornen und funktionalisierte Norbornenmonomeren beruhen, Polysulfone, Polyethersulfonee, Polyetherketone, Polyetherimide, Polyphenylensulfide, Polyarylenesterharze, Polyester, Homopolymere oder Copolymeredes N-H und/oder N-Alkylglutarimid, Acrylonitrilbutadien-Styrolharze („ABS"), Styrolacrylonitrilharze („SAN"), Styrolmaleinanhydridharze („SMA"), imidiertes SMA, Polyamide („Nylon"), Polycarbonate, einschließlich Hochtemperaturhomopolymeren und Copolymeren, Polycarbonatpolyester und Polyarylate. Geeignete Polycarbonate schließen ein oder mehrere Bisphenole und ein oder mehrere Carbonsäuren ein. Geeignete Carbonsäuren schließen ein, ohne darauf beschränkt zu sein: Phosgen, Diphosgen, Triphosgen, Carbonsäureester, wie Chloroformsäureester und Mischungen davon. Geeignete Bisphenole schließen ein, ohne darauf beschränkt zu sein: Bis(4-Hydroxyphenyl)alkane und Cycloalkane, Bis(3-substituiertes-4-Hydroxyphenyl), Alkylcycloalkane, Bis(3,5-disubstituiertes-4-Hydroxyphenyl)alkylcycloalkane, wie 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(3-methyl-4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(3,5-Dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan; 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)cyclohexan, 2,2-bis(3-phenyl-4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(3-isopropyl-4-hydroxyphenyl)propan, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)butan, 9,9-bis(4-Hydroxyphenyl)fluoren, 9,9-bis(4-Hydroxy-3-methylphenyl)fluoren, 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3-dimethylcyclohexan, 1,1-bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethyllcyclohexan, 1,3-bis(4-hydroxyphenyl)-5,7-dimethyladamantan, 1,1-bis(4-Hydroxyphenyl)-1-phenylethan, 4,4'-dihydroxy tetraphenylmethan, 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan, und 6,6'-dihydroxy-3,3,3',3'-tetramethyl-1,1'-spiro(bis)indan. Die Polyesterpolycarbonat-Copolymere, die erfindungsgemäß geeignet sind, umfassen ein oder mehrere Bisphenole, ein oder mehrere Carbonsäuren und ein oder mehrere zusätzliche Säuren, wie zum Beispiel Terephtal- und Isophthalsäuren. Die Polycarbonate und Polyesterpolycarbonate, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, sind aus dem Stand der Technik gut bekannt. Mischungen von thermoplastischen Harzen können ebenfalls benutzt werden. Besonders nützliche thermoplastische Harzmischungen schließen zum Beispiel ein: SAN-Polyglutarimid, Polycarbonatpolyester, PMMA-poly(vinylidenfluorid), Polystyrol-poly(phenylenoxid) und Polycarbonatmischungen, einschließlich Mischungen von 2,2-Bis(4-Hydroxyphenyl)-propanpolycarbonat und Hochtemperatur-Polycarbonatcopolymeren, wie zum Beispiel ein Copolymer aus 2,2-Bis(4-Hydroxyphenyl)propan und 1,1-Bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3,5-Trimethylcyclohexan, erhältlich als APEC Polycarbonat (Bayer Corp.). Bevorzugte Harze für die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind: Polycarbonate, lineare Acrylhomopolymere und Copolymere, zyklische Polyolefine und lineare imidierte Acrylhomopolymere und Copolymere wie solche, die in U.S.-Patent-Nr. 4,727,117 (Hallden-Abberton et al.) und U.S.-Patent-Nr. 4,246,374 (Kopchik) beschrieben sind. Insbesondere bevorzugt ist, dass das Polycarbonat ein Copolymer aus 2,2-Bis(4-Hydroxyphenyl)propan und 1,1-Bis-(4-Hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan oder eine Mischung mit 2,2-bis(4-Hydroxyphenyl)propan.
  • Die Kunststoffharze, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, werden typischerweise durch Additionspolymerisations- oder Kondensationspolymerisationsverfahren gewonnen. Additionspolymerisationsverfahren schließen die Substanzpolymerisation und Lösungs- oder Dispersionspolymerisation in Wasser oder organischen Lösungsmitteln ein. Solche Verfahren sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und können kationische, anionische oder freie Radikalinitiations- und Wachstumsreaktionen beinhalten. Kondensationspolymerisationsverfahren schließen Substanz-, Lösungs- und Dispersionspolymerisationsverfahren ein. Kunststoffharze, die in Polymerisationsverfahren, bei denen es sich nicht um eine Substanzpolymerisation handelt, gebildet werden, benötigen möglicherweise eine anschließende Behandlung, um das Harz zu isolieren.
  • Die folgenden Beispiele werden präsentiert, um weitere verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, sollen aber nicht den Umfang der Erfindung in irgendeiner Hinsicht begrenzen.
  • Beispiel 1: Herstellung eines Acrylfilms
  • Dieses Beispiel stellt das erfindungsgemäße Verfahren dar, wie es benutzt wird, um eine Acrylbahn optischer Qualität herzustellen.
  • PMMA-Harz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 110000 wurde in einen belüfteten, zweistufigen Einschnecken-Extruder mit 2 Inch (5 cm) Durchmesser, der ein L : D-Verhältnis von 30 : 1 aufwies, bei einer Geschwindigkeit von 3,1 g/s unter Verwendung einer Volumendosiervorrichtung langsam beladen. Der Extruderzylinder wies ein Temperaturprofil von 204°C am Zufuhrende, bis zu 274°C am Entladeende auf. Das Harz wurde mittels eines Entlüftungsventils, das bei 720–750 mm Hg arbeitete, entlüftet. Die Schnecke wies eine Rotationsgeschwindigkeit von 30 rpm auf. Eine Schmelzenpumpe vom Zahnradtyp wurde benutzt, um das geschmolzene Harz durch einen „Screen pack" Filter an eine 12'' (30 cm) lange Überlaufdüse zu pumpen, die ein internes Leitelement mit einem Durchmesser von 1,27 cm und eine Reihe von 22 Dosierlöchern mit einem Abstand von 1,27 cm aufwies. Der Durchmesser der Dosierungslöcher nahm vom Zufuhrende der Düse bis zum abwärts gelegenen Ende von 3,18 mm auf 3,73 mm zu. Die Schmelzpumpentemperatur war 274°C. Der Schmelzpumpenansaugdruck war 2100 kPa und der Schmelzpumpenentladedruck war circa 4100 kPa. Die Überlaufdüse wurde intern unter Verwendung von drei elektrischen Heizpatronen und extern unter Verwendung von 3 IR Heizeinheiten auf eine Temperatur von 274°C erhitzt. Das geschmolzene Netz, das sich an der Spitze der Düse bildete, wurde durch zwei Paare von Gehäuseleitbahnen weggeführt und unter Verwendung von Druckluftkühlung, die unter Verwendung von zwei Luftverteilerkanälen zur Verfügung gestellt wurde, gekühlt.
  • Die resultierende Bahn hatte eine durchschnittliche Dicke von 0,325 mm, eine Oberflächen-Rauhheit Rq von 14,6 nm und eine optische Verzögerung von < 5 nm.
  • Beispiel 2: Herstellung einer imidierten Acrylbahn
  • Dieses Beispiel illustriert das erfindungsgemäße Verfahren, wie es zur Herstellung einer imidierten Acrylbahn optischer Qualität verwendet wird.
  • Ein gekapptes imidiertes Acrylharz mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 108000 und einer Glasübergangstemperatur von circa 180°C wurde langsam in einen belüfteten, zweistufigen Einschraubenextruder mit 2 Inch (5 cm) Durchmesser und einem L : D-Verhältnis von 30 : 1 mit einer Geschwindigkeit von 2,5 g/s unter Verwendung einer durch Gravitation betriebenen Zuführvorrichtung langsam zugefüttert. Der Extruderzylinder wies ein Temperaturprofil von 246°C am Zufuhrende und 329°C am Entladeende auf. Das Harz wurde unter Verwendung eines Entlüftungsventils, das bei 720–750 mm Hg arbeitete, entlüftet. Die Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke betrug 30 rpm. Eine Schmelzenpumpe vom Zahnradtyp wurde benutzt, um das geschmolzene Harz durch einen „Screen pack"-Filter an eine 25,5 Inch (65 cm) lange Überlaufdüse zu führen, die ein internes Leitelement mit einem Durchmesser von 1,58 cm und eine 16 Inch (40 cm) breiten Spalt aufwies, der sich von 0,038 auf 0,042 Inch (0,965 auf 1,067 mm) verjüngte. Die Schmelzpumpentemperatur war 329°C. Der Schmelzpumpenansaugdruck war 4.100 kPa. Der Schmelzpumpenentladedruck war circa 1650 kPa. Die Düse wurde unter Verwendung eines Heißölsystems (Öltemperatur = 343°C) über interne Löcher in der Düse erhitzt und die Luft um die Düse wurde mit einem Druckluftofen (Temperatur = 280°C) erhitzt. Das geschmolzene Netz, das sich an der Spitze der Düse bildete, wurde unter Verwendung von zwei Paaren an Gehäuseleitbahnen, die bei einer Geschwindigkeit von 1,2 cm/s arbeiteten, weggeführt und mittels natürlicher Raumluftkonvektion gekühlt.
  • Ein 200 mm × 200 mm Stück wurde von der abgekühlten Bahn abgeschnitten und überprüft. Die resultierende Bahn wies eine Dicke von 0,390 mm mit einer Variation von ± 0,015 mm auf. Die Oberflächenwelligkeit Wy und Wq waren < 0,5 μ und 0,18 μ. Die Oberflächen-Rauhheit Rq war 7,6 nm und die optische Verzögerung war < 6 nm. Die thermische Schrumpfung, die bei einer Temperatur von 160°C gemessen wurde, war 0,03% oder weniger.
  • Beispiel 3: Herstellung einer Polycarbonatbahn
  • Dieses Beispiel stellt das erfindungsgemäße Verfahren dar, wie es zur Herstellung einer Polycarbonatbahn optischer Qualität verwendet wird.
  • Ein Polycarbonatharz von Extrusionsqualität (Lexan 101, GEPlastics, Pittsfield, MA) wurde langsam in einen belüfteten, zweistufigen Einschneckenextruder mit 2 Inch (5 cm) Durchmesser und einem L : D-Verhältnis von 30 : 1 bei einer Geschwindigkeit von 4,4 g/s unter Verwendung einer durch Gravitation betriebenen Zuführvorrichtung langsam gefüttert. Der Extruderzylinder wies ein Temperaturprofil von 232°C an dem Zuführvorrichtungsende und bis zu 315°C am Entladeende auf. Das Harz wurde mittels eines Entlüftungsventils, das bei 720–750 mm Hg arbeitete, entlüftet. Die Schneckengeschwindigkeit betrug 30 rpm. Eine Schmelzenpumpe vom Zahnradtyp wurde benutzt, um das geschmolzene Harz durch einen „Screen pack"-Filter an eine 37,5 Inch (95 cm) lange Überlaufdüse zu führen, die ein internes Leitungselement mit einem Durchmesser von 1,905 cm und einen 28 Inch (71 cm) langen Spalt aufwies, der sich von 0,038 auf 0,045 Inch (0,965 auf 1,143 mm) verjüngte. Die Schmelzpumpentemperatur war 315°C. Der Schmelzpumpenansaugdruck war circa 3400 kPa. Der Schmelzpumpenentladedruck war circa 1300 kPa. Die Düse wurde unter Verwendung eines Heißölsystems (Öltemperatur = 315°C) über interne Löcher in der Düse behitzt und die Luft um die Düse wurde mit einem Druckluftofen (Temperatur = 260°C) erhitzt. Das geschmolzene Netz, das sich an der Spitze der Düse bildete, wurde unter Verwendung von zwei Paaren von Gehäuseleitbändern, die mit einer Geschwindigkeit von 1,2 cm/s arbeiteten, wegtransportiert und durch natürliche Raumluftkonvektion abgekühlt.
  • Ein 400 mm × 400 mm großes Stück wurde von der abgekühlten Bahn abgeschnitten und überprüft. Die resultierende Bahn hatte eine Durchschnittsdicke von 0,43 mm mit einer Variation von ± 0,02 mm sowohl in der transversen als auch in der Herstellungsrichtung. Wy war < 1 μ, Wq war 0,15 μ, die Oberflächen-Rauhheit Rq war < 10 nm und die durchschnittlich optische Verzögerung war 20 nm mit einer Abweichung von 10 nm. Die thermische Schrumpfung, die bei 130°C gemessen wurde, betrug 0,02%.
  • Beispiel 4: Herstellung eines Polycarbonatfilms
  • Dieses Beispiel stellt das erfindungsgemäße Verfahren dar, wie es zur Herstellung eines Polycarbonatfilms optischer Qualität verwendet wird.
  • Polycarbonatharz mit Extrusionsqualität (Lexan 101, GE Plastics, Pittsfield, MA.) wurde langsam in einen belüfteten, zweistufigen Einschschneckenextruder mit 2 Inch (5 cm) Durchmesser und einem L : D-Verhältnis von 30 : 1 bei einer Geschwindigkeit von 2,5 g/s unter Verwendung einer durch Gravitation betriebenen Zuführvorrichtung langsam zugefüttert. Der Extruderzylinder wies ein Temperaturprofil von 232°C an dem Zuführvorrichtungsende und bis 315°C am Entladeende auf. Das Harz wurde mittels eines Entlüftungsventils, das bei 720–750 mm Hg arbeitete, entlüftet. Die Rotationsgeschwindigkeit der Schnecke war 30 rpm. Eine Schmelzenpumpe vom Zahnradtyp wurde benutzt, um das geschmolzene Harz durch einen „Screen pack" Filter an eine 37,5 Inch (95 cm) lange Überlaufdüse zu pumpen, die ein internes Leitelement mit einem Durchmesser von 1,905 cm und einen 28 Inch (71 cm) langen Spalt aufwies, der von 0.038 auf 0,045 Inch (0,965 auf 1,143 mm) sich verjüngte. Die Schmelzpumpentemperatur war 315°C. Der Schmelzpumpenansaugedruck war 2100 kPa. Der Schmelzpumpenentladedruck war circa 1300 kPa. Die Düse wurde unter Verwendung eines Heißölsystems (Öltemperatur = 315°C) über interne Löcher in der Düse beheizt und die Luft um die Düse wurde mit einem Druckluftofen (Temperatur = 250°C) beheizt. Das geschmolzene Netz, das sich an der Spitze der Düse bildete, wurde unter Verwendung von zwei Paaren von Gehäuseleitbahnen, die mit einer Geschwindigkeit von 3,1 cm/s arbeiteten, weggeleitet und durch natürliche Raumluftkonvektion abgekühlt.
  • Ein 400 mm × 400 mm großes Stück wurde von der abgekühlten Bahn abgeschnitten und überprüft. Der resultierende Film hatte eine durchschnittliche Dicke von 54 μ mit einer Abweichung von ± 4 μ sowohl in die transverse als auch in die Herstellungsrichtung. Die optische Verzögerung war < 10 nm.
  • Beispiel 5: Herstellung einer Hochtemperatur-Polycarbonatmischung-Bahn
  • Eine vorgemischte Mischung von 2,33 Teilen APEC DP9-9371, bei dem es sich um ein Polycarbonat-Copolymer handelt, das von Bayer, Corp., Pittsburg, PA, erhältlich ist und das eine Tg von 205°C hat, und einem Teil Makrolon DP1-1235, bei dem es sich um ein Niedermolekulargewichtspolycarbonat, das ebenfalls von Bayer, Corp. erhältlich ist, handelt und das eine Tg von 150°C aufweist, wurde in einen Extruder mit einer Geschwindigkeit von 2,5 g/s unter Verwendung einer durch Gravitation betriebenen Zuführvorrichtung langsam zugefüttert. Der Extruder war ein belüfteter zweistufiger Einschneckenextruder mit 5,08 cm (2 inch) Durchmesser und einem L : D-Verhältnis von 30 : 1, mit einer 10 cc/rev Schmelzpumpe vom Zahnradtyp, mit einem Schmelzenfilter, mit einem Rotationsmischer und einer Überlaufdüse. Das gesamte Verfahrensequipment wurde mit Stickstoffgas vor dem Start gespült. Das Harz wurde unter Verwendung eines Entlüftungsventils, das bei 720–750 mm Hg arbeitete, entlüftet. Die Schneckengeschwindigkeit war 30 rpm. Die Zahnradpumpe wurde verwendet, um das geschmolzene Harz durch einen 5 Micron gesinterten Metallfaser-Schmelzenfilter (gefalteter Kerzentyp) zu dosieren. Der Harzfluss durch den Filter war 8,6 lb./hr./sq.ft. bei einem Druckabfall von 3800 kPa. Der Extruderzylinder wies ein Temperaturprofil von 273°C an dem Zuführvorrichtungsende bis 304°C an dem Entladungsende auf. Der Schmelzenfilter wurde bei 322°C gehalten. Der Extruderzuführungstrichter und ein Ofen um die Überlaufdüse wurden mit Stickstoff unter einer inerten Atmosphäre gehalten, um die Bildung eines quervernetzten Gels im Harz zu minimieren. Nach dem Verlassen des Schmelzenfilters betrat das Harz einen Rotationsmischer, in dem das geschmolzene Polymer bei 165 rpm gemischt wurde. Die Mischzylindertemperatur wurde bei 325°C gehalten. Das geschmolzene Harz verließ den Mischer und betrat die 37,5'' (95 cm) lange Überlaufdüse, die ein internes Leitungselement mit einem Durchmesser von 1,905 cm und einem 28 Inch (71 cm) langen Spalt aufwies, der sich von 0,038 auf 0,045 Inch (0,965 auf 1,143 mm) verdünnte. Der Düseneintrittsdruck war circa 700 kPa und dieser wurde bei einer Temperatur von 321°C durch Kreislaufführung eines heißen Öls durch interne Passagen gehalten. Der Stickstoff um die Düse wurde auf 240°C mittels eines Ofens mit erzwungener Konvektion erhitzt. Das geschmolzene Netz, das sich an der Spitze der Düse bildete, wurde durch Paare von Vorrichtungsleitbahnen, die bei einer Geschwindigkeit von 0,7 cm/s arbeiteten, wegtransportiert und durch natürliche Raumluftkonvektion abgekühlt.
  • Ein 400 mm × 400 mm großes Stück wurde von der abgekühlten Bahn abgeschnitten und untersucht. Die resultierende Bahn wies eine Dicke von 0,420 mm mit einer Abweichung von ± 0,020 mm auf. Gelmessungen ergaben Werte von weniger als 200 m2. Die Oberflächenwelligkeit Wy und Wq betrugen jeweils 1 μm und 0,17 μm. Die Oberflächen-Rauhheit Rq war < 10 nm. Die optische Verzögerung war < 20 nm. Die thermische Schrumpfung, die bei einer Temperatur von 160°C gemessen wurde, war < 0,05%
  • Testverfahren
  • Die folgenden Testverfahren wurden benutzt, um die Bahnen, die in den oben dargestellten Beispielen hergestellt wurden, zu untersuchen. Der Fachmann weiß, dass diese Testverfahren exemplarischer Natur sind und dass die Ergebnisse nicht verfahrensabhängig sind.
  • Optische Verzögerung
  • Die Verzögerung von Licht bei 632,8 nm Wellenlänge wurde in folgender Weise bestimmt. Ein polarisierter Laserstrahl (polarisiert bei –45° im Hinblick auf das Laborkoordinatensystem) wurde durch die Kunststoffschicht gestrahlt und dann durch einen durch einen photoelastischen Modulator (PEM) (Model PEM-90, Hinds Instruments, Inc.; Hillsboro, Oregon), der mit der optischen Achse auf 0° im Laborkoordinatensystem gesetzt war. Die PEM-Spannung wurde auf eine ¼ Wellenverzögerung (158,2 nm) eingestellt. Das Licht wurde dann durch einen zweiten linearen Polarisator (Polarisationsachse + 45°) gestrahlt und die Intensität durch einen Siliziumdiodendetektor (Model PDA-50, ThorLabs inc.; Newton, New Jersey)) nachgewiesen. Der PEM und der Detektor wurden moduliert und das Signal aus dem Detektor durch einen Lock-in-Verstärker (Model 5210, EG & G Princeton Applied Research; Princeton, New Jersey) prozessiert. Die Kunststoffbahn wurde senkrecht zu dem Laserstrahl rotiert, um das maximale Signal zu finden. Die Verzögerung wurde durch Vergleich des maximalen Signals zu dem Signal bestimmt, das für eine Standard ¼ Wellenplatte gemessen wurde.
  • Die Doppelbrechung eines Materials kann bestimmt werden, indem die optische Dichte eines Materials durch seine Dicke geteilt wird. Wenn zum Beispiel die optische Dicke für eine 0,4 mm breite Kunststoffbahn 4 nm ist, beträgt die Doppelbrechung des Materials 0,00001. Für die Kunststoffbahnen optischer Qualität, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, wird eine Doppelbrechung des Materials als niedrig angesehen, wenn sie ≤ 0,0002, bevorzugt ≤ 0,00005 und am meisten bevorzugt ≤ 0,00001 ist.
  • Bahnwelligkeit
  • Die Bahnwelligkeit (Wy und Wq) wurde unter Verwendung eines Stiftprofilmessers (Surfanalyzer System 5000, Federal Products; Providence, Rhode Island) mit einem Verfahren gemessen, das ähnlich dem SEMI Standard D15-1296 ist. Das gemessene Profil wurde mit einem Gausschen „Langen Wellenlängen"-Cutoff (8 mm) (engl.: Gaussian long wavelength cutoff) digital gefiltert. Wy ist der Unterschied zwischen Maximal- und Minimalwerten in einer Probe von 20 mm Länge und Wq ist die mittlere quadratische Abweichung eines gefilterten Profils von einer Durchschnittslinie, die über 8 mm berechnet und über eine 80 mm Evaluierungslänge gemittelt wird. Für Bahnen optischer Qualität, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, sollte Wy ≤ 2,0 μ, bevorzugt ≤ 1,0 μ und am meisten bevorzugt ≤ 0,5 μ sein.
  • Bahnrauhheit
  • Die Bahnrauhheit (Rq) wurde unter Verwendung eines Stiftprofilmessgeräts (Dektak 3-30, Veeco/Sloan; Santa Barbara, CA) in einem Verfahren ähnlich dem SEMI Standard D 7-94 bestimmt. Das gemessene Profil wurde digital gefiltert mit einer Gausschen „Langen Wellenlänge"-Cutoff (0,08 mm) (engl.: Gaussian long wavelength cutoff) und einem „kurzen Wellenlängen"-Cutoff (0,0025 mm) (engl.: short wavelength cutoff). Die Beurteilungslänge war 0,4 mm. Der Rauhheits-Parameter (Rq) ist die mittlere quadratische Abweichung eines gefilterten Profils von einer Durchschnittslinie. Der Durchschnittswert von drei verschiedenen Messungen wurde aufgenommen. Für Bahnen optischer Qualität, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, sollte Rq ≤ 50 nm, bevorzugt ≤ 10 nm und am meisten bevorzugt ≤ 5 nm sein.
  • Schrumpfung
  • Die Schrumpfung wurde durch direkte Messung der Probenlänge vor und nach der Hitzebehandlung bestimmt. Mehrere Messungen wurden durchgeführt, um die Länge eines trockenen Kunststoffstücks zu bestimmen. Die Genauigkeit der Messung war 0,005%. Die Probe wurde auf einen Temperatursatz unterhalb ihrer Tg für 4 Stunden erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Länge wiederum durch mehrere Messungen bestimmt. Die prozentuale Änderung der Länge vor und nach dem Hitzezyklus wurde als Schrumpfung betrachtet. Für Bahnen optischer Qualität, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, sollte die Schrumpfung ≤ 0,1%, bevorzugt ≤ 0,075% und am meisten bevorzugt ≤ 0,05% sein.
  • Gel-Zähl-Testverfahren
  • Gel-Zählungen wurden durch Projektion der Bahndefekte auf einen Schirm mittels eines Tageslichtprojektors gemessen. Neun 3 × 3 cm große Flächen jeder 400 mm × 400 mm großen Bahn wurden gezählt. Die Anzahl an Oberflächendefekten, die auf dem Schirm innerhalb jedes der 3 × 3 cm Quadrate projiziert wurden, wurden gezählt und die Anzahl gemittelt, um eine Gesamtgelzahl für die Probe zu ermitteln.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbahnen (40) optischer Qualität, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines geschmolzenen Kunststoffharzes; b) Zuführen des geschmolzenen Kunststoffharzes an eine Überlaufdüse (20), die einen Zugang (21), einen Ausgang (23), ein Paar Düsenlippen und konvergierende Seiten (24, 25), die im Querschnitt in einer Spitze (26) zulaufen, hat; c) Formen des geschmolzenen Kunststoffharzes unter Verwendung besagter Überlaufdüse in ein geschmolzenes Netz, wobei das geschmolzene Kunststoffharz auf die Düsenlippen und um die Seiten herumfließt und an der Spitze konvergiert, um das geschmolzene Netz (27) zu bilden; d) Wegführen des besagten geschmolzenen Netzes von besagter Überlaufdüse unter Verwendung eines Abnahmemittels (31, 32, 33, 34), das nur die äußeren Ränder des Netzes kontaktiert; und e) Abkühlen von besagtem geschmolzenen Netz, um eine feste Bahn (40) zu bilden; wobei das geschmolzene Kunststoffharz ein Polycarbonat ist, enthaltend die Bisphenolkomponenten: (1) 1,1-Bis(4-Hydroxyphenyl)-3,3,5-Trimethylcyclohexan; (2) eine Mischung von 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan und 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-Trimethylcyclohexan; eine Mischung von (1) und (2); oder eine Mischung von (1) oder (2) mit einem zweiten Polycarbonat, enthaltend die Bisphenolkomponente 2,2,-Bis(4-Hydroxyphenyl)propan, wobei die Kunststoffschicht von optischer Qualität eine Variation hinsichtlich der Dicke von 10% oder weniger über eine Probenlänge von 400 mm, eine Welligkeit Wy von ≤ 2,0 μm, eine Schrumpfung von ≤ 0,1% nach Erhitzen für vier Stunden auf eine Temperatur unterhalb seiner Tg, eine Doppelbrechung von ≤ 0,0002 und eine Schicht-Rauheit Rq von ≤ 50 nm aufweist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Quelle an geschmolzenem Kunststoffharz durch Extrusion bereitgestellt wird.
  3. Ein Substrat für ein Flüssigkristall-Display, umfassend a) eine Kunststoffbahn optischer Qualität, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, und b) eine leitende Schicht, die auf mindestens einer Seite der Bahn aufgebracht ist.
  4. Ein Substrat für ein Flüssigkristall-Display gemäß Anspruch 3, wobei das Substrat vor der Beschichtung mit der leitenden Schicht mit einer oder mehreren Schichten von Schutzfilmen, Farbfilterfilmen oder Barrierenfilmen beschichtet wird.
  5. Ein Substrat für ein Flüssigkristall-Display, umfassend a) eine Kunststoffbahn optischer Qualität, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, und b) eine Schicht an aktiven elektronischen Vorrichtungen, die auf mindestens einer Seite der Bahn aufgebracht sind.
  6. Eine Flüssigkristall-Displayzelle, umfassend mindestens ein Substrat gemäß Anspruch 3.
  7. Eine Flüssigkristall-Displayzelle, umfassend mindestens ein Substrat gemäß Anspruch 4.
  8. Eine Flüssigkristall-Displayzelle, umfassend mindestens ein Substrat gemäß Anspruch 5.
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