KR101237629B1 - 2축 연신 중합체 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을제어하는 방법 - Google Patents

2축 연신 중합체 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은, 조절가능한 프로파일 웨브 횡단 열분배 시스템(150a, 150b, 150c)을 갖는 길이 연신기(100)에서 필름을 신장시키고, 변형 영역을 갖는 텐터(200) 오븐에서 필름을 후속적으로 변형시키며, 변형 영역의 하류의 지점에서 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 측정하고, 선택적으로 필름의 측정된 웨브 횡단 두께 프로파일을 길이 연신기로 매핑하며, 측정된 웨브 횡단 두께 프로파일에 응답하여 웨브 횡단 열분배 시스템을 조절함으로써, 2축 연신 중합체 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 제어하는 방법을 개시한다.
웨브, 열분배, 두께, 프로파일, 연신, 횡단

Description

2축 연신 중합체 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 제어하는 방법{METHOD OF CONTROLLING CROSS-WEB CALIPER PROFILE OF BIAXIALLY ORIENTED POLYMERIC FILMS}
본 발명은 압출 연신 필름(oriented film)의 두께 변동을 제어하는 것에 관한 것이다.
필름의 압출은 전형적으로 필름의 길이 및 폭을 따라 두께 변동을 유발시킨다. 두께 변동을 제어하는 종래 기술의 방법은, 완성된 필름의 롤(roll)이 외관상 균일해지도록 하기 위한, 다이 볼트(die bolt)의 조절(코고(Kogo) 등의 미국 특허 제4,409,160호), 신장(stretching) 중에 고정 히터의 가열 출력의 조절(펜리(Fenley)의 미국 특허 제3,347,960호; 쯔쯔이(Tsutsui)의 일본 특허 제52,047,070호), 또는 웨브를 가로질러 다른 지점들에서의 의도적인 두꺼운 영역과 얇은 영역의 형성(훼스트 악티엔게젤샤프트(Hoechst Aktiengesellschaft)의 영국 특허 제1,437,979호; 훼스트 악티엔게젤샤프트의 영국 특허 제1,437,980호)을 포함한다.
개요
본 출원은, 조절가능한 프로파일 웨브 횡단 열분배 시스템을 갖는 길이 연신 기(length orienter)에서 필름을 신장시키고, 변형 영역을 갖는 텐터(tenter)에서 필름을 후속적으로 변형시키며, 변형 영역의 하류의 지점에서 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 측정하고, 측정된 웨브 횡단 두께 프로파일에 응답하여 웨브 횡단 열분배 시스템을 조절함으로써, 2축 연신 중합체 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 제어하는 방법을 개시한다. 상기 본 발명의 개요는 본 발명의 각각의 개시된 실시 형태 또는 모든 구현예를 설명하고자 하는 것이 아니다. 이하의 도면들과 상세한 설명은 예시적인 실시 형태들을 보다 구체적으로 예를 들고 있다.
본 발명은 첨부 도면과 관련한 이하의 상세한 설명을 고려하여 보다 더 완전하게 이해될 수 있을 것이다. 첨부 도면들에서 동일 도면 부호는 동일 요소를 나타낸다. 첨부 도면들은 예시적인 실시예가 되고자 함이며 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 2축 연신 필름용 필름 라인의 개략도.
도 2a는 길이 연신기의 조절가능 프로파일 웨브 횡단 열분배 시스템의 일 실시 형태의 개략도.
도 2b는 길이 연신기의 조절가능 프로파일 웨브 횡단 열분배 시스템의 다른 실시 형태의 개략도.
도 2c는 길이 연신기의 조절가능 프로파일 웨브 횡단 열분배 시스템의 다른 실시 형태의 개략도.
도 3은 채널 차단기 조립체의 일 실시 형태의 개략 평면도.
도 4는 조절가능 웨브 횡단 열분배 시스템의 다른 실시 형태의 개략도.
도 5는 일 실시 형태의 예시적인 재위치가능 선회 가열 요소의 개략도.
도 6은 일 실시 형태의 재위치가능 선회 가열 요소의 조립체의 부분 사시도.
도 7은 실시예 1에서 광학 두께에 대한 특정 채널 차단기의 효과를 도시한 도면.
도 8은 실시예 2에서 광학 두께에 대한 한 세트의 채널 차단기들의 효과를 도시한 도면.
도 9는 실시예 3에서 웨브 횡단 지점에 따른 광학 두께 프로파일의 변동을 도시한 도면.
도 10은 실시예 4의 표 4에서의 가열 요소 설치 구성에 상응하는, 상대 광학 두께 대 웨브 횡단 지점을 도시한 도면.
도 11은 실시예 4의 표 5에서의 가열 요소 설치 구성에 상응하는, 상대 광학 두께 대 웨브 횡단 지점을 도시한 도면.
도 12는 실시예 4의 표 6에서의 가열 요소 설치 구성에 상응하는, 상대 광학 두께 대 웨브 횡단 지점을 도시한 도면.
도 13은 실시예 4의 표 7에서의 가열 요소 설치 구성에 상응하는, 상대 광학 두께 대 웨브 횡단 지점을 도시한 도면.
본 발명은 연신 필름의 두께 변동을 제어하는 것에 관한 것이다. 필름의 제조는 전형적으로 필름의 길이 및 폭을 따라 두께 변동을 유발시킨다. 본 출원은 연신 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 세밀하면서도 능동적으로 조절하는 신규한 시스템 및 방법을 개시한다.
개시된 시스템 및 방법은 필름 제조 중의 신장으로부터 이익을 얻을 수 있는 특성을 갖는 임의의 중합체를 포함하는 필름의 제조에 사용될 수 있다. 필름은 하나 이상의 중합체를 포함할 수 있다. 하나 초과의 구성 중합체를 구비한 필름은, 혼화성 블렌드와, 하나의 중합체가 연속상이고 하나 이상의 중합체가 분산상인 불혼화성 블렌드와, 공연속성 블렌드(co-continuous blend)와, 상호침투성 중합체 망상체(interpenetrating polymer network)와, 임의의 수의 층을 구비한 적층 필름을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 임의의 형태학적 또는 구조적 형태를 가질 수 있다. 현재 개시된 시스템 및 방법은 특히 다층 광학 필름에 유용하다. 이러한 시스템 및 방법은 또한 폴리에스테르를 포함한 필름에 특히 유용하다.
개시된 시스템 또는 방법을 채택하여 제조된 다층 광학 필름은, 거울 필름, 반사 편광체와 같은 편광 필름, 디스플레이 필름, 광학 필터, 보상 필름, 반사 방지 필름, 또는 예컨대 UV 또는 IR 차단, 착색 또는 차광을 제공하는 윈도우(에너지 조절 또는 태양 에너지 조절) 필름(건축용, 차량용, 온실용 기타 기타 용도)을 포함할 수 있지만 이로 한정되지는 않는다.
본 시스템 또는 방법을 채택하여 제조된 필름이 다층 광학 필름일 필요는 없다. 기타 고성능 필름이 또한 본 명세서에 개시된 웨브 횡단 두께 제어로부터 이익을 얻을 수 있다. 고성능 필름 응용에는, 오디오, 비디오 또는 데이터의 아날로그 또는 디지털 기록을 위한 자기 매체 베이스 필름(magnetic media base film), 그래픽 아트 필름, 복사 필름, 오버헤드 투명 필름, 사진 필름, X선 필름, 마이크로필름, 사진 인쇄 필름, 잉크젯 인쇄 필름, 보통 용지 복사 필름, 인쇄판 필름, 색상 교정 필름, 디지털 인쇄 필름, 카본 리본 필름, 플렉소그래픽 인쇄 필름, 그라비아 인쇄 필름, 드래프팅 및 디아조 인쇄 필름(drafting and diazo printing film), 홀로그래픽 필름, 접착 테이프 기재, 연마재 기재, 라벨 필름, 이형 라이너 필름(release liner film), 마스킹 필름, 라미네이팅 필름, 패키징 필름, 가열 밀봉 필름, 뚜껑 형성 필름(lidding film), 2중 오븐용 필름, 장벽 필름(barrier film), 스탬핑 포일(stamping foil), 금속화 필름(metallizing film), 장식 필름, 기록 및 보관 필름, 전선 및 케이블, 모터, 변압기 및 발전기용의 전기 절연 필름, 가요성 인쇄 회로 필름, 커패시터 필름, 신용 카드, 선불 카드, ID 카드 및 "스마트 카드"와 같은 카드용 필름, 내스크래치성, 낙서 방지 또는 파쇄 보호용 윈도우 또는 안전 필름(보안 필름), 멤브레인 스위치 필름(membrane switch film), 터치 스크린 필름, 의료용 센서 및 진단 장치 필름, 방음 필름, 음향 스피커 필름, 및 드럼헤드 필름(drumhead film)이 포함되지만 이로 한정되지는 않는다.
완성된 필름에 특정 광학 및/또는 물리적 특성을 부여하기 위해서, 중합체가 필름 다이를 통해 압출될 수 있으며, 필름 다이의 오리피스는 통상적으로 일련의 다이 볼트에 의해 제어된다. 이어서, 압출 필름은 요구되는 특성에 의해 결정된 비(ratio)로 예를 들어 신장에 의해 연신될 수 있다. 종방향 신장은 도 1에 도시된 바와 같이 길이 연신기(100)의 견인롤(pull roll)에 의해 행해질 수 있다. 길이 연신기는 전형적으로 하나 이상의 종방향 신장 영역을 구비한다. 횡방향 신장은 도 1에 도시된 텐터 오븐(tenter oven)(200)에서 행해질 수 있다. 텐터 오븐은 통상적으로 적어도 하나의 예열 영역(210)과 횡방향 신장 영역(220)을 포함한다. 종종, 텐터 오븐은 도 1에 도시된 바와 같이 열고정 영역(heat set zone)(230)을 또한 포함한다. 이들 영역들 중 임의의 하나 이상의 영역 또는 모든 영역을 포함하도록 시스템이 설계될 수 있다. 요구된다면, 필름은 2축 연신될 수 있다. 2축 신장은 순차적으로 또는 동시에 행해질 수 있다. 필름은 또한 종방향 신장만에 의해서 또는 횡방향 신장만에 의해서 제조될 수 있다. 1축 신장에 대해서, 대략 3:1 내지 10:1의 신장비(stretch ratio)가 통상적이다. 2축 신장에 대해서, 종방향 신장비와 횡방향 신장비의 곱은 통상적으로 4:1 내지 60:1의 범위에 있다. 당업자는 주어진 필름에 대해 기타 신장비가 적절하게 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
본 출원의 목적과 관련하여, "횡방향 신장 영역"이라는 용어는 텐터 오븐에서 순수 횡방향 신장 영역 또는 동시 2축 신장 영역을 말한다. "텐터"는 필름이 기계 방향(machine direction)으로 이송되는 동안에 필름을 그 에지(edge)에서 파지하는 임의의 장치를 의미한다. 전형적으로, 필름은 텐터에서 신장된다. 일반적으로, 텐테에서의 신장 방향은 기계 방향에 수직(횡방향 또는 폭 방향(cross direction))일 것이지만, 예를 들어 필름 이동에 수직인 각도 이외의 각도인 다른 신장 방향이 또한 고려된다. 선택적으로, 기계 방향 이외의 제1 방향으로 필름을 신장시키는 것에 더하여, 텐터는 또한 필름을 기계 방향이거나 기계 방향에 근접한 방향인 제2 방향으로 신장시킬 수도 있다. 텐터에서의 제2 방향 신장은 제1 방향 신장과 동시에 일어날 수 있거나 별개로 일어날 수 있거나, 또는 동시 및 별개 둘 다로 일어날 수 있다. 텐터 내에서의 신장은 임의의 수의 단계들로 행해질 수 있는데, 이러한 단계들의 각각은 구성요소가 제1 방향, 제2 방향 또는 둘 다의 방향으로의 신장일 수 있다. 에지에서 파지되지 않을 경우에 수축하게 될 필름에서 제어되는 양의 횡방향 이완을 허용하도록 텐터가 또한 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 이완은 이완 영역에서 발생한다.
통상적인 산업상 유용한 텐터는 2개의 세트의 텐터 클립으로 필름의 2개의 에지를 파지한다. 각각의 세트의 텐터 클립은 체인에 의해 구동되며, 클립은 2개의 레일을 타고 이동하는데, 레일들의 위치는 하나의 레일이 텐터를 통해 이동될 때 레일들이 서로로부터 분기하는 방식으로 조절될 수 있다. 이러한 분기는 폭 방향 신장이 이루어지게 한다. 이러한 일반적인 방법에 대한 변형예가 공지되어 있으며 본 명세서에서 고려된다.
몇몇 텐터는 필름을 기계 방향이나 기계 방향에 근접한 방향으로 신장시킬 수 있음과 동시에 필름을 폭 방향으로 신장시킨다. 이러한 텐터는 종종 동시 2축 신장 텐터로 불린다. 하나의 유형은 클립을 구동시키기 위해 팬터그래프(pantograph) 또는 가위형 기구를 사용한다. 이에 의하면, 각각의 레일 상의 클립들이 레일을 따라 진행할 때 그 레일 상의 최인접 클립으로부터 분기될 수 있게 된다. 물론, 종래의 텐터에서처럼, 2개의 레일이 서로로부터 분기하기 때문에 각각의 레일 상의 클립들은 대향 레일 상의 상대 클립으로부터 분기한다. 다른 유형의 동시 2축 신장 텐터는 각각의 체인을 가변 피치의 스크류로 대체한다. 이러한 방법에서, 각각의 세트의 클립은 스크류 나삿니의 운동에 의해 그 레일을 따라 구동되며, 가변 피치는 클립이 레일을 따라 분기하도록 한다. 또 다른 유형의 동시 2축 신장 텐터에서, 클립은 리니어 모터(linear motor)에 의해 전자기적으로 개별적으로 구동되어, 클립이 각각의 레일을 따라 분기할 수 있도록 한다. 동시 2축 신장 텐터는 또한 기계 방향으로만 신장시키는 데 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 기계 방향 신장은 기계 방향 신장 영역에서 발생한다. 본 출원에서, 횡방향 신장, 이완 및 기계 방향 신장은 변형의 예들이며, 횡방향 신장 영역, 이완 영역 또는 기계 방향 신장 영역은 변형 영역의 예들이다. 텐터 내에서 두 방향으로의 변형을 제공하는 다른 방법들이 또한 가능하며, 본 출원에 의해 고려된다.
필름 처리 방법은 중합체 용융물을 압출기 다이(10)를 통해 압출시키는 것을 포함할 수 있다. 다이 립 프로파일(die lip profile)은 종종 일련의 다이 볼트로 조절가능하다. 다층 필름에 대해, 복수의 용융물 스트림(stream)과 복수의 압출기가 채용된다. 압출물은 회전 주조 휠(12)에서 냉각된다. 이러한 지점에서의 필름은 종종 "주조 웨브"(cast web)로 불린다. 연신 중에, 필름 또는 주조 웨브는 완성된 필름의 요구되는 특성에 따라 기계 방향, 횡방향 또는 두 방향 모두로 신장된다. 필름 처리에 대한 상세 사항은 예를 들어 미국 특허 제6,830,713호(헤브링크(Hebrink) 등)에 기술되어 있다. 간결함을 위해서, 본 명세서에서는 "압출물", "주조 웨브" 또는 "완성된 필름"간의 차이에 관계없이 공정의 임의의 처리 단계에서의 필름을 지칭하는 데 "필름"이라는 용어를 사용할 것이다. 그러나, 당업자는 공정의 상이한 지점에서의 필름을 위에 열거한 대안적인 용어뿐만 아니라 당해 기술 분야에 공지되어 있는 기타 용어로 지칭할 수도 있음을 이해할 것이다.
필름 제조 공정에 걸쳐서, 많은 요소들이 필름 두께 균일도의 변동의 원인이 될 수 있다. 예를 들여, 균일도 변동은 다이 립 프로파일, 웨브 횡단 다이 온도, 웨브 횡단 주조 휠 온도, 주변 공기의 통풍, 불균일한 텐터 온도 및/또는 압력에서의 변동, 그리고 당업자에게 명백한 여러가지 다른 요인을 포함한, 많은 웨브 횡단 조건의 변동에 기인할 수 있다. 필름 균일도는 고품질 다층 필름, 특히 다층 광학 필름에 있어서 중요하다. 그 수가 증가하는 응용들에 대해, 이러한 필름이 큰 면적에 걸쳐 고도의 물리적 및 광학적 균일도를 나타내는 것이 바람직하다. 본 출원에 개시된 시스템 및 방법은 이러한 필름 균일도를 달성하기 위해서 능동 웨브 횡단 제어를 제공할 수 있다.
필름 제조시 웨브 횡단 두께를 제어하는 전형적인 방법은 주조 웨브 형성 공정 중에 다이의 다이 볼트의 조절을 포함한다. 이들 조절은 다이 볼트를 물리적으로 선회시키거나 다이 볼트 온도를 변경시킴으로써 다이 립들의 물리적 간격을 변경시키는 것을 포함한다. 그러나, 필름 두께에 대한 다이 볼트 조절의 결과는 정밀하지 않을 뿐만 아니라 느리다. 다이 립의 물리적 간격을 변경시키는 것은 다이 립의 비가요성으로 인해 정밀하지 않은 조절을 초래하게 된다. 대부분의 경우에, 단일 다이 볼트의 조절 효과는 완성된 필름의 최대 7개의 다이 볼트 레인(lane)에서 필름 두께를 변경시킨다. 따라서, 다이 볼트 간격을 조절하여서는 웨브 횡단 두께의 미세 변동을 제어하기가 어렵다. 다이 볼트 온도의 변경은 다이 볼트 히터의 예열 및 냉각에 상당한 장시간이 소요되기 때문에 두께 조절시 느린 변경을 발생시키게 된다. 또한, 다이로부터 필름 라인의 권취기(winder)까지의 경로가 길기 때문에, 다이 볼트 조절에 의한 두께 변경의 응답 시간이 종종 상당히 길게 되어, 두께 프로파일 제어가 어려워지고 느려지게 된다.
압출된 필름의 웨브 횡단 두께를 제어하는 개시된 시스템 및 방법은 필름의 제조시 두께 프로파일의 능동 미세 제어를 허용한다. 웨브 횡단 두께 제어는, 웨브 횡단 두께 프로파일을 모니터링하여, 신장 또는 변형 중에 필름에 전달되는 열의 열분배 프로파일을 제어함으로써 달성될 수 있다. 웨브 횡단 두께 프로파일을 모니터링하는 것은 물리적 또는 광학 두께 프로파일을 측정하는 것과, 그 측정된 프로파일을 열분배 제어가 이루어질 지점으로 매핑(mapping)시키는 것을 포함할 수 있다. 모니터링된 프로파일에 응답하여 웨브 횡단 열분배를 제어하는 여러 가지 다양한 시스템 및 방법에 대해서 논의하기로 한다. 두께 모니터링 단계와 열분배 조절 단계는 필름에서 요구되는 최종 두께 프로파일에 도달될 때까지 반복적으로 사용되는 피드백 루프를 형성할 수 있다. 개시된 시스템 및 방법은 또한 웨브 횡단 두께 프로파일의 미세 제어를 제공하기 위해서 다이 볼트 조절과 함께 사용될 수 있다.
몇몇 개시된 실시 형태들에서는, 2축 연신 중합체 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 제어하는 특정 방법이 이용된다. 예를 들어, 몇몇 경우에 열분배 프로파일의 조절을 위해 채널 차단기가 사용되며, 몇몇 경우에 열분배 프로파일의 조절을 위해 재위치가능한 선회가능 가열 요소가 사용된다. 이러한 기술들은 변형, 예컨대 종방향, 횡방향, 2축 신장 중에, 또는 제어된 이완 중에 단독으로 또는 조합으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 채널 차단기는 종방향 신장 필름을 위한 길이 연신기, 또는 횡방향으로 또는 2축으로 신장된 필름을 위한 텐터에서 채용될 수 있다. 유사하게, 재위치가능한 선회가능 가열 요소는 길이 연신기 또는 텐터에 채용될 수 있다. 2축 연신 중합체 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 제어하는 방법은 현재 개시된 열분배 시스템들 중 임의의 것뿐만 아니라 당해 기술 분야에 공지된 기타 가열 시스템과 함께 사용될 수 있다.
개시된 웨브 횡단 열분배 시스템은 필름이 신장될 때 필름으로 열을 전달할 수 있으면서, 전달된 열의 조절가능한 위치 제어 및 조절가능한 프로파일 제어를 제공한다. 이는 요구된다면 공지의 시스템에 비해 웨브 횡단 두께 프로파일의 보다 세밀한 제어를 제공할 수 있다. 개시된 시스템은 또한 공지의 시스템과 비교하여 보다 빠른 응답 시간을 제공할 수 있다.
2축 연신 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 제어하는 신규한 방법이 개시된다. 이 방법은, 길이 연신기(LO)의 신장 영역 또는 그 부근에서 열분배를 제어하는 것과, 후속적으로 텐터에서 필름을 변형시키는 것과, 텐터의 변형 영역 이후에 결과적인 웨브 횡단 두께 프로파일을 측정하는 것과, 측정된 두께 프로파일을 기초로 길이 연신기(LO)의 열분배를 조절하는 것에 의존한다. 일 실시 형태에서, 변형 영역은 권취기 직전의 라인의 단부에 위치될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 변형 영역은 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 다른 영역들 사이에 위치될 수 있다. 기타 실시 형태들은 후속의 제2 길이 연신기와 같은 추가 요소를 구비할 수도 있다.
이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이들 시스템 및 방법은 폭 방향 두께 균일도가 향상된 필름을 제조하기 위해서 사실상 임의의 필름 라인에서 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있다. 이들 시스템 및 방법은 예를 들어 색상 변동이 바람직하고 필름 두께 변동이 의도적으로 부여되는 다층 광학 필름 응용에서와 같이 맞춤형 웨브 횡단 두께 프로파일을 갖는 필름을 제조하는 데 또한 사용될 수 있다.
이하에서는 2가지 예시적인 실시 형태들이 상세히 논의된다. 제1 실시 형태는 길이 연신기에 채널 차단기를 채용한다. 제2 실시 형태는 텐터 오븐에 재위치가능 선회 히터를 채용한다.
몇몇 실시 형태들에서는, 웨브 횡단 열분배 시스템은 복수의 채널 차단기와 조합된 적어도 하나의 횡방향 가열 요소를 포함한다. 이러한 시스템의 3가지 실시예가 도 2a 내지 도 2c에 도시되어 있다. 이들 도면에서, 필름은 길이 연신기에서 신장된다. 도 2a 및 도 2c에서, 견인롤(102, 104, 106)은 S-랩(S-wrap) 구성으로 설치된다. 도 2b에서, 견인롤은 통상의 구성 또는 테이블탑(tabletop) 구성으로 설치된다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 실시 형태들은 열을 필름(20)의 종방향 신장 영역(140 또는 140b)에 선택가능한 열분배를 제공하기 위한 한 세트의 채널 차단기(170)와 함께 가열 조립체(150a 내지 150c)를 각각 채용한다.
도 2a에서, 가열 조립체(150a)는 3개의 횡방향 적외선 가열 요소(160)를 포함한다. 조절가능 프로파일 웨브 횡단 열분배 시스템은 또한 필름의 기계 방향으로 정렬되고 가열 조립체(150a)와 필름(20) 사이에 위치된 한 세트의 채널 차단기(170)를 포함한다. 이러한 특정 실시 형태는 한 세트의 3개의 가열 요소(160)와 복수의 채널 차단기(170)를 채용하지만, 시스템의 설계 고려 사항들에 따라 임의의 수의 가열 요소와 임의의 수의 채널 차단기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 단일 가열 요소(가열 조립체(150b))를 구비한 시스템이 도 2b에 도시되어 있으며, 5개의 가열 요소(가열 조립체(150c))를 구비한 시스템이 도 2c에 도시되어 있다. 다른 실시예는 한 세트의 10개의 가열 요소와 한 세트의 50개의 채널 차단기를 포함할 수 있다. 각각의 횡방향 가열 요소는 제어될 필름 구역의 전체 폭에 걸쳐 있는 단일 히터일 수 있거나, 제어될 필름 구역에 요구되는 열량을 제공하도록 배치된 점열원(point heat source)을 포함한 복수의 소형 히터일 수 있다. 점열원 및 연장형 열원의 조합도 또한 고려된다.
필름의 웨브 횡단 두께 프로파일의 미세 제어를 허용하기 위해서, 도 2a의 웨브 횡단 열분배 시스템은 가열 조립체(150a)를 통해 필름의 신장 영역에 열을 전달하면서, 각각의 채널 차단기(170)의 위치의 변경에 의해 전달된 열의 조절가능한 프로파일 제어를 제공한다. 도 2a 내지 도 2c의 각각에서, 채널 차단기(170)는 요구되는 웨브 횡단 지점에서 요구되는 비율의 열을 우선적으로 차단시킨다. 가열 요소가 필름에 열을 제공할 때, 채널 차단기 또는 한 세트의 채널 차단기들은 필름에 음영(shadow)을 효과적으로 형성하도록 위치될 수 있어, 선택된 특정 지점(들)에서 필름에 전달되는 열량을 감소시킬 수 있다. 각각의 특정 채널 차단기의 위치는 미세하게 제어될 필름 구역에 해당하는 지점에 음영을 형성한다. 분해능의 정도(degree of resolution)는 채널 차단기의 크기뿐만 아니라 필름에 대한 채널 차단기의 근접도에 의해 조절될 수 있다. 도 2a에서, 채널 차단기(170)는 일반적으로 수평으로 그리고 가열 조립체(150a)의 가열 요소(160)에 평행하게 위치된다. 도 2a의 필름은 S-랩 구성이다. 따라서, 채널 차단기(170)는 S-랩 구성의 필름의 평면에 대해 경사진다. 도 2b에서, 채널 차단기(170)는 또한 일반적으로 수평으로 위치되지만 필름이 테이블탑 구성이어서, 채널 차단기는 필름의 평면에 평행하다. 도 2c에서, 채널 차단기는 S-랩 구성인 필름의 평면에 평행하도록 경사진다.
각각의 개별 채널 차단기의 폭은 요구되는 대로 좁게 형성될 수 있으며, 차단기와 필름 간의 거리도 또한 맞춤 형성될 수 있다. 예를 들어, 채널 차단기는 폭이 10 ㎜일 수 있으며, 필름의 50 ㎜ 내에 위치될 수 있다. 따라서, 제어 부재로서의 채널 차단기의 조립체는 미세하게 분할될 수 있으며, 웨브 횡단 두께 제어 척도(scale)는 요구되는 대로 맞춤 형성될 수 있어, 우수한 두께 제어를 제공한다. 또한, 웨브가 라인 속도까지 가속되는 길이 연신 스테이션에 제어 지점이 있기 때문에, 채널 차단기로부터 권취기까지의 지체 시간(lag time)이 다이로부터 권취기까지의 지체 시간보다 실질적으로 더 짧게 된다. 따라서, 제어에 대한 응답 시간이 보다 짧게 되어, 최종 두께 균일도의 획득을 보다 신속하게 한다. 또한, 길이 연신 스테이션은 통상적으로 개방 공간 내에 위치하여 쉽게 접근가능하여서, 시스템이 쉽게 설치되고 구현되게 한다. 채널 차단기 실시 형태는 또한 텐터 오븐에 사용될 수 있다. 이러한 시스템에서, 권취기와 텐터 오븐 사이의 거리는 훨씬 더 짧을 수 있으며, 응답 시간이 훨씬 더 빠를 수 있다. 채널 차단기에 의한 가열 조립체로의 접근은 텐터 오븐 외부로부터 제어가능하도록 설계될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c의 시스템 및 방법은 특정 영역으로 전달되는 열량이 신속하게 변경될 수 있게 한다. 이하에 더욱 논의되는 바와 같이, 히터의 어레이에 제공되는 전력을 변경시킴으로써 웨브 횡단 열분배 프로파일이 변경되는 대안적인 웨브 횡단 열분배 시스템이 사용될 수 있다. 대안적인 시스템은 이동 부품이 없다는 것과 같은 소정 이익을 가질 수 있지만, 사용된 히터의 유형에 따라 단점, 예컨대 낮은 공간 분해능 및 느린 응답 시간을 또한 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 산업용 등급의 IR 히터는 예열에 5분 정도로 오래 걸리고 냉각에 15분 정도로 오래 걸릴 수 있다. 대조적으로, 이동가능한 채널 차단기를 채용하는 시스템은 비교적 빠른 응답 시간 및 높은 공간 분해능을 갖도록 설계될 수 있다. 필름에 음영을 형성시켜 필름에 전달되는 열량을 감소시키기 위한 채널 차단기 또는 한 세트의 채널 차단기들의 이동은 종래의 IR 히터의 응답 시간에 비해 훨씬 빠르다. 채널 차단기를 사용하는 시스템의 응답 시간은 채널 차단기가 얼마나 빠르게 이동할 수 있는 지와 웨브가 응답하는 데 걸리는 시간에 의해서만 제한된다. 이는 채널 차단기 조립체 및 그 제어 기구의 특정 기계적 설계에 따를 것이다. 당업자는 채널 차단기 조립체의 기계식 제어에 적합한 여러 가지 다양한 설계들을 인식할 것이다.
도 3은 채널 차단기 조립체(300)의 하나의 예시적인 설계의 평면도를 도시한다. 조립체(300)는 서로 인접하게 위치된 34개의 채널 차단기를 구비하며, 그 세트는 제어될 필름의 전체 폭에 걸쳐 있다. 요구된다면, 예를 들어 필름의 외측 에지가 절단되어 폐기되거나 재활용되어서 사용가능한 중앙 필름 부분을 남기는 경우에, 필름의 물리적 치수는 제어될 필름의 폭을 넘어 연장될 수도 있다. 도 3에 도시한 바와 같은 채널 차단기 조립체를 통합한 웨브 횡단 열분배 시스템은 길이 연신기, 텐터, 또는 둘 다에서 사용될 수 있다.
물리적 또는 광학 두께 프로파일을 반복하여 측정하고, 선택적으로 그 측정된 두께 프로파일을 신장 영역으로 매핑시켜, 그 측정된 또는 매핑된 프로파일에 응답하여 웨브 횡단 열분배 시스템을 조절하기 위해 피드백 기구가 사용될 수 있다. 피드백 기구는 공지되어 있으며, 상세히 설명되지 않을 것이다. 간단히 말해서, 피드백 기구는 작업자에 의한 수동 제어의 형태일 수 있거나, 컴퓨터로 제어될 수 있거나, 컴퓨터 및 수동 제어의 조합일 수 있다. 예를 들어, 한가지 피드백 기구는 수동 오버라이드(override)를 구비한 컴퓨터 제어식 시스템일 수 있다. 바람직하게는, 피드백 기구는 본 명세서에 설명된 매핑 방법들 중 임의의 것을 이용하는 컴퓨터 제어식 매핑 알고리즘을 채용한다. 수동 매핑 알고리즘이 또한 사용될 수 있다.
몇몇 실시 형태에서는, 웨브 횡단 열분배 시스템은 연신기에서 횡방향을 따라 배치된 한 세트의 재위치가능 가열 요소들을 포함한다. 이하에 논의되는 예시적인 실시 형태에서, 그러한 웨브 횡단 열분배 시스템은 텐터에 사용된다. 텐터의 변형 영역은 순수 횡방향 신장 영역, 이완 영역, 기계 방향 신장 영역 또는 2축 신장 영역일 수 있다. 재위치가능 가열 요소를 포함하는 그러한 웨브 횡단 열분배 시스템이 또한 길이 연신기에 사용될 수 있다.
도 4는 본 실시 형태의 하나의 구현예를 개략적으로 도시한다. 도 4에서, 필름은 텐터 오븐(200)(도 1 참조)에서 횡방향으로 신장되고 있다. 이러한 특정 구현예에서, 재위치가능 가열 요소는 또한 선회가능하다. 웨브 횡단 열분배 시스템(250)은 한 쌍의 설치 채널(253) 상에 장착된 5개의 재위치가능 막대 히터(260a 내지 260e)를 포함한다. 선형으로 또는 요구되는 특정 응답에 대해 최적화된 임의의 기타 형상으로 배열된 보다 작은 열원의 어레이를 포함하지만 이로 한정되지는 않는 기타 구현예가 또한 가능하다.
도 4의 실시 형태에서 히터는 연신기의 신장 영역에 위치되지만, 히터의 위치는 신장 영역으로 한정되지는 않는다. 연신기는 웨브 횡단 열분배 시스템이 사용될 수도 있는 추가 영역 또는 기타 변형 영역을 구비할 수도 있다. 추가 영역은 예열 영역, 어닐링 영역 및 열고정 영역을 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 길이 연신기에 사용될 때, 신장 영역은 종방향 신장 영역이다. 텐터에 사용될 때, 변형 영역은 횡방향 신장 영역, 이완 영역, 기계 방향 신장 영역 또는 2축 신장 영역일 수 있다. 웨브 횡단 열분배 시스템은 이들 영역들 중 임의의 영역에 또는 그 부근에 위치될 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시 형태들의 대부분이 신장 영역을 언급하고 있지만, 웨브 횡단 열분배 시스템이 또한 다른 영역 또는 그 부근에 위치될 수 있음이 의도된다. 본 출원에서는, 임의의 실시 형태에서 웨브 횡단 열분배 시스템이 위치되는 지점이 열분배 영역으로 지칭된다.
도 4의 열분배 시스템(250)에서, 가열 요소는 2가지 방식으로 재위치가능하다. 첫째, 가열 요소는 필름의 폭을 따른 임의의 위치까지 장착 채널을 따라 횡방향으로 이동할 수 있다. 둘째, 가열 요소는 또한 선회가능하다. 선회 히터의 이익이 이하에서 논의될 것이다. 기타 구현예 및 실시 형태들이 또한 고려된다. 예를 들어, 가열 요소는 필름의 평면에 수직인 평면에서 필름을 향해 그리고 필름으로부터 멀리 이동될 수 있도록 재위치가능하다.
필름이 필름 라인을 따라 이동할 때 필름의 임의의 부분 상에 횡방향 지점을 매핑시키기 위해서, 각각의 레인(40a 내지 40e)에 대한 가상 중심선(22a 내지 22e)이 각각 도 4에 도시되어 있다. 필름 레인(40a 내지 40e)은 가상선에 의해 경계가 이루어져 있다. 도 4에서, 중심선(22a 내지 22e) 각각은 또한 필름이 신장될 때 필름의 각각의 해당 레인의 이동 방향을 나타낸다. 횡방향 신장 중에, 각각의 가상선 쌍들 사이의 거리는 횡방향 신장량에 비례하여 증가한다. 다시 말하면, 필름이 횡방향으로 신장될 때 각각의 필름 레인의 폭은 증가한다. 이상적으로는, 예를 들어 필름이 3:1의 비로 신장되면, 신장 영역(220) 직전의 지점과 신장 영역(220) 직후의 지점에서 측정된 때 각각의 필름 레인의 폭은 3배로 증가할 것이다. 그러나, 실제로는 여러 가지 요인들에 의해 필름 레인들은 폭이 동일하지 않을 수 있다. 이러한 요인들에는, 예를 들어 신장 이전의 웨브 횡단 균일도의 변동, 텐터에서의 웨브 횡단 온도 분포의 변동, 압출된 혼합물의 균질도의 변동, 그리고 유한한 폭을 갖는 필름 웨브의 에지 효과(edge effect)가 포함될 수 있다.
웨브 횡단 열분배 시스템의 막대 히터(260a 내지 260e)들은 서로에 독립적으로 위치될 수 있도록 장착된다. 선택적으로, 각각의 막대 히터는 횡방향으로의 이동 이외에 또한 선회할 수 있도록 장착될 수 있다. 선회가능 히터는 2가지 이점을 갖는다. 첫째, 선회 막대 히터는 막대 히터가 상부에 위치되는 특정 필름 레인의 이동 방향과 정렬될 수 있다. 둘째, 선회 막대 히터는 임의의 단일 가열 막대로부터 보다 넓은 열분배 프로파일을 제공하도록 필름 레인의 이동 방향에 대해 경사질 수 있다. 이러한 열분배 프로파일의 확장 효과가 이하의 실시예들에서 보다 상세히 논의될 것이다. 선회가능한 재위치가능 가열 요소는 필름에 전달되는 열의 보다 우수한 제어를 제공하여서, 공지의 시스템에 비해 보다 세밀하게 조절가능한 열분배 프로파일을 제공한다.
도 4에서, 가열 요소(260a 내지 260e) 각각은 텐터를 가로지른 2개의 평행한 채널(253)에 피봇이 있는 상태로 장착된다. 이러한 방식으로, 각각의 히터의 웨브 횡단 지점은 텐터 오븐 외부로부터 정밀하게 조절가능하게 될 수 있다. 각각의 막대 히터(260a 내지 260e)의 위치 및 배향은 당해 기술 분야에 공지된 여러 가지 방법들에 의해 제어될 수 있다. 도 5 및 도 6의 실시 형태에서, 위치 및 배향은 각각의 막대 히터를 위한 한 쌍의 애크미(Acme) 브랜드의 나사봉(262)을 사용하여 제어된다. 예컨대 한 쌍의 케이블을 각각의 막대 히터에 연결시키는 것과 같은, 위치 및 선회 제어를 위한 기타 방법들이 또한 사용될 수 있다.
도 5는 열분배 시스템(250)의 단일 재위치가능 가열 요소의 상세도를 도시한다. 가열 요소(260)는 2개의 장착 채널(253L, 253R)을 따라 임의의 위치에 위치될 수 있다. 선택적으로, 가열 요소(260)는 점선으로 도시된 바와 같이 선(26)과 정렬되게 회전할 수 있어 기계 방향(25)에 대해 각도(θ)를 형성하게 된다. 일 실시 형태에서, 이러한 회전은 가열 요소(260)가 회전할 때 활주 채널(270)을 따라 이동하도록 된 하나의 볼트(268)와 하나의 고정 볼트(266)에 의해서 달성된다. 고정 볼트(266)는 가열 요소의 피봇점의 역할을 하며, 본 실시 형태에서 가열 요소(260)의 중심에 위치된다. 선회가 요구되지 않을 때, 활주 채널(270)은 생략될 수 있으며, 2개의 볼트 모두 고정될 수 있다. 기타 배열이 또한 고려된다.
도 6은 도 4의 열분배 시스템(250)의 부분 사시도를 도시한다. 도 6은 채널(253L, 253R)에 장착된 2개의 가열 요소(260a, 260b)를 도시한다. 가열 요소(260a)의 위치는 한 쌍의 나사봉(262a)에 의해 제어된다. 유사하게, 가열 요소(260b)의 위치는 한 쌍의 나사봉(262b)에 의해 제어된다. 가열 요소(260b)의 선택적인 회전은, 채널(253R)의 나사봉(262b)을 따른 일 지점에서 너트(264b)를 고정(253R) 측에 위치시키고, 채널(253L)에 장착된 대응하는 나사봉을 따른 다른 지점에 너트(264b)를 위치시킴으로써 달성된다. 이는 또한 도 5에서 볼 수 있다. 각각의 히터(260)의 웨브 횡단 지점은 각각의 나사봉 쌍에 연결된 한 쌍의 스크류(도시 안됨)에 의해 텐터 오븐 외부로부터 정밀하게 조절가능하게 될 수 있다. 더구나, 히터의 배향 각도는 또한 스크류 쌍에 의해 제어되는 피봇점(266b, 268)들의 상대 위치에 의해 텐터 오븐 외부로부터 정밀하게 조절될 수 있다.
횡방향으로 이동가능하면서 선택적으로 기계 방향에 대해 선회할 수 있게 장착된 단일 막대 히터는 필름이 신장 또는 변형될 때 필름의 조절가능한 열 프로파일을 제공할 수 있다. 조합되어 사용될 때, 예를 들어 히터(260a 내지 260e)와 같은 히터들의 조립체는 필름의 임의의 선택된 부분을 가로질러 또는 필름의 전제 폭을 가로질러 조절가능한 열 프로파일을 함께 제공할 수 있다.
채널 차단기 실시 형태에서처럼, 본 실시 형태는 또한 빠른 응답 시간 및 열분배의 세밀한 능동 제어의 이익을 갖는다. 웨브가 라인 속도까지 가속되는 길이 연신 스테이션에 제어 지점이 있을 때, 웨브 횡단 열분배 시스템으로부터 권취기까지의 지체 시간이 다이로부터 권취기까지의 지체 시간에 비해 실질적으로 짧아진다. 따라서, 제어에 대한 응답 시간이 짧게 되어, 사이클 시간이 짧아지게 되어서, 요구되는 최종 두께 균일도를 훨씬 빠르게 획득할 수 있게 한다. 또한, 길이 연신 스테이션은 종종 개방 공간 내에 있고 쉽게 접근할 수 있어서, 웨브 횡단 열분배 시스템의 설치를 편리하게 한다. 제어 지점이 텐터에 있을 때, 사이클 시간 및 응답 시간이 훨씬 더 짧아질 수 있다.
일반적으로, 필름의 두께 프로파일은 웨브 횡단 열분배 시스템의 지점의 하류의 임의의 지점에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 개시된 웨브 횡단 열분배 시스템들 중 임의의 것을 길이 연신기에서 채용하는 시스템에서는, 웨브 횡단 두께 프로파일이 길이 연신기의 하류에서 측정될 수 있다. 웨브 횡단 열분배 시스템을 텐터 오븐에서 채용하는 시스템에서는, 웨브 횡단 두께 프로파일이 텐터 오븐의 하류에서 측정될 수 있다. 대안적으로, 변형 영역이 웨브 횡단 열분배 시스템이 위치하는 곳이라면, 웨브 횡단 두께 프로파일은 또한 변형 영역 직후에 텐터 오븐 내에서 측정될 수 있다. 길이 연신기에서 웨브 횡단 열분배 시스템을 채용하지만 후속의 횡방향 신장을 위해 텐터를 또한 채용하는 시스템에서는, 웨브 횡단 두께 프로파일의 측정은 길이 연신기의 하류이지만 텐터 오븐의 상류에서 행해질 수 있다. 그러나, 본 출원인은, 길이 연신기에서 웨브 횡단 열분배를 제어한 다음에, 텐터에서 변형시키고 나서, 변형 영역의 하류에서 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 측정하는 것이 예기치 않은 결과를 제공함을 알았다. 이하의 실시예 2는 한가지 그러한 시스템 및 방법을 기술하고 있다.
광학 필름에 대해서, 전체 필름 광학 두께는 광학 두께 측정 게이지를 사용하여 광투과 또는 광반사 스펙트럼을 통해 검출 및 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 온라인 분광광도계(on-line spectrophotometer)가 필름이 라인으로부터 나올 때 필름의 분광 투과율을 측정하도록 설치될 수 있어, 웨브 횡단 두께 프로파일 균일도의 측정과 공정 제어용 피드백의 제공에 필요한 정보를 제공하게 된다. 하나의 그러한 분광광도계의 예는 히타치 리미티드(Hitachi Ltd.)에 의해 제조된 타입 U-4000 분광광도계이다. 몇몇 경우에는, 투과 스펙트럼이 특정 수준으로 떨어지는 파장이 광학 두께의 측정치로서 사용될 수 있다. 다른 경우에는, 특정 파장에서의 투과율이 광학 두께의 측정치로서 사용될 수 있다. 전술한 직접 방법을 이용하여 교정될 수 있는 간접 방법을 포함한 기타 방법들이 가능하다.
두께 게이지는 필름의 물리적 두께, 필름의 광학 두께 또는 전술한 필름의 기타 두께 관련 특성을 측정할 수 있다. 본 출원에서, 웨브 횡단 두께는 광학 두께, 물리적 두께, 이들 둘의 조합, 또는 특정 제품 설계에 의해 요구되는 임의의 기타 두께 관련 특성을 말한다. 광학 필름 또는 고성능 필름의 당업자는 특정 제품에 대해 적합한 두께를 설계할 수 있을 것이다. 예를 들어, 필름의 물리적 두께의 측정은 미국 뉴저지주 모리스타운 소재의 하니웰 인터내셔널, 인크.(Honeywell International Inc.)로부터 상업적으로 입수가능한 메저렉스(Measurex)(상표명) 스캐너와 같은 온라인 횡단 베타 게이지 스캐닝 장치를 사용하여 행해질 수 있다. 기타 두께 게이지에는 제한없이, 베타 투과 게이지, X선 투과 게이지, 감마 후방 산란 게이지, 접촉 두께 센서 및 레이저 두께 센서가 포함된다. 그러한 게이지는 예를 들어 미국 캘리포니아주 어윈데일 소재의 엔디씨 인프러레드 엔지니어링(NDC Infrared Engineering)로부터 상업적으로 입수가능하다.
측정된 필름 두께 프로파일은 선택적으로 웨브 횡단 열분배 시스템이 위치하는 해당 필름 지점으로 매핑된다. 몇몇 실시 형태들에서, 횡방향 신장 영역 이후에 측정된 필름 두께 프로파일은 길이 연신기의 종방향 신장 영역에서 필름으로 매핑될 수 있다. 기타 실시 형태들에서, 필름 두께 프로파일은 열분배 시스템의 하류에서 측정되어 열분배 영역으로 매핑된다. 매핑은 여러 가지 방식들로 행해질 수 있다. 간단한 매핑 방법은 예를 들어 도 3 및 도 4에서 가상선에 의해 도시된 바와 같이 한 세트의 가상 필름 레인들로 필름의 폭을 분할시키는 것을 포함한다. 도 3에서, 필름은 34개의 필름 레인으로 분할되며, 각각의 레인은 하나의 채널 차단기에 대응된다. 이러한 특정 실시 형태에서, 채널 차단기(301, 334)는 나머지 채널 차단기(302 내지 333)보다 더 넓다. 따라서, 대응하는 레인(1, 34)이 레인(2 내지 33)보다 더 넓다. 도 4에서, 5개의 필름 레인(40a 내지 40e)이 가상선에 의해 나타나 있다. 5개의 레인(40a 내지 40e)의 각각의 중심은 중심선(22a 내지 22e)에 의해 각각 도시되어 있다.
웨브 횡단 두께 프로파일은 웨브 횡단 열분배 시스템이 위치하는 열분배 영역의 하류에서 측정된다. 측정 지점에서, 필름의 폭은 제어가 행해지고 있는 열분배 시스템의 지점에서의 필름의 폭과 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 하나의 지점을 다른 하나의 지점에 매핑시키는 데 매핑 알고리즘이 사용된다. 매핑 알고리즘은 본질적으로 한 지점에서의 필름의 각각의 웨브 횡단 위치를 다른 지점에서의 필름 상의 대응하는 웨브 횡단 지점으로 옮긴다. 매핑 알고리즘은, 제한없이, 신장, 수축, 굽음, 일 지점에서의 필름의 에지가 절단되었는지의 여부, 신장 이전의 웨브 횡단 균일도의 변동, 텐터에서의 웨브 횡단 온도 분포의 변동, 또는 압출된 혼합물 균질도의 변동을 포함하는, 두 지점들 사이에서 필름 폭이 어떻게 다른지에 영향을 미칠 수 있는 요인들 중 어느 요인 또는 모든 요인들을 고려할 수 있다.
추가의 매핑 방법들은 신장 이전에 필름을 표시기(indicator)로 물리적으로 마킹하고, 신장 이후에 표시기의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 방법은 필름의 각각의 에지로부터 50㎜인 위치에 2개의 선을 그리고 나서, 신장 이후에 그 선들의 위치를 측정하여, 2개의 선들 사이의 필름 폭을 동일 폭을 갖는 다수의 레인들로 분할시키는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 각각의 레인이 동일한 양으로 신장되거나 변형되는 것으로 가정한다. 제2 방법은 50개의 표시선을 필름에 그리고 나서, 필름을 신장시켜, 신장 이후에 각각의 표시선의 위치를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 제3 방법은 하나 이상의 채널 차단기 또는 재위치가능 히터를 선택적으로 이동시켜, 신장된 필름에 대한 효과를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 이 방법은 능동 매핑 또는 범핑(bumping)에 의한 매핑으로 불리운다. 제4 방법은 질량 보존 법칙을 이용할 수 있는 있는데, 여기서 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일이 신장 전후에 측정된다. 신장 중에 질량이 보존되기 때문에, 필름의 체적이 또한 동일하게 유지되며, 주어진 개수의 필름 레인들의 폭이 2개의 측정된 두께 프로파일로부터 계산될 수 있다. 이들 매핑 방법들 중의 임의의 방법이 적절한 매핑 알고리즘을 설계하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 4에서, 종방향 지점(60)에 위치된 웨브 횡단 열분배 시스템(250)을 사용하여 필름이 시스템에서 횡방향으로 신장된다. 몇몇 실시 형태들에서, 웨브 횡단 두께 프로파일은 종방향 지점(70)에서 측정되며, 이 지점에서 필름은 지점(60)에서의 필름보다 더 넓다. 지점(60)에서의 열분배를 제어하기 위해서, 지점(70)에서의 측정된 프로파일은 열분배 시스템의 지점(60)으로 매핑된다. 이어서, 필름 프로파일에서의 임의의 두껍거나 얇은 스폿(spot) 또는 불규칙한 부분을 평탄하게 하도록 열분배 시스템이 조절될 수 있다. 다른 실시예에서, 그러한 시스템은 또한 지점(50)에서 제2 웨브 횡단 열분배 시스템을 구비할 수 있다. 이러한 경우에, 지점(70)에서 측정된 웨브 횡단 두께 프로파일은 또한 제2 열분배 시스템이 위치하는 지점(50)으로 매핑될 수 있다.
사용가능한 웨브 횡단 열분배 시스템은 위에서 개시된 시스템들 중 임의의 것, 예컨대 재위치가능 가열 요소, 채널 차단기를 구비한 가열 요소, 또는 둘 다의 조합을 사용하는 시스템일 수 있다. 맞춤가능한 웨브 횡단 프로파일에 따라 웨브에 열을 전달할 수 있는 임의의 다른 공지된 또는 추후 개발되는 웨브 횡단 열분배 시스템이 또한 사용될 수 있다. 웨브 횡단 열분배 시스템은 길이 연신기 또는 텐터에서 사용될 수 있다. 텐터에 사용될 때, 선택가능한 열분배가 필름의 변형 영역에 제공된다. 길이 연신기에 사용될 때, 선택가능한 열분배가 필름의 종방향 신장 영역에 제공된다.
이하의 실시예 1에 설명되는 바와 같이, 레인(08)으로 매핑된 두껍거나 높은 스폿을 측정된 필름 프로파일이 갖는다면, 대응하는 채널 차단기(308)는 보다 많은 열이 레인(08)으로 전달될 수 있게 조절될 수 있다. 이는 필름이 그 레인에서 보다 많이 신장되도록 하여, 완성된 필름에서 두꺼운 스폿을 감소시키거나 제거한다. 유사하게, 레인(22)에 대응하는 지점에서 필름 상의 낮은 스폿을 측정된 필름 프로파일이 나타낸다면, 채널 차단기(322)는 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이 그 지점에서 열이 필름에 도달하는 것을 방지하도록 이동될 수 있다. 일 실시 형태에서, 차단 또는 비차단 범위는 샤프트(180)와 함께 회전되는 나사봉을 통한 채널의 전진에 의해 조절된다. 그러한 조절이 극도로 세밀하게 이루어질 수 있어, 열분배의 우수한 제어를 제공함이 명백하다.
유사하게, 실시예 3 및 실시예 4에 나타낸 바와 같이, 두꺼운 스폿은 또한 길이 연신기 또는 텐터에서 재위치가능 가열 요소를 사용하여 조절될 수 있다. 효과는 재위치가능 가열 요소가 또한 선회될 수 있게 된다면 훨씬 더 미세하게 조절될 수 있다. 채널 차단기 실시 형태예에서처럼, 재위치가능 히터는 필름의 웨브 횡단 두께를 요구되는 최종 프로파일로 능동적으로 제어하는 데 사용될 수 있다.
몇몇 실시 형태들에서, 길이 연신 필름은 텐터에서 후속적으로 변형될 수 있다. 그러한 경우에, 웨브 횡단 열분배를 텐터가 아닌 길이 연신 스테이션에서 조절하는 것이 텐터의 하류에서 완성된 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 정정하는 데 있어서 효과적이라는 것은 직관에 반하는 것이다. 이하의 실시예 2는 놀랍게도, 종방향 신장 중에 필름으로 전달되는 열의 일부를 선택적으로 차단시킴으로써 웨브 횡단 두께를 미세하게 조절하여서, 보다 균일한 2축 신장 필름을 제공한다는 것을 증명한다. 실시예 2는 채널 차단기 열분배 시스템을 사용하지만, 이 방법은 또한 본 명세서에 개시된 재위치가능 가열 요소 또는 당해 기술 분야에 공지된 다른 웨브 횡단 열분배 시스템과 같은 임의의 기타 웨브 횡단 열분배 시스템과 함께 사용될 수 있다. 종방향 신장 중에 길이 연신기에서 열분배를 제어하여, 텐터에서 후속적으로 변형된 필름의 균일한 웨브 횡단 두께를 달성하는, 본 방법의 독특한 접근법은 상당히 우수한 결과를 제공할 수 있다.
실시예 1
도 7에 도시된 실시예에서, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와, 폴리에틸렌 나프탈레이트의 공중합체(co-PEN)의 교번 층들을 압출시켜 IR 반사성 다층 광학 필름을 제조하였다. 필름을 우선 3.3:1의 신장비로 길이 방향으로 연신시킨 다음에, 후속적으로 텐터에서 3.3:1의 신장비로 폭 방향으로 연신시켰다. 필름의 광학 두께를 광학 두께 게이지를 사용하여 텐터 후방에서 측정하였다. 곡선(7A)은 필름의 초기 매핑된 광학 두께 프로파일을 나타낸다. 두께 프로파일을 제어하기 위해서, 3개의 IR 막대 히터와 한 세트의 34개의 채널 차단기를 구비한 가열 조립체를 길이 연신기에 사용하였다. 사용한 IR 막대 히터는 미국 미네소타주 미니애폴리스 소재의 리서치, 인크.(Research, Inc.)에 의해 제조된 모델 5305 시리즈 파라볼릭 스트립 히터(Parabolic Strip Heater)였다. 채널 차단기(303 내지 331)는 그래프의 하부에 도시되어 있다. 채널 폭은 12.7 ㎜이다. 채널(308)에 대응하는 지점에서 곡선(7A)에 도시된 두꺼운 스폿을 나타내는 피크(peak)를 낮추기 위하여, 채널 차단기(308)를 35.6 ㎜의 출발 위치로부터 10.2 ㎜의 최종 위치로 25.4 ㎜만큼 하향 이 동시켰다. 이러한 채널 차단기의 하향 이동은 그 웨브 횡단 지점에서 보다 많은 열이 필름에 도달하게 하였다. 이러한 지점으로 전달된 보다 많은 열은 필름의 그 부분이 보다 많이 신장되게 함으로써 피크를 낮추었다. 그 결과 형성되는 매핑된 두께 프로파일이 채널 차단기(308)에 대응하는 지점에서 곡선(7B)에 도시되어 있다. 곡선(7C)은 곡선(7A)의 출발 두께 프로파일로부터 곡선(7B)의 최종 두께 프로파일로의 퍼센트 변화를 도시하고 있다. 채널 차단기(308)에 대응하는 지점에서, 곡선(7C)은 채널 차단기(308)를 -25.4 ㎜만큼 이동시키는 것이 두께 프로파일을 대략 -3%만큼 변화시켰음을 나타내고 있다. 유사하게, 채널 차단 효과가 채널 차단기(322)에 대응하는 지점에서 곡선(7A 내지 7C)에 나타나 있다. 출발 두께 프로파일은 곡선(7A)에 나타낸 바와 같이 이 지점에서 얇은 스폿을 나타내는 급강하부(dip)를 구비한다. 채널 차단기(322)를 61 ㎜의 최종 위치로 25.4 ㎜만큼 상향 이동시킴으로써, 보다 많은 열이 필름의 그 부분에 도달하는 것을 방지하여, 필름이 인접부보다 적게 신장되게 한다. 이는 곡선(7B)에 도시된 바와 같이 그 지점에서 두께 프로파일을 증가시킨다. 이 지점에서의 퍼센트 변화는 곡선(7C)에 도시된 바와 같이 대략 3%만큼 변하였다.
실시예 2
도 8에 도시된 실시예에서, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와, 폴리에틸렌 나프탈레이트의 공중합체(co-PEN)의 교번 층들을 압출시켜 IR 반사성 다층 광학 필름을 제조하였다. 필름을 3.3:1의 신장비로 길이 방향으로 연신시켰다. 후속적으로, 필름을 텐터에서 3.3:1의 신장비로 횡방향으로 신장시켰다. 필름의 광학 두께 를 광학 두께 게이지를 사용하여 텐터 후방에서 측정하였다. 곡선(8A)은 길이 연신 스테이션으로 매핑된 필름의 초기 웨브 횡단 광학 두께 프로파일을 나타낸다. 두께 프로파일을 제어하기 위해서, 3개의 IR 막대 히터와 한 세트의 34개의 채널 차단기를 구비한 가열 조립체를 길이 연신기에 사용하였다. 사용한 IR 막대 히터는 미국 미네소타주 미니애폴리스 소재의 리서치, 인크.(Research, Inc.)에 의해 제조된 모델 5305 시리즈 파라볼릭 스트립 히터(Parabolic Strip Heater)였다. 채널 차단기(303 내지 331)는 그래프의 하부에 도시되어 있다. 채널 폭은 12.7 ㎜였다.
곡선(8A)에서 나타난 필름의 프로파일은 도 8의 하부에서의 각각의 채널 차단기의 최종 설정에 의해 나타낸 바와 같이 채널 차단기들 중 수 개를 이동시켜 조절하였다. 표 1은 채널 차단기(303 내지 331)에 대한 초기 및 최종 설정을 나타낸다. 결과적인 광학 두께 프로파일이 곡선(8B)에 나타나 있다. 곡선(8C)은 최종 및 초기 두께 프로파일 사이의 퍼센트 변화를 나타낸다. 곡선(8B)은 곡선(8A)에 나타낸 초기 필름 프로파일이 한 세트의 IR 히터와 한 세트의 채널 차단기를 구비한 웨브 횡단 열분배 시스템을 사용하여 보다 균일하게 되도록 조절될 수 있음을 증명한다.
Figure 112007087084716-pct00001
실시예 3
도 9에 도시된 실시예에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와, PMMA의 공중합체의 교번 층들을 압출시켜 다층 광학 필름을 제조하였다. 필름을 3.35:1의 신장비로 길이 방향으로 연신시켰다. 후속적으로, 필름을 텐터에서 3.3:1의 신장비로 횡방향으로 연신시켰다. 텐터는 텐터의 횡방향 신장 영역에서 한 세트의 재위치가능 선회 가열 요소를 구비하였다. 각각의 가열 요소는 길이가 325 ㎜이고 폭이 10 ㎜이었으며, 폭이 80 ㎜인 포물형 반사체를 구비하였다. 사용한 가열 요소는 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 와트로우 일렉트릭(Watlow Electric)으로부터 입수가능한 레이맥스(Raymax) 모델 1525였다. 본 실시예에서 가열 요소의 중심을 피봇점과 위치 선정 지점으로서 사용하였다. 필름의 광학 두께를 광학 두께 게이지를 사용하여 텐터 후방에서 측정하였다. 곡선(9A, 9B, 9C)은 웨브 횡단 열분배 시스템의 상이한 구성에 대해 웨브 횡단 지점의 함수로서 광학 두께 변화를 나타내고 있으며, 완성된 필름에 대한 재위치가능 선회 IR 히터의 효과를 증명하고 있다. 가열 요소 출력 및 배향 각도를 표 2 및 표 3에 열거하였다.
Figure 112007087084716-pct00002
Figure 112007087084716-pct00003
단일 가열 요소가 일정한 출력 및 동일한 배향 각도로 유지될 때, 웨브 횡단 광학 두께 프로파일의 변화는 3개의 곡선(9A, 9B, 9C)의 각각에 대해서 동일하게 유지된다. 이러한 효과는 제1 가열 요소(962)에 대응하는 460 ㎜의 웨브 횡단 지점에서 곡선(9A, 9B, 9C)의 급강하부로서 관찰된다. 단일 가열 요소가 일정한 출력으로 유지되지만 배향 각도가 변화될 때, 확장 효과(broadening effect)가 관찰된다. 950㎜에서의 곡선(9A, 9B, 9C)의 급강하부는 단일 막대 히터에 기인한 이러한 확장 효과를 증명한다. 본 실시예에서, 950㎜에 위치한 제2 히터(964)는 곡선(9A)의 0°로부터 곡선(B)의 12.5° 및 곡선(C)의 25°로 회전된다.
실시예 4
도 10 내지 도 13에 도시된 실시예에서, PET와, PMMA의 공중합체의 교번 층들을 압출시켜 다층 광학 필름을 제조하였다. 필름을 3.35:1의 신장비로 길이 방향으로 연신시켰다. 후속적으로, 필름을 3.3:1의 신장비로 횡방향으로 연신시켰다. 텐터는 횡방향 신장 영역에서 한 세트의 4개의 재위치가능 선회 가열 요소를 구비하였다. 각각의 가열 요소는 길이가 325 ㎜이고 폭이 10 ㎜이었으며, 폭이 80 ㎜인 포물형 반사체를 구비하였다. 사용한 가열 요소는 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 와트로우 일렉트릭(Watlow Electric)으로부터 입수가능한 레이맥스(Raymax) 모델 1525였다. 각각의 가열 요소의 중심을 피봇점으로서 사용하였다. 본 실시예에서 각각의 가열 요소의 중심 위치는 표 4 내지 표 7에 "위치, 우측"으로서 나타나 있고, 선회용 가동 볼트의 위치는 "위치, 좌측-경사"로 나타나 있다. 필름의 광학 두께를 광학 두께 게이지를 사용하여 텐터의 하류에서 측정하였다. 도 10 내지 도 13 각각에서 곡선(A)은 초기 광학 웨브 횡단 두께 프로파일을 나타낸다. 도 10 내지 도 13은 히터 설정 변경의 연속적인 반복을 나타낸다. 초기에, 필름의 웨브 횡단 광학 두께 프로파일을 측정하였다. 측정한 데이터 점들이 도 10의 곡선(A)으로서 그려져 있다. 다음으로, 필름의 측정된 웨브 횡단 광학 두께 프로파일을 횡방향 신장 영역으로 매핑시켰다. 매핑된 프로파일에 응답하여, 표 4에 나타낸 파라미터에 따라 제1 반복에서 히터(1 내지 4)를 설정하였다. 결과적인 웨브 횡단 광학 두께 프로파일이 측정되었으며, 도 10의 곡선(B)으로서 나타나 있다. 그리고 나서, 제1 반복의 결과적인 광학 두께(도10의 곡선(B))가 제2 반복의 초기 두께 프로파일(도 11의 곡선(A))이 된다. 광학 두께 프로파일을 측정하는 단계와, 측정된 광학 두께 프로파일을 신장 영역으로 매핑시키는 단계와, 매핑된 프로파일에 응답하여 웨브 횡단 열분배 시스템을 조절하는 단계는 요구되는 최종 두께 프로파일에 도달할 때까지 반복되는 피드백 루프를 형성한다. 제2 반복에서, 히터(1 내지 4)를 표 5에 나타낸 파라미터에 따라 설정하였다. 결과적인 광학 두께 프로파일이 도 11의 곡선(B)으로서 그려져 있다. 이러한 과정이 표 6 및 표 7에서의 히터 설정에 의해 나타낸 바와 같은 2가지의 추가 반복을 통해서 반복되고, 두께 프로파일이 도 12 및 도 13에 그려져 있다. 한 세트의 4개의 재위치가능 선회 IR 히터가 완성된 필름의 광학 웨브 횡단 두께 프로파일에 미치는 협동 효과가 도 13의 곡선(B)에 의해 나타나 있다. 도 13의 곡선(B)은 대략 1300 ㎜ 내지 1850 ㎜의 범위에서 이러한 관심 범위에 위치된 한 세트의 4개의 재위치가능 가열 요소를 사용하여 평탄한 최종 두께 프로파일을 얻을 수 있음을 나타내고 있다. 1850 ㎜를 초과하는 웨브 횡단 지점의 "밸리(valley)"는 다이 볼트 조절과 같은 기타 수단에 의해 다루어질 수 있음을 주목해야 한다.
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Figure 112007087084716-pct00006
Figure 112007087084716-pct00007
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태에 따르지만, 본 발명의 상세 사항은 도면 및 상세한 설명에서 예로서 나타나 있다. 그러나, 본 발명은 본 발명을 설명된 특정 실시 형태들로 제한하는 것이 아님을 알아야 한다. 이와 반대로, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해 한정된 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 변형, 균등물 및 대안들을 포함하는 것이다.

Claims (16)

  1. 2축 연신 중합체 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 제어하는 방법으로서,
    a) 조절가능한 프로파일 웨브 횡단 열분배 시스템을 갖는 길이 연신기에서 필름을 신장시키는 단계와,
    b) 변형 영역을 갖는 텐터에서 필름을 후속적으로 변형시키는 단계와,
    c) 변형 영역의 하류의 지점에서 필름의 웨브 횡단 두께 프로파일을 측정하는 단계, 및
    d) 측정된 웨브 횡단 두께 프로파일에 응답하여 웨브 횡단 열분배 시스템을 조절하는 단계를 포함하는 웨브 횡단 두께 프로파일 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 변형 영역은 횡방향 신장 영역, 이완 영역 및 기계 방향 신장 영역으로부터 선택되는 웨브 횡단 두께 프로파일 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 조절 단계는 열분배를 제어하도록 적어도 하나의 채널 차단기를 선택적으로 위치시키는 것을 포함하는 웨브 횡단 두께 프로파일 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 조절 단계는 적어도 하나의 가열 요소의 출력을 선택적으로 제어하는 것을 포함하는 웨브 횡단 두께 프로파일 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 조절 단계는 적어도 하나의 선회가능 가열 요소를 선택적으로 위치시키는 것을 포함하는 웨브 횡단 두께 프로파일 제어 방법.
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