KR101841784B1 - 다층 중합체 필름의 교차-웨브 층 프로파일의 제어 - Google Patents

Abstract

복수의 슬롯(60)을 통해 복수의 중합체 층을 형성하고 - 복수의 층이 다층 중합체 유동 스트림을 발생시키기 위해 결합됨 -; 복수의 중합체 층을 형성하는 것과 관련하여 복수의 슬롯으로의 열 흐름을 제어하는 방법 및 장치. 다층 중합체 유동 스트림은 다층 필름을 발생시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 히터(54a, 54b)로부터 복수의 중합체 층을 형성하는 복수의 슬롯으로의 열 흐름을 제어함으로써 교차-웨브 층 두께 프로파일이 제어될 수 있다.

Description

다층 중합체 필름의 교차-웨브 층 프로파일의 제어 {CONTROLLING CROSS-WEB LAYER PROFILE OF MULTILAYER POLYMER FILM}

본 개시 내용은 다층 필름에 관한 것으로서, 상세하게는, 다층 중합 필름을 제조하는 장치 및 기법에 관한 것이다.

다층 중합 필름은 적절한 중합체 물질을 받고 나서 서로의 상부에 적층되는 복수의 개별 중합체 층을 갖는 다층 중합체 유동 스트림을 발생시키는 방식으로 연신시키도록 구성된 피드블록(feedblock) 장치를 포함하는 필름 라인(film line)을 통해 제조될 수 있다. 피드블록 장치에서 발생된 후에, 다층 유동 스트림은 하나 이상의 바람직한 특성을 갖는 다층 중합체 필름을 생성하기 위해 필름 라인을 따라 추가의 처리를 거칠 수 있다.

다층 중합 필름은 광범위한 광학적 및 물리적 특성을 나타낼 수 있고, 각종의 광학 및 비광학 응용에서 이용될 수 있다. 다층 필름의 광학적 및 물리적 특성은 개별 중합체 층의 조성, 필름의 개별 층의 총수, 및/또는 필름의 층 두께 프로파일을 비롯한 다수의 변수에 의존할 수 있다. 그에 따라, 필름 제조 공정 동안 이들 변수 중 하나 이상을 정밀하게 제어함으로써 다층 필름의 특성이 조정될 수 있다.

일반적으로, 본 개시 내용은 복수의 개별 중합체 층을 갖는 다층 유동 스트림으로부터 발생되는 다층 중합체 필름의 하나 이상의 특성을 제어하는 시스템, 디바이스 및 기법에 관한 것이다. 일부 실시 형태에서, 시스템, 디바이스 및 기법은, 예컨대, 다층 피드블록의 슬롯 다이 섹션 내의 하나 이상의 슬롯으로의 열 흐름을 제어함으로써, 제조 공정 동안, 예를 들어, 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일과 같은 다층 필름의 하나 이상의 교차-웨브 필름 특성을 제어하는 것에 관한 것이다. 각각의 슬롯은 다층 유동 스트림 - 다층 중합 필름을 발생시키기 위해 필름 라인 내에서 추가로 처리될 수 있음 - 을 발생시키기 위해 서로 결합되는 중합체 층들을 형성하기 위해 중합체 멜트 스트림의 흐름을 연신시키도록 구성되어 있을 수 있다. 하나 이상의 슬롯으로의 열 흐름을 제어함으로써, 각자의 슬롯 내에서의 중합체 멜트 스트림의 온도 및 압력이 각자의 슬롯에 의해 형성되는 중합체 층의 두께에 영향을 주는 방식으로 제어될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 다층 피드블록 내의 하나 이상의 슬롯에 선택적으로 열을 제공함으로써 열 흐름이 제어될 수 있다. 슬롯에 제공되는 열은 슬롯의 특정 부분으로의 유동을 증진시키는 방식으로 슬롯 내의 중합체 멜트 스트림에 온도 구배를 생성할 수 있고, 그로써 교차-웨브 방향에서 중합체 층의 두께에 영향을 미친다. 예를 들어, 슬롯 내에서의 멜트 스트림의 온도가 슬롯의 중앙에 가까운 다른 위치에 비해 슬롯의 가장자리에서 더 큰 온도 구배를 발생시키기 위해 하나 이상의 슬롯의 가장자리에 선택적으로 열이 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 온도 구배는 슬롯의 가장자리 쪽으로의 유동을 증진시킬 수 있고, 이는, 예컨대, 슬롯 내에서의 증가된 유동에 대응하는 교차-웨브 상의 위치에서 중합체 층의 상대 두께를 증가시킴으로써, 교차-웨브 방향에 대해 각자의 슬롯을 통해 발생되는 중합체 층의 두께 프로파일에 영향을 줄 수 있다. 이러한 방식으로, 다층 중합체 유동 스트림의 중합체 층을 형성하는 하나 이상의 슬롯으로의 열 흐름을 제어함으로써, 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일의 하나 이상의 측면이 제어될 수 있다. 주목할 만한 점은, 하나 이상의 슬롯의 가장자리에 인접하여 제공되는 열을 제어하는 것이 교차-웨브 방향에 대해 하나 이상의 중합체 층의 층 두께 프로파일 제어를 가능하게 해줄 수 있다는 것이다.

일 실시 형태에서, 본 개시 내용은 복수의 슬롯을 통해 복수의 중합체 층을 형성하는 단계 - 복수의 중합체 층이 다층 중합체 유동 스트림을 발생시키기 위해 결합됨 -; 및 복수의 중합체 층을 형성하는 것과 관련하여 복수의 슬롯으로의 열 흐름을 제어하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

다른 실시 형태에서, 본 개시 내용은 다층 중합체 유동 스트림을 발생시키기 위해 결합되는 복수의 중합체 층을 형성하도록 구성된 복수의 슬롯; 및 복수의 중합체 층을 형성하는 것과 관련하여 복수의 슬롯으로의 열 흐름을 제어하도록 구성된, 복수의 슬롯에 인접해 있는 적어도 하나의 히터를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

본 개시 내용의 하나 이상의 실시 형태의 상세가 첨부 도면 및 이하의 설명에 기술되어 있다. 본 개시 내용의 다른 특징, 목적 및 이점이 이 설명 및 도면으로부터, 그리고 특허청구범위로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은 다층 중합 필름을 제조하는 데 사용될 수 있는 예시적인 필름 라인을 나타낸 개략도.
도 2a 및 도 2b는 다층 중합체 유동 스트림을 발생할 수 있는 예시적인 피드블록을 나타낸 개략도.
도 3은 도 2a에 나타낸 라인 A-A'을 따른 도 2a 및 도 2b의 예시적인 피드블록의 단면도를 나타낸 개략도.
도 4는 다층 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 제어하는 예시적인 기법을 나타낸 예시적인 플로우차트.
도 5는 슬롯 다이 섹션에 열 흐름을 제공하는 것이 다층 필름에 미친 영향을 평가하기 위해 일련의 "범프" 테스트에 사용되는 예시적인 피드블록 구성을 나타낸 개념도.
도 6a 내지 도 14a는 다층 피드블록의 슬롯 다이 섹션의 일부분을 가열하는 것의 효과를 나타낸, 다양한 교차-웨브 위치에서의 다층 필름의 기준 층 두께 프로파일 및 실험 층 두께 프로파일의 그래프.
도 6b 내지 도 14b는 기준 층 두께 프로파일 및 실험 층 두께 프로파일 사이의 차이를 나타낸 도 6a 내지 도 14a에 각각 대응하는 그래프.
도 15는 열 흐름이 일련의 범프 테스트를 위해 열 흐름이 제공된 구역과 연관된 중합체 층에 미친 영향을 나타낸 그래프.
도 16 및 도 17은, 각각, 슬롯 다이 섹션으로의 열 흐름을 제공하는 경우와 제공하지 않는 경우의 예시적인 필름 라인에서 발생되는 다층 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일의 예시적인 변동을 나타낸 그래프.

본 개시 내용은 다층 중합 필름을 제조하는 시스템, 디바이스 및 기법에 관한 것이다. 일부 실시 형태에서, 이러한 다층 필름을 제조하는 것에 관련된 디바이스 및 기법은, 중합체 멜트 스트림으로부터 개별 중합체 층을 형성하도록 구성되어 있는 하나 이상의 슬롯에 제공되는 열 흐름을 제어함으로써, 다층 필름의 하나 이상의 특성 - 예컨대, 다층 필름의 층 두께 프로파일 등 - 을 제어하는 데 사용될 수 있다. 하나 이상의 슬롯을 통해 형성되는 개별 중합체 층은 다층 중합체 필름을 형성하기 위해 압출될 수 있는 다층 유동 스트림을 형성하기 위해 서로 결합될 수 있다. 어떤 경우에, 슬롯에 제공되는 열 흐름의 양은, 예컨대, 중합체 스트림으로부터 얻어지는 중합체 층의 두께가 영향을 받도록 슬롯 내의 중합체 멜트 스트림의 온도 및/또는 압력을 변경함으로써, 각자의 슬롯 내의 중합체 멜트 스트림의 거동에 영향을 줄 수 있다. 이러한 방식으로, 다층 중합체 필름의 층 두께 프로파일이 다층 유동 스트림의 개별 중합체 층을 형성하는 데 사용되는 하나 이상의 슬롯에 제공되는 열의 양에 의해 영향을 받을 수 있다.

일반적으로, 다층 중합 필름은 각각이 하나 이상의 유형의 중합체 물질을 포함하는 복수의 개별 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정의 다층 광학 필름은 고굴절률 중합체 물질과 저굴절률 중합체 물질이 교대로 있는 수백개의 개별 중합체 층을 포함할 수 있다. 이러한 중합체 층의 형성은 일반적으로 중합체 멜트 스트림의 형태로 되어 있는 적당한 중합체 물질들을 받고 중합체 물질들을 개별 중합체 층의 적층물을 포함하는 다층 중합체 유동 스트림으로 연신시키는 피드블록 장치를 통해 달성될 수 있다. 피드블록을 빠져나간 후에, 다층 유동 스트림은 이어서 다층 광학 필름을 발생시키기 위해 필름 라인 내에서 추가로 처리될 수 있다. 다층 광학 필름을 제조하도록 구성되어 있는 피드블록 및 필름 라인의 일례가 발명의 명칭이 "다층 광학 필름 제조 장치(APPARATUS FOR MAKING MULTILAYER OPTICAL FILMS)"인 Neavin 등의 미국 특허 제6,783,349호에 기술되어 있다.

예시를 위해, 본 개시 내용의 실시 형태는 일반적으로 다층 광학 중합체 필름을 제조하는 것과 관련하여 기술되어 있다. 그렇지만, 본 개시 내용의 실시 형태가 광학 중합체 필름으로 제한되지 않고 그 대신에 비광학 다층 중합체 필름(예컨대, 비광학 응용을 위해 설계된 다층 중합체 필름)도 포함할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

앞서 기술한 바와 같이, 다층 필름의 물리적 및/또는 광학적 특성들 중 하나 이상이 필름 내의 개별 중합체 층의 총수에 의존할 수 있다. 그에 따라, 어떤 경우에, 하나 이상의 원하는 특성을 갖는 필름을 생성하기 위해 제조 공정 동안 다층 필름 내의 층의 수가 제어될 수 있다. 예를 들어, 특정의 광학적 및/또는 물리적 특성을 달성하기 위해, 피드블록은 받은 중합체 멜트 스트림을, 원하는 수의 개별 중합체 층을 갖는 다층 유동 스트림을 발생시키는 방식으로 연신시키도록 설계될 수 있다.

게다가, 다층 광학 필름의 개별 층의 수를 제어하는 것에 부가하여, 다층 광학 필름을 구성하는 개별 중합체 층의 두께를 정밀하게 제어하는 것도 바람직할 수 있으며, 이들의 결합은 일반적으로 층 두께 프로파일, 또는 보다 상세하게는, 실질적으로 필름의 교차-웨브 방향에서 평가될 때 교차-웨브 층 두께 프로파일이라고 할 수 있다. 예를 들어, 다층 광학 필름의 하나 이상의 물리적 및/또는 광학적 특성은, 필름 내의 개별 층의 수에 부가하여, 다층 광학 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일에 의존할 수 있다. 어떤 경우에, 다층 필름을 전체에 걸쳐 층 두께의 선형 변동 또는 구배가 있도록, 다층 필름이 교차-웨브 층 두께 프로파일을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 다층 광학 필름 내의 층 두께의 목표 층 두께 프로파일로부터의 편차로 인해 필름의 성능이 열화될 수 있다.

적어도 상기 이유들로 인해, 피드블록에 의해 발생된 다층 유동 스트림의 층 두께 프로파일을 정밀하게 제어하는 것이 일반적으로 바람직하다. 제한된 수의 기법이, 피드블록의 설계에서든 제조 공정 자체에서든 간에, 적어도 부분적으로 다층 유동 스트림에서의 층 두께 프로파일의 제어 또는 "조정"을 제공하도록 구현될 수 있다. 어떤 일례에서, 피드블록 하우징의 정밀한 기계 가공을 통해 중합체 층의 교차-웨브 방향을 따라 차분 유동(differential flow)을 증진시키는 방식으로 피드블록 내에서의 유동 차원(flow dimension)을 정의함으로써 교차-웨브 층 두께 프로파일이 제어될 수 있다. 그렇지만, 이러한 접근방법은, 필름 제조 작업 동안 실질적으로 어떤 조정 기능도 제공하지 않는 것에 부가하여, 비용이 많이 들고 시간이 걸릴 수 있다.

그에 부가하여, 또는 대안적으로, 교차-웨브 층 두께 프로파일이 제조 공정과 연관된 처리 조건(예컨대, 선택된 중합체 물질, 중합체 멜트 온도, 피드블록의 온도, 및/또는 차분 피드블록 온도 등)에 기초하여 제어될 수 있다. 그렇지만, 교차-웨브 층 두께 프로파일을 이러한 방식으로 제어하는 것은, 다층 필름 내의 개별 층 및/또는 중합체 층의 그룹보다는, 다층 필름 내의 모든 중합체 층에 영향을 줄 수 있으며, 이는 다층 필름의 특성을 조정하는 데 필요한 정밀도로 교차-웨브 층 두께 프로파일을 제어하는 것을, 어떤 경우에 불가능하지는 않더라도, 어렵게 만들 수 있다.

다층 필름의 층 두께 프로파일을 제어 또는 "조정"하는 예시적인 기법은 Neavin 등의 미국 특허 제6,783,349호에 기술된 일례들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, Neavin은 부가의 열이 각자의 도관 내에 흐르는 멜트 스트림에 제공될 수 있게 해주는 구성으로 중합체 멜트 스트림을 피드블록 내의 슬롯으로 전달하는 도관에 인접하여 위치해 있는 하나 이상의 축방향 봉상 히터(axial rod heater)를 기술하고 있을 수 있다. 축방향 봉상 히터에 의해 제공되는 열은 국소적으로 중합체 점도를 떨어뜨리고 도관 내의 부가의 중합체 유동을 증진시킬 수 있다. 이러한 경우에, 피드블록에 의해 발생되는 다층 중합체 유동 스트림으로부터 제조되는 다층 필름의 층 두께 및/또는 광학 스펙트럼을 수정하기 위해 위치마다 부가되는 열의 양이 조정 및 제어될 수 있다.

어떤 경우에, 하나 이상의 도관에 제공되는 열은 슬롯의 전체 폭에 걸쳐 있는 하나 이상의 도관에 대응하는 중합체 층(들)에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 도관 내의 중합체 멜트의 유동을 증가시키는 것은 전체 교차-웨브 방향에 걸쳐 얻어지는 중합체 층의 두께에 영향을 줄 수 있다. 그렇지만, 이러한 기법은 층의 교차-웨브 방향에 대해 슬롯을 통해 형성되는 중합체 층의 두께의 적절한 제어를 제공하지 않을 수 있다.

도 1은 다층 중합체 필름을 제조하는 데 사용될 수 있는 예시적인 필름 라인(10)을 나타낸 개략도이다. 일반적으로, 필름 라인(10)은 하나 이상의 중합체 물질을 받고 받은 중합체 물질로 이루어진 복수의 개별 층을 갖는 다층 중합체 필름(예컨대, 다층 광학 필름 등)을 형성하기 위해 중합체 물질을 처리하도록 구성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 필름 라인(10)은 제1 압출기(12), 제2 압출기(14), 피드블록(16), 멀티플라이어(multiplier)(18), 압출 다이(20), 주조 휠(22), 연신 장치(24), 및 권취 롤(wind-up roll)(26)을 포함한다. 필름 라인(10)은 제1 압출기(12)에 대응하는 제1 중합체 물질(28) 또는 제2 압출기(14)에 대응하는 제2 중합체 물질(30)을 포함하는 개별 중합체 층을 갖는 다층 필름을 제조하는 데 사용될 수 있다.

제1 중합체 물질(28) 및 제2 중합체 물질(30)은, 각각, 제1 압출기(12) 및 제2 압출기(14)를 통해 그의 처리 온도(예컨대, 용융 및/또는 유리 전이 온도) 이상의 온도로 가열되고, 이어서 중합체 멜트 스트림의 형태로 피드블록(16)에 피드될 수 있다. 피드블록(16)은 제1 중합체 멜트 스트림(28) 및 제2 중합체 멜트 스트림(30) 둘 다를 다수의 중합체 층으로 분할하고, 이들은 이어서 서로 결합되어 다층 유동 스트림(32)을 형성한다. 다층 유동 스트림(32)은, 피드블록(16)을 빠져나갈 때, 선택적으로 층 멀티플라이어(18)에 피드될 수 있다. 멀티플라이어(18)는 다층 유동 스트림(32)을 2개 이상의 서브스트림으로 분할하고, 이어서 다층 유동 스트림(42) 내의 층의 수를 증가시키기 위해 하나의 서브스트림을 다른 서브스트림 상부에 적층시킨 후에 각자의 스트림들 중 하나 이상을 재결합시킬 수 있다.

멀티플라이어(18)로부터, 다층 유동 스트림(42)은 필름 압출 다이(20)에 들어간다. 필름 압출 다이로부터의 압출물(44) - 전형적으로 멜트 형태로 되어 있음 - 은 압출물(44)을 주조 휠(22)로 피닝하기 위해 하나 이상의 피닝 와이어를 지나 회전하는 주조 휠(22)에서 냉각된다. 어떤 경우에, 다층 유동 스트림(42)은, 예컨대, 광학층의 보다 매끄러운 압출을 가져오는 다이(20)의 벽 근방에서 발견되는 큰 응력 구배(stress gradient)를 소산시키기 위해, 하나 이상의 스킨층을 포함할 수 있다.

주조 휠(22)로부터, 다층 필름(46)이 연신 장치(24)에 의해 연신될 수 있다. 예를 들어, 연신 장치(24)는 필름(46)을 세로(기계) 방향으로 연신시킬 수 있는 길이 방향 연신 장치[풀 롤(pull roll) 등]를 포함할 수 있다. 다른 일례로서, 연신 장치(24)는 필름(46)을 가로(교차-웨브) 방향으로 연신시킬 수 있는 텐터(tenter)를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 연신 장치(24)는 필름(46)을 2축 연신시킬 수 있다(즉, 기계 방향 및 교차-웨브 방향 둘 다에서 연속적으로 또는 동시에). 필름(46)은 필름(46)에 대해 요망되는 특성에 의존하는 적절한 연신비(stretch ratio)에 따라 연신 장치에 의해 연신될 수 있다. 필름(46)은 이어서 연신 장치(24)로부터 권취 롤(26)에 수집될 수 있다. 이러한 방식으로, 필름 라인(10)은 제1 중합체 물질(28)을 포함하는 다수의 중합체 층 및 제2 중합체 물질(30)을 포함하는 다수의 중합체 층을 포함하는 다층 중합체 필름(46)을 제조하는 데 사용될 수 있다.

제1 중합체(28) 및 제2 중합체(30)는 다층 중합체 필름에 적당한 임의의 적절한 중합체를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제1 중합체(28) 및 제2 중합체(30)는, 각각, 필름(46)이 특정의 바람직한 광학적 및/또는 물리적 특성을 나타내도록 선택된 고굴절률 중합체 및 저굴절률 중합체를 포함할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 필름 라인(10)의 예시적인 피드블록(16)을 나타낸 개략도이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 피드블록(16)은 제1 및 제2 중합체 물질로부터 다층 유동 스트림(32)을 발생시키고, 제1 유동 채널(50), 제2 유동 채널(52), 복수의 제1 도관(56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f, 56g)[모두 합하여 "제1 도관(56)"이라고 함], 복수의 제2 도관(58a, 58b, 58c, 58d, 58e, 58f)[모두 합하여 "제2 도관(58)"이라고 함], 슬롯 다이 섹션(60), 도관 히터(62a, 62b)[모두 합하여 "도관 히터(62)"라고 함], 슬롯 다이 히터(54a, 54b)[모두 합하여 "슬롯 다이 히터(54)"라고 함], 및 압축 섹션(64)(도 2b에 도시되어 있지 않음)을 하우징(48) 내에 포함하고 있다.

제1 유동 채널(50) 및 제2 유동 채널(52)은, 각각, 제1 및 제2 압출기(12, 14)(도 1) - 각각, 제1 및 제2 중합체 멜트 스트림(28, 30)을 제1 및 제2 유동 채널(50, 52)에 공급함 - 와 유체 연통되어 있다. 제1 유동 채널(50)은 또한 제1 도관(56)과 유체 연통되어 있고, 제2 유동 채널(52)은 또한 제2 도관(58)과 유체 연통되어 있다. 제1 중합체 멜트는 제1 유동 채널(50) 내로부터 제1 도관(56)을 통해 슬롯 다이 섹션(60)으로 흐르고, 제2 중합체 멜트는 제2 유동 채널(52) 내로부터 제2 도관(58)을 통해 슬롯 다이 섹션(60)으로 흐른다. 도 2b에 예시된 바와 같이, 제1 도관(56)은 7개의 개별적인 제1 도관(56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f, 56g)을 포함하고, 제2 도관(58)은 6개의 개별적인 제2 도관(58a, 58b, 58c, 58d, 58e, 58f)을 포함한다. 각자의 개별적인 도관 각각은 피드블록(16)을 통해 발생되는 다층 유동 스트림(32) 내의 복수의 중합체 층의 개별 중합체 층에 대응할 수 있다. 그에 따라, 도 2a 및 도 2b의 일례에서, 피드블록(16)은 총 13개의 개별 중합체 층 - 7개의 중합체 층은 제1 중합체 물질을 포함하고 6개의 중합체 층은 제2 중합체 물질을 포함함 - 을 갖는 다층 유동 스트림(32)을 형성한다. 그렇지만, 이하에서 추가로 기술될 것인 바와 같이, 피드블록에 의해 형성되는 다층 유동 스트림(32)의 개별 층의 수가 이러한 수로 제한되지 않는다.

슬롯 다이 섹션(60)은 제1 도관(56) 및 제2 도관(58)과 유체 연통되어 있는 복수의 슬롯[도 3에 슬롯(70a 내지 70m)(모두 합하여 "슬롯(70)"이라고 함)으로 도시되어 있음]을 포함한다. 제1 및 제2 중합체 멜트 스트림은, 각각, 제1 도관(56) 및 제2 도관(58)으로부터 슬롯 다이 섹션(60)의 슬롯(70) 내로 흐른다. 각자의 멜트 스트림의 흐름은 개별 중합체 층을 형성하기 위해 슬롯(70)의 유동 차원에 따라 슬롯(70) 내에서 재연신된다. 일부 실시 형태에서, 슬롯 다이 섹션(60)의 슬롯(70)은 제1 및 제2 복수의 도관(56, 58)으로부터 중합체 물질을 받고 중합체 멜트를 슬롯 다이 섹션(60)의 폭 방향(x-방향)으로 대략 피드블록(16)을 빠져나가는 다층 유동 스트림(32)의 원하는 폭까지 확산시키도록 구성되어 있는 확장 매니폴드 섹션을 포함할 수 있다. 확장 매니폴드 섹션으로부터, 슬롯(70)은 슬롯 다이 섹션(60) 내에 개별 중합체 층을 형성하는 유동 경로를 추가로 정의한다.

슬롯 다이 섹션(60)을 빠져나갈 시에, 슬롯(70)을 통해 발생된 중합체 층은 압축 섹션(64)(도 2a에 도시됨) 내로 피드되고, 여기서 중합체 층은 서로 결합되어 다층 유동 스트림(32)을 형성하며, 중합체 층의 주평면은 대략 교차-웨브 방향(x-방향)으로 뻗어 있다 - 즉, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 층들이 대략 y-방향으로 적층된다 -. 압축 섹션(64)은 또한 다층 유동 스트림(32)의 두께를 감소시키기 위해 중합체 층을 가로 방향(y-방향)으로 압축할 수 있다. 압축 섹션(64)에서 압축된 후에, 피드블록(16)을 통해 발생된 다층 유동 스트림(32)은 다층 필름(46)을 형성하기 위해, 앞서 기술된 바와 같이, 필름 라인(16)에서 추가로 처리될 수 있다.

어떤 경우에, 제조된 다층 중합체 필름에 대해 요망되는 개별 층의 수에 따라, 피드블록(16)을 통해 발생된 다층 유동 스트림(32)은 압출 다이를 통해 처리되기 전에 유동 스트림에서의 중합체 층의 수를 증가시키기 위해 추가의 처리를 거치거나 거치지 않을 수 있다. 예를 들어, 피드블록(16)을 통해 발생된 다층 유동 스트림(32)은, 멀티플라이어(18)(도 1)에 의해 처리되지 않고, 압축 섹션(64)으로부터 압출기(20)(도 1)로 피드될 수 있다. 대안적으로, 예컨대, 피드블록(16)을 통해 발생되는 유동 스트림(32)에서의 층의 수가 제조 중인 다층 필름(46)에 대해 요망되는 양보다 작은 경우, 압출 다이(20)에 의해 처리되는 유동 스트림에서의 층의 수를 증가시키기 위해 다층 유동 스트림(32)이 멀티플라이어에 의해 처리될 수 있다.

도 2b에 예시된 바와 같이, 각자의 중합체 멜트 스트림을 슬롯 다이 섹션(60)의 슬롯(70) 내로 피드하는 제1 도관(56) 및 제2 도관(58)의 개별 도관이 피드블록(16)의 깊이(y-방향)를 따라 인터리브(interleave)되어 있을 수 있다. 그에 따라, 피드블록(16)을 통해 발생된 다층 유동 스트림(32)은 개별 중합체 층이 제1 중합체 물질과 제2 중합체 물질 사이에 실질적으로 교대로 있도록 형성된다. 어떤 경우에, 예컨대, 중합체 층을, 특히 고굴절률 중합체 층과 저굴절률 중합체 층 간에 교대로 있도록 함으로써, 다층 유동 스트림(32)으로부터 발생된 다층 필름(46)이 하나 이상의 바람직한 광학적 특성을 나타낼 수 있다. 도 2a 및 도 2b의 실시 형태가 피드블록(16)을 13개의 개별 중합체 층을 갖는 다층 유동 스트림(32)을 발생시키도록 구성되어 있는 것으로 예시하고 있지만, 실시 형태가 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 그 대신에, 일부 실시 형태에서, 피드블록(16)은 13개보다 많거나 그보다 적은 개별 중합체 층을 포함하는 다층 유동 스트림(32)을 발생할 수 있다. 예를 들어, 피드블록(16)은 다층 유동 스트림(32)에서의 개별 중합체 층의 수가 대략 50개 중합체 층 내지 대략 600개 중합체 층(예를 들어, 대략 100개 중합체 층 내지 대략 300개 중합체 층 등)의 범위에 있을 수 있도록 구성될 수 있다.

피드블록(16)을 빠져나갈 시에, 다층 유동 스트림(32)은 피드블록(16)의 슬롯(70)을 통해 형성된 유동 스트림(32) 내의 개별 중합체 층의 두께에 의해 정의되는 층 두께 프로파일을 나타낸다. 필름 라인(10)에서의 다층 유동 스트림(32)으로부터 도출되는 다층 필름(46)의 층 두께 프로파일은 부분적으로 다층 유동 스트림(32)이 나타내는 층 두께 프로파일에 의존할 수 있다. 예를 들어, 다층 유동 스트림(32)의 층 두께 프로파일에 대해 하나 이상의 변경이 행해지는 경우, 다층 필름(46)이 나타내는 층 두께 프로파일에 대한 하나 이상의 변경이 일어날 수 있다. 그 결과, 피드블록(16)을 통해 발생된 다층 유동 스트림(32)의 층 두께 프로파일을 제어함으로써 필름(46)의 층 두께 프로파일이 제어될 수 있다.

어떤 경우에, 다층 유동(32)의 교차-웨브 층 두께 프로파일이 피드블록(16)의 유동 정의 섹션[예컨대, 제1 및 제2 유동 채널(50, 52), 제1 도관(56), 제2 도관(58), 슬롯 다이 섹션(60)의 슬롯(70), 및 압축 섹션(64) 등]의 차원에 의해 영향을 받을 수 있다. 슬롯 높이 및/또는 길이, 도관 직경, 유동 채널 폭과 같은 파라미터는 특정의 층 두께 프로파일을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 특정의 압력 구배를 제공하기 위해 - 이 압력 구배는 차례로 다층 유동 스트림(32)의 층 두께 프로파일에 영향을 줄 수 있음 - 유동 채널(50, 52)의 단면적이 일정하게 유지되거나 변할 수 있다(예컨대, 면적의 증가 또는 감소). 이러한 방식으로, 하나 이상의 유동 정의 섹션의 차원이, 예컨대, 목표 층 두께 프로파일에 기초하여, 피드블록(16)을 통해 발생된 다층 유동 스트림의 층 두께 분포에 영향을 주도록 설계될 수 있다. 그렇지만, 앞서 기술한 바와 같이, 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 제어하기 위해 이러한 접근방법을 사용하는 것은 비용이 많이 들고 시간이 걸릴 수 있는 반면, 필름 제조 작업 동안 실질적으로 어떤 조정 기능도 제공하지 않는다.

그에 부가하여, 또는 대안적으로, 피드블록(16)은, 다층 유동(32)의 교차-웨브 층 두께 프로파일에 영향을 주기 위해, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 도관(56) 및/또는 제2 도관(58)에 인접하여 위치해 있는 도관 히터(62)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도관 히터(62)는 제1 및 제2 도관(56, 58)의 어느 한쪽에 있는 피드블록(16)을 관통하는 구멍에 배치된 하나 이상의 카트리지 히터(cartridge heater)(축방향 봉상 히터라고 함)를 포함할 수 있다. 이러한 배향에서, 도관 히터(62)는 열을 제1 및 제2 도관(56, 58)에 선택적으로 제공할 수 있고, 따라서, 중합체 멜트가 제1 및 제2 도관(56, 58) 내에서 유동한다. 이러한 방식으로, 도관 히터(62)는 다층 유동(32)의 층 두께 프로파일에 영향을 주기 위해, 도관 히터(62)를 통해 제공된 열의 양에 기초하여, 제1 및 제2 도관(56, 58) 내에서 유동하는 중합체 멜트의 온도 및 압력을 제어하는 데 사용될 수 있다. 그렇지만, 도관 히터(62)에 의해 제공되는 제어의 범위가 본 명세서에서 앞서 기술된 것을 비롯한 각종의 이유로 제한될 수 있다.

주목할 만한 점은, 일부 실시 형태에서, 피드블록(16)이 열이 슬롯 다이 섹션(60)의 일부 또는 전부에 선택적으로 제공될 수 있게 해주는 방식으로 구성될 수 있다는 것이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 피드블록(16)은, 예컨대, 열을 슬롯 다이 섹션(60)에 선택적으로 제공함으로써 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름을 제어하도록 구성되어 있는, 슬롯 다이 섹션(60)에 인접해 있는 슬롯 히터(54)를 포함한다. 이러한 구성에서, 슬롯 히터(54)에 의해 제공되는 열은 슬롯 다이 섹션(60)의 특정 부분의 온도 및 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 슬롯(70) 내의 중합체 멜트의 압력을 제어하는 데 사용될 수 있고, 그로써 하나 이상의 슬롯(70) 내의 중합체 멜트의 유동 특성에 그리고, 어떤 경우에, 슬롯 다이 섹션(60)의 슬롯을 통해 형성된 하나 이상의 층의 층 두께 프로파일에 영향을 준다.

도 3은 도 2a에 나타낸 라인 A-A'을 따른 도 2a 및 도 2b의 예시적인 피드블록(16)의 단면도를 나타낸 개략도이다. 상세하게는, 도 3은 슬롯 다이 섹션(60)의 슬롯(70) 및 피드블록(16)의 하우징(48) 내에서 슬롯 다이 섹션(60)에 대한 슬롯 히터(54a, 54b)의 구성을 추가로 예시하고 있다.

슬롯 다이 섹션(60)은, 앞서 기술한 바와 같이, 제1 도관(56) 및 제2 도관(58)으로부터 받은 중합체 물질로부터 13개의 개별 중합체 층을 형성하는 13개의 개별 슬롯(70a 내지 70m)을 포함한다. 구체적으로는, 슬롯(70a)은 제1 도관(56a)으로부터 받은 제1 중합체 멜트 스트림(28)으로부터 중합체 층을 형성하고, 슬롯(70b)은 제2 도관(58b)으로부터 받은 제2 중합체 멜트 스트림(30)으로부터 중합체 층을 형성하며, 슬롯(70c)은 제2 도관(58b)으로부터 받은 제1 중합체 멜트 스트림(28)으로부터 중합체 층을 형성하고, 슬롯(70d)은 제2 도관(58b)으로부터 받은 제2 중합체 멜트 스트림(30)으로부터 중합체 층을 형성하며, 슬롯(70e)은 제1 도관(58c)으로부터 받은 제1 중합체 멜트 스트림(28)으로부터 중합체 층을 형성하고, 이하 마찬가지이다. 일반적으로, 각각의 슬롯(70)의 차원[예컨대, 슬롯(70a)의 길이(72) 및 폭(74)]은 각자의 중합체 층을 형성하는 슬롯 내에서의 각자의 중합체 멜트 스트림의 유동을 정의하고, 피드블록(16)을 통해 발생된 다층 유동 스트림(32) 내에서 교차-웨브 방향에서의 중합체 층의 두께 프로파일에 영향을 줄 수 있다. 도시된 바와 같이, 슬롯(70)은 교차-웨브 방향에서 다층 유동 스트림(32)의 중심에 대응하는 중심축(76)을 따라 정렬되어 있을 수 있다.

슬롯 히터(54a, 54b)는, 각각, 피드블록(16)의 하우징(48) 내에서 슬롯 다이 섹션(60)의 제1 플레이트 가장자리(78a) 및 제2 플레이트 가장자리(78b)[모두 합하여 "플레이트 가장자리(78)"라고 함]에 인접해 있고, 실질적으로 슬롯 다이 섹션(60)의 전체 길이에 걸쳐 또는 층 평면에 수직인 방향에서 슬롯(70)을 포함하는 슬롯 다이 섹션의 적어도 길이에 걸쳐 뻗어 있다. 슬롯 히터(54)가 슬롯 다이 섹션(60)에 근접해 있는 것은 슬롯 히터(54)가 열을 슬롯 다이 섹션(60)에 제공함으로써 슬롯 다이 섹션(60) 내의 하나 이상의 슬롯(70) 내에서의 중합체 멜트의 온도 및 압력에 영향을 줄 수 있게 해준다.

일부 실시 형태에서, 플레이트 가장자리(78)에 인접해 있는 슬롯 히터(54)의 위치는 슬롯 히터(54)가, 슬롯 다이 섹션(60)의 가장자리(78)로부터 중심 쪽으로 연장해 있는 온도 구배를 생성하는 방식으로, 국소화된 열을 슬롯 다이 섹션의 가장자리(78)에 가할 수 있게 해준다. 그 결과, 슬롯 히터(56)를 통해 제공된 열로 인해 하나 이상의 슬롯(70) 내에서의 중합체 멜트의 온도가 각자의 슬롯의 가장자리에서[즉, 플레이트 가장자리(78a 또는 78b)에 가장 가까운 슬롯(70)의 부분에서] 각자의 슬롯의 중심에 가까운 중합체 멜트의 온도보다 더 클 수 있고, 그로써 중심과 비교하여 각자의 슬롯의 가장자리로의 중합체 멜트 유동을 더 증진시킨다. 이러한 방식으로, 슬롯 히터(54)를 통해 슬롯 다이 섹션(60)에 제공된 열은 교차-웨브 방향에서 층(들)의 중심에 대해 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 슬롯(70)에 의해 형성된 하나 이상의 중합체 층의 두께를 제어하는 데, 보다 일반적으로는, 다층 유동 스트림(32)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 제어하는 데 사용될 수 있다. 이러한 제어는 교차-웨브의 중심에 대해 대략 대칭인 교차-웨브 층 두께 프로파일을 가질 수 있는 멀티플라이되지 않은 다층 필름에 특히 유용할 수 있다.

슬롯 히터(54)는, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 슬롯(70)에 열을 제공하는 데 적당한 임의의 유형의 히터 - 예컨대, 슬롯 다이 섹션(60)에 인접해 있는 피드블록(16) 내의 하나 이상의 구멍 내에 들어가도록 형성된 카트리지형 히터[예컨대, 봉상 및/또는 연필 히터(pencil heater)] - 를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 슬롯 히터(54)는 슬롯 다이 섹션(60) 내에서의 더 나은 온도 제어를 제공하기 위해 슬롯 다이 섹션(60)에 조정가능한 열 흐름을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 히터(54)에 의해 슬롯 다이 섹션(60)에 제공되는 열의 상대적 양은 각자의 히터에 제공되는 전력의 상대적 양에 의존할 수 있다. 이러한 경우에, 히터(54a 및/또는 54b)에 의해 슬롯 플레이트(60)에 제공되는 열의 양은 각자의 히터에 공급되는 전력을 조정함으로써 조정될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 슬롯 히터(54)는 슬롯 다이 섹션(60)에 대해 생성된 다수의 온도 제어 구역에 따라 슬롯 다이 섹션(60)의 길이(y-방향)를 따라 열을 선택적으로 제공할 수 있다. 예를 들어, 슬롯 히터(54)는 열 흐름이, 슬롯 다이 섹션(60)의 가장자리(78a) 전체를 따라서보다는, 슬롯(70a, 70b)에 인접해 있는 가장자리(78a)의 일부분에만 개별적으로 제공될 수 있도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 슬롯 히터(54)는, 슬롯 다이 섹션(60) 내의 모든 슬롯(70)보다는, 각자의 슬롯(70a, 70b) 내에 생성된 중합체 층의 두께에 영향을 주기 위해 주로 슬롯(70a, 70b) 내에서 온도 구배를 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 슬롯 히터(54)는, 슬롯 다이 섹션(60)의 특정의 섹션에만 열을 제공함으로써 및/또는 슬롯 다이 섹션(60)의 개별적인 섹션에 다양한 양으로 열을 제공함으로써, 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름을 제어할 수 있다.

슬롯 다이 섹션(60)의 길이를 따라 다수의 온도 제어된 구역을 생성하기 위해, 슬롯 히터(54)는, 그의 길이를 따른 전기 저항의 변화에 의해, 다중-구역 제어에 의해, 또는 기술 분야에 공지된 임의의 다른 적당한 수단에 의해, 그의 길이를 따라 온도 구배 또는 다수의 이산 온도를 제공할 수 있는 임의의 유형의 히터를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 슬롯 히터(54a) 및 슬롯 히터(54b)는, 각각, 슬롯 다이 섹션(60)의 전체 길이의 일부분에만 개별적으로 뻗어 있는, 가장자리(78a, 78b)에 인접해 있는 다수의 개별 히터를 포함할 수 있다. 이들 개별 히터 각각은 서로 독립적으로 또는 반독립적으로 슬롯 다이 섹션(60)의 특정의 부분에 열을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 슬롯 히터(54)는 슬롯 다이 섹션(60)의 길이를 따라 다수의 온도 제어 구역을 생성할 수 있고, 이 때 다른 제어 구역과 분리되어 있는 제어 구역에 대응하는 슬롯 다이 섹션(60)의 부분에 열이 제공될 수 있다. 일반적으로, 슬롯 히터(54)에 의해 더 많은 온도 제어 구역이 제공될수록, 슬롯 다이 섹션(60) 내에서의 온도가 더 정밀하게 제어될 수 있으며, 그로써 교차-웨브 층 두께 프로파일의 보다 정밀한 제어가 가능하게 된다.

슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 슬롯(70) 내에 슬롯 히터(54)에 의해 생성된 온도 구배는 적어도 부분적으로 히터(54)로부터 슬롯 다이 섹션(60)에 공급되는 열의 양에 의존한다. 게다가, 온도 구배는 각자의 슬롯 내에서의 중합체 멜트의 특성에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 제1 중합체 물질(28)의 열 용량이 제2 중합체 물질(30)의 열 용량과 상이한 경우, 제1 중합체 멜트 스트림이 들어 있는 슬롯 내에서의 온도 구배가 제2 중합체 멜트 스트림이 들어 있는 슬롯 내에서의 온도 구배와 상이할 수 있다. 어느 경우든지, 슬롯 히터(54)는 한 슬롯 또는 슬롯의 일부분으로의 흐름을 다른 슬롯보다 증진시키기에 충분한 하나 이상의 슬롯의 길이를 따라 중합체 멜트에 온도 구배를 발생할 수 있는 양의 열을 제공할 수 있다.

도 4는 다층 중합체 유동 스트림을 발생시키도록 구성된 피드블록 내의 하나 이상의 슬롯으로의 열 흐름을 제어함으로써 다층 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 제어하는 예시적인 기법을 나타낸 플로우차트이다. 이러한 기법은, 예를 들어, 도 1의 필름 라인(10)을 통해 발생되는 다층 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 제어하는 데 이용될 수 있다.

필름 제조 작업 동안, 다층 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일이 임의의 적당한 수단(80)을 통해 측정될 수 있다. 예를 들어, 필름 라인(10)은 실질적으로 연속적인 또는 주기적인 방식으로 다층 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일의 전부 또는 일부분을 측정하도록 구성되어 있는 모니터링 디바이스(86)(도 1)를 연신 장치(24)와 권취 롤(26) 사이에 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 모니터링 디바이스(86)는, 예컨대, 필름(46)의 물리적 두께를 측정함으로써, 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 직접 결정할 수 있다. 예를 들어, 필름의 물리적 두께의 측정은 미국 뉴저지주 모리스타운 소재의 Honeywell International, Inc.로부터 상표명 Measurex로 입수가능한 것과 같은 온라인 트래버싱 베타 게이지 스캔 디바이스(online traversing beta gauge scanning device)를 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. 이러한 게이지는, 예를 들어, 미국 캘리포니아주 어윈데일 소재의 NDC Infrared Engineering로부터 구매가능하다 그에 부가하여, 또는 대안적으로, 모니터링 디바이스(86)는, 예컨대, 교차-웨브 방향에 대해 필름(46)의 광학적 특성을 측정함으로써, 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 간접적으로 결정할 수 있다. 필름(46)의 하나 이상의 광학적 특성이 필름(46)의 층 두께 프로파일에 의존할 수 있기 때문에, 필름(46)의 층 두께 프로파일이 이러한 광학적 특성의 측정에 기초하여 측정될 수 있다. 어느 경우든지, 모니터링 디바이스(86)는 적어도 본 명세서에 기술된 바와 같이 슬롯 히터(54)를 통해 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름을 제어하는 데 필요한 정도까지 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 결정하도록 구성될 수 있다.

모니터링 디바이스(86)를 통해 측정된 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일에 기초하여, 예컨대, 측정된 프로파일을 목표 프로파일과 비교함으로써, 필름(46)의 측정된 교차-웨브 두께 프로파일의 목표 교차-웨브 층 두께 프로파일로부터의 하나 이상의 편차가 존재하는지가 판정될 수 있다(80). 목표 교차-웨브 층 두께 프로파일은 하나 이상의 원하는 광학적 및/또는 물리적 특성을 나타내는 필름이 갖는 교차-웨브 층 두께 프로파일을 정의할 수 있다. 그에 따라, 필름(46)의 측정된 교차-웨브 층 두께 프로파일이 목표 프로파일과 부합하거나 적어도 특정의 허용오차 내에 있는 경우, 필름(46)은 하나 이상의 원하는 광학적 및/또는 물리적 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 경우에, 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름을 비롯한 필름 라인(10)의 기존의 제어가능 파라미터가 그의 현재 설정에 유지될 수 있고, 모니터링 디바이스(86)는, 목표 프로파일로부터의 편차로서 특징지워질 수 있는 프로파일에 대한 임의의 변경을 식별하기 위해, 교차-웨브 층 두께 프로파일을 계속하여 측정할 수 있다.

그렇지만, 측정된 교차-웨브 층 두께 프로파일이 목표 프로파일로부터 벗어난 것으로 판정되는 경우, 예컨대, 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 목표 프로파일과 부합하도록 "조정"하기 위해, 복수의 슬롯(70)을 포함하는 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름이 적어도 부분적으로 프로파일 편차에 기초하여 제어될 수 있다(84). 목표 프로파일로부터의 하나 이상의 편차가 존재할 때, 필름(46)은 목표 프로파일에 대응하는 하나 이상의 바람직한 특성을 나타내지 않을 수 있고 및/또는 심지어 하나 이상의 바람직하지 않은 특성을 나타낼 수 있다. 적어도 앞서 기술된 이유로 인해, 슬롯 다이 섹션(60)에 열 흐름을 제공하는 것은 각자의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 비롯한 다층 유동 스트림(32) 및 필름(46)의 하나 이상의 특성에 영향을 줄 수 있다. 이 관계를 사용하여, 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 목표 프로파일과 부합하도록 조정하기 위해 하나 이상의 히터(54)를 통해 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름을 제어함으로써 교차-웨브 층 두께가 조절 또는 "조정"될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름을 제어하는 것(84)은 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 부분으로의 열 흐름을 개시하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 슬롯(70)에 영향을 주는 하나 이상의 온도 제어 구역과 연관된 하나 이상의 히터(54)에 적절한 양의 전력을 공급함으로써 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름이 개시될 수 있다. 슬롯 다이 섹션(60)에 제공되는 새로운 열 흐름은, 예컨대, 하나 이상의 영향을 받는 슬롯(70)의 인접한 가장자리 쪽으로의 중합체 멜트 유동을 증진시킴으로써, 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 목표 프로파일과 부합하도록 조정하는 방식으로, 영향을 받는 슬롯(70) 내의 중합체 멜트의 하나 이상의 특성에 영향을 준다.

그에 부가하여, 또는 대안적으로, 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열 흐름을 제어하는 것(84)은 하나 이상의 히터(54)를 통해 슬롯 다이 섹션(60)에 이미 공급되고 있는 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 부분으로의 열 흐름을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 히터에 의해 발생되는 열을 증가 또는 감소시키기 위해 히터(54)에 공급되는 전력을 적절히 조정함으로써 열 흐름이 증가 또는 감소될 수 있다. 이러한 열 흐름 조정은, 예컨대, 하나 이상의 영향을 받는 슬롯(70)의 인접한 가장자리 쪽으로의 중합체 멜트 유동을 증진 또는 억제시킴으로써, 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 목표 프로파일과 부합하도록 조정하는 방식으로, 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 슬롯(70) 내의 중합체 멜트 유동의 하나 이상의 특성에 영향을 주도록 구성될 수 있다.

그에 부가하여, 또는 대안적으로, 슬롯 다이 섹션(60)으로의 열을 제어하는 것(84)은 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 부분으로의 열 흐름을 종료시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 히터가 슬롯 다이 섹션(60)에 제공하고 있는 열 흐름을 종료시키기 위해 하나 이상의 히터(54)가 꺼질 수 있다. 하나 이상의 히터(54)로의 열 흐름의 종료는 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 목표 프로파일과 부합하도록 조정하는 방식으로, 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 슬롯(70) 내의 중합체 멜트 유동의 하나 이상의 특성에 영향을 주도록 구성될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 히터(54)를 통해 슬롯 다이 섹션(60)에 제공되는 열 흐름이 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일에 미치는 영향을 조정하기 위해 하나 이상의 조치가 취해질 수 있다. 예를 들어, 열 흐름이 교차-웨브 층 두께 프로파일에 영향을 미치는지를 판정하고, 미치는 경우, "범프"가 교차-웨브 프로파일에 대해 갖는 변경의 위치 및/또는 크기를 결정하기 위해, 교차-웨브 층 두께 프로파일을 모니터링하면서 특정의 열 흐름이 하나 이상의 히터(54)에 의해 슬롯 다이 섹션(60)의 하나 이상의 부분에 제공되는 하나 이상의 "범프" 테스트가 수행될 수 있다. 하나 이상의 "범프" 테스트의 결과는 이어서 목표 프로파일로부터의 특정의 편차를 적절히 해결하기 위해 열 흐름이 어떻게 제어될 수 있는지를 결정하는 데 이용될 수 있다.

부분적으로 필름 라인(10)의 구성에 따라, 슬롯 다이 섹션(60)에 제공되는 열 흐름이 하나 이상의 적당한 제어 기법을 통해 수동으로 및/또는 자동으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 필름 작업 동안, 예컨대, 히터(54)에 공급되는 전력의 양을 수동으로 조정함으로써, 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일에 영향을 주기 위해, 한명 이상의 사람 조작자가 히터(54)를 통해 슬롯 다이 섹션(60)에 제공되는 열 흐름을 수동으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 한명 이상의 조작자가 교차-웨브 층 두께 프로파일을 목표 프로파일에 맞춰 조정하기 위해 시행 착오 기법에 기초하여(예컨대, 열 흐름에 대한 하나 이상의 경험에 의한 조정을 하고 조정으로부터 얻어지는 교차-웨브 층 두께 프로파일에 대한 변경을 모니터링함으로써) 슬롯 다이 섹션(60)에 제공되는 열 흐름을 제어할 수 있다. 어떤 경우에, 한명 이상의 조작자는 조정 테스트 및/또는 이전의 필름 작업 동안 수집된 정보에 기초하여 슬롯 다이 섹션(60)에 제공되는 열 흐름을 제어할 수 있다.

그에 부가하여, 또는 대안적으로, 적절한 제어 기법을 구현하는 하나 이상의 자동화된 제어 시스템이 슬롯 다이 섹션(60)에 제공되는 열 흐름을 자동으로 또는 반자동으로 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 필름 라인(10)은 피드블록 내의 개별 가열 구역을 제어하는 표준 PID(proportional-integral-derivative)형 조정 루프에 대한 입력 파라미터로서 필름(46)의 현재의 광학적 특성과 원하는 광학적 특성과의 차이를 링크시키는 제어 디바이스를 추가로 포함할 수 있다. 그에 부가하여 또는 대안적으로, 필름의 하나 이상의 물리적 특성(예컨대, 필름 두께)에 기초하여 동작하는 유사한 제어 디바이스가 포함될 수 있다.

하나 이상의 슬롯으로의 열 흐름을 제어함으로써 다층 필름의 하나 이상의 특성을 제어하는 시스템, 디바이스 및 기법의 특정의 실시 형태가 본 명세서에 기술되어 있지만, 본 개시 내용의 범위가 그것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 피드블록(16)이 슬롯 다이 섹션(60)의 양 측면에 인접해 있는 히터(54a, 54b)를 포함하는 것으로 기술될 수 있지만, 일부 실시 형태에서, 피드블록(16)은, 슬롯 다이 섹션(60)의 양쪽 가장자리보다는, 슬롯 다이 섹션(60)의 한쪽 가장자리에[예컨대, 히터(54a)에만] 인접하여 열 흐름을 제공할 수 있는 소스만을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 히터(54a)는 여전히 필름(46)의 교차-웨브 층 두께 프로파일 제어에 영향을 미치는 방식으로 슬롯 다이 섹션(60)에 열 흐름을 제공할 수 있지만, 영향의 범위는 슬롯 다이 섹션(60)의 양쪽 측면에 히터를 이용하는 실시 형태보다 더 제한될 수 있다.

본 개시 내용에 기술된 기법은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어로 구현될 때, 소프트웨어는 마이크로프로세서, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array), 또는 DSP(digital signal processor), 또는 다른 등가의 집적 또는 이산 논리 회로와 같은 하나 이상의 프로세서를 지칭할 수 있는 프로세서에서 실행될 수 있다. 기법을 실행하는 명령어를 포함하는 소프트웨어는 처음에 컴퓨터 판독가능 매체에 저장되어 있고 프로세서에 의해 로드되어 실행될 수 있다. 그에 따라, 본 개시 내용은 또한 프로세서로 하여금 본 개시 내용에 기술된 각종의 기법 중 임의의 기법을 수행하게 하는 명령어를 포함하는 컴퓨터 판독가능 매체를 생각하고 있다. 어떤 경우에, 컴퓨터 판독가능 매체는 제조업체에 판매되고 및/또는 디바이스에서 사용될 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품의 일부를 형성할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있고, 어떤 경우에, 패키징 물질도 포함할 수 있다.

실시예

피드블록 내의 슬롯 다이 섹션의 선택된 부분에 열을 제공하는 것이 다층 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일에 미치는 영향을 평가하기 위해 일련의 테스트가 수행되었다. 도 1의 필름 라인(10)과 동일하거나 유사하게 구성된 필름 라인이 CoPen(폴리에틸렌 나프탈레이트의 공중합체)과 SA115(미국 테네시주 킹스포트 소재의 Eastman Chemical로부터 입수가능한 PC:PCTg 합금)이 교대로 있는 275개 중합층을 갖는 다층 필름을 제조하는 데 사용되었다. 필름 라인은 다층 필름이 유도되는 다층 중합체 유동을 발생한 도 2a 및 도 2b의 피드블록(16)과 실질적으로 유사한 피드블록을 포함하였다. 도 2a 및 도 2b의 피드블록(16)과 달리, 테스트에 사용된 피드블록은 각자의 층을 형성하기 위해 275개 개별 슬롯을 포함하는 슬롯 다이 섹션을 사용하여 275개 중합체 층을 갖는 다층 중합체 유동을 발생시키도록 구성되었다. 주목할 만한 점은, 발생된 다층 유동 스트림이 얻어지는 다층 필름 내의 층을 증가시키기 위해 멀티플라이어 디바이스를 통해 처리되지 않았고 그 대신에 다층 필름 내의 중합체 층의 수가 피드블록에 의해 발생된 다층 유동 스트림에서의 중합체 층의 수와 실질적으로 동일했다는 것이다.

도 5는 연필 히터에 의해 슬롯 다이 섹션의 가장자리에 제공되는 열이 다층 필름의 교차-웨브 프로파일에 미치는 영향을 테스트하는 데 사용되는 피드블록 구성을 나타낸 개념도이다. 앞서 기술한 바와 같이, 필름 라인은 275개 중합체 층을 갖는 다층 필름을 발생시키도록 구성되었다. 피드블록은 슬롯 다이 섹션의 양쪽 가장자리에 근접하여 있는 다수의 연필 히터를 포함하였다. 각각의 연필 히터는 각자의 히터에 공급되는 전력의 양에 기초하여 슬롯 다이 섹션에 열 흐름을 제공하도록 구성되었다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 슬롯 다이 섹션과 관련하여 각자의 히터의 구성은 275개 전체 층들 중 총 55개 층에 대략 대응하는 6개의 온도 제어 구역(Z-1 내지 Z-6)을 가능하게 해주었다. 6개의 온도 제어 구역에 기초하여, 열 흐름의 제공이 얻어지는 다층 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일에 미치는 영향을 결정하기 위해 일련의 "범프" 테스트가 수행되었다. 이하의 표 1은 수행된 각각의 테스트에 대한 조건을 요약한 것이다.

[표 1]

표 1에 열거된 각각의 테스트 조건에 대해, 시스템이 각자의 테스트 조건 하에서 정상 상태에 도달한 후에, 슬롯 다이 섹션에 근접해 있는 히터에 의해 제공된 열이 다층 필름에 미치는 영향을 결정하기 위해 다층 필름의 샘플이 추출되었다. 각각의 샘플에서, 필름의 두께 프로파일이 필름의 교차-웨브 방향으로 9개의 개별 위치에서 측정되었다. 상세하게는, 두께 프로파일이 개략적인 교차-웨브 중심선에 대해 (도 5에 나타낸 바와 같이) S 방향 및 N 방향 둘 다에서 약 68.6 ㎝(약 27인치), 약 50.8 ㎝(약 20인치), 약 34.3 ㎝(약 13.5 인치), 약 17.8 ㎝(약 7인치)의 거리에서 측정되었다. 각각의 위치에서의 두께 프로파일이 이어서 테스트의 시작 이전에 측정되었던 각자의 위치에 대한 기준 두께 프로파일 - 중심이 대략 400 내지 900 나노미터에서 평탄한 스펙트럼 응답을 나타내도록 조정되어 있음 - 과 비교되었다.

도 6a 내지 도 14a는 슬롯 다이 섹션 가장자리에 열이 제공되었을 때의 각자의 기준 두께 프로파일(100a 내지 100i) 및 필름의 교차-웨브 상의 각자의 위치 각각에 대해 표 1에 열거된 테스트 번호 1(즉, 구역 5에서 33% 전력)에 대해 측정된 각자의 실험 두께 프로파일(102a 내지 102i)의 그래프이다. 이하의 표 2는 도 6a 내지 도 14a 각각에 대한 교차-웨브 측정 위치를 요약한 것이다.

[표 2]

도 6b 내지 도 14b는, 각각, 도 6a 내지 도 14a에 대응하는 각자의 위치 각각에 대해 필름의 층 수에 대한 기준 프로파일과 실험 두께 프로파일 간의 퍼센트 차이(106a 내지 106i)를 나타낸 그래프이다.

도 6a 내지 도 14a 및 도 6b 내지 도 14b에 예시된 바와 같이, 슬롯 봉상 히터를 통해 슬롯 다이 섹션의 가장자리에 제공되는 열은 필름의 층 두께 프로파일을 기준 프로파일로부터 변화시켰다. 두께 프로파일에 대한 변화는 층 185 내지 층 205에 대략 대응하는 구역 5(즉, 슬롯 다이 섹션의 가장자리에 열이 제공되었던 구역)에 대응하는 층에서 특히 두드러졌다. 게다가, 결과는 또한 변화의 크기가 열이 제공된 슬롯 가장자리에 가장 가까운 교차-웨브 위치(즉, N-방향에서 중심으로부터 대략 27 인치에 있는 측정 위치)에서 가장 컸고 위치가 교차-웨브 상의 반대쪽 위치 쪽으로 가면서 감소되었다는 것을 나타낸다.

표 1에 열거된 각각의 나머지 범프 테스트(즉, 테스트 번호 2 내지 9)에 대해 이 프로세스가 반복되었다. 각각의 조건 집합이 다층 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일에 미치는 영향의 크기 및 면적을 결정하기 위해 각자의 테스트 각각의 결과가 이어서 테스트 번호 1의 결과와 유사하게 분석되었다.

도 15는 제공된 열 흐름이 각각의 테스트에서 열 흐름이 제공된 구역과 연관된 층에 미친 영향을 나타낸 그래프이다. 상세하게는, 라인(108, 110, 112)은, 각각, 히터에 공급되는 33%, 66%, 99% 전력에 대응하는 열 흐름이 교차-웨브 위치에 대한 각자의 구역과 연관된 특정의 층에 미치는 영향의 그래프이다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 각각의 경우에, 슬롯 다이 섹션에 제공된 열 흐름은 열이 제공된 구역과 연관된 다층 필름 내의 특정의 층에 영향을 미쳤다. 일반적으로, 각각의 층의 두께가 측정된 기준 두께에 비해 증가되었고, 열이 제공된 교차-웨브 가장자리로부터 반대쪽 교차-웨브 가장자리 쪽으로 가면서 두께 증가의 크기가 감소되었다. 게다가, 결과는 열 흐름이, 예컨대 33%에서 66%로 99%로 증가됨에 따라 열 흐름이 층 두께에 미치는 영향이 더 컸다는 것을 나타낸다.

도 15에 나타낸 실험 데이터를 사용하여, 곡선(114, 116, 118)으로 각각 도시되어 있는 다항식 곡선을 라인(108, 110, 112)으로 근사화시키는 데 2단계 2승 회귀(two step, second power regression)가 사용되었다. 실험 데이터에 맞춰 근사화된 2차 다항식 곡선(114, 116, 118)에 기초하여, 곡선(114, 116, 118)을 정의하는 2차 다항식의 계수가 전력 설정("범프" 테스트에서의 33%, 66% 및 99%)에 의존적이도록 되어 있는 관계가 식별되었다. 이러한 관계는 교차-웨브 방향에 대한 두께 변화의 크기 및 영향의 깊이가 하나의 제어 입력 변수(즉, 각각의 구역에 대한 전력 설정)로 제어될 수 있다는 것을 나타내었다.

이 회귀 관계는 이어서 슬롯 다이 섹션의 교차-웨브 가장자리로부터 반대쪽 교차-웨브 가장자리까지 15개 점 곡선을 이용하여 기준 층 프로파일에 적용되었으며, (대략적으로 교차-웨브의 중심에 대응하는) 슬롯까지의 거리의 1/2 초과만큼 중복이 있을 때 각자의 구역의 효과가 서로에 대해 가법적이다. 교차-웨브의 중심에서 층 두께에 대한 교차-웨브에서의 변동성을 최소화하기 위해, 15개 가장자리 구역이 이어서 적절한 수학적 해 구하기 소프트웨어를 사용하여 조정되었다.

결과가, 각각, 슬롯 다이 섹션으로의 열 흐름을 제공하는 경우와 제공하지 않는 경우의 예시적인 필름 라인에서 발생되는 다층 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일의 예시적인 변동을 나타낸 그래프인 도 16 및 도 17에 나타내어져 있다.

도 16 및 도 17에 나타낸 바와 같이, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 슬롯 다이 섹션 내의 하나 이상의 슬롯으로의 열 흐름을 제어함으로써 다층의 교차-웨브 층 두께 프로파일의 더 높은 레벨의 균일성이 가능할 수 있다. 보다 일반적으로, 기술된 실시예는, 슬롯 다이 섹션 내의 하나 이상의 슬롯으로의 열 흐름을 제어함으로써, 교차-웨브 층 두께 프로파일이 어느 정도까지 제어될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 이러한 방식으로, 고도로 조정된 교차-웨브 층 두께 프로파일을 필요로 하는 응용에 적당할 수 있는 다층 필름의 퍼센트를 증가시키기 위해 교차-웨브 층 두께 프로파일이 목표 교차-웨브 층 두께 프로파일에 맞춰 조정될 수 있다.

본 명세서에 인용된 모든 참고 문헌 및 공보는 본 발명과 직접 모순되지 않는 한 본 발명에 그 전체가 참고로 본 명세서에 명백히 포함된다. 본 발명의 예시적인 실시 형태가 논의되고, 본 발명의 범주 내에서 가능한 변형을 참조하였다. 본 발명에서의 이들 및 다른 변경과 수정은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명은 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 형태들로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 이하에 제공된 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (28)

1. 복수의 슬롯을 통해 복수의 중합체 층을 형성하는 단계 - 복수의 슬롯의 각 슬롯은, 제1 단부, 제2 단부, 및 교차-웨브 방향에서 제1 단부 및 제2 단부로부터 연장되는 세장형(elongated) 개구를 포함함 - ;
   복수의 중합체 층을 형성하는 것과 관련하여 복수의 슬롯의 각 슬롯의 제1 단부 또는 제2 단부 중 적어도 하나의 가장자리로의 열 흐름을 제어하는 단계; 및
   다층 중합체 유동 스트림을 발생시키기 위해 복수의 중합체 층을 결합시키는 단계 - 제1 단부 또는 제2 단부 중 적어도 하나의 가장자리로의 열 흐름은, 다층 중합체 유동 스트림으로부터 발생된 다층 중합체 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 제어함 -
   를 포함하고,
   복수의 슬롯의 각 슬롯의 제1 단부 또는 제2 단부 중 적어도 하나의 가장자리로의 열 흐름을 제어하는 단계는 각 슬롯의 제1 단부로의 열 흐름을 제어하는 것을 포함하고, 열 흐름은 각 슬롯의 제1 단부에 인접하여 위치된 적어도 하나의 히터를 통해 제어되고, 제1 단부는 적어도 하나의 히터와 각 슬롯의 세장형 개구 사이에 있는, 방법.
2. 다층 필름 시스템으로서,
   다층 중합체 유동 스트림을 발생시키기 위해 이어서 결합되는 복수의 중합체 층을 형성하도록 구성된 복수의 슬롯을 포함하는 피드블록 - 복수의 슬롯의 각 슬롯은 제1 단부, 제2 단부, 및 교차-웨브 방향에서 제1 단부 및 제2 단부로부터 연장되는 세장형 개구를 포함함 - ; 및
   복수의 중합체 층을 형성하는 것과 관련하여 복수의 슬롯의 각 슬롯의 제1 단부 또는 제2 단부 중 적어도 하나의 가장자리로의 열 흐름을 제어하도록 구성된, 복수의 슬롯에 인접해 있는 적어도 하나의 히터 - 제1 단부 또는 제2 단부 중 적어도 하나의 가장자리로의 열 흐름은, 다층 중합체 유동 스트림으로부터 발생된 다층 중합체 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 제어함 -
   를 포함하고,
   적어도 하나의 히터는 각 슬롯의 제1 단부로의 열 흐름을 제어하도록 구성되고, 적어도 하나의 히터는 각 슬롯의 제1 단부에 인접하여 위치되고, 제1 단부는 적어도 하나의 히터와 각 슬롯의 세장형 개구 사이에 있는, 시스템.
3. 제2항에 있어서, 다층 중합체 유동 스트림으로부터 발생된 다층 중합체 필름의 교차-웨브 층 두께 프로파일을 결정하도록 구성된 모니터링 디바이스를 추가로 포함하고, 복수의 슬롯의 각 슬롯의 제1 단부 또는 제2 단부 중 적어도 하나의 가장자리로의 열 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 히터는 다층 중합체 필름의 결정된 교차-웨브 층 두께 프로파일에 적어도 부분적으로 기초하여 제어되는 시스템.
4. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 히터가 복수의 슬롯 중 적어도 하나의 슬롯의 제1 단부의 가장자리에 열 흐름을 제공하도록 구성된 제1 히터를 포함하는 시스템.
5. 제4항에 있어서, 복수의 슬롯 중 적어도 하나의 슬롯의 제2 단부의 가장자리에 열 흐름을 제공하도록 구성된 제2 히터를 추가로 포함하는 시스템.
6. 제2항에 있어서, 다층 중합체 유동 스트림이 제1 중합체를 포함하는 복수의 제1 층 및 제1 중합체와 상이한 제2 중합체를 포함하는 복수의 제2 층을 포함하는 시스템.
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