专利名称：用于微复制的冷却单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造薄膜的领域，该薄膜包含微复制的图案以便产生具有特定光学性质的表面形貌。更具体地，本发明涉及提高某些微复制过程的生产效率。
背景技术：
微复制是使软化的聚合物膜或压出的材料与压力压区接触使得压出型材或软化的薄膜压在其上具有精细图案或特定表面形貌的工具上的过程。图案或者形貌被相反地转印到与工具接触的材料侧。上述过程被广泛用于辊到辊制造方法，以产生图案化或复制的产品，例如反光材料和其他光学薄膜。典型的微复制过程包括加热工具，以软化聚合物材料，其可以被提供作为薄膜或压出型材，然后利用热量和压力将图案压印在聚合物材料上，随后冷却材料，然后在被卷起、制成片状或以其他方式收集之前冷却图案化的聚合物。制造速度可能受最慢工艺限制，这可由以上提到的步骤(加热、压印、冷却)中的任何一个确定。随着加热的进展，例如通过NIR，冷却步骤则可能成为瓶颈，即薄膜未被足够快地冷却，因此生产速度不得不降低以提供足够的时间用于薄膜的进一步冷却。目前，冷却通过冷却空气的使用如再循环风扇、送风机、激冷辊等而进行。存在多种改善薄膜或网状物的冷却的现有方法。一个这种示例是使用热传导从薄膜中去除热。众所周知的是，热传导的传热系数的数量级高于热对流(通过空气)。通过传导的冷却一般通过一个或两个连续的冷却带实现。这种类型的装备在药物或食品行业中得到广泛的实施。通常，这样的薄金属带(不锈钢或黄铜)在其端部连接，以形成封闭的环。通过在需要冷却的表面的相反的带侧上喷洒冷冻水或其他冷却剂，保持带是冷却的。由于通过金属的高热传递，从热表面有效地去除热。在这个过程中，至关重要的是确保热与冷表面的良好接触。如果在冷却带与正被冷却的薄膜的表面之间存在气隙，传热系数显著下降并且冷却变得无效。这种冷却装备的代表性制造商包括Sandvik和BBA。因此，存在改进冷却步骤的需要，以便促进具有特定表面形貌的图案化的产品的生产。发明概述下面描述的本发明的实施例并不是为了穷举或将本发明限于以下详述中所公开的确切形式。相反，选择或描述实施例使得本领域技术人员可以认识并理解本发明的原理和实践。根据一个示例性实施例，公开了一种用于微复制的设备。该设备包括冷却单元，其包含底层、多个侧壁和中间层。底层具有外周边和围绕底侧的外周边的多个侧壁。中间层被定位在底层和侧壁的上部之间。中间层可以包括多个开口，其可以保持分配冷却剂的装置或用于排出冷却剂。 在微复制过程中，方法在加热和压印聚合物膜之后使用该设备。
本发明的一个目的是，提供具有用于微复制的冷却带的系统，其包括围绕第一组辊形成环的带、支撑带和薄膜的第二组辊以及用于递送至少一种冷却剂的至少一个喷嘴，其中至少一个喷嘴位于带和薄膜下面。本发明的另一个目的是，提供具有用于微复制的冷却带的系统，其包括围绕第一组辊形成环的带，其中第一组辊支撑带和薄膜，以及用于递送至少一种冷却剂的至少一个喷嘴，其中至少一个喷嘴位于带和薄膜下面。参照以下详述，本发明的其他特征和优势对本领域技术人员将是显而易见的。然而，应理解的是，尽管指出本发明的优选或其他实施例，但各种实施例和具体实例的给出意在图示说明而不是限制。在不背离本发明的精神的情况下，可以做出本发明范围内的多种变化和修改,并且本发明包括所有此类修改。
通过参考本发明的目前优选示例性实施例的以下更详细的说明并结合附图，将更完整地理解并认识该发明的这些以及其他目的和优势，其中:图1是冷却单元的示意
图2a_2b冷却单元的设计的示意图；图3是冷却布置的示意图；以及图4示出了微复制布置的示例性视图。除非另作说明，以上附图的图示不必按比例绘制。发明详述通过示例并参照附图，详细地描述了本文中所公开的设备和方法。除非另作声明，附图中的相同数字表示指代遍及附图的相同、相似或对应的元件。应当理解，可以对所公开和描述的示例、布置、配置、部件、元件、设备、方法、材料等进行更改，并且对于具体应用可能是期望的。在本公开中，具体形状、材料、技术、布置等的任何确定涉及呈现的具体示例或仅仅是这种形状、材料、技术、布置等的一般描述。具体细节或示例的确定并不是为了并且不应被理解为是强制的或限制的，除非特别如此指出。参照附图，在下文中详细地公开和描述了选择的设备和方法的示例。公开了一种微复制的冷却方法。该冷却方法在冷却压花聚合物膜中采用热传导。图1提供了冷却单元110的图示说明。冷却单元110包括箱106和一组喷嘴104。箱106具有两个侧部106-1和底部106-2。该组喷嘴104通过供给管105连接，供给管105可以从共同源或单独地供应该组喷嘴104。加热后，压花聚合物膜或网状物102逐渐地被向前(箭头M指示的)转位经过冷却单元110。压花聚合物膜102具有后侧103和前侧101。前侧101包括由加热并压印压花聚合物膜102形成的压花图案，并且不与冷却单元110接触，而压花聚合物膜102的后侧103与冷却单元110接触在冷却压花聚合物膜102中，该组喷嘴104将冷却剂直接喷洒在压花聚合物膜102的后侧103上，而箱106被用来收集从喷嘴104排出后的冷却剂以便被重复利用或处理。泵送和制冷系统还可以用于递送冷却剂。冷却剂可以包括但不限于水、冷冻水、与二醇(glycol)混合的水、二醇或与空气混合的水。每个喷嘴104通过供给管105连接到冷却剂的供应源。供给管105可以从一个供应源或若干独立的供应源提供冷却剂。当供给管105从冷却剂的独立供应源供给喷嘴104时，可以同时提供不同类型的冷却剂。此外，喷嘴104可以装备有控制阀，其允许使用一种类型的冷却剂而不使用其他冷却剂。可以给每个喷嘴104或每辊喷嘴或特定区域内的喷嘴添加控制阀。此外，供应冷却剂的流速可以改变。即两种或更多种类型的冷却剂可以以相同流速或不同流速从该组喷嘴104供应至压花聚合物膜102的后侧103，使得温度能根据需要更改以增加或减少冷却单元110中的冷却速率。通过单独供给冷却剂，可以对一种制造工艺或者不同的制造工艺或材料使用不同的冷却剂。通过允许在不同的制造工艺中使用另外的冷却剂，当存在不同处理应用的材料或要求完全改变时，无需清洗整个系统。单独供给冷却剂的另一优势，冷却剂的温度能够依据用于冷却的材料类型而改变。例如，用作冷却剂的水在大约45° F至大约55° F的范围内，而二醇用作冷却剂时可以具有大约45° F的温度范围。供给管105能根据制造操作的需要、尺寸以及速度从一个或更多个箱中吸取冷却剂 。给定组喷嘴104的冷却效率可以通过调整喷嘴104与压花聚合物膜102之间的距离或者喷嘴104指向压花聚合物膜102的角度而进一步提高。冷却单元110将防水密封地附接到微复制设备。此外，空气干燥单元或气刀可以被布置在冷却单元的下游，以便干燥或去除留在压花聚合物膜102上的任何残留的冷却剂。图2a和2b提供了冷却单元的设计的图示说明。图2a描述了冷却单元110的透视图。冷却单元Iio具有底层111 ;多个侧壁112，侧壁112具有上部和下部。底层111具有由外周边围绕的特定区域，其中底层111具有顶面和底面。如图2a所示，底层111的外周边是矩形形状。如果底层112是矩形的，那么就有围绕底层112的外周边的四个侧壁。除了底层111的矩形形状外，其他几何形状也可以用于冷却单元110，例如正方形或六边形。冷却单元还包括中间层或承载垫113。中间层113具有顶侧115、底侧114和中间层外周边。若干孔116、117和118位于中间层113上。孔116、117和118具有变化的尺寸，以允许多种型号的喷嘴104 (图1)递送冷却剂。中间层113位于底层111与冷却单元110的侧壁112的顶部下方之间的空间中。中间层113不与压花聚合物膜102接触。中间层113不与底层111接触，以允许管路或导管被布置在由中间层113与底层111限定的空间内。为了收集冷却剂，底层111可以具有连接到中心排水管的排水孔。中心排水管路还可以收集中心存储容器中失效的冷却剂。图2b提供了孔116的配置和中间层113的间距。如所显示的，孔116被均匀地间隔且对齐。除了孔116外，冷却单元110 (图2a)还可以包含收集沟槽或收集凹槽或收集通道(row) 119，其用于在冷却剂已经通过喷嘴104 (图1)排出后收集冷却剂，其位于孔116内。除了由图2b提出的实施例外，孔116和收集沟槽119的多种配置可以被布置在中间层113上，从而提供一致的冷却模式。图3描述了示例性冷却带系统130。冷却带系统130包括冷却单元110、薄金属带120、第一组辊121和第二组辊125。薄金属带120围绕第一组辊121和第二组辊125形成连续的环。在薄金属带120以连续的环运行时，第一组辊121支撑薄金属带120。第二组辊125被包含在冷却单元110内并支撑薄金属带120、压花聚合物膜102和一组用于递送冷却剂的喷嘴104。薄金属带120具有顶侧123和底侧122。薄金属带120的底侧122与冷却带系统130接触，并且薄金属带120的顶侧123与压花聚合物膜102接触。在加热和压印压花聚合物膜102后，薄金属带120最初与压花聚合物膜102接触。在初始接触后，薄金属带120通过第一组辊121和第二组辊125的辅助使压花聚合物膜102向前移动，如箭头F所指示的。随着压花聚合物膜102的一部分位于薄金属带120之上并沿F方向向前移动，由供给管105供给的该组喷嘴104将冷却剂喷洒在薄金属带120的底侧122上。压花聚合物膜102优选与薄金属带120接触或近似接触靠近，以便不阻碍压花聚合物膜102的移动，或者不以另外的方式使位于压花聚合物膜102的前侧101 (图1)上的压花图案或形貌变形。通过从薄金属带120至压花聚合物膜102的传导，压花聚合物膜102将经历温度的降低、自熔融状态的冷却，其中在不破坏压花图案的情况下使压花图案降低至较低温度。关键的是确保压花聚合物膜102与薄金属带120之间的良好的热接触，以提供压花聚合物膜102的充分冷却。如果薄金属带120与压花聚合物膜102之间存在气隙，传热系数显著下降并且冷却变得无效。逐渐地，压花聚合物膜102部分将沿F方向被薄金属带120、第一组辊121和第二组辊125拉动经过冷却单元110。随着喷嘴104持续喷洒薄金属带120，失效的冷却剂被箱106收集。一旦压花聚合物膜102部分到达靠近冷却单元110的终端，压花聚合物膜102就继续向前并且不再与薄金属带120接触，薄金属带120维持在其连续的环中。尽管已经描述了薄金属带120，但应理解可以用其他材料替代金属，例如热包层、具有从材料中去除或吸走热的聚合材料或其他材料。此外，该实施例在冷却带系统130中显示了四个喷嘴104 ;然而，对于冷却带系统130来说，可以配置任何数量的喷嘴104。同样，在不背离本实施例的情况下，任何数量的辊或辊组可以以任何配置被提供。任选地，可以在微复制工具或带的相对侧上使用冷却带系统130，以确保压花聚合物膜102与金属带120之间的紧密热接触。此外，冷却带系统130可以包括位于冷却单元110之上的第三组辊，其与压花聚合物膜102接合。第三组辊以与压花聚合物膜102相同的速度移动，并将压力施加在压花聚合物膜102上。图4是具有微复制冷却带140和微复制带141的微复制设备131的示意图，微复制带141包括微复制带141的表面上的图案。第一聚合物膜136被缠绕在第一聚合物膜辊135上。第二聚合物膜138也可以被提供并缠绕在第二聚合物膜辊137上。第一聚合物膜136和第二聚合物膜138被一组辊139朝向热辊142向前拉动，以开始微复 制过程。热辊142被提供用于加热一个或更多个压辊134、第一聚合物膜136和第二聚合物膜138。随着压棍134与第一聚合物膜136和第二聚合物膜138相互作用，第一聚合物膜136和第二聚合物膜138沿着微复制带141行进。压辊134提供压力，于是提供特定的表面形貌。该组辊139保持第一聚合物膜136和第二聚合物膜138移动并维持足够的张力。一旦第一聚合物膜136和第二聚合物膜138沿着热辊142和压辊134行进，第一聚合物膜136和第二聚合物膜138沿着微复制冷却带140行进。微复制冷却带140被提供用于冷却第一聚合物膜136和第二聚合物膜138。微复制冷却带140可以由金属如铜、镍、铝或不锈钢制成，并且包括包括一组辊144，其形成封闭环143以保持微复制冷却带140上的恒定速度。微复制冷却带140的厚度可以为大约5密耳至大约25密耳，其中大约8密耳至大约10密耳是优选的。多个喷洒喷嘴104可以以阵列的形式布置在微复制冷却带140的底侧，并且由供给管105供给。一旦第一聚合物膜136和第二聚合物膜138沿着微复制冷却带140行进，第一聚合物膜136和第二聚合物膜138就在卷起辊146处被卷起。为了确保第一聚合物膜136和第二聚合物膜138与微复制冷却带140之间的良好的热接触，可以在微复制冷却带140的顶侧上使用压力通风系统(plenum) 145。额外的棍如132和133可以增加到布置中，以增加保护性的承载膜或剥离衬里，从而在生产线上实现
多层层压结构。通过微复制冷却带140的使用，当从微复制设备131移除时，第一聚合物膜136和第二聚合物膜138的剥离温度与常规的微复制制造工艺相比可以降低，在收集聚合物膜方面实现更好的稳定性。冷却剂的使用还能与空气结合，所述空气从与冷却剂的相同侧或从与冷却剂的相对侧冷却微复制设备131。空气冷却的应用和冷却剂的使用可以同时、基本同时或在微复制工艺的不同操作时间发生。例如，空气冷却可以在冷却剂的应用之前和之后发生，反之亦然。空气冷却还可以应用以 辅助收集以上所述的沟槽中的冷却剂。除了所描述的实施例外，还可以使用单个聚合物膜或多个聚合物膜。前述说明和附图示出了本发明的原理、优选的实施例和操作方式。然而，本发明不应应当被理解为限于以上所讨论的特定实施例。本领域技术人员将会认识到以上所讨论的实施例的其他变型。因此，上述实施例应当被认为是示例性的而不是限制性的。因而，应当认识到，本领域技术人员在不背离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以获得那些实施例的变型。因此，根据本发明可以看出，已经提供了用于生产微复制薄膜的非常有利的工艺。尽管已经结合目前被认为是最实际和优选的实施例描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是本发明不限于所公开的实施例，并且在本发明的范围内可以进行多种修改或等效布置，该范围将被给予所附权利要求最广泛的解释以便包所有等同结构或产品。因此，根据本发明可以看出，已经提供了用于冷却压花聚合物膜的非常有利的方法和设备。尽管已经结合目前被认为是最实际和优选的实施例描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是本发明不限于所公开的实施例，并且在本发明的范围内可以进行多种修改或等效布置，该范围将被给予所附权利要求最广泛的解释以便包所有等同结构或产品O发明人据此声明其意图是，依靠等同原则，确定和估定其发明的相当公正的范围，该发明涉及以下权利要求中提出的未实质背离但在发明文字范围外的任何设备、系统、方法或 制品。
权利要求
1.用于微复制的冷却单元，其包含: 底层，其具有由外周边围绕的区域，其中所述底层具有顶面和底面； 围绕所述底层的外周边的多个侧壁，其中每个侧壁均具有顶部和下部，其中所述侧壁的所述下部被连接到所述底层的所述外周边； 中间层，其具有由外部的中间层周边围绕的区域并且具有顶侧和底侧，其中所述中间层位于所述底层与每个所述侧壁的所述上部之间； 多个开口，其在所述中间层的所述底面与所述底层的所述顶面之间；以及 其中所述多个开口中的至少一个保持控制至少一种类型冷却剂的装置。
2.根据权利要求1所述的冷却单元，其中所述装置是喷嘴。
3.根据权利要求1所述的冷却单元，其中所述多个开口中的一些用于排出至少一种冷却剂。
4.根据权利要求1所述的冷却单元，其中所述多个开口中的一些用于再循环所述至少一种冷却剂。
5.根据权利要求1所述的冷却单元，其中所述至少一种冷却剂是二醇。
6.根据权利要求1所述的冷却单元，其中所述至少一种冷却剂是与二醇混合的水。
7.根据权利要求1所述的冷却单元，其中所述至少一种冷却剂是与空气混合的二醇。
8.根据权利要求1所述的冷却单元，其中所述至少一种冷却剂是与空气混合的水。
9.根据权利要求1所述的冷却单元，其中聚合物膜被放在所述冷却单元的所述侧壁的所述上部上。`
10.根据权利要求1所述的冷却单元，其还包含凹槽、沟槽或通道。
11.用于微复制的冷却带的系统，其包含: 带，其围绕第一组辊形成环； 第二组辊；其支撑所述带和薄膜；以及 至少一个喷嘴，其用于递送至少一种冷却剂，其中至少一个喷嘴位于所述带和所述薄膜之下。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述带是金属。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述带是热包层。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述薄膜是聚合物膜。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述薄膜与所述带接触。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述薄膜与压力通风系统接触。
17.用于微复制的冷却带的系统，其包含: 带，其围绕一组辊形成环，所述一组辊支撑所述带和薄膜；以及至少一个喷嘴，其用于递送至少一种冷却剂；其中至少一个喷嘴位于所述带和所述薄膜之下。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述薄膜是聚合物膜。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述带是金属。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述薄膜与所述带接触。
全文摘要
根据一个示例性实施例，公开了用于微复制的设备。该设备包括冷却单元(110)，其包含底层(111)、多个侧壁(112)和中间层(113)。底层具有外周边和围绕底层的外周边的多个侧壁。中间层被定位在底层与侧壁的上部之间。中间层可以包括多个开口(116、117、118)，其可以保持分配冷却剂的装置，或被用于排出冷却剂。在微复制期间，方法在加热和压印聚合物膜之后使用该设备。
文档编号B29C35/16GK103228413SQ201180057304
公开日2013年7月31日 申请日期2011年11月28日 优先权日2010年11月30日
发明者E·罗泽鲍姆 申请人:艾利丹尼森公司