專利名稱：拉伸聚合物薄膜的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及拉伸聚合物薄膜的方法和設(shè)備，以及由該方法和設(shè)備獲得的薄膜。本發(fā)明還涉及使用可調(diào)節(jié)或定域的拉伸區(qū)拉伸聚合物薄膜的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
拉伸聚合物薄膜有許多目的。拉伸能強化或產(chǎn)生要求的機械，光學和其他薄膜性質(zhì)。比如，聚合物薄膜被拉伸后，會在光學性質(zhì)中產(chǎn)生要求程度的單軸或近乎單軸的取向。總的來說，雙折射聚合物的完美單軸取向?qū)е卤∧?或薄膜層)中三個正交方向中兩個方向上的折射率相同(如附圖4所示薄膜寬度(W)和厚度(T)方向)。第三方向(比如沿著薄膜長度(L)方向)的折射率與另兩個方向中的折射率不同。通常，不需要完美的單軸取向，可以根據(jù)包括聚合物薄膜最終應(yīng)用的各種因素允許與最佳條件有一定程度的偏差。
在光學應(yīng)用中，單軸取向薄膜能提供有用的光學性質(zhì)，比如在各個不同視角上更均勻的性能。其他應(yīng)用也可能得益于聚合物薄膜的單軸或近乎單軸的取向。比如，單軸取向薄膜更容易被原纖化或者沿著取向方向被撕開。
發(fā)明概述本發(fā)明總地涉及拉伸聚合物薄膜的方法和設(shè)備。一個實施方式是拉伸薄膜的裝置。該裝置包括大量固定薄膜相對末端的夾緊元件、大量夾緊元件沿著其運動的相對軌道、和至少一個軌道形狀控制器。相對軌道確定主拉伸區(qū)，主拉伸區(qū)中的軌道通常是散開的，以拉伸被夾緊元件固定的薄膜。主拉伸區(qū)中的每個相對軌道包括至少一個沿軌道長度延伸通過主拉伸區(qū)的連續(xù)橫桿。軌道形狀控制器(一個或多個)與主拉伸區(qū)中的至少一個連續(xù)橫桿相連，能夠?qū)B續(xù)橫桿施加作用力，以改變主拉伸區(qū)中的軌道形狀。
另一個實施方式是使用該裝置拉伸薄膜的方法。在該方法中，激活至少一個軌道形狀控制器，對至少一個連續(xù)橫桿施加作用力，以改變至少一個軌道的形狀。用夾緊元件固定薄膜的相對末端。沿著相對軌道將薄膜傳送至主拉伸區(qū)。然后在主拉伸區(qū)內(nèi)拉伸薄膜。
另一個實施方式是采用該裝置拉伸薄膜的方法。在該方法中，至少一個軌道形狀控制器被激活，以向至少一個連續(xù)橫桿施加力，以改變至少一個軌道的形狀。采用夾緊元件夾緊薄膜的相對邊。沿著相對軌道將薄膜運送到主拉伸區(qū)。然后，薄膜在主拉伸區(qū)中被拉伸。
另一個實施方式是拉伸薄膜的裝置。該裝置包括大量固定薄膜相對末端的夾緊元件和大量夾緊元件沿著其運動的相對軌道。相對軌道確定主拉伸區(qū)，主拉伸區(qū)中的軌道通常是散開的，拉伸被夾緊元件固定的薄膜。主拉伸區(qū)包括(i)初始拉伸區(qū)，其外形調(diào)整和布置成使基于軌道的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系MDDR＜(TDDR)-1/2而且TDDR至少增加0.5；(ii)后拉伸區(qū)，其外形調(diào)整和布置成使MDDR約等于(TDDR)-1/2，而且TDDR至少增加0.5。另一個實施方式是使用該裝置拉伸薄膜的方法。
本發(fā)明另一個實施方式是拉伸薄膜的方法。該方法包括傳送薄膜至拉伸區(qū)中。然后沿著通常散開的路徑傳送薄膜的相對邊，來拉伸薄膜至其橫向尺寸增加4倍以上。通常散開的路徑的外形調(diào)整和布置成使拉伸時基于路徑的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系MDDR＜(TDDR)-1/2如果需要，路徑可以是共平面的。
本發(fā)明另一個實施方式是拉伸薄膜的方法。該方法包括傳送薄膜至拉伸區(qū)中。然后沿著通常散開和共平面的路徑傳送薄膜的相對邊，來拉伸薄膜至其橫向尺寸至少增加2.5倍。通常散開的路徑的外形調(diào)整和布置成使拉伸時基于路徑的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系MDDR＜(TDDR)-1/21/(MDDR×TDDR1/2)＜2。
本發(fā)明另一個實施方式是拉伸薄膜的方法。該方法包括傳送薄膜至拉伸區(qū)中。然后沿著通常散開和共平面的路徑傳送薄膜的相對邊，來拉伸薄膜至其橫向尺寸至少增加4.6倍。通常散開的路徑的外形調(diào)整和布置成使拉伸時基于路徑的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系
0.9×MDDR＜(TDDR)-1/21/(MDDR×TDDR1/2)＜2。
本發(fā)明的一個實施方式是拉伸薄膜的方法。該方法包括傳送薄膜至拉伸區(qū)只。然后沿著通常散開的路徑傳送薄膜的相對邊，來拉伸薄膜。通常散開的路徑的外形調(diào)整和布置中包括(i)初始拉伸區(qū)，其中通常散開的路徑具有以下函數(shù)式±(x)/(x1)＝(1/4)(x1/x0)(y/x1)2+1和(ii)后拉伸區(qū)，其中通常散開的路徑具有以下函數(shù)式±(x)/(x2)＝(1/4)(x2/x0)(y-A)/x2)2+1，其中x2和x1是不同的，A是y軸補償。
本發(fā)明的以上簡述并非試圖描述每個公開的實施方式或本發(fā)明的每種實施方式。下述附圖和詳細說明將更具體地說明這些實施方式。
附圖簡要說明通過以下對本發(fā)明各實施方式的詳細說明以及附圖，能更全面地理解本發(fā)明，其中附

圖1是用于拉伸薄膜的現(xiàn)有技術(shù)拉幅裝置的頂視圖；附圖2是附圖1所示現(xiàn)有技術(shù)方法中，拉伸過程之前和之后部分薄膜的透視圖；附圖3所示是本發(fā)明一個實施方式中各步驟的框圖；附圖4是單軸拉伸方法中，拉伸過程之前和之后部分薄膜的透視圖；附圖5是本發(fā)明一種拉伸方法實施方式和拉伸裝置實施方式的示意圖；附圖6是本發(fā)明拉伸裝置的部分頂視圖；附圖7是附圖6裝置的端視圖；附圖8是本發(fā)明拉伸裝置部分軌道的示意圖，表示出一種預(yù)先調(diào)節(jié)區(qū)；附圖9是用于本發(fā)明拉伸裝置主拉伸區(qū)的一種可調(diào)節(jié)軌道；附圖10所示是用于本發(fā)明拉伸裝置的一種引出系統(tǒng)；附圖11所示是用于本發(fā)明拉伸裝置的另一種引出系統(tǒng)；附圖12所示是用于本發(fā)明拉伸裝置的第三種引出系統(tǒng)；附圖13所示是用于本發(fā)明拉伸裝置的第四種引出系統(tǒng)；附圖14所示是用于本發(fā)明拉伸裝置的第五種引出系統(tǒng)；
附圖15所示是本發(fā)明拉伸裝置主拉伸區(qū)中的另一種軌道；附圖16所示是用于本發(fā)明拉伸裝置的一種軌道和軌道形狀控制單元的剖面視圖；附圖17所示是本發(fā)明一種引出系統(tǒng)，用于附圖1所示的傳統(tǒng)拉伸裝置中；附圖18所示是本發(fā)明拉伸裝置主拉伸區(qū)的適用邊界軌跡；附圖19所示是本發(fā)明拉伸裝置主拉伸區(qū)的適用邊界軌跡，說明具有不同拋物線形狀拉伸區(qū)的用途；附圖20所示是本發(fā)明拉伸裝置主拉伸區(qū)的適用邊界軌跡，其中的邊界軌跡是適用拋物線或基本拋物線邊界軌跡的線性近似；附圖21所示是附圖16實施方式中的部分軌道和軌道形狀控制單元；和附圖22所示是附圖16實施方式中的另一部分軌道和軌道形狀控制單元。
雖然可以對本發(fā)明進行各種改進和替換，但是其特征如附圖中所示，下文將作詳細說明。應(yīng)當理解本發(fā)明并未被限制在所述特定實施方式范圍內(nèi)。相反，本發(fā)明覆蓋其原理和范圍內(nèi)的所有改進，等同和替換。
優(yōu)選實施方式詳細說明相信本發(fā)明能被應(yīng)用于拉伸聚合物薄膜的方法和設(shè)備以及使用這些方法和設(shè)備制得的薄膜。另外，本發(fā)明涉及拉伸聚合物薄膜的方法和設(shè)備，其中包括可調(diào)節(jié)或定域的拉伸區(qū)。使用這些方法和設(shè)備，能在需要時將聚合物薄膜拉伸至獲得單軸或近乎單軸的取向。也可以使用這些方法和設(shè)備獲得其他取向條件。
本發(fā)明一般能被應(yīng)用于各種不同聚合物薄膜，材料和過程。相信本發(fā)明特別適合于制造聚合光學薄膜。需要時可以用這些方法和設(shè)備制造具有一種或多種以下性質(zhì)的光學薄膜或其他薄膜，比如提高的光學性能，提高的光學性質(zhì)，以受控方式或在受控方向上發(fā)生斷裂或撕扯的傾向提高，加強的形體穩(wěn)定性，更好的可加工性，更容易制造，和與按照傳統(tǒng)方法和設(shè)備制造的光學薄膜相比更低的成本。
按照本發(fā)明的方法可以拉伸或拉延多種光學薄膜。這些薄膜可以是單層或多層薄膜。適用薄膜公開在比如美國專利5699188；5825543；5882574；5965247和6096375；和PCT專利申請公開WO95/17303；WO96/19347；WO99/36812和WO99/36248中(這些文件都以其整體內(nèi)容作為參考文獻)。這里所述的設(shè)備和方法包括對美國專利申請10/156347和10/156348以及美國在先專利申請60/294490中所述設(shè)備與方法的改進，添加或變化，這些文件也屬于參考文獻。
按照本發(fā)明方法制造的薄膜適合于多種產(chǎn)品，包括比如起偏器、反射起偏器、二色起偏器、校準反射/二色起偏器、吸收起偏器和緩阻器(包括Z-軸緩阻器)。聚合物薄膜可以是一體或多層聚合物薄膜。聚合物薄膜中還可以包括不混溶物料層，產(chǎn)生擴散器或擴散反射偏光器的光學作用，如美國專利5783120；5825543；5867316；6057961；6111696；和6179948以及美國專利申請09/871130和09/686460中所述，這些文件都屬于參考文獻。這些聚合物薄膜可以包括涂層或附加層，在拉延之前或之后形成。這些適用涂層和附加層的實例如參考文獻美國專利6368699中所述。在一些實施方式中，聚合物薄膜包括附加偏振單元，比如可熔融擠出的定向染料，線柵起偏單元，和類似單元。一種適用結(jié)構(gòu)實例是具有一層聚乙烯醇(PVA)的薄膜，聚乙烯醇層形成于該薄膜上，比如在拉伸薄膜之前或之后被涂布在薄膜上?？梢詫VA進行后處理，形成二色起偏層，比如通過碘染，酸脫水或染料包埋方法?；旧砜梢允蔷哂谢虿痪哂泄鈱W反射能力的一體薄膜或多層結(jié)構(gòu)。適用于該結(jié)構(gòu)的PVA薄膜實例可以在參考文獻美國專利6113811中找到。
本發(fā)明特定薄膜的一種應(yīng)用是作為前、后投影系統(tǒng)起偏分光器中的部件或作為顯示器(比如液晶顯示器)或微型顯示器的增亮薄膜。要注意本發(fā)明的下述展幅機可以與長度定向器一起使用，制造鏡子。
總體而言，過程中對薄膜的拉伸可以從縱向(MD)，橫向(TD)和垂直方向(ND)三個互相正交的軸來描述。這些軸對應(yīng)于薄膜寬度，長度和厚度，如附圖4中所示。拉伸過程將薄膜的20區(qū)從初始形狀24拉伸至最終形狀26?？v向大體是薄膜移動通過拉伸設(shè)備的總體方向，比如附圖5中所示裝置。橫向是該薄膜平面內(nèi)的第二根軸，正交于縱向。垂直方向正交于MD和TD，通常對應(yīng)于聚合物薄膜的厚度。
附圖3是本發(fā)明過程的框圖。在步驟30中，傳送薄膜至拉伸裝置。過程中可選包括預(yù)先調(diào)節(jié)步驟32。在步驟34中拉伸薄膜?？蛇x在步驟36中對薄膜進行后調(diào)節(jié)處理。在步驟38中從拉伸裝置中取出薄膜。
附圖5所示是本發(fā)明一種拉伸裝置和方法的實施方式。發(fā)現(xiàn)除了拉伸裝置(至少進行附圖3中的步驟34)之外，附圖3所示過程可以由一個或多個附加裝置實現(xiàn)。這些一個或多個附加裝置實現(xiàn)附圖3中所述以及附圖5所示由拉伸裝置實現(xiàn)的一個或多個非拉伸功能(比如，由步驟30、32、36和38代表的功能)。
在附圖5所示實施方式中，該裝置包括將薄膜40送入拉伸裝置的30區(qū)?？梢圆捎萌魏卫硐氲姆椒ㄌ峁┍∧ぁ１热缈梢詫⒈∧ぶ瞥删聿幕蚱渌问?，然后送入拉伸裝置中。另一個實例是，使拉伸裝置的結(jié)構(gòu)能從擠壓機(比如通過擠壓方法產(chǎn)生薄膜，然后進行拉伸)或涂布機(比如通過涂布方法產(chǎn)生薄膜，在接受一個或多個涂布層之后進行拉伸)或?qū)訅簷C(比如通過層壓方法產(chǎn)生薄膜，在接受一個或多個層的層壓之后進行拉伸)接受薄膜。
通常，30區(qū)中薄膜40的相對邊緣被一個或多個夾緊元件固定，沿著定義預(yù)定路徑的相對軌道64傳送薄膜。夾緊元件70(參見附圖7)通常固定薄膜邊緣或邊緣附近區(qū)域。被夾緊元件固定的薄膜部分在拉伸之后通常是不適于使用的，所以通常要選擇合適的夾緊元件位置，對薄膜提供允許拉伸的足夠固定，同時控制該過程的廢料量。
一種適用夾緊元件的實例包括一系列夾片，在相對表面之間按順序夾緊薄膜，然后沿軌道移動。夾緊元件可以嵌入或跨騎在沿著軌道的凹槽或溝道中。另一個實施例是將薄膜固定在相對的帶或一系列傳送帶或履帶之間的傳送帶系統(tǒng)，引導薄膜沿著軌道移動。如果需要的話，傳送帶和履帶能提供柔軟而連續(xù)的，或者半連續(xù)的薄膜傳送機制。美國專利5517737或歐洲專利申請公開0236171A1(每份文件都以其整體內(nèi)容作為參考文獻)中描述了多種相對的多重傳送帶方法。傳送帶的張力可選是能夠調(diào)節(jié)的，能獲得理想程度的夾緊。
傳送帶或夾片可以由任何材料制造。比如，傳送帶可以具有復合結(jié)構(gòu)。一種適用的傳送帶實例包括金屬質(zhì)內(nèi)層，比如鋼，以支持高張力，和彈性體外層，以提供很好的夾緊效果。還可以使用其他傳送帶。在某些實施例中，傳送帶包括不連續(xù)的履帶，提供很好的夾緊效果。
采用展幅機夾緊和傳送薄膜的其他方法是已知的，可以使用這些方法。在一些實施例中，拉伸裝置的不同部分可以使用不同種類的夾緊元件。
夾片等夾緊元件可以沿著軌道排列，比如輥62沿著軌道轉(zhuǎn)動鏈條，夾緊元件與鏈條相連。輥與驅(qū)動器件相連，控制將薄膜傳送通過拉伸裝置的速度和方向。還可以用輥轉(zhuǎn)動和控制帶狀夾緊元件的速度?？蛇x傳送帶和輥中包括連鎖齒，減輕或避免傳送帶和輥之間發(fā)生的打滑現(xiàn)象。
附圖6和7所示是一種夾緊元件和軌道的實施例。該實施例的夾緊元件70是一系列展幅夾片。這些夾片可以通過分段而提供整體適應(yīng)性。分立夾片通常是密集排列的，與鏈條等柔軟結(jié)構(gòu)相連。該柔軟結(jié)構(gòu)沿著軌道64或分布于溝道中。有意識排列的凸輪和凸輪面在要求點處打開和關(guān)閉展幅夾片。夾片和鏈條組合可選跨騎在齒輪或軸承或類似物上。在一個實例中，夾緊元件是被固定在頂部與底部軸承上的展幅夾片，頂部和底部軸承在兩對內(nèi)桿和外桿之間滾動。這些橫桿至少部分構(gòu)成軌道。
夾緊元件的邊緣為被拉伸的薄膜部分確定了邊緣。沿軌道夾緊元件的動作提供邊界軌跡，至少部分響應(yīng)該動作并拉延薄膜。其他因素(比如下層織物張力和引出設(shè)備)成為其他部分的動作和拉延。通常更容易從夾緊元件沿著運動的軌道或橫桿分辨出邊界軌跡。比如，展幅夾片等夾緊元件中部的有效邊界可以是對準的，形成與軌道或橫桿相同的路徑。這個表面與邊界軌跡重合。在實踐中，夾緊元件的有效邊界因為薄膜的輕微打滑而是模糊的，但是這些偏差很小。
另外，對于展幅夾片等夾緊元件而言，邊緣界面的長度會影響實際邊緣軌跡。夾片較小，通常會提供對邊緣軌跡更好的近似和較小的拉伸波動。至少在一些實施例中，夾片邊緣界面的長度不超過相對邊界軌跡或軌道之間總初始距離的一半，可以不超過四分之一。
這兩根相對軌道可選位于兩個分離或可分離的平臺上，或者其結(jié)構(gòu)使相對軌道之間的距離是可以調(diào)節(jié)的。在用該裝置拉伸不同尺寸的薄膜時，或者要求在主拉伸區(qū)改變拉伸結(jié)構(gòu)時，這種設(shè)計是特別適用的，將在下文討論?？梢允謩雍?或利用機械方式實現(xiàn)相對軌道之間的分離或變化(比如使用計算機或其他器件控制驅(qū)動器，改變軌道之間的距離)。
由于薄膜被相對軌道上的兩組相對夾緊元件固定，所以有兩根相對的邊緣軌跡。至少在一些實施例中，這些軌跡相對拉延薄膜的MD中心線成鏡像。在其他實施例中，相對軌跡不是成鏡像的。這種非鏡像排列可以使薄膜上一種或多種光學或物理性質(zhì)發(fā)生變化(比如主軸的傾斜或旋轉(zhuǎn))。
參見附圖5，裝置中可選包括預(yù)先調(diào)節(jié)區(qū)32，通常位于烘箱54或其他裝置或設(shè)備中，加熱薄膜做拉伸準備。預(yù)先調(diào)節(jié)區(qū)域中可以包括預(yù)先加熱區(qū)42，和/或均熱區(qū)44。至少在一些實施例中，可以對薄膜進行輕微拉伸，使夾緊元件與薄膜接觸，如附圖8中邊界軌跡所示。至少在一些情況下，事實上可能沒有發(fā)生拉伸，但是相對軌道之間距離的增加至少在一定程度上會使薄膜在加熱時發(fā)生熱膨脹。
附圖8所示是預(yù)先調(diào)節(jié)區(qū)32′和主拉伸區(qū)34′之后的供料區(qū)30′。預(yù)先調(diào)節(jié)區(qū)32′(或可選在供料區(qū)30′)中具有夾緊元件組區(qū)31′，其中的軌道略微散開，使夾緊元件(比如展幅夾片)固定在薄膜上?？蛇x在該區(qū)中加熱薄膜。初始TD拉伸通常不超過最終TD拉伸的5％，通常小于最終TD拉伸的2％，通常小于最終TD拉伸的1％。在一些實施例中，初始拉伸區(qū)位于33′區(qū)之后，其中的軌道是基本平行的，將薄膜加熱或保持在升高的溫度下。
參見附圖5，在主拉伸區(qū)34中拉伸薄膜。通常，主拉伸區(qū)34中的薄膜被加熱或保持在高于薄膜聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的加熱環(huán)境中。對于聚酯，溫度范圍通常在80和160℃之間。適用加熱單元的實例包括對流和輻射加熱單元，但是也可以使用其他加熱單元。在一些實施例中，用于加熱薄膜的加熱單元可以是單獨控制的，或者構(gòu)成一個系列，提供可變的熱量。可以通過各種方法實現(xiàn)這種控制，包括加熱單元溫度的變化，或者控制從加熱單元導向薄膜的空氣方向或速度。需要時可以用加熱單元控制薄膜不同區(qū)域的溫度，增加或改變薄膜的拉伸均勻性。比如，在相同加熱條件下其拉伸程度不如其他區(qū)域的薄膜部分需要進一步加熱，以便進行拉伸。
在主拉伸區(qū)34中，夾緊元件在散開軌道之后對聚合物薄膜進行要求程度的拉伸。主拉伸區(qū)和裝置其他區(qū)域中的軌道可以由各種結(jié)構(gòu)和材料構(gòu)成。在主拉伸區(qū)之外，軌道通常是基本線性的。相對的線性軌跡可以是平行的，或者是會聚或散開的。在主拉伸區(qū)中，軌跡通常是散開的和曲線形狀的，說明如下。
在拉伸裝置的所有區(qū)域中，軌道可以由一系列線性或曲線片段構(gòu)成，可選是成對組合的。構(gòu)成軌道的片段中可以有兩個或多個(或甚至全部)獨立區(qū)域是分開的(比如，用于保持或構(gòu)建)?；蛘咴谔囟▍^(qū)域或區(qū)域組中，軌道可以是單一的連續(xù)結(jié)構(gòu)。軌道中可以包括橫跨展幅機一個或多個相鄰區(qū)域的連續(xù)結(jié)構(gòu)。軌道可以是連續(xù)結(jié)構(gòu)與獨立片段的任意組合。
至少在一些實施例中，主拉伸區(qū)中的軌道是成對的，但是可以與后續(xù)區(qū)域的軌道分開。后續(xù)后調(diào)節(jié)或分離區(qū)域中的軌道140、141通常是與主拉伸區(qū)的軌道分離的，如附圖5中所示。
雖然主拉伸區(qū)中的軌道是曲線的，但是至少在一些實施例中可以使用線性軌道片段。這些片段是彼此對準的(比如繞軸轉(zhuǎn)動的獨立線性片段)，形成對要求曲線軌道結(jié)構(gòu)的線性近似。通常線性片段越短，則曲線近似越好。在一些實施例中，一個或多個，優(yōu)選是全部線性片段的位置是可以調(diào)節(jié)的(繞軸旋轉(zhuǎn))，這樣就能在需要時調(diào)節(jié)軌道形狀。調(diào)節(jié)可以是手動或機械實現(xiàn)的，優(yōu)選在計算機或與驅(qū)動器相連的其他器件的控制下進行。能夠理解可以用曲線片段替代線性片段。
還可以在每個區(qū)域中使用連續(xù)軌道。具體而言，可以在主拉伸區(qū)中使用連續(xù)的曲線軌道。連續(xù)曲線軌道中通常包括至少一根連續(xù)橫桿，定義夾緊元件沿著運動的軌道。在一個實施例中，曲線軌道中包括兩對內(nèi)桿和外桿，展幅夾片被固定在軸承頂部和底部上，軸承在四根橫桿之間滾動。
在一些實施例中，連續(xù)軌道是可以調(diào)節(jié)的。一種制造可調(diào)節(jié)連續(xù)軌道的方法中包括使用一個或多個軌道形狀控制單元。這些軌道形狀控制單元與部分連續(xù)軌道相連，比如連續(xù)橫桿，其結(jié)構(gòu)能對軌道施加作用力，使其彎曲。附圖9所示是這種設(shè)備的一個實施例，軌道形狀控制單元65與軌道64相連。通常，軌道形狀控制單元所能施加的力在一定范圍內(nèi)，不過一些實施例中的控制單元只能開啟或關(guān)閉。軌道形狀控制單元通常能施加朝向薄膜中央的力，或者施加離開薄膜中央的力，優(yōu)選能施加這兩個方向的力。軌道形狀控制單元可以與可調(diào)節(jié)連續(xù)軌道上的特定點相連，或者軌道形狀控制單元的結(jié)構(gòu)使軌道能沿著控制單元側(cè)向滑動，同時仍然保持軌道和控制單元之間的連接。這種設(shè)備有利于更大范圍的運動，因為在啟動控制單元時能更自由地調(diào)節(jié)軌道。通常，軌道形狀控制單元能使軌道變化成各種形狀，比如附圖9中的形狀67和69。通常軌道形狀控制單元和軌道能沿著動作線(或其他幾何形狀)移動。使用超過一個軌道形狀控制單元時，它們可以具有相同或類似的運動線和運動范圍或者獨立軌道形狀控制單元的運動線與范圍是不同的。
適用軌道形狀控制單元和軌道的一個實例如附圖16中所示。該實施例的軌道中包括四根橫桿400，在這四根橫桿之間滾動的軸承(未示出)上固定有展幅夾片(未示出)。軌道形狀控制單元包括與驅(qū)動器(未示出)相連的基座402，頂部和底部內(nèi)側(cè)接觸單元404，以及頂部和底部外側(cè)接觸單元406。內(nèi)側(cè)和外側(cè)接觸單元404，406與基座402相連，移動基座就能使接觸單元向橫桿的內(nèi)表面與外表面分別施加力。優(yōu)選內(nèi)側(cè)和外側(cè)接觸單元具有一定的形狀，從上方或下方觀察，在內(nèi)側(cè)接觸單元406和橫桿400之間的接觸面很小，如附圖21中所示(只表示出橫桿400和內(nèi)側(cè)接觸單元406)。這些形狀可以是圓形和卵形的，也可以是菱形，六邊形，或其他類似形狀的，使內(nèi)側(cè)接觸單元406與橫桿之間的接觸位于這些形狀的頂點處。外側(cè)接觸單元404可以是類似的，從上方或下方觀察外側(cè)接觸單元部分時，能觀察到與橫桿400接觸的一個點，如附圖22中所示(只表示出橫桿400和接觸橫桿的外側(cè)接觸單元404部分)。使用這些形狀能使軌道形狀控制單元在需要時施加力，改變軌道形狀，同時使軌道側(cè)向滑過控制單元而不是固定在控制單元上。這種結(jié)構(gòu)還能允許軌道調(diào)節(jié)其在控制單元中的瞬間斜率。由于這些一個或兩個原因，軌道形狀具有較大的調(diào)節(jié)范圍。在其他實施例中，具有更少或更多的接觸單元，或者可能只有內(nèi)側(cè)或外側(cè)接觸單元。
參見附圖9，在一些實施例中，有一個或多個軌道點73是固定的。固定點可以位于沿著軌道的任意位置，包括位于或靠近主拉伸區(qū)的起點(如附圖9中所示)或終點。固定點73也可以位于沿著附圖15中所示軌道的其他點處。
進一步如附圖15中所示，軌跡可以構(gòu)形成使主拉伸區(qū)中的81、83、85區(qū)具有不同的拉伸特性，或者由不同的數(shù)學式描述。在一些實施例中，軌道的形狀定義了這些不同的區(qū)域。在其他實施例中，可以采用上述軌道形狀控制單元調(diào)節(jié)軌道，提供簡單，單功能設(shè)備之外的各種形狀87、89。這是有好處的，因為它使主拉伸區(qū)的不同部分實現(xiàn)要求的功能。比如，初始拉伸區(qū)可以具有特定形狀(比如，超單軸形狀，如下述U＞1和F＞1)，然后是具有不同形狀(比如，單軸形狀)的一個或多個后續(xù)區(qū)域?？蛇x具有中間區(qū)域，提供從一種形狀向另一種形狀的過渡。在一些實施例中，獨立區(qū)域可以是分離的，或者由軌道固定點73所限定。
在一些實施例中，沿著軌道長度具有不均勻的剖面形狀，有助于軌道的彎折和成形。比如，軌道中的一根或多根橫桿可以具有不同的剖面形狀。比如，在上述四根橫桿的結(jié)構(gòu)中，每根橫桿或次級橫桿沿著軌道長度具有變化的剖面。剖面可以是變化的，比如改變軌道(或軌道組成部分，比如一根或多根連續(xù)橫桿)的高度和/或厚度。比如在一個實施例中，軌道厚度或軌道中一根或多根橫桿的厚度在縱向上沿著軌道長度減小或增大?？梢岳眠@些變化來支持特定軌道形狀或軌道形狀可調(diào)節(jié)度的變化。如上所述，軌道可以具有若干不同的區(qū)域，每個區(qū)域都具有不同的軌道形狀。軌道或軌道組成部分中剖面的變化可以在每個區(qū)域中發(fā)生，有助于形成特定橫桿形狀，也可以在區(qū)域之間發(fā)生變化。比如，具有較厚剖面形狀的區(qū)域可以被夾在另兩個區(qū)域之間，在這兩個區(qū)域之間提供過渡空間。
作為軌道或橫桿剖面中的變量的一個例子，弧長s可以用來表示在軌道或軌道一部分例如橫桿的厚度剖面中沿軌道的位置。拉延開始時的弧長s被定義為零，在拉延另一端被定義為L，拉延開始和結(jié)束時對應(yīng)的厚度分別表示為h(0)和h(L)。該特定實施例中，軌道或軌道組成部分(比如橫桿)在L′到L″的橫梁部分上，在s＝0和s＝L之間遞減，位置L′處的厚度h(L′)大于位置L″處的厚度h(L″)。這樣，L′或L″可能處于更高的弧長坐標(即，L′＞L″或L′＜L″＝。一種適用的厚度剖面的例子是由以下厚度函數(shù)h(s)給出的遞減，它是自L′到L″的橫桿上的弧長s的函數(shù)，由以下等式表示h(s)＝(h(L′)-h(L ″))(1-(s-L′)/(L″-L′))°+h(L″)其中α是遞減的正數(shù)，導致厚度從L′減小到L″。當L′小于L″時，它導致厚度隨著弧長而減小。當L′大于L″時，它導致厚度隨著弧長而增加。軌道可以是分段的，每段都具有各自的局部L′、L″和遞減率。軌道或軌道組成部分的最大厚度取決于在軌道該點處要求的柔軟度。根據(jù)橫梁理論，對于遞減的直梁，三分之一的α值提供這樣的直梁它對于一端負載的響應(yīng)是發(fā)生拋物線形彎曲。當橫梁以彎曲的平衡結(jié)構(gòu)開始，或者負載有若干個控制點時，采用其他遞減可能更有利。變換成各種形狀時，最好在給定軌道或軌道組成部分中具有增大或減小的厚度，或者在這些片段中具有數(shù)字可計算形式的遞減。沿著軌道或軌道組成部分任意點處的最小厚度取決于軌道為了支持拉延力而要求具備的強度。最大厚度可以是要求柔軟度的函數(shù)。使調(diào)節(jié)程度處于軌道或軌道組成部分的彈性范圍內(nèi)通常是有利的，比如避免軌道或軌道組成部分發(fā)生永久變形并損失重復調(diào)節(jié)能力。
由相對軌道確定的路徑會在MD，TD和ND方向上影響薄膜的拉伸。拉伸(或拉延)變形可以由一組拉延率來描述縱向拉延比(MDDR)，橫向拉延比(TDDR)，和垂直方向拉延比(NDDR)。根據(jù)薄膜的不同，特定拉延比通常被定義為要求方向(比如TD，MD或ND)上薄膜的當前尺寸(比如長度，寬度或厚度)與相同方向上薄膜初始尺寸(比如長度，寬度或厚度)的比值。雖然這些拉延比可以通過在拉延時觀察聚合物薄膜而確定，但是也可以通過其他與用軌道拉伸聚合物薄膜的MDDR，TDDR和NRRD拉延比相關(guān)的參數(shù)表現(xiàn)。
在拉伸過程的任意指定點中，TDDR對應(yīng)于邊界軌跡當前間距L與拉伸開始時邊界軌跡初始間距L0的比值。換言之，TDDR＝L/L0。在某些情況下(如附圖2和4所示)，TDDR由符號λ表示。在拉伸過程的任意指定點中，MDDR是散開角θ的余弦，MD和軌道或橫桿等邊界軌跡瞬間正切之間的正夾角。條件是cot(θ)等于該點處軌道的瞬間斜率(即一階導數(shù))。確定TDDR和MDDR時，NRRD＝1/(TDDR×MDDR)，條件是聚合物薄膜的密度在拉伸過程中是常數(shù)。但是如果薄膜密度隨因子ρf變化，ρf＝ρ/ρ0，其中ρ是拉伸過程當前點的密度，ρ0是拉伸開始時的初始密度，則NDDR＝ρf/(TDDR×MDDR)。材料密度的變化來自于若干原因，包括相變，比如結(jié)晶或部分結(jié)晶，由拉伸或其他加工條件造成。
在橫向上增加尺寸的完美單軸拉伸條件，導致分別為λ、(λ)-1/2和(λ)-1/2的TDDR，MDDR和NDDR，如附圖2中所示(假設(shè)材料密度為常數(shù))。換言之，假設(shè)拉延時的密度是均勻的，單軸取向薄膜在拉延過程中具有MDDR＝(TDDR)-1/2。測量單軸性程度的適用參數(shù)U定義如下U=1MDDR-1TDDR1/2-1]]>對于完美的單軸拉延，U在整個拉伸過程中是1。當U小于1時，拉延條件被認為是“亞單軸”的。當U大于1時，拉延條件被認為是“超單軸”的。在傳統(tǒng)展幅機中，聚合物薄膜沿著軌道2被線性拉伸，如附圖1和2所示，將薄膜區(qū)4拉伸成為已拉伸區(qū)6，散開角較小(比如大約3°或以下)，MDDR大約是1，U大約是零。如果薄膜是雙軸拉延的，則MDDR大于1，U變成負數(shù)。在某些實施例中，U值可以大于1。U大于1的情況代表各種程度的過度弛豫。這些過度弛豫狀態(tài)導致從邊緣發(fā)生MD收縮。如果MD收縮程度在形狀和材料韌性方面是充分的，則薄膜會發(fā)生翹曲或褶皺。
不出所料，可以根據(jù)密度變化校準U，給出下式UfUf=1MDDR-1[TDDRρf]1/2-1]]>優(yōu)選薄膜在平面中被拉延(即邊界軌跡和軌道是共平面的)，如附圖5中所示，不過非共平面的拉伸軌跡也是可以接受的。平面內(nèi)邊界軌跡設(shè)計是簡化的，因為平面內(nèi)的限制減少了變量數(shù)量。完美單軸取向的結(jié)果是一對鏡面對稱平面內(nèi)的拋物線，從平面內(nèi)MD的中心線散開。繪制拋物線時，首先確定TD為“x”方向，MD為“y”方向。相對彎曲拋物線之間的MD中心線可以被看作y坐標軸。坐標原點被選在主拉伸區(qū)的起點，對應(yīng)于拋物線軌跡之間中間軌道的初始中點。左右彎曲拋物線選在分別從正負x0開始(y＝0)。對于正值的右側(cè)拋物線軌跡，本實施例為x/x0＝(1/4)(y/x0)2+1左側(cè)彎曲拋物線軌跡是將上述等式的左側(cè)乘-1而獲得的。在以下討論中，描述了確定右側(cè)彎曲軌跡的方法。然后可以使右側(cè)彎曲軌跡對薄膜中心線成鏡像，獲得左側(cè)彎曲軌跡。
共平面拋物線軌跡能在理想條件下提供單軸取向。但是其他因素也會影響獲得單軸取向的能力，包括比如聚合物薄膜的不均勻厚度，聚合物薄膜在拉伸時的不均勻加熱，以及從裝置的下層織物區(qū)域施加附加張力(比如縱向張力)。另外，在許多情況下，不一定必須獲得完美的單軸取向。相反，可以確定在整個拉延過程或在拉延的特定階段中保持的最小U閾值或U平均值。比如，要求或特定應(yīng)用要求的可以接受的最小/閾值或平均U值是0.7，0.75，0.8，0.85，0.9或0.95。
作為可以接受的近乎單軸應(yīng)用的實例，液晶顯示應(yīng)用中反射起偏器的傾斜性質(zhì)受到以TD為主要單軸拉延方向時，MD和ND折射率差別的嚴重影響。MD和ND的折射率差為0.08時，在某些應(yīng)用中是可以接受的。在其他應(yīng)用中，0.04的差別是可以接受的。在更嚴格的應(yīng)用中，優(yōu)選差別是0.02或以下。比如，在許多情況下，單軸性為0.85是足夠的，使含有聚鄰苯二甲酸乙二醇酯(PEN)或PEN為0.02的共聚物或小于633納米的聚酯體系的單軸橫向拉延薄膜中產(chǎn)生MD和ND方向之間的折射率。對于某些聚酯體系，比如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，更低的U值，比如0.80或甚至0.75是可以接受的，因為未充分單軸拉延薄膜中的折射率固有差別較低。
對于亞單軸拉延，可以用真單軸性質(zhì)的最終程度根據(jù)以下等式來估計在y(MD)和z(ND)方向之間匹配的折射率水平Δnyz＝Δnyz(U＝0)×(1-U)其中Δnyz是某一U值處MD方向(即y方向)和ND方向(即z方向)折射率之間的差，Δnyz(U＝0)是同樣拉延薄膜中的折射率，區(qū)別在于整個拉延過程中MDDR保持為1。這種關(guān)系可以被推廣到用于各種光學薄膜的聚酯體系中(包括EN，PET和PEN與PET的共聚物)。在這些聚酯體系中，Δnyz(U＝0)通常是Δnxy(U＝0)的二分之一或以上，后者是MD(y軸)和TD(x軸)兩個平面內(nèi)方向之間的折射率差。633納米處的典型Δnxy(U＝0)值高達0.26左右。633納米處的典型Δnyz(U＝0)值高達0.15左右。比如90/10共聚PEN，即含有大約90％PEN類重復單元和10％PET類重復單元的共聚酯，633納米處高度拉伸條件下的典型值是0.14左右。按照本發(fā)明方法制備了含該90/10共聚PEN的薄膜，在633納米處相應(yīng)Δnyz為0.02、0.01和0.003時，用實際薄膜拉延比測得U值是0.75、0.88和0.97。
可以按照以下方法確定一組可以接受的近乎或基本單軸性的拋物線軌跡。所述方法直接確定“右側(cè)”邊界軌跡，“左側(cè)”邊界軌跡是通過鏡像獲得的。首先，在選定TDDR范圍內(nèi)確定在相對邊界軌跡之間測得的TDDR與由這些邊界軌跡非負散開角余弦定義的MDDR之間的瞬間函數(shù)關(guān)系，以次作為條件。接著按照拋物線軌跡對所述確定形狀。X1代表邊界軌跡之間的初始半間距，比值(x/x1)等于瞬間TDDR，其中x是邊界軌跡上一點的當前x位置。然后，將TDDR和MDDR之間的瞬間函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化成TDDR和散開角之間的關(guān)系。選擇特定U值之后，上述等式提供MDDR和TDDR之間的特定關(guān)系，可以用于算式中，確定當U接近1時，以拋物線軌跡未限制條件時的邊界軌跡寬度。然后對邊界軌跡進行限制，滿足以下微分式d(x/x1)/d(y/x1)＝tan(θ)其中tan(θ)是散開角θ的正切，y是對指定x坐標對應(yīng)的右側(cè)邊界軌跡上相對點當前位置的y坐標。然后求解微分式，比如沿著TDDR對1/tan(θ)從1積分到最大指定值，獲得右側(cè)邊界軌跡的完整坐標對{(x，y)}，是解析或數(shù)字的。
在另一個可接受的軌跡實例中，在一組平面內(nèi)軌跡中，拋物線軌跡具有較小或較大的初始有效織物TD長度。如果x1是主拉伸區(qū)入口處兩根相對邊界軌跡間距的二分之一(即初始薄膜TD尺寸減夾片固定邊緣等于相對邊界軌跡出事間距的二分之一)，然后用以下等式描述這種軌跡±(x)/(x1)＝(1/4)(x1/x0)(y/x1)2+1其中x1/x0代表比例換算的入口距離。參數(shù)x0對應(yīng)于當上述等式描述一種提供完美單軸拉延的拋物線軌跡時，要求的兩根相對軌跡間距的一半。比例換算的入口距離x1/x0是軌跡偏離單軸條件的表現(xiàn)。在一個實施例中，主拉伸區(qū)中兩根相對軌跡的間距如上所述是可調(diào)節(jié)的，能夠通過操縱軌跡產(chǎn)生不等于1的U值和F值。還可以使用其他形式軌跡的方法，包括用軌跡形狀控制單元操縱軌跡形狀，或選擇具有要求軌跡的固定形狀。
對于超單軸拉延，可以用過量進料概念對褶皺程度進行定量。過量進料F可以倍定義為單軸MDDR(等于(TDDR)-1/2)除以實際MDDR。如果實際MDDR小于單軸MDDR，則過量進料F小于1，MDDR是未弛豫的，導致U小于1。如果F大于1，則拉伸是超單軸的，MDDR相對于單軸條件是過弛豫的。至少部分額外弛豫會形成褶皺，因為順服薄膜的體積壓縮閾值通常較低。當F大于1時，過量進料至少大致相當于MD方向褶皺中實際薄膜等高長度與平面內(nèi)等高長度或距離的比值。
因為密度恒定條件下TDDR與MDDR之間的關(guān)系，F(xiàn)可以被看作F＝1/(MDDR×TDDR1/2)通常F是不受設(shè)計目的影響的密度。過程中任意時刻F值變大時會導致出現(xiàn)大褶皺，會發(fā)生折疊并貼在薄膜其他部分上，造成缺陷。至少在某些實施例中，過量進料F在拉伸時保持為2或以下，避免或減少嚴重褶皺或折疊現(xiàn)象。在某些實施例中，過量進料在整個拉伸過程中是1.5或以下。對于某些薄膜，整個拉伸過程的F等于1.2或甚至1.1的最大值。
至少對于某些實施例而言，特別是整個拉伸過程中U大于1的實施例，重新安排過量供料的定義為最小MDDR提供了相關(guān)關(guān)系，給出當前TDDRMDDR＞1/(Fmax×TDDR1/2)其中Fmax可以是任何大于1的值。比如，F(xiàn)可以是2，1.5，1.2或1.1，如上所述。
當過量供料小于1時，沿著MD的平面內(nèi)空間大于真單軸拉伸所要求的空間，MDDR可以是未弛豫的，導致MD張力。結(jié)果是U值小于1。使用U，F(xiàn)，MDDR和TDDR之間的關(guān)系，在U和F之間存在相互關(guān)系，隨著TDDR而發(fā)生變化。當臨界拉伸比是2時，最小U值對應(yīng)于大約0.9的最小過量供料。至少對于某些邊界軌跡而言，包括整個拉伸過程中U大于1的邊界軌跡，可以使MDDR在拉伸的最終階段保持低于某一特定值，比如MDDR＜1/(Fmin×TDDR1/2)其中拉伸比為2之后拉伸過程最終部分的Fmin是0.9或以上。
比如，整個拉伸過程中軌跡的MDDR＜(TDDR)-1/2(即U＞1)，F(xiàn)max是2，薄膜被拉伸到TDDR是4的狀態(tài)。如果軌跡是共平面的，則薄膜被拉伸到TDDR至少是2.4的狀態(tài)，通常至少是5.3。如果Fmax是1.5，則薄膜被拉伸到TDDR至少是6.8的狀態(tài)。如果軌跡是共平面的，則薄膜被拉伸到TDDR至少是2.1的狀態(tài)，通常至少是4.7。如果Fmax是1.2，則使用共平面軌跡將薄膜拉伸到TDDR至少是1.8的狀態(tài)，通常至少是4.0。對于共平面或非共平面的邊界軌跡，如果對F沒有限制，則薄膜被拉伸到TDDR大于4的狀態(tài)，通常至少是6.8。
在另一個實施例中，所用共平面軌跡在整個拉伸過程中符合(Fmin)×(MDDR)＜(TDDR)-1/2，F(xiàn)max是2，F(xiàn)min是0.9，薄膜被拉伸到TDDR至少是4.6的狀態(tài)，通常至少是6.8。如果Fmax是1.5，則薄膜被拉伸到TDDR至少是4.2的狀態(tài)，通常至少是6.1，如果Fmax是1.2，則薄膜被拉伸到TDDR至少是3.7的狀態(tài)，通常至少是5.4。如果對F沒有限制，則薄膜被拉伸到TDDR至少是8.4的狀態(tài)。還可以使用在整個拉伸過程中符合(Fmin)×(MDDR)＜(TDDR)-1/2的邊界軌跡，F(xiàn)max是1.5，F(xiàn)min是0.9，薄膜被拉伸到TDDR至少是6.8的狀態(tài)。
其他適用軌跡可以用Fmax定義。適用軌跡包括其TDDR至少是5，U在達到TDDR為2.5之后在拉伸過程的最終階段至少是0.85的共平面軌跡，拉伸過程中的Fmax是2。適用軌跡還包括TDDR至少是6，U在達到TDDR為2.5之后在拉伸過程的最終階段至少是0.7的共平面軌跡，拉伸過程中的Fmax是2。
其他適用的共平面軌跡在拉伸過程的最終階段符合MDDR＜TDDR-1/2＜(Fmax)×(MDDR)，其中TDDR大于臨界值TDDR′。軌跡應(yīng)當能產(chǎn)生以下最小拉伸比。當TDDR′是2或以下時，則對于Fmax＝2，最小拉伸率是3.5；對于Fmax＝1.5，則最小拉伸比是3.2；對于Fmax＝2，最小拉伸比是2.7。當TDDR′是4或以下時，則對于Fmax＝2，最小拉伸比是5.8；對于Fmax＝1.5，最小拉伸率是5.3；對于Fmax＝1.2，最小拉伸比是4.8。當TDDR′是5或以下時，則對于Fmax＝2，最小拉伸比是7；對于Fmax＝1.5，最小拉伸比是6.4；對于Fmax＝1.2，最小拉伸比是5.8。
總體而言，可以用曲線和直線軌道構(gòu)成各種可以接受的軌跡，使過量供料在整個拉伸過程中保持低于臨界最大水平，防止出現(xiàn)折疊缺陷，同時保持高于臨界最小水平，產(chǎn)生要求水平的真單軸性質(zhì)以及由其產(chǎn)生的性質(zhì)。
可以適用拋物線形狀形成各種亞單軸和超單軸軌跡。附圖18所示實施例證明了臨界TDDR之后的各種水平最小U值，并證明了高達最終要求TDDR的各種最大過量供料。曲線由相對于x1的坐標x和y表示，x1是軌道初始間距的一半。比例換算過的x坐標，即數(shù)量(x/x1)，等于TDDR。曲線300是x1/x為1.0的理想條件。曲線302是x1/x0為0.653的拋物線情況，其中U在拉伸比超過2.5的情況下保持大于0.70。曲線304是x1/x0為0.822的拋物線情況，其中U在拉伸比等于2.5之后保持大于0.85。曲線306，308，和310表示各種水平的過量供料。過量供料，TDDR和比例換算的入口寬度具有以下關(guān)系x1/x0＝(F2(TDDR)-1)/(TDDR-1)直接符合這里所述拋物線軌跡TDDR增加時過量供料增加的條件。曲線306是x1/x0為1.52的拋物線情況，其中過量供料在最終拉伸比高達6.5時保持低于1.2。曲線308是x1/x0為2.477的拋物線情況，其中過量供料在最終拉伸比高達6.5時保持低于1.5。曲線310是x1/x0為4.545的拋物線情況，其中過量供料在最終拉伸比高達6.5時保持低于2。過量供料的水平是這些情況下最終拉伸比的函數(shù)。比如，x1/x0是4.333而非4.545時，能在拉伸到最終TDDR為10時保持過量供料低于2。
對于拋物線軌跡，以下關(guān)系式能對固定比例的入口寬度在任意指定TDDR處直接計算MDDRMDDR＝(TDDR(x1/x0)+(1-x1/x0))-1/2觀察到，MDDR和TDDR之間的關(guān)系不是y位置的顯函數(shù)。這樣構(gòu)建起來的混合曲線中包括垂直位移y/x1的拋物線軌跡片段。附圖19表示了一種方法。選擇曲線320作為拉伸初始階段的拋物線軌跡，選擇曲線322作為拉伸最終階段的拋物線軌跡。選擇初始曲線320，在拉伸比為4.5時提供具有最大過量供料為2.0的超單軸拉伸。曲線320具有4.857的比例換算入口寬度。選擇最終曲線322，在拉伸比為4.5時提供最小U值為0.9的亞單軸拉伸。曲線322具有0.868的比例換算入口寬度。實際軌道或橫桿形狀隨著曲線320達到TDDR為4.5的狀態(tài)，然后繼續(xù)曲線324，該曲線是曲線322的垂直平移。換言之，軌跡的初始拉伸區(qū)域中具有符合以下函數(shù)關(guān)系的軌道±(x)/(x1)＝(1/4)(x1/x0)(y/x1)2+1后續(xù)拉伸區(qū)域中的軌道符合以下函數(shù)關(guān)系±(x)/(x2)＝(1/4)(x2/x0)((y-A)/x2)2+1；其中x1和x2是不同的，A對應(yīng)于使軌跡偶合的垂直位移。采取這種方式可以組合任意數(shù)量的拋物線片段。
可以用拋物線軌跡及其混合引導相關(guān)軌跡的構(gòu)成。一種實施例中包括適用線性片段構(gòu)建軌跡。這些線性近似構(gòu)成的拋物線軌跡(或混合)在大于臨界拉伸比TDDR*的選定TDDR′處被限制在最大過量供料和最小過量供料(或最小U值)中。選擇的TDDR*值與應(yīng)變引發(fā)的結(jié)晶開始相關(guān)，比如是1.5和2，或者與彈性應(yīng)變屈服相關(guān)，可以是較低值1.2或甚至是1.1。TDDR*的范圍通常在1.05和3之間。低于TDDR*的部分橫桿或軌道可能對最小過量供料或U沒有特別的限制，可以超出拋物線軌跡的限定范圍之外。在附圖20中，選擇曲線340作為給定拉伸比TDDR′處最小過量供料的限制拋物線軌跡，這里的TDDR′是6.5。為了進行說明，選擇最小過量供料限制拋物線軌跡作為比例換算入口寬度為1的理想曲線。通過過量供料，TDDR和比例換算入口寬度之間的關(guān)系式，確定曲線342作為TDDR值為6.5，最大F值為2.0時的最大過量供料限制拋物線軌跡。垂直平移曲線342，形成曲線344，使兩根限制拋物線軌跡相交在選定TDDR′為6.5的位置處。要注意的是，曲線342和344在拉伸性質(zhì)方面是完全相同的。曲線344僅僅延遲拉伸，直到y(tǒng)/x1的較后空間值為2.489。線性或非拋物線曲線片段的近似存在于這些高于TDDR*的限制軌跡之間。
不同于增加TDDR導致增加散開角的拋物線軌跡，線性軌跡具有固定的散開角。因此，過量供料隨著TDDR沿線性片段增加而降低。通過選擇具有等于選定TDDR處要求的最小過量供料相等的散開角的直線構(gòu)建簡單的線性近似。線性片段的TDDR可以被向后外推至過量供料等于允許的最大值。后續(xù)的線性片段以相似方式開始。通常按照需要或要求重復該過程。隨著最大過量供料的降低，近似所需要的片段數(shù)量增加。當TDDR降低至TDDR*以下時，可以使用任何數(shù)量的方法完成軌道或橫桿，只要滿足最大過量供料的限制即可。在附圖20中，曲線346是受最大過量供料為2限制的線性近似。因為最大過量供料比較大，所以只包括兩個線性片段。最終線性片段向后延伸，從選定的TDDR為6.5直到較低的TDDR為1.65。在這種情況下，TDDR*是2。沒有對U低于TDDR為2的值的限制，一種完成軌道的方法是在y/x1的零點將第二線性片段從TDDR為1.65回推至TDDR為1。要注意到，這導致第二片段經(jīng)過較低的限制拋物線，因為該限制在TDDR*之下是無效的。
在附圖20中，曲線348是對最大過量供料使用更嚴格的值1.5的結(jié)果。這里沒有表示出最大過量供料限制拋物線軌跡。需要三個線性片段。第一片段從TDDR為6.5向后延伸至TDDR為2.9。第二片段假設(shè)散開角等于TDDR值為2.9的最小過量供料的限制拋物線軌跡，并向后延伸至TDDR為1.3。該第二片段在TDDR*之下結(jié)束。最終片段使用不同于曲線346的方法完成曲線348的軌道或橫桿形狀。這里對最后片段采用與前述片段相同的過程，使具有更高y/x1值的拉伸開始延遲。第三種完成軌道的方法是在初始TDDR為1時使過量供料最大。
總體而言，采用限制拋物線軌跡能夠構(gòu)建符合本發(fā)明要求的非線性和非拋物線軌跡。最大過量供料限制拋物線軌跡是最小斜率的曲線，即最大散開角是TDDR的函數(shù)。最小過量供料限制拋物線軌跡是最大斜率的曲線，即最小散開角是TDDR的函數(shù)?？傮w而言，曲線可以從選定TDDR′采用限制邊界之間的任何函數(shù)或斜率被回推。確定這些限制之間斜率函數(shù)的一個簡單方法是對已知曲線在包跡內(nèi)進行簡單線性組合。附圖20中的曲線350描述了這種簡單方法。在該實施例中，350是通過線性組合最大過量供料限制拋物線軌跡曲線344及其線性近似曲線346而形成的，線性重量分別是0.7和0.3。總體而言，還可以使用非簡單線性組合的函數(shù)。
以上描述本發(fā)明各種非拋物線軌跡的方法可以被推廣到軌道的不同片段，比如，附圖20所示實施例中TDDR高達6.5的片段可以與另一個TDDR超過6.5的片段組合，不同的要求在更高的TDDR范圍中產(chǎn)生不同的最大和最小限制軌跡。在這種情況下，較低拉伸度情況下前一片段的TDDR′起到TDDR*的作用?？傮w而言，TDDR′可以在要求的拉伸范圍內(nèi)進行選擇。可以使用各種片度說明拉伸過程中的各種現(xiàn)象，比如屈服，應(yīng)變引發(fā)的結(jié)晶，凹槽或其他拉伸不均勻現(xiàn)象的出現(xiàn)，發(fā)生應(yīng)變硬化，或者說明薄膜中各種性質(zhì)的形成。典型的斷點包括聚酯中發(fā)生應(yīng)變硬化時TDDR*的范圍是3到7，典型的最終拉伸值在4到10或以上。
從選定TDDR′回推至較低TDDR方法中確定本發(fā)明邊界軌跡的過程可以被用于從選定TDDR″前推值較高TDDR′的類似方法中。同樣，形成兩根限制軌跡，在最低選定TDDR″處相交。TDDR″的方便值是為1的初始TDDR。在該方法中，最小過量供料或U的限制軌跡位于最大過量供料曲線的上方。附圖19實際表示了本發(fā)明的一種實例，其中的混合曲線324位于最小過量供料限制曲線322和最大過量供料限制曲線320之間。
在某些實施例中還可以定義另一種邊界軌跡，可以用于抑制殘留褶皺。因為無剪切情況的單軸條件使主MD應(yīng)力為零，通過有限應(yīng)變分析估計主MD應(yīng)力在這些條件下事實上會變成輕微壓縮。通過有限應(yīng)變分析和Neo-Hookean彈性固體本構(gòu)方程式，發(fā)現(xiàn)可以用以下等式給出避免壓縮應(yīng)力的恰當標準((TDDR)(MDDR))-4+((TDDR)(MDDR))2-(TDDR)-2-(MDDR)-2-sin2(θ)((TDDR)(MDDR))-2＝0
其中MDDR是散開角的余弦。本發(fā)明的這種可選方法能夠確定這種邊界軌跡。
如上所示，可以使用平面外邊界軌跡向平面之外拉伸薄膜，所謂平面外軌跡是指并非位于簡單歐幾理德平面中的邊界軌跡。存在無數(shù)但特定的符合本發(fā)明該優(yōu)選實施例相關(guān)要求的邊界軌跡，所以可以使用平面外邊界軌跡保持基本單軸拉伸性質(zhì)。邊界可以是對稱的，相對中心平面形成鏡像，比如包括邊界軌跡之間的初始中點，薄膜運動的初始方向和未拉伸薄膜表面的初始法線的平面。在該實施例中，可以在邊界軌跡之間沿著圓柱形空間多支管拉伸薄膜，該圓柱形多支管是由兩根相對邊界軌跡之間最短距離的直線片段排列形成的，薄膜呀這這些邊界軌跡從類似的初始位置以同樣速率運動，即彼此之間和初始中點共平面。中心平面上的這種理想多支管軌道描繪出進行理想拉伸的薄膜中央路徑。沿著該多支管從邊界軌跡到中心面上該中心軌道的距離與從邊界軌跡起點到初始中點的距離的比值是通過橫跨邊界軌跡的薄膜的瞬間名義TDDR，即邊界軌跡上當前相對點之間的半間距與邊界軌跡上相對點初始位置之間半間距的比值。當兩個相對點沿著相對邊界軌跡以恒定并且相同的速度移動時，沿著軌道弧長測得的中心軌道上對應(yīng)中點的速度發(fā)生變化，所謂中心軌道弧長即曲線MD。特別是，中心軌道的變化正比于邊界軌道單位切線在中心軌道單位切線上的投射。
上述軌跡是說明性的，不應(yīng)理解為是限制性的。本發(fā)明范圍中包括多種軌跡。如上所示，主拉伸區(qū)中可以包括兩個或多個具有不同拉伸條件的區(qū)域。比如，可以選擇第一種軌跡作為初始拉伸區(qū)域，選擇同一種軌跡或不同軌跡作為后續(xù)拉伸區(qū)域。
本發(fā)明包括所有接近單軸的邊界軌跡，具有最低U值大約是0.7，較優(yōu)選是大約0.75，更優(yōu)選是大約0.8，更優(yōu)選是大約0.85。最小U值限制可以被應(yīng)用于拉伸的最終階段，受臨界TDDR優(yōu)選是大約2.5的限制，較優(yōu)選是大約2.0，更優(yōu)選是大約1.5。在某些實施例種，臨界TDDR是4或5。在臨界TDDR以上，某些材料，比如某些一體和多層薄膜中包括可定向和雙折射的聚酯，會開始損失其彈性或者回彈能力，因為結(jié)構(gòu)中發(fā)生應(yīng)變引發(fā)的結(jié)晶現(xiàn)象。臨界TDDR于各種材料和過程(比如溫度和應(yīng)變率)特定現(xiàn)象相符，比例開始應(yīng)變引發(fā)結(jié)晶的臨界TDDR。高于該臨界TDDR的最小U值可以與最終薄膜的非單軸性質(zhì)相關(guān)。
當拉伸結(jié)束階段時的U是亞單軸時，可以有多種邊界軌跡。具體而言，可用的邊界軌跡包括共平面軌跡，其TDDR至少是5，U在TDDR達到2.5的最終拉伸階段中至少是0.7，U在拉伸末尾小于1。其他可用的軌跡包括共平面和非共平面的軌跡，其TDDR至少是7，U在達到TDDR為2.5之后的拉伸最終階段至少是0.7，U在拉伸末尾小于1?？捎玫能壽E還包括共平面與非共平面的軌跡，其TDDR至少是6.5，U在TDDR達到2.5之后的拉伸最終階段至少是0.8，U在拉伸末尾小于1?？捎密壽E包括共平面和非共平面軌跡，其TDDR至少是6，U在TDDR達到2.5之后的最終拉伸階段是至少0.9，U在拉伸末尾小于1。
可用軌跡還包括共平面與非共平面的軌跡，其TDDR至少是7，U在TDDR達到2.5之后拉伸最終階段至少是0.85。
在某些實施例中，向拉伸過程中引入少量MD張力，抑制褶皺。通常這種MD張力隨著U的下降而增加，但這并非是必須的。
在某些實施例中，可以隨著拉伸過程的進行增加張力。比如，拉伸早期U值較小時，會使最終薄膜具有更強的非單軸性質(zhì)。因此，在混合軌跡中組合各種軌跡是有利的。比如，單軸拋物線軌跡在拉伸的早期階段是優(yōu)選的，而拉伸的末期階段可能集中在不同的軌跡上。在另一種排列方式中，U可以作為TDDR的非遞增函數(shù)。在另一種排列方式中，在臨界拉伸比達到1.5，2或2.5之后，過量供料F可以作為TDDR的非遞增函數(shù)。
單軸拋物線軌跡假設(shè)薄膜的均勻空間拉伸。使用許多聚合體系，小心控制初始未拉伸薄膜的交合織物和下層織物的卡鉗(厚度)分布，并小心控制拉伸開始時和拉伸過程中溫度的分布，能夠使薄膜獲得很好的空間均勻性。比如，在拉伸具有初始均勻厚度的薄膜初期以及拉伸過程之中，在大多數(shù)情況下應(yīng)當滿足薄膜上溫度均勻分布的要求。許多聚合體系對不均勻性是非常敏感的，如果厚度和溫度均勻性不充分時能以非均勻方式進行拉伸。比如，聚丙烯在單軸拉伸條件下傾向于發(fā)生“線性拉伸”。某些聚酯，特別是聚鄰苯二甲酸乙二醇酯，也是非常敏感的。
發(fā)生不均勻薄膜拉伸的各種原因包括，比如不均勻的薄膜厚度或其他性質(zhì)，不均勻加熱等。在許多這些情況下，靠近夾緊元件的部分薄膜的拉伸比中央部分快。這在薄膜中產(chǎn)生MD張力，限制了獲得最終均勻MDDR的能力。對這個問題的補償是改進拋物線或其他單軸軌跡，產(chǎn)生更低的MDDR。換言之，對于部分或全部拉伸，使MDDR＜(TDDR)-1/2。
在一個實施例中，對全部拉伸階段選擇MDDR＜(TDDR)-1/2的改進拋物線或其他單軸軌跡，對應(yīng)于更大的散開角。至少在部分情況下，這個條件可以放松，因為小于1的U值對應(yīng)用而言是可以接受的。在這些情況下，選擇(0.9)MDDR＜(TDDR)-1/2的改進拋物線或其他單軸軌跡。
在另一個實施例中，對TDDR增加到至少0.5或1的初始拉伸區(qū)域選擇MDDR＜(TDDR)-1/2的改進拋物線或其他單軸軌跡。然后對拉伸剩余階段采用不同的軌跡。比如，后續(xù)拉伸區(qū)域(在拉伸區(qū)域34中)可以采用MDDR等于或約等于(在±5％之內(nèi)，優(yōu)選在±3％之內(nèi))(TDDR)-1/2的拋物線或其他單軸軌跡。比如，初始拉伸區(qū)域可以實現(xiàn)高達要求值的TDDR。該要求值通常不超過4或5。然后剩余拉伸區(qū)域使TDDR從初始拉伸區(qū)域的要求值(或者在具有插入拉伸區(qū)域的情況下，從更高的值)進一步提高。通常，選擇的后續(xù)拉伸區(qū)域使TDDR值提高0.5或1或以上。
同樣，至少在某些情況下，MDDR和TDDR的關(guān)系可以是放松的，因為小于1的U值對應(yīng)用而言是可以接受的。在這些情況下，可以選擇(0.9)MDDR＜(TDDR)-1/2的改進拋物線或其他單軸軌跡作為初始拉伸區(qū)域。
參見附圖5所示裝置，通常包括后調(diào)節(jié)區(qū)域36。比如，薄膜可以在區(qū)域48中定型，在區(qū)域50中淬火。在某些實施例中，淬火是在拉伸裝置之外進行的。通常，當薄膜的至少一個組成部分，比如多層薄膜中的一個層，達到低于玻璃化轉(zhuǎn)變的溫度時，薄膜發(fā)生定型。當薄膜的所有組成部分都達到低于其玻璃化轉(zhuǎn)變的溫度時，薄膜發(fā)生淬火。在附圖5所示的實施例中，使用引出系統(tǒng)從主拉伸區(qū)34中取出薄膜。在所述實施例中，該引出系統(tǒng)獨立于(即不直接連接)將薄膜傳送通過主拉伸區(qū)的軌道。該引出系統(tǒng)可以使用任何薄膜傳送結(jié)構(gòu)，比如具有相對排列的皮帶或展幅夾片的夾緊元件的軌道140，141。
在附圖10中所示的某些實施例中，可以通過成夾角的軌道140′，141′(與用于可用引出系統(tǒng)其他實施例中的平行軌道140，141相比)實現(xiàn)TD收縮控制。比如，引出系統(tǒng)的軌道位置能沿著緩慢散開的路徑(θ角不超過約5°)通過至少部分后調(diào)節(jié)區(qū)域，使薄膜在冷卻時發(fā)生TD收縮。該結(jié)構(gòu)中的軌道能控制TD收縮，提高收縮時的均勻性。在其他實施例中，兩根相對軌道的散開角通常不超過約3°，但是在某些實施例中可以使用更寬的角度。這樣可以提高薄膜在主拉伸區(qū)中的MD張力，比如降低性質(zhì)不均勻性，比如薄膜上折射率主軸的變化。
在某些實施例中，引出系統(tǒng)的位置是可以調(diào)節(jié)的，能夠改變引出系統(tǒng)沿著拉伸裝置夾緊薄膜的位置，如附圖11中所示。這種可調(diào)節(jié)性提供了一種控制拉伸薄膜程度的方法。在拉伸早期(如附圖11中虛線所示)由引出系統(tǒng)的軌道140′，141′接受的薄膜通常具有小于在拉伸末尾(如附圖11總實線所示)的引出系統(tǒng)軌道140，141接受的薄膜的TDDR。可選引出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)能調(diào)節(jié)其中相對軌道的間距。另外，引出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)還可以調(diào)節(jié)其長度。
可用引出系統(tǒng)的另一個實例包括至少兩個不同的區(qū)域，具有分立軌道140、141、142、143。可以用附圖12中所示相對軌道的兩個分立裝置140、141和142、143形成這些區(qū)域。在附圖12中所示的實施例中，第一區(qū)域中包括軌道140、141，形成會聚角，控制TD收縮，第二區(qū)域中的軌道142、143可以是平行的。在其他實施例中，兩個不同區(qū)域的相對軌道可以形成兩個不同的會聚角，控制TD收縮，如上所述，或者第一區(qū)域可以具有平行軌道，第二區(qū)域具有形成會聚角的軌道，能夠控制TD收縮?；蛘?，兩根不同的軌道可以具有不同的引出速度，使主拉伸區(qū)與施加張力消除褶皺的引出區(qū)域不關(guān)聯(lián)。
在附圖12中所示引出系統(tǒng)實施例中，在接受薄膜之前，軌道142′、143被嵌在相對軌道140、141之內(nèi)。當相對軌道140、141開始接受薄膜時，軌道142、143移動至如附圖12所示的位置。在其他實施例中，相對軌道140、141、142、143在沒有薄膜時的位置如附圖12所示(即未被嵌入)。
引出系統(tǒng)的另一個實施例如附圖13中所示。在該實施例中，將薄膜傳送通過主拉伸區(qū)的軌道64時。引出系統(tǒng)的軌道140，141相對薄膜中心線成一定夾角。兩個相對傳送裝置的角度可以都等于β，或者是不同的，一根軌道是β+ε，另一根軌道是β-ε。ε角相對于上述會聚或散開角，能控制TD收縮。在某些實施例中，主拉伸區(qū)中的軌道64可以成φ角，如附圖13所示，軌道140，141成φ+β+ε，和φ+β-ε的夾角。成夾角的引出系統(tǒng)和/或主拉伸區(qū)適用于提供薄膜主軸或性質(zhì)軸，比如折射率軸或撕扯軸與薄膜成夾角的薄膜。在某些實施例中，引出系統(tǒng)與主拉伸區(qū)形成的夾角是可以手動調(diào)節(jié)或用計算機控制的驅(qū)動裝置和/或其他控制裝置進行機械調(diào)節(jié)的。
在某些使用成夾角的引出系統(tǒng)實施例中，兩根相對軌道的位置能接受具有相同或基本類似的TDDR的薄膜(虛線表示薄膜具有相同TDDR)，如附圖13中所示。在其他實施例中，兩根相對軌道140，141的位置能夠接受薄膜，所示兩根相對軌道的TDDR是不同的(附圖14的虛線表示相同TDDR的薄膜)，如附圖14中所示。后一結(jié)構(gòu)能夠提供性質(zhì)隨著薄膜TD尺寸變化的薄膜。
通常，被主拉伸區(qū)中的夾緊元件固定的部分薄膜被除去。為了在基本上整個拉伸過程中保持基本單軸的拉伸方式(如附圖5中所示)，在橫向拉伸末尾，優(yōu)選快速散開的邊緣部分56在切點58被從已拉伸薄膜48中切開。可以在58位置處設(shè)置一個切刀，可以切掉毛邊或無法利用的部分56。
從連續(xù)夾緊裝置中松開織邊可以是連續(xù)進行的；但是，優(yōu)選從展幅夾片等分立夾緊裝置中松開織邊，使任意指定夾片下的材料能立刻松開。分立放松裝置能使拉伸織物上游感受到更大的應(yīng)力顛倒。為了幫助隔離引出設(shè)備，優(yōu)選使在該設(shè)備中使用連續(xù)的織邊分離裝置，比如從經(jīng)過加熱拉伸的薄膜中央部分中“熱”剪切織邊。
優(yōu)選剪切位置足夠靠近“壓線”，比如首先與引出系統(tǒng)夾緊元件有效接觸的隔離引出點，最小化或降低該點的應(yīng)力顛倒上游。如果薄膜在被進出系統(tǒng)夾緊之前被分割，則可能導致不穩(wěn)定的切割，比如沿著TD發(fā)生薄膜“回彈”。因此優(yōu)選在壓線上或其下游切割薄膜。切割是短裂過程，通常在空間位置上具有小而自然的偏差。因此可能優(yōu)選在壓線略微下游處進行切割，避免在壓線上游發(fā)生任何暫時的切割偏差。如果在壓線相當下游處切割薄膜，則引出裝置和邊界軌跡之間的薄膜會持續(xù)沿著TD拉伸。因為現(xiàn)在只有這部分薄膜正在拉伸，所以這時的拉伸比大于邊界軌跡，造成更大的應(yīng)力顛倒，向上游傳播，比如，向上游傳播不利的縱向張力。
優(yōu)選切口是可以移動和重新定位的，能夠按照需要隨著引出位置的變化而變化，配合變化的最終橫向拉伸方向比或?qū)σ鱿到y(tǒng)位置的調(diào)節(jié)。這種切割系統(tǒng)的優(yōu)點是，能夠調(diào)節(jié)拉伸比，同時通過移動引出切割點58保持拉伸程序。
可以使用各種切割技術(shù)，包括熱刀、熱線、激光、強IR輻射的聚焦束或熱空氣聚焦射流。使用熱空氣射流時，射流中的空氣熱到足以在薄膜中吹出一個孔洞，比如在射流作用下發(fā)生熱軟化，熔融和受控斷裂?；蛘?，熱射流可以僅僅軟化薄膜的聚焦部位，仍然散開的邊界軌跡實現(xiàn)局部進一步拉伸，在持續(xù)薄膜拉伸的作用下，最終導致沿著加熱線在下游發(fā)生斷裂。在某些情況下可能優(yōu)選聚焦射流方法，特別是在能迅速清楚廢氣的情況下，比如采用真空排氣，以受控方式進行，避免偏離的高溫流干擾拉伸過程的均勻性。比如，可以在射流噴嘴周圍使用同心排氣圈?；蛘撸梢栽谏淞飨路竭M行排氣，比如在薄膜的另一側(cè)面?？梢赃M一步在下游補償或補充排氣，進一步減少上游偏離到拉伸區(qū)域中的射流。
引出系統(tǒng)的另一個功能是控制速度和/或MD張力，能以與輸出速度相匹配的方式移動薄膜。引出系統(tǒng)還能拉出薄膜中的所有殘余褶皺。可以臨時增加引出速度使其大于已拉伸薄膜最終釋放部分的輸出速度，能夠在開始步驟中拉出褶皺，或者在持續(xù)操作中使用高于輸出薄膜MD速度的恒定速度拉出褶皺，比如最終拉伸階段的超單軸拉伸的情況下。還可以使引出速度大于薄膜沿壓線邊緣軌跡的MD速率。這樣就可以改變薄膜的性質(zhì)。增加引出速度還能降低U的最終值，從這方面考慮必須考慮該薄膜的最終用途而加以限制。
該過程還包括區(qū)域38中的移動部分?？蛇x使用輥65向前推送薄膜，但也可以取消這個步驟。優(yōu)選不使用輥65，因為它會使經(jīng)過拉伸的薄膜52中產(chǎn)生伴隨勢能，損壞拉伸薄膜?？梢孕纬闪硪粋€切口60，除去未使用部分61。離開引出系統(tǒng)的薄膜通常被繞成卷材，供以后使用?；蛘?，可以在引出之后直接進行轉(zhuǎn)換。
上述控制MD和TD收縮的原理還能被推廣到其他拉伸設(shè)備中，包括附圖1中所示的傳統(tǒng)展幅機構(gòu)。附圖17所示實施例中，來自于主拉伸區(qū)的軌道64(比如附圖1中所示的線性散開軌道)繼續(xù)進入或通過部分后調(diào)節(jié)區(qū)域。然后可選根據(jù)要求用分立的引出系統(tǒng)140、141承接薄膜?？梢岳密壍?4的持續(xù)冷卻薄膜，使其收縮。在某些實施例中，連續(xù)軌道164沿著緩慢會聚的路徑(形成不超過大約5°的θ角)通過至少部分后調(diào)節(jié)區(qū)域，使薄膜冷卻時發(fā)生TD收縮。該結(jié)構(gòu)中的軌道能控制TD收縮，提高收縮時的均勻性。在某些實施例中，軌道264沿著會聚趨勢更大的路徑(形成至少15°的φ角，通常在20到30°范圍內(nèi))通過至少部分后調(diào)節(jié)區(qū)域，控制薄膜冷卻時的MD收縮。在附圖17所示的某些實施例中，后調(diào)節(jié)區(qū)域包括緩慢會聚的軌道164和會聚趨勢更大的軌道264。在其他實施例中，只使用一套軌道164和軌道264。
不應(yīng)當認為本發(fā)明受限于上述特定實施例，而應(yīng)當認為包括權(quán)利要求陳述的本發(fā)明所有方面?？梢员槐景l(fā)明進行的各種改進，等同過程，以及各種結(jié)構(gòu)，對說明書中所回顧領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是顯而易見。
權(quán)利要求
1.一種拉伸薄膜的裝置，它包括大量夾緊元件，它們固定薄膜的相對末端；相對軌道，大量夾緊元件沿它們運動，該相對軌道確定主拉伸區(qū)，在主拉伸區(qū)中所述軌道通常是散開的，以便拉伸被夾緊元件固定的薄膜，其中主拉伸區(qū)中的每個相對軌道都包括至少一根連續(xù)橫桿，沿著軌道長度方向延伸通過主拉伸區(qū)；和至少一個軌道形狀控制器，它與主拉伸區(qū)中的至少一根連續(xù)橫桿相連，其中所述的軌道形狀控制器能夠?qū)B續(xù)橫桿施加作用力，以改變主拉伸區(qū)中的軌道形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于至少一個軌道形狀控制器與至少一個相對軌道的每個連續(xù)橫桿相連。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于大量軌道形狀控制器與每個連續(xù)橫桿相連。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于至少一個軌道包括一個固定的控制點，該點在軌道形狀控制器施加作用力以改變軌道形狀時不會發(fā)生移動。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于固定控制點在軌道上的位置是相對于薄膜通過裝置的流向，處于與軌道相連的任何軌道形狀控制器之前。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于固定控制點在軌道上的位置是相對于薄膜通過裝置的流向，處于至少一個與軌道相連的軌道形狀控制器之后。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于連續(xù)橫桿具有沿著軌道長度變化的剖面面積。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于連續(xù)橫桿沿著軌道長度發(fā)生單調(diào)遞減。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于連續(xù)橫桿的剖面面積沿著軌道長度縮小。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于連續(xù)橫桿的平衡形狀對應(yīng)于這樣的形狀其中沒有軌道形狀控制器施加作用力以改變連續(xù)橫桿，而且連續(xù)橫桿的平衡形狀是拋物線的。
11.一種拉伸薄膜的方法，它包括提供一個拉伸機，該拉伸機包括大量夾緊元件，相對軌道，大量夾緊元件沿著該相對軌道運動，該相對軌道確定主拉伸區(qū)，主拉伸區(qū)中的軌道通常是散開的，以拉伸被夾緊元件固定的薄膜，其中主拉伸區(qū)中的每個相對軌道都包括至少一個連續(xù)橫桿，沿著軌道長度延伸通過主拉伸區(qū)；和至少一個軌道形狀控制器，與主拉伸區(qū)中的至少一個連續(xù)橫桿相連；激活至少一個軌道形狀控制器，向至少一個連續(xù)橫桿施加作用力，以改變至少一個軌道的形狀；用夾緊元件夾住薄膜的相對末端；沿著相對軌道將薄膜傳送到主拉伸區(qū)；和在主拉伸區(qū)內(nèi)拉伸薄膜。
12.一種拉伸薄膜的裝置，它包括大量固定薄膜相對末端的夾緊元件；相對軌道，大量夾緊元件沿著該相對軌道運動，該相對軌道確定主拉伸區(qū)，主拉伸區(qū)中的軌道通常是散開的，以拉伸被夾緊元件固定的薄膜，其中主拉伸區(qū)包括(i)初始拉伸區(qū)域，其外形調(diào)整和布置成使基于軌道的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系MDDR＜(TDDR)-1/2而且TDDR至少增加0.5；和(ii)后續(xù)拉伸區(qū)域，其外形調(diào)整和布置成使MDDR約等于(TDDR)-1/2，而且TDDR至少增加0.5。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于初始拉伸區(qū)域的外形調(diào)整和布置成使TDDR至少增加1。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于后續(xù)拉伸區(qū)域的外形調(diào)整和布置成使TDDR至少增加1。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于初始拉伸區(qū)域的外形調(diào)整和布置成使TDDR達到至少4。
16.如權(quán)利要求12所述的裝置，它還包括位于初始拉伸區(qū)域和后續(xù)拉伸區(qū)域之間的中間區(qū)域。
17.一種拉伸薄膜的方法，它包括將薄膜傳送至拉伸區(qū)域中；沿著通常散開的路徑傳送薄膜的相對邊來拉伸薄膜，其中通常散開的路徑的外形調(diào)整和布置成包括(i)初始拉伸區(qū)域，其外形調(diào)整和布置成使基于路徑的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系MDDR＜(TDDR)-1/2而且TDDR至少增加0.5；和(ii)后續(xù)拉伸區(qū)域，其外形調(diào)整和布置成使MDDR＝(TDDR)-1/2而且TDDR至少增加0.5。
18.一種拉伸薄膜的方法，包括將薄膜傳送至拉伸區(qū)域中；沿著通常散開的路徑傳送薄膜的相對邊，來拉伸薄膜至使薄膜的橫向尺寸增加4倍以上，其中所述通常散開的路徑的外形調(diào)整和布置成使拉伸過程中基于路徑的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系MDDR＜(TDDR)-1/2
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于散開的路徑是基本拋物線的。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于散開的路徑是基本拋物線路徑的線性近似。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中拉伸薄膜包括拉伸薄膜至使薄膜的橫向尺寸增加6.8倍以上。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于散開的路徑是共平面的。
23.一種拉伸薄膜的方法，它包括將薄膜傳送至拉伸區(qū)域中；沿著通常散開的共平面路徑傳送薄膜的相對邊，來拉伸薄膜至使薄膜的橫向尺寸增加至少2.5倍，其中所述通常散開的路徑的外形調(diào)整和布置成使拉伸過程中基于路徑的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系MDDR＜(TDDR)-1/21/(MDDR×TDDR1/2)＜2
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于拉伸薄膜包括拉伸薄膜至其橫向尺寸增加5.3倍以上。
25.一種拉伸薄膜的方法，它包括將薄膜傳送至拉伸區(qū)域中；沿著通常散開的共平面路徑傳送薄膜的相對邊，來拉伸薄膜至其橫向尺寸增加至少4.6倍，其中所述通常散開的路徑的外形調(diào)整和布置成使拉伸過程中基于路徑的縱向拉伸比(MDDR)和橫向拉伸比(TDDR)具有以下關(guān)系0.9×MDDR＜(TDDR)-1/21/(MDDR×TDDR1/2)＜2
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于拉伸薄膜包括拉伸至薄膜的橫向尺寸增加6.8倍以上。
27.一種拉伸薄膜的方法，包括將薄膜傳送至拉伸區(qū)域中；沿著通常散開的路徑傳送薄膜的相對邊，來拉伸薄膜，其中所述通常散開的路徑外形調(diào)整和布置成包括(i)初始拉伸區(qū)域，其中所述通常散開的路徑具有以下函數(shù)式±(x)/(x1)＝(1/4)(x1/x0)(y/x1)2+1，和(ii)后續(xù)拉伸區(qū)域，其特征在于通常散開的路徑具有以下函數(shù)式±(x)/(x2)＝(1/4)(x2/x0)((y-A)/x2)2+1，其中x2和x1是不同的，A是y軸補償。
全文摘要
本發(fā)明涉及經(jīng)過拉伸的聚合物薄膜，它可以被用于各種應(yīng)用中，包括光學應(yīng)用。拉伸條件和拉伸裝置中拉伸軌道的形狀會決定或影響薄膜性質(zhì)。拉伸方法和裝置中包括可調(diào)節(jié)或定域的拉伸區(qū)。
文檔編號B29C55/16GK1713978SQ200380103900
公開日2005年12月28日 申請日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者W·W·梅麗爾, J·N·杰克遜, A·T·拉芬, D·L·湯普森, J·A·維特利, J·D·阿蒙松, C·A·哈維 申請人:3M創(chuàng)新有限公司