DE69524252T2

DE69524252T2 - Verfahren zur herstellung eines mehrschicht-klebemittels durch extrusionsbeschichtung und beschichtungskopf

Info

Publication number: DE69524252T2
Application number: DE69524252T
Authority: DE
Inventors: C. Huff; N. Kishi; Luigi Sartor
Original assignee: Avery Dennison Corp
Current assignee: Avery Dennison Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2015-09-16
Also published as: AU701909B2; DE69524252D1; WO1996008319A2; AU3717695A; MX9701941A; EP0788408A2; CO4410355A1; ATE209531T1; DK0788408T3; FI971078A0; CN1166144A; WO1996008319A3; EP0788408B1; CA2200191A1; FI971078A; BR9509177A; FI111133B; ES2165924T3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Beschichten und spezieller eine Beschichtungsmethode und Apparatur mit Mehrschichtwerkzeug, worin zwei oder mehr dünne Schichten von Flüssigkeiten gleichzeitig als Beschichtung auf ein Substrat aufgebracht werden.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt einen ungeheuren Bedarf an Bögen oder anderen Substraten, die mit dünnen Schichten oder "Filmen" von Flüssigkeiten beschichtet wurden, insbesondere mit polymeren Flüssigkeiten, wie druckempfindlichen Klebstoffen (PSAs). Solche PSA-Flüssigkeiten fallen in wenigstens zwei Kategorien einschließlich Emulsionen, heißen Schmelzen und Lösungen auf Lösungsmittelbasis. Es gibt aber zahlreiche Typen von PSAs innerhalb dieser und anderer Kategorien, die eine große Vielfalt von Fluideigenschaften zeigen. Es gibt auch zahlreiche andere Arten von Flüssigkeiten, die als Überzug auf irgendeine Substrattype aufgebracht werden müssen.
Typischerweise wird ein solches Substrat mit der dünnen Filmbeschichtung darauf zu gerollten Materialien ausgebildet, welche dann einem "Bearbeitungs"-Verfahren unterzogen werden, worin sie bedruckt, mit Werkzeug zerschnitten und anderweitig zu einer Vielzahl von Endprodukten verarbeitet werden können, wie zu Etiketten, Identifikationssystemen, Streifen usw. Diese gerollten beschichteten Materialien zeigen oftmals einen Sandwichaufbau, was bedeutet, daß das Substrat mit mehreren Schichten von flüssigen PSA-Klebstoffen oder anderen Flüssigkeiten überzogen werden, welche dann einen Deckbogen aufnehmen, der irgendeine Art von Schichtmaterial umfaßt. Es gibt fast eine endlose Anzahl solcher Mehrschichtprodukte, die aus zahlreichen unterschiedlichen Arten von Trägerbögen, Beschichtungen und Schichtmaterialien aufgebaut sind.
Die EP-A-0 566 124 beschreibt eine Beschichtungsvorrichtung zur Bildung einer oder mehrerer Überzugsschichten auf einem Substrat mit Hilfe eines Extruderkopfes, der eine Vorderkante, welche auf einer Aufstromseite in bezug auf eine Bewegungsrichtung des Substrates liegt, und eine Hinterkante, die auf einer Abstromseite in der Bewegungsrichtung des Substrates liegt, umfaßt. Die Hinterkante hat einen Eckbereich, der teilweise einen Extrudierschlitz begrenzt und weiter weg von dem Substrat als die Vorderkante in einen Zustand versetzt ist, in welchem eine Vorbeschichtungslösung, die hauptsächlich ein organisches Lösungsmittel umfaßt, vorab auf einer Beschichtungsoberfläche des Substrates aufgebracht wird. Eine abgeschrägte Oberfläche wird auf dem Eckbereich gebildet.
Die WO-A-91/11 750 beschreibt ein photographisches Element mit einer lichtempfindlichen Schicht, einem flexiblen Trägerfilm aus einem organischen Celluloseester und einer im wesentlichen transparenten magnetischen Aufzeichnungsschicht mit einer Trockendicke von weniger als etwa 1,5 um. Das Verfahren zur Herstellung des Elementes umfaßt die Stufen, in denen man kontinuierlich eine Schicht einer Lösung eines organischen Säureesters von Cellulose aus einem Trichter zu einer polierten Gießfläche extrudiert, welche sich in bezug auf den Trichter bewegt, kontinuierlich und gleichzeitig eine Schicht einer magnetischen Dispersion aus demselben Trichter auf die extrudierte Schicht des organischen Säureesters von Cellulose extrudiert, die vereinigten Schichten auf der Gießfläche mit der Schicht des organischen Säureesters von Cellulose auf der polierten Oberfläche ablagert und gemeinsam den Trägerfilm und die magnetische Aufzeichnungsschicht von der Gießoberfläche abstreift, wenn die Schichten ausreichend stabilisiert sind, um selbsttragend zu sein und solches Abstreifen zu erlauben.
Die DE-A-3 235 151 beschreibt eine Vorrichtung zur Aufbringung von Verbundklebstoffen oder aus mehreren Beschichtungen unterschiedlicher Zusammensetzung aufgebauten Klebstoffen auf einem Träger zur Herstellung von Selbstklebestreifen. Die Vorrichtung dient zur Verwendung eines einzelnen speziellen Mehrfachaufbringungskopfes für die gleichzeitige Aufbringung zweier oder mehrerer Beschichtungen oder der Verwendung zweier oder mehrerer Aufbringungsköpfe, die entlang der Aufbringungsmaschine in einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Stationen angeordnet sind.
Derzeit wird bei der Herstellung solcher Mehrschichtprodukte jede Schicht typischerweise als Überzug einzeln in einem einzelnen Durchgang durch eine Beschichtungsvorrichtung aufgebracht. Die Beschichtung kann auf irgendeiner Substrattype aufgebracht werden einschließlich einer Trennschicht oder sogar auf dem Sichtmaterial. Der Überzug wird dann typischerweise durch Kühlen im Falle von Heißschmelz-PSAs einer Ofentrocknung unterzogen oder verfestigt. Wenn weitere Schichten von Überzügen darüber aufgebracht werden sollen, unterliegt das gerollte Material mit verschiedenen Überzugsschichten darauf einer weiteren Beschichtungsoperation. Schließlich ist es üblich für einen Träger und ein Sichtmaterial, die beide irgendeine Anzahl von Schichten darauf haben, daß sie unter Bildung des fertigen Mehrschichtproduktes miteinander laminiert werden. Eine Anzahl von Beschichtungsmethoden kann benutzt werden. Für die einschichtige Beschichtung des beschriebenen Typs wird jedoch üblicherweise ein Höherbeschichten oder Beschichten aus der Nähe angewendet. In jedem Fall wird die in einer einzelnen Schicht auf dem Substrat aufzubringende Flüssigkeit entlang einem länglichen Schlitz zugeführt, der in einem Werkzeug ausgebildet ist (somit wird diese Technik auch manchmal als "Schlitzbeschichten" bezeichnet). Der Schlitz liegt etwa in einem rechten Winkel zu der Laufrichtung des gerollten Substrates, welches gewöhnlich als eine "Bahn" bezeichnet wird. Das Werkzeug ist ortsfest, aber der Kopf der Werkzeuges, der zwei "Lippen" umfaßt, welche die Öffnung des Schlitzes begrenzen, ist nahe der Bahn angeordnet. Die Bahn läuft um eine Stützwalze, während sie die Vorderseite der Lippen passiert. Der von den Lippen und der Bahn gebildete Schlitz hat im wesentlichen gleiche Breiten, so daß die gesamte Querbreite der Bahn in einem Durchgang von dem Fluid beschichtet wird, während es aus dem Werkzeug und auf die sich bewegende Bahn fließt.
Bei geeigneter Gestaltung und Einstellung wird das Werkzeug die Flüssigkeit gleichmäßig und gleichförmig über die Bahn in einer dünnen Schicht verteilen. Typischerweise kann das Werkzeug radial eingestellt werden, um sich zu der Bahn und von dieser weg zu bewegen, so daß der Spalt zwischen den Lippen und der Bahn bestimmt wird, der auch als der "Beschichtungsspalt" bezeichnet wird. Außerdem kann der Winkel der Lippenoberflächen in bezug auf die Bahn oder der "Angriffswinkel" eingestellt werden. Für eine bestimmte Beschichtungsdicke können die Fließparameter der Flüssigkeit bestimmt werden, einschließlich der Fließgeschwindigkeit. Wenn diese Parameter einmal bestimmt sind und das Werkzeug in der Beschichtungsmaschine "stabilisiert" ist, werden gewöhnlich nur der Beschichtungsspalt und der Angriffswinkel während des Betriebes eingestellt.
Wegen der extrem dünnen Schichten, mit denen überzogen wird, führen jedoch solche Einstellungen gewöhnlich einen bestimmten Grad an Ungenauigkeit in das Verfahren ein.
Beispielsweise ist es für solche Einschichtüberzüge üblich, im Bereich von 2 bis 50 um zu liegen. Außerdem wird die Schwierigkeit bei der genauen Aufbringung solcher Schichten durch ihre relativ hohe Viskosität gesteigert, die gewöhnlich im Bereich von 50 bis 50 000 Millipascal pro Sekunde (mPa/sec) liegt. Außerdem variieren die Drücke und Schergeschwindigkeiten, die während der Beschichtung auftreten, oftmals um mehrere Größenordnungen. Beispielsweise zeigen einige Typen von PSA-Flüssigkeiten Drücke im Bereich von 63,3 kg/cm² (900 psi). Das Werkzeug muß in der Lage sein, Flüssigkeiten mit diesen Parametern bei relativ hohen Produktionsgeschwindigkeiten, z. B. Bahngeschwindigkeiten im Bereich von 50 bis 350 m/min oder höher als Beschichtung aufzubringen.
Es gibt auch physikalische Beschränkungen für die Genauigkeit des Werkzeugs selbst. Beispielsweise ist es sehr schwierig, extrem kleine Toleranzen an der Lippengeometrie des Werkzeugs zu halten, besonders über die Breite des Schlitzes, welche zwischen einigen wenigen und 100 in oder mehr variieren kann. So werden, um möglichst hohe Präzision zu erreichen, im Falle einer Störbeschichtung die Lippen des Werkzeugs tatsächlich in den Bogen gedrückt, welcher von einer Stützwalze unterstützt ist, die typischerweise aus einem Hartgummimaterial gefertigt ist, welches sich seinerseits als Reaktion auf den Druck des Werkzeugs deformiert. Die Abstromlippe und das meiste der Aufstromlippe berühren den Bogen nicht, da sie auf einer dünnen Flüssigkeitsschicht schwimmen, obwohl in einigen Fällen ein Teil der Aufstromlippe den Bogen berühren kann. So kompensiert eine solche Verformung Ungenauigkeiten in der Gestaltung der Werkzeuglippen. Andererseits hat diese Technik den Nachteil einer Steigerung der Verschleißgeschwindigkeit der Werkzeuglippen (besonders der Aufstromlippe), was weitere Ungenauigkeiten in das Verfahren einführt. Außerdem werden unter diesen Umständen Fehler der Walze (z. B. exzentrische Anordnung oder fehlende Maßhaltung der Walze) vergrößert. Ein anderer Nachteil der Störbeschichtung ist, daß der Durchgang einer Verbindungsstelle in der Bahn schwierig sein kann.
Bei einem anderen Beschichtungstyp, der Beschichtung aus der Nähe, werden die Lippen des Werkzeugs über einen genauen Abstand von dem Bogen weg zurückgesetzt. Die Stützwalze besteht typischerweise aus einem rostfreien Stahlmaterial, welches eine Präzision der Umfangsform der Walze erlaubt. So zeigt im Gegensatz zum Störbeschichten die Stützwalze beim Beschichten aus der Nähe weniger wahrscheinlich exzentrischen Bau (auch als Walzenabweichung bezeichnet), während sie rotiert.
Um weiterhin eine genaue Einschichtbeschichtung zu bekommen, wurde eine Anzahl von Methoden entwickelt. Beispielsweise ist es bekannt, daß die Gestaltung der Lippen in bezug auf den Bogen eingestellt werden kann, um die Beschichtungsgenauigkeit und -gleichmäßigkeit zu verbessern. Es ist auch bekannt, die Abstromlippe des Werkzeugs so abzuwinkeln oder zu kippen, daß sie in bezug auf die Bahn etwa konvergiert. Dies hat den Vorteil, daß man eine glatte Oberfläche für das Beschichten bekommt und eine "Riffelung" und andere Defekte in dem Überzug vermeidet. Dieses Lippenkonvergieren bekommt man typischerweise durch Einstellung des Angriffswinkels des Werkzeugs in der Weise, daß die Lippen so angewinkelt werden, daß sie auf die ankommende Bahn blicken (hier als negative Gerade des Angriffswinkels definiert).
Einstellungen des Angriffswinkels des Werkzeuges beeinflussen jedoch die Fluidmechanik des Gesamt-"Flüssigkeitswulstes". Der Wulst ist als der Anteil der Flüssigkeit definiert, der zwischen den Lippen und dem Bogen entlang den beiden Längsseiten und zwischen den beiden Enden des Wulstes eingefangen ist, was als der Aufstrommeniskus und der Abstrommeniskus oder der filmbildende Bereich definiert ist. Wenn somit das Konvergieren zu stark ist, hat der Fluß einen großen Druckabfall, was eine Neigung dazu hat, die Flüssigkeit aufstromwärts zu pressen. Wenn der Wulst in der Aufstromrichtung vorrückt, ist es wahrscheinlich, daß er explodiert, da sich das Druckgefälle in diesem Bereich quadratisch verändert. Dies führt zu einer "Aufstromleckage" der Flüssigkeit, was offensichtlich zu einer schlechten Beschichtungsleistung führt. Daher besteht eine andere Einschichtbeschichtungstechnik darin, die Aufstromlippe so zu positionieren, daß das Druckgefälle entlang dieser Werkzeuglippe zunimmt. Dies hat die Wirkung, daß gewährleistet ist, daß der Wulst unter den Lippen bleibt oder " # solcher größerer Druckgefälle ist die resultierende Schergeschwindigkeit durch die Flüssigkeit. In Einzelschichtüberzügen, wo die Viskosität nur durch die Eigenschaften einer Flüssigkeit bestimmt wird, sind die negativen Nebenwirkungen einer solchen hohen Schergeschwindigkeit auf schlechte Filmqualität beschränkt, wann immer die hohen Scherbeanspruchungen den Film in der Kreuzbahnrichtung wieder verteilen oder wenn sie Materialstörung in scherempfindlichen Flüssigkeiten verursachen. Für Mehrschichtüberziehen, wo Viskosität infolge der Existenz mehrerer Flüssigkeiten variieren kann, beobachtet man, obwohl es nicht vollständig verständlich ist, daß diese hohe Schergeschwindigkeit (oder selbst eine niedrigere Schergeschwindigkeit über eine bestimmte Zeitdauer, wie beispielsweise die Zeit, die benötigt wird, damit die Flüssigkeit entlang einer längeren Lippe fließt) bewirkt, daß das Fluid von einem stabilen zweidimensionalen Fluß aus ein dreidimensionales Fließprofil annimmt. Mit anderen Worten, der Fluß versucht angesichts der Scherspannungen sich in ein dreidimensionales Muster umzulagern, um den Fließwiderstand zu vermindern. Als ein Ergebnis dieses dreidimensionalen Flusses unterliegt die Flüssigkeit einer bestimmten Menge von Konvektionsvermischung der Schichten.
Es gibt noch andere Quellen von Ungenauigkeit in dem einschichtigen Überziehen. Beispielsweise kann es schwierig sein, die Viskosität der Flüssigkeit oder die Geschwindigkeit der Bahn korrekt zu steuern. Das Bahnmaterial selbst kann auf der Oberfläche relativ uneben oder unregelmäßig sein und so die Schwierigkeit erhöhen, darauf eine gleichmäßige Beschichtungsdicke zu bekommen. Fremdteilchen oder andere Materialien können auf dem Bogen abgelagert oder in die Flüssigkeit mitgerissen werden. Außerdem können selbst kleine Veränderungen des umgebenden Druckes die Beschichtungsgenauigkeit beeinträchtigen. Jeder dieser Vorfälle kann zu einer "Störung" oder Veränderung gegenüber der Beschichtung mit konstantem Zustand führen.
Ungeachtet der obigen Schwierigkeiten können gute Ergebnisse gewöhnlich mit Einschichtüberzugstechniken erhalten werden. Das Verfahren kann recht versöhnlich sein. Das heißt, Störungen oder andere Instabilitäten haben oftmals keine wesentliche Wirkung auf die Leistung des Endproduktes. Außerdem dämpft es wahrscheinlich, wenn der Fluß beständig ist, die Wirkung einer Störung sehr rasch und minimiert so die Ernsthaftigkeit des Defektes.
Es gibt aber einen immer vorhandenen Bedarf, Produktionskosten zu reduzieren und Produkte höherer Qualität zu entwickeln. Im einschichtigen Überziehen, das oben beschrieben wurde, muß eine Anzahl von Beschichtungs-, Trocknungs- und Laminierstufen stattfinden, um letztlich ein Mehrschichtprodukt zu erzeugen. So sind die Kosten der Maschinerie und der Arbeit relativ hoch. Auch wurde gefunden, daß die mechanischen und rheologischen Eigenschaften bestimmter Mehrschichtprodukte unterschiedlich sein können, in Abhängigkeit davon, ob die Schichten einzeln oder gleichzeitig aufgebracht werden. Das heißt, wenn zwei feuchte Schichten gleichzeitig auf ein Substrat aufgebracht werden, wurde gefunden, daß das mehrschichtige Endprodukt verbesserte Umwandelbarkeit und Leistung haben kann. Um jedoch zwei oder mehr Schichten gleichzeitig aufzubringen, muß das Werkzeug zwei oder mehr Schlitze anstelle eines Schlitzes haben. So muß zusätzlich zu einer Aufstromlippe und einer Abstromlippe (die für Einschichtüberziehen verwendet werden) ein Mehrschichtwerkzeug auch Zwischenlippen oder "mittlere Lippen" haben, um die geeignete Anzahl von Schlitzen oder Zuführspalten zu definieren.
Solch "duale" Werkzeuge ergaben aber keine erfolgreichen Mehrschichtüberzüge. Dies deswegen, da die Prinzipien des einschichtigen Überziehens sich nicht vollständig auf Mehrschichtüberziehen übertragen lassen. Die Fluidmechanik von zwei oder mehr Massenschichten, die gleichzeitig zueinander aufgebracht werden, ist verschieden von jener, die man bei einer einzelnen Schicht findet, und hängt von dem Parameter ab, der analysiert wird, und kann sehr unterschiedlich sein. Andererseits wurde in bestimmten Industrien, wie der photographischen Filmindustrie, das Mehrschichtüberziehen erfolgreich bei einer Anzahl von Beschichtungstechniken benutzt, einschließlich Gleitbeschichtung, kombinierter Mundstück/Gleitbeschichtung oder Beschichtung mit geradem Mundstück. Die Flüssigkeitserfordernisse der Industrie sind aber recht verschieden von dem PSA und anderen Industrien, wo hochviskose Flüssigkeiten vorherrschen.
Somit besteht ein Bedarf im Stand der Technik für mehrschichtige Werkzeugbeschichtungsmöglichkeit, die Produkte bei Produktionsgeschwindigkeiten ergeben kann und die eine große Vielzahl von Flüssigkeiten benutzen kann einschließlich jener, die hohe Viskositäten zeigen, die zu Hochdruckbeschichtungsbedingungen führen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung deckt den Bedarf im Stand der Technik, indem sie es dem Hersteller eines mehrschichtigen PSA-Produktes durch im wesentlichen gleichzeitiges Beschichten mit zwei oder mehr Schichten einer relativ viskosen PSA-Flüssigkeit auf einem Substrat unter Verwendung eines Schlitzbeschichtungsverfahrens bei regulären Produktionsgeschwindigkeiten erlaubt. Das Schlitzbeschichtungsverfahren besteht entweder aus einer Störbeschichtung oder einem Beschichten aus der Nähe.
Spezieller steuert das Verfahren der vorliegenden Erfindung vorzugsweise den Ort der Grenzfläche oder die trennende Stromlinie zwischen den zwei oder mehr Schichten von Flüssigkeit, die auf das Substrat bei konstanten Bedingungen aufgebracht wird. Im Gegensatz zu einschichtigem Überziehen ist die Stabilität des Flusses (das ist eine Neigung, nur einen ständigen zweidimensionalen Fluß zu zeigen) besonders an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten extrem wichtig.
Die trennende Stromlinie wird gebildet, wo immer zwei aneinander angrenzende Überzugsschichten eine Trennlinie bilden, wo sie zunächst benachbart werden. So umfaßt das Verfahren der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Stufe einer Regulierung des Druckgefälles der aneinander anliegenden Schichten, so daß es nicht größer als jenes ist, das eine Rezirkulation unter dem Werkzeug in den einander benachbarten Schichten verursachen würde.
Gemäß der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein Werkzeug so konstruiert, daß es irgendeine Anzahl von Schichten als Überzug auf einem sich bewegenden Substrat aufbringt, wobei dieses Werkzeug vorzugsweise wenigstens eine erste an dem distalen Ende des Werkzeugs gebildete Lippe und wenigstens eine zweite an dem distalen Ende des Werkzeugs gebildete Lippe umfaßt. Die zweite Lippe ist abstromwärts von der ersten Lippe im Sinne der Substratbewegung, und die zweite Lippe ist in bezug auf die erste Lippe in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem Substrat zurückgesetzt. So repräsentieren in dem Werkzeug der vorliegenden Erfindung diese Lippen eine zueinander in bezug auf die Ebene des Substrates mit zunehmender Trennung von dem Substrat in der Richtung der Substratbewegung abgestufte Konfiguration.
Demnach gewährleisten das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen stabilen Fluß in den aneinander anliegenden Überzugsschichten. Ein instabiler Fluß verändert das Profil in bezug auf die Zeit. Dies kann zu willkürlichen Fluktuationen oder regulären Oszillationen in dem Flußprofil führen und so Unregelmäßigkeiten im Querschnitt der Filmgestaltung verursachen. Außerdem können unter instabilen Bedingungen leichte Störungen in dem Beschichtungsverfahren voranschreiten, statt daß sie rasch zu einer konstanten Zustandsbedingung mit stabilem Fluß gedämpft werden. Auch würde ein dreidimensionaler Fluß zum Vermischen der beiden Schichten oder zu einer Kreuzbahn ungleichmäßiger Schichtdicke sowie zu anderen Defekten, wie nichtkontinuierlichen Schichten oder Hohlräumen usw., führen. Im stabilen dreidimensionalen Fluß hat jede Schicht größere Gleichmäßigkeit und führt so zu einem Produkt von stärkerer Unversehrtheit und Leistung. Außerdem wird, wenn der Fluß gestört wird, diese Flußtype rasch zu ihren konstanten zweidimensionalen Flußeigenschaften zurückkehren und so irgendwelche Defekte im Produkt minimieren.
So gewährleistet die vorliegende Erfindung stabilen zweidimensionalen Fluß an der Grenzfläche durch Steuerung der Grenzfläche des Flusses an seiner am weitesten aufstromwärts gelegenen Position, die hier als die trennende Stromlinie oder Trennlinie bezeichnet wird. Diese Linie ist im Sinne der Bahnbewegung als die Kreuzbahnlinie definiert, wo die oberste Stromlinie an der Bodenflußschicht zunächst die am weitesten am Boden liegende Stromlinie der oberen Flußschicht trifft. In der entgegengesetzten Richtung kann die Trennlinie als die Örtlichkeit angesehen werden, wo sich die beiden Flüsse von den Lippen trennen. Obwohl die Trennungslinie vollständig über dem Bogen oder der Bahn verläuft, erscheint sie als ein Punkt, wenn die Werkzeug-/Boden-Grenzfläche von der Seite gezeigt wird. Wie festgestellt, tritt diese Grenzlinie im Bereich der Mündung des Abstromschlitzes oder Beschickungsspaltes auf, wo die Flüsse der Bodenschicht und der oberen Schicht konfluent sind. Zur Erleichterung der Bezugnahme wird dieser Bereich hier als der "Grenzflächenbereich" bezeichnet. Es wird verständlich sein, daß, wenn der vereinigte Fluß der zwei Schichten in dem Grenzflächenbereich stabil und zweidimensional ist und spezieller an der Trennlinie, es wahrscheinlich ist, daß solche Fließeigenschaften über das gesamte Beschichtungsverfahren erhalten bleiben, was zu einem verbesserten Endprodukt führt.
Um solchermaßen vorteilhafte Fließeigenschaften an der Trennlinie zu erreichen, unterstützt die vorliegende Erfindung die Positionierung jener Linie der Abstromecke der Mittellippe. Diese Ecke stellt eine gerade, zweidimensionale Linie über dem Werkzeug dar. Wenn die Trennlinie mit dieser Ecke zusammenfällt, kann man so weit sicher sein, daß man stabilen, zweidimensionalen Fluß erreicht. Aus diesem Grund wird diese Ecke hier als der "Stabilitätspunkt" bezeichnet. Andererseits liegt es auf der Hand, daß instabile oder dreidimensionale Strömungsbedingungen bewirken können, daß die Trennlinie an mehreren Stellen in dem Grenzflächenbereich auftritt. Beispielsweise können "Rezirkulationen" in dem Bodenschichtfluß bewirken, daß die obere Schicht aufstromwärts derart gezogen werden muß, daß sie sich von einer Position unterhalb der Mittellippe abtrennt. Gleichermaßen können Wirbel oder andere stagnierende Strömungen in der oberen Schicht verursachen, daß sie sich von der Mittellippe in einer Position innerhalb des Beschickungsspaltes eines Flusses abtrennt.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gibt es eine Anzahl von Vorstufen, deren Folge nicht besonders wichtig ist. Diese Stufen schließen eine Analyse bestimmter Flüssigkeitsparameter der Beschichtung, die spezielle und genaue Gestaltung der Geometrie der Werkzeuglippe und den Zusammenbau oder Aufbau des Werkzeuges in Beziehung auf die sich bewegende Bahn ein. Nach diesen Stufen kann eine Anzahl experimenteller Beschichtungen durchgeführt werden, um ein Arbeitsfenster zur Erzielung erfolgreicher Mehrschichtüberzüge zu bestimmen. Selbst in diesem Fenster kann ein Fenster höherer Qualität für Beschichten mit voller Produktion bestimmt werden. Diese Stufen unterstützen einen stabilen zweidimensionalen Fluß.
Stabile, zweidimensionale Fließeigenschaften in dem Grenzflächenbereich erreicht man bei dem vorliegenden Verfahren durch Regulierung des Druckgefälles, so daß die Trennlinie an dem Stabilitätspunkt positioniert wird. Nach einem Aspekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann das Druckgefälle durch Gestaltung und Zusammenbau eines Werkzeugs mit einer speziellen Mittellippengeometrie reguliert werden. Dies hilft, die Trennlinie an dem Stabilitätspunkt anzuheften oder zu verankern. Dies erreicht man vorzugsweise bei dem vorliegenden Verfahren durch Regulierung des Druckgefälles in dem Grenzflächenbereich. Wie leicht verständlich ist, hängt das Druckgefälle in diesem Bereich erheblich von dem Beschichtungsspalt und seiner Beziehung zu der Astromfilmdicke ab. Nach komplexen, aber gut verständlichen Prinzipien des Fluidmechanismus steht der in einem speziellen Längsabschnitt in der Wulst erzeugte Druckabfall in Beziehung zu der Beschichtungsbahn an jenem Punkt und der Abstromdicke des Flusses. Hier muß jedoch große Sorgfalt bei der Analyse aufgewendet werden. In der Tat ist für eine Einschichtbeschichtung die Analyse direkter, da es nur einen Fluß und eine Abstromfilmdicke gibt. Für ein mehrschichtiges Überziehen gibt es jedoch zwei oder mehr Flüsse. Somit muß an einem bestimmten Punkt in dem Fluß die Analyse des Druckgefälles eine Bestimmung des Beschichtungsspaltes an jenem Punkt und der Abstromfilmdicke der Schicht(en), die durch jenen Fluß gebildet wird(werden), einschließen.
Jede Überzugsschicht der vorliegenden Erfindung liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis 50 um, und die Schlitzbeschichtung umfaßt vorzugsweise entweder Störbeschichtung oder Beschichtung aus der Nähe. Die Schwierigkeit bei genauem Überziehen mit solchen Schichten wird durch ihre relativ hohe Viskosität, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 50 000 mPa/sec erhöht. Außerdem werden die Drücke und Schergeschwindigkeiten während des Beschichtens oftmals um mehrere Größenordnungen variieren. Beispielsweise ergeben einige Typen von PSA-Flüssigkeiten Drücke im Bereich von 63,3 kg/cm² (900 psi). Das Werkzeug muß in der Lage sein, Flüssigkeiten mit diesen Parametern bei relativ hohen Produktionsgeschwindigkeiten als Überzug aufzubringen, z. B. mit Bahngeschwindigkeiten vorzugsweise im Bereich von 50 bis 350 m/min oder höher. Daher ist eine Analyse des Druckgefälles in einem speziellen Fluß und speziell des Druckgefälles des vereinigten Flusses in dem Grenzflächenbereich recht kompliziert.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung gestaltet die Mittel- und Abstromwerkzeuglippengeometrie so, daß das Druckgefälle in dem Fluß die Trennlinie an dem Stabilitätspunkt fixiert. Bei einer Ausführungsform umfaßt ein Druckgefälleregulator nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Erstreckung der Mittellippe bis zu der Bahn hin. Daher repräsentiert das von der Mittellippe und der Abstromlippe des Werkzeugs gebildete Profil eine Stufe von der Bahn in der Richtung der Bahnwanderung weg. Diese Stufengestaltung kann flach oder parallel in bezug auf die Bahn oder im Winkel in bezug auf dieselbe sein. Sie kann sogar andere Gestaltungen aufweisen. Es ist besonders wichtig, daß bestimmte Druckgefälle in dem Grenzflächenbereich und speziell entlang dem Beschichtungsspalt von dem Stabilitätspunkt bis hin zu der Abstromecke der Mittellippe aufrechterhalten werden. Für die Gestaltungen der flachen Lippe (z. B. ohne Winkel oder Abschrägung auf den Lippen) fallen die Mittel- und Abstromlippen in parallele Ebenen. Für abgeschrägte oder andere Lippengestaltungen jedoch können sich die Ebenen der beiden Lippen schneiden.
Es wird in Verbindung mit dem vorliegenden Verfahren verständlich sein, daß die abgestufte Gestaltung der Lippen den Beschichtungsspalt sowohl unter den Mittel- als auch den Abstromlippen in den Grenzflächenbereich beeinflußt. Da die Mittellippe zu der Bahn hin abgestuft ist, wird der Beschichtungsspalt unter dieser Lippe geringer als jener unter der Abstromlippe sein. Wenn das Werkzeug in bezug auf die Bahn korrekt positioniert ist, wird als ein Ergebnis das Druckgefälle unter der Mittellippe etwa null sein, während das Druckgefälle unter der Abstromlippe negativ sein wird. Wiederum liegt die Beziehung wenigstens in dem Grenzflächenbereich nahe der Mündung des Abstrombeschickungsspaltes. Infolge einer anderen Lippengestaltung (wie als Abfasungen) und Einstellungen in dem Angriffswinkel des Werkzeugs kann die Beziehung zwischen den Druckgefällen unter der Mittellippe und der Abstromlippe unterschiedlich variieren. In dem Grenzflächenbereich ist es jedoch wichtig, daß das Druckgefälle an oder gerade aufstromwärts von jenem Bereich nicht übermäßig positiv in der Richtung der Bahnbewegung ist.
Wenn das Druckgefälle in diesem Bereich zu groß ist, würden bestimmte Instabilitäten in dem Fluß auftreten, was zu Beschichtungsdefekten führen würde. Beispielsweise in Abwesenheit einer geeigneten Druckgefälleregulierung kann der Bodenschichtfluß "Rezirkulierung" unter der Mittellippe zeigen. Dies könnte beispielsweise auftreten, wenn die Abwärtsstufe in der Mittellippe nicht vorläge, was zu einem größeren Beschichtungsspalt in diesem Bereich führen würde. Ein größerer Beschichtungsspalt führt zu hochpositivem Druckgefälle in dem Bodenschichtfluß, was bewirkt, daß er tatsächlich in kurzem Abstand aufstromwärts fließt, bevor er umkehrt und abstromwärts fließt. Solche Geschwindigkeitseigenschaften bezeichnet man als "Rezirkulation" des Flusses.
Einer der ernsthaftesten Nachteile solcher Rezirkulationen in dem Bodenschichtfluß ist dessen Neigung, den Fluß der oberen Schicht aufstromwärts unter der Mittellippe und weg von dem Stabilitätspunkt zu ziehen. So bewegt sich die Trennlinie aufstromwärts, und es gibt keine Gewähr, daß die Linie in einer geraden oder konstanten Weise gebildet wird. So kann ein Vermischen und Diffusion zwischen den beiden Schichten an ihrer Grenzfläche gesteigert werden. Daher kann der Film gesprenkelt oder fleckig werden. Das heißt, bei Experimenten wurden zu jeder der Schichten Farbstoffe zugebeben, um die Qualität der mehreren Schichten festzustellen. Andere Defekte können durch Rezirkulationen verursacht werden. Rezirkulationen besitzen zwei Typen: offene Schleife und geschlossene Schleife. Offenschleifige Rezirkulationen sind weniger zerstörend, da eintretende Flüssigkeit sie nach einer kurzen Zeitdauer (niedrige "Verweilzeit") vor der Fortsetzung bei einem Fluß abstromwärts läßt. Geschlossenschleifige Rezirkulationen führen jedoch zu einer langen Verweilzeit, da die Flüssigkeit in ihnen eingefangen wird. Für Flüssigkeiten höherer Temperatur, wie Heißschmelz-PSAs, kann dies zu einem Abbau, dann zu Verkohlung und schließlich zu Streifenbildung führen. Für PSA- Emulsionen kann die verlängerte Scherverformung verursachen, daß die Emulsion aufbricht, und kann zu einer Bildung von Feinstoffen führen, die wiederum zur Streifenbildung führt. Außerdem bevorzugten Rezirkulationen bekanntlich dreidimensionale Fließeigenschaften. Das heißt, eine Rezirkulation verursacht wahrscheinlich Kreuzbahnungleichmäßigkeit in der Mehrschichtgrenzfläche sowie den beiden Dimensionen, die den Beschichtungsspalt definieren.
Andererseits kann der Druckabfall unter der Mittellippe nicht zu negativ sein (was beispielsweise auftreten könnte, wenn der Beschichtungsspalt in diesem Bereich zu klein wäre). Ein solches Druckgefälle führt wahrscheinlich aufstromwärts zu Leckage des Fluids. Auch können, wie oben erwähnt, solche hohen Druckgefälle zu hohen Scherspannungen mit anderen nachteiligen Wirkungen auf die Leistung der Beschichtung führen.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird auch beobachtet, daß die für die Mittellippe bestimmte Stufe erreicht werden kann, indem man jene Lippe an dem geeigneten Beschichtungsspalt anordnet und die Abstromlippe weiter von dem Bahnmaterial weg bewegt. Es gibt aber auch einen Kompromiß bei diesem Parameter. Wenn dann der Beschichtungsspalt unter der Abstromlippe zu groß wird, können Rezirkulationen oder Wirbel in dem Fluß der oberen Schicht auftreten. Eine weitere Art von Defekt, die resultieren kann, ist als "Zittern" oder eine zweidimensionale Oszillation der Wulst bekannt.
Das vorliegende Verfahren umfaßt weiterhin zusätzlich zu der korrekten Gestaltung der Werkzeuglippengeometrie und zusätzlich zu dem Zusammenbau und der Anordnung des Werkzeugs in bezug auf das Bahnmaterial in solcher Weise, daß korrekte Beschichtungsspalte erreicht werden, eine sorgfältige Analyse bestimmter Fluidparameter in bezug auf die auf das Bahnmaterial als Beschichtung aufzubringenden Flüssigkeiten. Insbesondere schließt das Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Analyse der relativen Viskositäten der beiden Flüssigkeiten ein. Vorzugsweise sollte die Viskosität der Flüssigkeit der oberen Schicht größer als die Viskosität der Flüssigkeit der Bodenschicht sein. Spezieller ist eine Viskosität der oberen Schicht, welche etwa 30% größer als die Viskosität der Bodenschicht ist, optimal. Erfolgreiches Mehrschichtüberziehen kann jedoch erreicht werden, wenn die Viskosität der oberen Schicht vorzugsweise im Bereich von etwa 50% weniger bis 100% (oder sogar mehr) mehr als die Viskosität der Bodenschicht ist. Es wird jedoch für den Fachmann erkennbar sein, daß diese Bereiche selbst außerhalb dieser Grenzen für einen bestimmten Satz von Beschichtungsparametern variieren können.
Dieser Abgleich von Viskositäten ist wichtig, um das Verfahren zu unterstützen, einen konstanten zweidimensionalen Fluß zu erzielen. Da jedoch der Fluß so hohe Schergeschwindigkeiten ergibt, muß die Viskositätsanalyse die Viskositätsveränderung infolge solcher Schergeschwindigkeiten berücksichtigen. So kann beispielsweise infolge der Scherverdünnung die Viskosität einer Flüssigkeit, die als Überzug aufzubringen ist, um mehrere Größenordnungen von Millipascal-Sekunden abweichen. Gleichzeitig kann die Schergeschwindigkeit um vier oder mehr Größenordnungen in bezug auf die Filmbeschichtungsparameter variieren, die bei dem Verfahren der Erfindung auftreten. Insbesondere werden Schergeschwindigkeiten oberhalb 1000 sec&supmin;¹ (1/sec) unter solchen Beschichtungsbedingungen wahrscheinlich erzeugt. Demnach sollten die relativen Viskositäten der zu beschichtenden Flüssigkeiten bei diesen höheren Schwergeschwindigkeiten verglichen werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Methode sollten die Oberflächenspannungen der betreffenden Flüssigkeiten vorzugsweise zusätzlich analysiert werden, wobei die obere Flüssigkeit vorzugsweise eine niedrigere Oberflächenspannung als die Bodenflüssigkeit hat. Diese Bedingung trägt dazu bei, die Bildung von Hohlräumen in der oberen Schicht in bezug auf die Bodenschicht, welche durch Entwässerungsphänomene gebildet werden kann, zu unterstützen.
Wenn die Lippengeometrie unter Bezug auf das Werkzeug gestaltet und eingestellt ist und die Flüssigkeitsparameter analysiert sind, besteht ein weiterer wichtiger Aspekt des vorliegenden Verfahrens in der experimentellen Bestimmung der Fläche von Arbeitsparametern, in welcher ein erfolgreiches Beschichten erzielt werden kann. Diese Fläche wird oftmals als das "Beschichtungsfenster" bezeichnet und kann als eine graphische Darstellung von Beschichtungsspalt gegen Angriffswinkel des Werkzeugs definiert werden. Um ein Beschichtungsfenster zu bestimmen, werden somit Proben der beiden Flüssigkeiten experimentell als Überzug auf variierenden Beschichtungsspalten und Angriffswinkeln aufgebracht, und die Beschichtungsqualität wird beobachtet. Der Bereich, wo geeignetes Beschichten erreicht wird, wird einschließlich des Bereiches, wo ein Beschichten mit sehr hoher Qualität erfolgt (gewöhnlich eine Unterkombination des Gesamtbeschichtungsfensters) festgestellt. Es ist bevorzugt, daß das Beschichtungsfenster so groß wie möglich ist, so daß Ungenauigkeiten in dem Beschichtungsspalt und/oder Angriffswinkel nicht zu einem Beschichten von Defekten oder Produktabbau führen. Um eine andere Dimension zu dem Beschichtungsfenster zuzugeben, werden auch die gleichen Flüssigkeiten, die getestet werden, bei verschiedenen Viskositäten geprüft.
Wenn das Beschichtungsfenster bestimmt ist, kann das Produktionsbeschichten gemäß dem vorliegenden Verfahren vorzugsweise an einem Punkt in der Mitte des Bereiches der Angriffswinkel und nahe dem maximalen Beschichtungsspalt und Angriffswinkel erfolgen.
In der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ein anderes bevorzugtes Merkmal ein Werkzeug für Mehrschichtüberziehen, vorzugsweise mit einer Druckgefällereguliereinrichtung, die ein geeignetes Druckgefälle über dem Grenzflächenbereich erzeugt. Wie erklärt, wird jedoch dieser Vorteil erreicht, wenn das vorliegende Werkzeug in bezug auf das Bahnmaterial korrekt eingestellt ist, um geeignete Beschichtungsspalteigenschaften zu zeigen. Es wurde gefunden, daß das Werkzeug vorzugsweise so eingestellt werden sollte, daß der Beschichtungsspalt unter der Mittellippe (besonders in dem Grenzflächenbereich) etwa das Zweifache der Naßfilmdicke der Bodenschicht abstromwärts von dem Werkzeug (vor dem Trocknen) ist. Es sollte betont werden, daß diese Dicke jedoch nur die Dicke der Bodenschicht ist, wenn sie als Überzug aus dem speziellen Fluß unter der Mittelschicht aufgebracht wird. Andererseits sollte der Beschichtungsspalt unter der Abstromlippe (besonders in dem Grenzflächenbereich) größer als einmal, aber nicht größer als zweimal die Naßfilmdicke abstromwärts sein. Im letzteren Fall ist die Dicke die kombinierte Dicke beider Schichten sowie irgendwelcher vorausgehender Schichten. So wird verständlich sein, daß diese Prinzipien für mehrschichtiges Überziehen mit irgendeiner Anzahl von Schichten gelten, wobei die Begriffe "Bodenschicht" und "obere Schicht" irgendwelche zwei benachbarte Schichten betreffen. Es wird auch verständlich sein, daß diese Beziehungen etwas infolge der Nicht-Newton-Eigenschaften der Flüssigkeiten sowie anderer Variabler variieren.
Andererseits gestattet die vorliegende Vorrichtung eine Optimierung des Mehrschichtüberziehens. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines nach der vorliegenden Erfindung konstruierten Werkzeugs sind die Mittel- und Abstromlippen flach oder parallel zueinander. So kann irgendein Konvergieren der Abstromlippe durch Einstellung des Angriffswinkels des Werkzeugs erreicht werden. Bei einer anderen Ausführungsform wird jedoch die Optimierung des Beschichtens durch Schrägen der Abstromlippe in einer Weise, daß sei einiges Konvergieren zeigt, erleichtert, selbst ohne Einstellung des Angriffswinkels. Mit dieser Verbesserung kann das "Arbeitsfenster" des Werkzeugs vergrößert werden. Dies bedeutet, daß ein erfolgreiches Beschichten selbst dann erreicht werden kann, wenn bestimmte Beschichtungsparameter nicht genau gesteuert werden können. Andererseits erhöht ein größeres Arbeitsfenster die Chance eines Fensters von größerer Qualität, wo das beste Beschichten auftritt. Außerdem gestattet ein großes Arbeitsfenster einem Techniker mit weniger Erfahrung ein erfolgreiches Durchführen der Beschichtungsoperation. Außerdem kann eine größere Vielzahl von Produkten mit einem weiteren Bereich von Flüssigkeiten erzeugt werden, sogar einschichtige Produkte.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Werkzeugapparatur wird die Aufstromlippe zu dem Bahnmaterial in bezug auf die Mittellippe positioniert. Dies ergibt auch ein zunehmendes Druckgefälle in der Aufstromrichtung und unterstützt die Abdichtung der Wulst unter den Werkzeuglippen und vermeidet Aufstromleckage. Es gibt auch immer Rezirkulation in der Bodenschicht unter der Aufstromlippe. Typischerweise ist eine solche Rezirkulation jedoch so offen, daß sie die Qualität der Bodenschicht nicht negativ beeinflußt. Diese Aufstromlippe kann "flach" oder parallel zu dem Bahnmaterial oder in bezug hierauf abgeschrägt oder gewinkelt sein. Vorzugsweise divergiert die Abschrägung im Sinne der Bahnmaterialbewegung. Dieses Profil ergibt ein positives Druckgefälle in der Abstromrichtung, was das Abdichten der Wulst weiter unterstützt.
Wenn die Aufstrom- und Abstromlippen der vorliegenden Vorrichtung abgeschrägt sind, wird die Mittellippe vorzugsweise nahezu flach (im Sinne, daß sie etwa parallel zu dem Bahnmaterial verläuft, wobei Krümmungen nicht berücksichtigt werden) gehalten. Dies kann selbst während des Arbeitens erreicht werden, da Einstellungen des Angriffswinkels infolge der Abschrägung der erwähnten Lippen minimiert sind. Die Flachheit der Mittellippe zusammen mit einem geeigneten Beschichtungsspalt ergibt ein Druckgefälle null für den Fluß, was vorteilhaft Rezirkulationen vermeidet und dennoch die Schergeschwindigkeit und Scherspannungen, wie oben diskutiert, vermindert. Eine flache Mittellippe hat auch den Vorteil, die Gefahr einer Aufstromleckage zu reduzieren. Außerdem ist diese Mittellippe am teuersten herzustellen, und das Fehlen einer Abschrägung unterstützt die Kostenminderung.
Es sollte bemerkt werden, daß andere Lippengeometrien möglich sind, um die Vorteile der vorliegenden Vorrichtung zu erreichen. Auch sind andere Formen der Druckregulierung möglich.
So kann bei einem andern Aspekt der Werkzeuglippengeometrie der vorliegenden Apparatur eine Druckgefälleregulierung auch mit Lippengestaltungen einer speziellen Länge erreicht werden, besonders jene der Mittel- und Abstromlippen. Das heißt, es liegt auf der Hand, daß die Länge der Werkzeuglippen den Beschichtungsspalt beeinflußt, wenn der Angriffswinkel des Werkzeugs eingestellt wird. Typischerweise ist mit einem negativen Angriffswinkel (einem Konvergieren der Werkzeuglippen mit dem Bahnmaterial in der Abstromrichtung) der Beschichtungsspalt an dem Aufstromabschnitt einer jeden Lippe größer als an dem Abstromabschnitt einer jeden Lippe. Dies gilt besonders bei Berücksichtigung der Krümmung der Stützwalze. Wie oben festgestellt, erfolgt, wenn Beschichtungsspalten zu groß sind, eine Rezirkulierung infolge ungeeigneter Druckgefälle, was den Verlust von Kontrolle über die Trennlinienposition und schlechte Beschichtungsqualität verursacht.
Wie oben festgestellt, zeigt der Fluß außerdem Scherspannungen in der Wulst primär infolge des sich rasch bewegenden Bahnmaterials. Selbst wenn die Schergeschwindigkeit in bezug auf Fluideigenschaften tolerierbar ist, kann die Dauer der Scherkraft zerstörende Wirkungen auf die Flüssigkeitsqualität haben. Je länger die Lippen sind, desto größer ist die Dauer der Scherspannungen, die durch die Flüssigkeit ausgeübt werden. So ist es wichtig, wenn man die Werkzeuglippengeometrien bestimmt, die Länge der Werkzeuglippen für den Beschichtungsspalt zu berücksichtigen wie auch Scherspannungsbetrachtungen.
Daher ist es ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Werkzeugapparatur, daß die Lippenlängen minimiert werden, während man ausreichende Länge vorsieht, um stabilen geradlinigen Fluß zu entwickeln. Vielleicht ist die wichtigste Werkzeuglippenlänge die Abstromlippe. Diese muß lang genug für die Entwicklung des Flusses sein. Eine solche Lippe kann eine Länge von 0,1 bis 3 mm haben, wobei etwa 0,8 bis 1,2 mm bevorzugt sind. Die Mittellippe kann auch eine Länge von 0,1 bis 3 mm haben, ist aber vorzugsweise etwa 0,3 bis 7 mm lang. Die obere Lippe kann andererseits länger sein, ohne an Scherspannungen in der Flüssigkeit zu leiden, da die Länge der Wanderung reduziert wird. Außerdem unterstützt eine längere Aufstromlippe die Dichtung der Wulst. So ist eine Lippe im Bereich von 1 bis 3 mm Länge vorteilhaft, wobei etwa 1,5 bis 2,5 mm bevorzugt sind.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Vorrichtung ist der Winkel der Aufstrom- und Abstrombeschickungsspalte in bezug aufeinander. Da die Länge der Mittellippe minimiert wird, muß das Werkzeugmittelstück, welches die Mittellippe bildet, ausreichend breit sein, um die Festigkeit zu haben, eine fein bearbeitete Werkzeuglippe zu unterstützen. Es wurde gefunden, daß ein Winkel zwischen den beiden Beschickungsspalten von etwa 30º optimal ist. Allerdings wird nicht festgestellt, daß dieser Winkel die hier beschriebenen Fließeigenschaften nicht beeinflußt.
So hat die Mehrschichtwerkzeugbeschichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen Abstrombeschickungsspaltbereich, der durch eine Druckgefällereguliereinrichtung gekennzeichnet ist, welche stabilen Fluß an der Grenzfläche zwischen einer Bodenschicht (einschließlich vorher als Beschichtung aufgebrachter Schichten) und einer oberen Schicht erzeugt. Dieses Druckgefälle wird durch eine Kombination der Mittellippen- und Abstromlippengeometrien erreicht, was zu einem geeigneten Druckgefälle an dem Grenzflächenbereich führt, welches nicht so positiv ist, um Rezirkulationen zu verursachen.
So umfaßt vorzugsweise eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Werkzeug für das Beschichten mit mehreren Schichten dünner Filme auf einem Substrat, wobei das Werkzeug eine Druckgefällereguliereinrichtung hat, die an den Werkzeuglippen ausgebildet ist, wobei diese Reguliereinrichtung so ausgebildet ist, daß das Werkzeug in bezug auf das Bahnmaterial so positioniert ist, daß ein übermäßig positives Druckgefälle gerade aufstromwärts von dem Grenzflächenbereich vermieden wird. Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Werkzeug, worin die Druckgefällereguliereinrichtung eine abgestufte Geometrie in bezug auf die Abstromecke der Mittellippe und die Aufstromecke der Abstromlippe aufweist, wobei die Größe dieser Stufe vorzugsweise im Bereich von etwa 0 bis 0,102 mm (0 bis 0,004 in) ist. Die Erfindung umfaßt weiterhin Mittel- und Abstromwerkzeuglippenlängen vorzugsweise im Bereich von etwa 0,1 bis 3 mm und Aufstrom- und Abstromlippen, die abgeschrägt sein können. Die Aufstromlippe ist so gewinkelt, daß sie in bezug auf das Bahnmaterial im Sinne der Bahnmaterialbewegung durch einen Winkel divergiert, der vorzugsweise im Bereich von etwa 0 bis 2º liegt. Die Abstromlippe ist so gewinkelt, daß sie in bezug auf das Bahnmaterial im Sinne der Bahnbewegung um einen Winkel im Bereich vorzugsweise von etwa 0 bis 5º konvergiert.
Es ist bevorzugt, daß ein gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiertes Werkzeug Ebenen erster und zweiter Lippen einschließt, die an einem distalen Ende des Werkzeugs ausgebildet sind und eine Stufenfunktion weg von dem Substrat in der Richtung der Substratbewegung begrenzen. Weiterhin liegen die Ebenen der ersten und zweiten Lippen vorzugsweise in sich schneidenden Ebenen. Am meisten bevorzugt umfaßt das Werkzeug eine dritte Lippe, die an dem distalen Ende des Werkzeugs ausgebildet ist, wobei die dritte Lippe abstromwärts von der zweiten Lippe im Sinne einer Substratwanderung ist und in bezug auf die zweite Lippe in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem Substrat zurückgesetzt ist.
Zusammenfassend verbessern die Beschichtungsmethode und -apparatur der vorliegenden Erfindung die Optimierung des Beschichtungsverfahrens. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die Stufe einer Regulierung der Druckgefälle zweier benachbarter Schichten vorzugsweise die Stufe einer Positionierung der Stelle der Trennlinie in bezug auf das Werkzeug so, daß der Fluß einer oberen Schicht nicht in den Fluß einer Bodenschicht eindringt. Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Viskosität einer oberen Schicht größer als die Viskosität einer Bodenschicht ist, und es ist auch bevorzugt, daß die Viskosität der oberen Schicht größer als die Viskosität der Bodenschicht bei den höheren Ablaufgeschwindigkeiten des Substrates ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet vorzugsweise ein Werkzeug mit einer Abstromlippe und einer Aufstromlippe, wobei das Verfahren die Stufe einer Positionierung der Trennlinie an der Abstromkante der Aufstromlippe umfaßt.
So kann eine Person mit gewöhnlicher Erfahrung oder selbst geringerer Erfahrung als ein Durchschnittsfachmann den Beschichtungsspalt, den Angriffswinkel, den Beschickungsspalt, den Fluß und die Bahnmaterialparameter einstellen, um ein erfolgreiches Beschichten zu erzielen. Die vorliegende Erfindung kann mit einem weiten Bereich von Beschichtungen und Substraten benutzt werden, um viele existierende Produkte mit niedrigeren Kosten oder zusätzliche neuere Produkte zu erzeugen. Neue Beschichtungsmaschinen können billiger erzeugt werden, und alte Beschichtungsmaschinen können für die vorliegende Erfindung geeignet umgebaut werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Mehrschichtwerkzeugs, welches bei der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, wobei das Werkzeug in Nachbarschaft zu einem sich bewegenden Bahnmaterial angeordnet ist, welches um eine Stützwalze wandert.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Schergeschwindigkeit gegen die Viskosität der drei Probenflüssigkeiten, die als Überzug auf einem Bahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht werden sollen.
Fig. 3 ist eine zweite graphische Darstellung der Schergeschwindigkeit gegen die Viskosität für verschiedene Probenflüssigkeiten, die als Überzug auf zubringen sind.
Fig. 4 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Beschichtungsspaltes, der zwischen einem Einschichtwerkzeug und einem sich bewegenden Bahnmaterial ausgebildet ist und bestimmte Prinzipien der Fluidmechanik erläutert, die bei der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Fig. 5a Fig. 5b Fig. 5b Fig. 5c und Fig. 5d sind schematische Erläuterungen der Geschwindigkeitsprofile in dem Beschichtungsspalt, der in Fig. 4 erläutert ist, unter bestimmten Beschichtungsbedingungen.
Fig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Beschichtungsspaltes des Mehrschichtwerkzeugs, das in Fig. 1 gezeigt ist, und erläutert weiter die Einstellung der verschiedenen Beschichtungsparameter gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Grenzflächenbereiches des Beschichtungsspaltes, der in Fig. 6 gezeigt ist, und erläutert in weiteren Einzelheiten die Beziehung zwischen den Lippengeometrien und den Beschichtungsspalteinstellungsstufen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist eine schematische Erläuterung der Rezirkulation, die in der Bodenschichtflüssigkeit auftreten kann, wenn die Stufen der vorliegenden Erfindung nicht befolgt werden.
Fig. 9 ist eine Schematische Erläuterung eines Wirbels, der in der Bodenschichtflüssigkeit gebildet werden kann, wenn die Stufen der vorliegenden Erfindung nicht befolgt werden.
Fig. 10 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Mehrschichtwerkzeugs von Fig. 7 und erläutert die Stufe der Einstellung des Werkzeugs mit einem negativen Angriffswinkel in bezug auf das Bahnmaterial.
Fig. 11 ist eine schematische Erläuterung der Rezirkulationen, die unter den Werkzeuglippen auftreten können, wenn die in Fig. 10 gezeigte Einstellung des Angriffswinkels zu übermäßige großen Beschichtungsspalten an den Aufstromabschnitten der Lippen führt.
Fig. 12 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung, die die Stufen der vorliegenden Erfindung zur Abschrägung der Aufstrom- und Abstromlippen erläutert.
Fig. 13 ist eine schematische Darstellung der Rezirkulationen, die in den Beschickungsspalten auftreten können, wenn sie nicht gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet dimensioniert werden.
Fig. 14 ist eine graphische Darstellung des Beschichtungsspaltes gegen den Angriffswinkel und erläutert die Stufe einer experimentellen Bestimmung eines erfolgreichen Beschichtungsfensters sowie des Qualitätsfensters für einen speziellen Satz von Beschichtungsparametern.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Vor einer Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten wird festgestellt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das Beschichten mit zwei Schichten beschränkt ist, sondern weiterhin das Beschichten mit irgendeiner Anzahl von mehreren Schichten einschließlich der gleichzeitigen Beschichtung einer einzelnen Flüssigkeit in mehreren Schichten umfaßt. Somit sollten die Zeichnungen und deren Beschreibung nicht als Beschränkung in bezug auf den Umfang der vorliegenden Erfindung angesehen werden. Außerdem sollte das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Folge in bezug auf ihre Stufen beschränkt werden, ausgenommen wo dies ausdrücklich gesagt ist.

Überblick über die Werkzeugbeschichtung

Bezieht man sich auf Fig. 1, so ist dort etwas schematisch eine typische Werkzeugbeschichtung erläutert. Das Werkzeug 20 ist nahe eines sich bewegenden Substrates oder einer Materialbahn 22, die in der Pfeilrichtung 24 laufen, angeordnet gezeigt. Die Materialbahn 22 läuft um eine Stützwalze 26, während sie über das distale Ende des Mehrschichtwerkzeugs 20 läuft. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird zu verstehen sein, daß sowohl das Werkzeug 20 als auch die Materialbahn 22 im wesentlichen gleiche Breiten haben, so daß das meiste der Gesamtbreite des Substrates oder der Materialbahn in einem Durchgang mit dem Fluid beschichtet wird, das aus dem Werkzeug und auf die Materialbahn fließt.
Das Werkzeug 20 ist modular, indem es aus einer Anzahl einzelner Elemente zusammengesetzt und dann in der Beschichtungsmaschine als integrale Einrichtung gesetzt werden kann. Jedes der Elemente umfaßt typischerweise einen Verteiler 19 und einen stärker distalen Werkzeugabschnitt 21. Der am weitesten distale Bereich des Werkzeugabschnittes wird als die Werkzeuglippe 29 bezeichnet, beschrieben und in weiteren Einzelheiten in Verbindung mit Fig. 4 erläutert. Da das Werkzeug 20 modular ist, können verschiedene Kombinationen der Werkzeuglippen 29 vereinigt werden, ohne Abwandlungen der anderen Werkzeugabschnitte und Lippen 29 zu benötigen.
Wie durch den horizontalen Pfeil 28 in Fig. 1 erläutert ist, kann das Werkzeug 20 radial in die Stützwalze 26 oder von dieser weg bewegt werden, um den Beschichtungsspalt 30 einzustellen, welcher als der Abstand zwischen den Werkzeuglippen 29 und der Materialbahn 22 gezeigt ist. Außerdem kann der Angriffswinkel (a) des Werkzeugs 20 eingestellt werden, wie durch den Pfeil in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Elemente des Werkzeugs 20 werden voneinander etwas durch Schlitze oder Beschickungsspalte getrennt, welche es erlauben, daß das Beschichtungsmaterial von einem Verteiler 19 in das Werkzeug 20, durch diese Beschickungsspalte in das Werkzeug 20 und auf die sich bewegende Materialbahn 22 fließt. In dem Mehrschichtwerkzeug 20 von Fig. 6 sind zwei Beschickungsspalte 52 und 54 gezeigt. Wie oben festgestellt, ist aber verständlich, daß die Prinzipien der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise auch auf mehrere Schichten zusätzlich zu zwei anwendbar sind.

Verfahren um mehrschichtigen Überziehen mit Werkzeug

Nach einem Aspekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird ein gleichmäßig geschichteter Film in der Kreuzbahnrichtung durch die sorgfältige Analyse der Viskositäten und anderer physikalischer Parameter der Flüssigkeiten erzielt, die als Überzug auf der Bahn unter Bildung eines mehrschichtigen Produktes aufgebracht werden sollen. Diese Gleichförmigkeit führt zu einem Produkt hoher Qualität. Zusätzlich zu dieser Analyse umfaßt das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Gestalt der Werkzeuglippen und ihre Anordnung in bezug auf das Bahnmaterial gemäß wichtigen Prinzipien der Fluidmechanik, um die Druckgefälle des Flusses während des Arbeitens zu regulieren. Diese Stufen der Lippengestalt und Werkzeuganordnung führen zu der Steuerung der Trennlinie zweier benachbarter Flüssigkeitsschichten am Stabilitätspunkt und zur Gewährleistung eines konstanten zweidimensionalen Flusses. Um ein erfolgreiches Arbeiten zu gewährleisten, kann ein Beschichtungsfenster (einschließlich eines Qualitätsfensters) bestimmt und ein optimaler Arbeitspunkt ermittelt werden.

Analyse der Beschichtungsflüssigkeiten

Wie oben bemerkt, werden nach einem wichtigen Aspekt des vorliegenden Verfahrens bestimmte physikalische Parameter der als Beschichtungen in mehreren Schichten auf dem Substrat oder der Materialbahn aufzubringenden Flüssigkeiten in bezug auf die Wahrscheinlichkeit einer Erzielung gleichmäßiger Filmdicken in der Kreuzbahnrichtung analysiert. Von diesen Parametern ist vielleicht der wichtigste die Viskosität der Flüssigkeit. Spezieller wird verständlich sein, daß das Verhältnis der Viskositäten der beiden benachbarten Schichten, die als Überzug aufzubringen sind, sorgfältig analysiert werden muß und gegebenenfalls oder aus praktischen Gründen auf einen Wert in dem optimalen Bereich eingestellt werden muß.
Beispielsweise wurde beobachtet, daß, wenn die Viskosität der Flüssigkeit der oberen Schicht im Bereich von 50% weniger bis 100% mehr als die Viskosität der Flüssigkeit der Bodenschicht ist, bessere Beschichtungsergebnisse wahrscheinlich sind, obwohl andere Verhältnisse auch gute Beschichtungsergebnisse liefern, wenn andere Parameter optimiert werden. Optimal sollte die Viskosität der oberen Schicht vorzugsweise etwa 30% größer als jene der Bodenschichten sein. Viskositätsverhältnisse in diesem Bereich liefern einen stabileren Fluß. Spezieller vermindert eine höhere Viskosität der oberen Schicht das Risiko von Querbahndefekten, die als "Zwischenschichtriffelung" bezeichnet werden, worin die obere Schicht und die Bodenschicht miteinander quer über die Bahn abwechseln, statt zwei gleichmäßige Filme zu bilden, einen auf dem anderen.
Es wird verständlich sein, daß die relativen Viskositäten der Flüssigkeiten, die als Überzug aufzubringen sind, großenteils durch die Natur des zu produzierenden Mehrschichtproduktes bestimmt werden. Das heißt Einstellungen der Viskosität in der einen oder anderen Flüssigkeit können unmöglich oder unpraktisch sein, je nach den Kosten, der Anlieferung, der Abgabe und anderer Variablen. In einigem Umfang jedoch können die Viskositäten der Flüssigkeiten "passend" gemacht werden, um günstige Beschichtungsbedingungen zu erhalten. Beispielsweise wenn größere Flußstabilität erwünscht ist, kann es möglich sein, die Viskosität der oberen Flüssigkeit durch Zusatz von Verdickungsmitteln zu erhöhen. Gleichermaßen kann die Viskosität der Bodenschicht durch Zugabe von Verdünnern, wie Wasser, Lösungsmittel usw., vermindert werden. Andererseits erzeugen solche Verdünnungsmittel und speziell Lösungsmittel andere Probleme, wie Umweltprobleme, erhöhte Trocknungszeit usw.
Beim Analysieren der Viskositäten muß man jedoch die Schergeschwindigkeiten, die durch die spezielle Flüssigkeit unter typischen Beschichtungsbedingungen hervorgerufen werden, beachten. Solche Schergeschwindigkeiten variieren um mehrere Größenordnungen, übersteigen aber typischerweise 1000 reziproke Sekunden (1/sec) an den meisten Stellen entlang der Wulst. So kann bei diesen Schergeschwindigkeiten die relative Viskosität der Flüssigkeiten weitgehend variieren.
Fig. 2 erläutert eine graphische Darstellung von Schergeschwindigkeit/Viskosität, worin vorgeschlagen wird, daß eine obere Schicht A über einer zweiten Flüssigkeit, die bei zwei unterschiedlichen Viskositäten (B und B') zusammengesetzt wird, wobei B' größer als B ist, als Beschichtung aufgebracht wird. In dieser graphischen Darstellung sind die Schergeschwindigkeiten über einem Bereich von 0,1 bis 100 000 1/sec gezeigt, obwohl der Analysenbereich bei Schergeschwindigkeiten oberhalb etwa 1000 1/sec liegt. Es wird bemerkt werden, daß sich das Verhältnis der Viskositäten zwischen der Schicht A und der Schicht B bei höheren Schergeschwindigkeiten im Vergleich zu niedrigeren Schergeschwindigkeiten signifikant verändert. Außerdem würde man auf der Grundlage der obigen Analyse annehmen, daß die Kombination von Flüssigkeit A über Flüssigkeit B einen guten Überzug ergäbe, da die Viskosität von A größer als jene von B ist. In der Tat wurde ein erfolgreiches Beschichten experimentell erreicht, doch anfangs nur bei niedrigeren Bahngeschwindigkeiten. Bei höheren Bahngeschwindigkeiten leckte der Wulst aufstromwärts aus, eine fehlerhafte Bedingung, die weiter im einzelnen nachfolgend beschrieben ist. Der Grund für diese Bedingung, der in der vorhandenen Probe auftritt, liegt in der Fluidmechanik des Flusses und betrifft die Schwierigkeit einer Flüssigkeit mit niedrigerer Viskosität (Flüssigkeit B in dem Beispiel), genügend eines Aufstromdruckgefälles unterhalb der Aufstromlippe zu erzeugen, um einen Wulst abzudichten, der abstromwärts, teilweise, aus einer viskoseren Flüssigkeit (A) besteht. Dies erläutert die Wechselwirkung mehrerer Prinzipien, die bei dieser Analyse der Flüssigkeitsviskosität beachtet werden müssen. Beispielsweise kann diese Aufstromleckagebedingung auf mehreren möglichen Wegen korrigiert werden. Einer schließt die Gestalt der Lippengeometrien nach Prinzipien des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ein, wie weiter unten im einzelnen beschrieben ist. Ein anderer schließt die Einstellung der relativen Viskositäten der beiden Flüssigkeiten ein.
Beispielsweise wenn Flüssigkeiten A/B' experimentell als Beschichtung aufgebracht wurden, wurden gute Beschichtungsergebnisse über einen weiten Bereich der Bahngeschwindigkeiten erhalten. Der Grund hierfür ist, wie in Fig. 2 graphisch erläutert, daß die Viskositäten der beiden Flüssigkeiten bei höheren Schergeschwindigkeiten abgeglichen sind oder besser zueinander passen. Beispielsweise ist die Viskosität der Flüssigkeit B' größer als zweimal jene von B. Es muß jedoch bemerkt werden, daß die Viskosität von B' die Viskosität der oberen Schicht A nicht wesentlich überstieg.
Diese Bedingung ist in Fig. 3 erläutert, welche eine graphische Darstellung der Schergeschwindigkeit gegen die Viskosität für zwei Probeflüssigkeiten C und D ist. In diesem Beispiel soll die Flüssigkeit C als Beschichtung oben auf der Flüssigkeit D aufgebracht werden. In dieser graphischen Darstellung brauchen nur die Viskositäten bei hoher Schergeschwindigkeit analysiert zu werden. So wird in Fig. 3 beobachtet, daß für das meiste des typischen Schergeschwindigkeitsbereiches die Viskosität der Bodenschicht D jene der oberen Schicht C übersteigt. Unter diesen umgekehrten Viskositätsbedingungen fand man, daß es schwierig ist, stabile Beschichtung zu erreichen, und, obwohl eine Mehrschichtbeschichtung möglich sein kann, es schwierig ist, hohe Qualität zu erzielen. Unter geeigneten Viskositätsbedingungen wird das Beschichtungsfenster für ein bestimmtes Arbeiten größer sein und somit die Wahrscheinlichkeit von stabilem Fluß erhöhen.
Es liegt für den Fachmann auf der Hand, daß eine große Vielzahl von Viskositätsverhältnissen bei der Produktion eines speziellen Mehrschichtproduktes eingeschlossen ist. So werden die obigen Beispiele nicht als erschöpfend für den Gedanken der Flüssigkeitsanalyse angesehen, die in den Stufen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.
Ein anderer Aspekt der Flüssigkeitsanalyse schließt die relativen Oberflächenspannungen der Flüssigkeiten ein, die als Beschichtung aufzubringen sind. Es wurde gefunden, daß die Gefahr bestimmter Defekte, wie Entnetzung oder Hohlräume oder Hohlräume in einer speziellen Schicht, vermindert werden können, wenn die Oberflächenspannung der oberen Schicht geringer als jene der Bodenschicht ist. Unter diesen Bedingungen wird die örtliche Oberflächenspannung (einschließlich der dynamischen Oberflächenspannung in dem filmbildenden Bereich) dazu neigen, solche Hohlräume zu verschließen. Die Oberflächenspannung kann in der oberen Schicht etwas reduziert werden, indem man wirksame oberflächenaktive Mittel oder andere organische lösliche Flüssigkeiten (Alkohol, Keton usw.) verwendet.
So ist der Aspekt der Flüssigkeitsanalyse im Verfahren der vorliegenden Erfindung wichtig, um günstige Beschichtungsbedingungen zu erhalten. Die Lippengestalt und die Anordnungsaspekte des Verfahrens werden nachfolgend zusammen diskutiert. Die folgende Information bezüglich einer Einzelschichtbeschichtung wird jedoch erklären, wie jene Aspekte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung das Erzielen stabilen Flusses unterstützen.

Einzelschichtfiuidmechanik

Um das Verständnis der Vorteile der vorliegenden Erfindung zu unterstützen, ist es wichtig, die Beziehung zwischen dem Beschichtungsspalt 30, der Abstromnaßfilmdicke und dem Flüssigkeitsdruckgefälle zu verstehen. Dies kann am besten in bezug auf ein Einschichtüberzugsverfahren gedeutet und erklärt werden.
So ist unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine schematische zusammengerückte Querschnittsdarstellung durch ein Paar der Lippen 36 gezeigt, die in Nachbarschaft zu einer sich bewegenden Bahn 22 angeordnet sind, um einen Beschichtungsschlitz 30 ("c. g") zu bilden. Es wird unter Bezug auf Fig. 1 festgestellt, daß das Werkzeug 20 flach oder horizontal gezeigt ist, während es tatsächlich einige Krümmung haben wird, damit es mit der Stützwalze (nicht gezeigt) in Einklang steht. Die in Fig. 4 gezeigte Gestaltung ist jedoch eine gute Näherung der Fluidmechanik, die in der Flüssigkeitswulst 42 auftritt, welche sich in dem Beschichtungsspalt 30 zwischen den Werkzeuglippen 36 und der sich bewegenden Bahn 22 bildet.
Zur Erleichterung der Bezugnahme bezieht sich "abstromwärts" auf die Richtung der Bewegung der Materialbahn 22, während "aufstromwärts" in der entgegengesetzten Richtung oder nach links bedeutet. So wird die Aufstromlippe 36a auf der am stärksten distal angeordneten Spitze des Werkzeugaufstromabschnittes 38a gebildet, während die Abstromlippe 36b auf der am stärksten distal angeordneten Spitze des Werkzeugabstromabschnittes 38b ausgebildet ist. Die beiden Werkzeugabschnitte 38a, 38b bilden zwischen sich einen Beschichtungsschlitz oder Beschickungsspalt 40, aus welchem die Flüssigkeit auf die sich bewegende Materialbahn 22 fließt. Wie in Fig. 4 gezeigt, bewegt sich die Flüssigkeit zunächst aufstromwärts und kehrt dann um, um abstromwärts in einer offenen Rezirkulation in der Wulst 42 zu fließen. Die Wulst 42 ist an ihrer Aufstromkante durch einen Aufstrommeniskus 44 und auf ihrer Abstromkante durch einen Abstrommeniskus 46 oder filmbildenden Bereich begrenzt. Wenn das Fluid infolge extremer Bedingungen die Wulst 42 verläßt und sich aufstromwärts bewegt, wird dies als Aufstromleckage bezeichnet.
Der Beschichtungsspalt 30 ist in Fig. 4 aus Abmessung A gezeigt. Es ist verständlich, besonders unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, daß der Beschichtungsspalt 30 entlang der Länge der Lippen 36 in Längsrichtung gemäß unterschiedlicher Lippengeometrie, Lippenbearbeitungsdefekten, gewinkelten oder abgeschrägten Lippen, Einstellungen und Angriffswinkel des Werkzeugs usw. variieren kann.
Die Naßfilmdicke (h) des Flusses ist abstromwärts der Wulst 42 gezeigt. Sie ist als die Dicke des Flusses vor dem Trocknen definiert. Der Druckabfall des Flusses in verschiedenen Positionen in Längsrichtung bezieht sich auf die Naßfilmdicke (f. t.) und den Beschichtungsspalt 30 an jener Stelle, wobei verständlich ist, daß für eine bestimmte Fließgeschwindigkeit (Q) die Filmdicke und die Bahngeschwindigkeit umgekehrt proportional sind. So wird für eine Newton'sche Flüssigkeit, die mit konstantem Zustand fließt, die Geschwindigkeit folgendermaßen angegeben:
worin:
u = Geschwindigkeit der Flüssigkeit abstromwärts
= Geschwindigkeit des Bahnmaterials
a = Beschichtungsspalt (c. g.)
u = Viskosität der Flüssigkeit
x = horizontale Koordinate in der Abstromrichtung
y = vertikale Koordinate, die von der Lippe zum Bahnmaterial geht
dp/dx = Druckabfall in der Abstromrichtung
Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit des Flusses (u) aus zwei Komponenten besteht. Die erste Komponente kann als eine "durch Mitnahme angetriebene" Komponente gekennzeichnet werden, worin die Fließgeschwindigkeit in direkter Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Bahnmaterials variiert. Die zweite Komponente kann als eine "druckangetriebene" Komponente bezeichnet werden, so daß die Flußgeschwindigkeit proportional zu dem Druckgefälle (dp/dx) an einem bestimmten Punkt ist. Unter Verwendung der Definition der Fließgeschwindigkeit (Q) kann man die obige Gleichung integrieren, um für das Druckgefälle aufzulösen, was ergibt:
Da Q = hu, kann das Druckgefälle als der Beschichtungsspalt (a) und die Naßfilmdicke (h) ausgedrückt werden:
So ist, wenn h = (1/2)a (oder mit anderen Worten der Beschichtungsschlitz zweimal die Naßfilmdicke) ist, ist dp/dx = 0. Demnach können gemäß diesen bekannten Beziehungen die Geschwindigkeit des Flusses und der betreffende Druckabfall an einem bestimmten Punkt in der Wulst für eine bestimmte Beziehung von Beschichtungsspalt/Filmdicke bestimmt werden. Die Geschwindigkeit kann als ein Geschwindigkeitsprofil aufgezeichnet werden, wie jene, die in der Reihe schematischer Erläuterungen behandelt werden, welche Fig. 5 umfassen. In allen nachfolgend beschriebenen Fällen wird festgestellt werden, daß zwar bei y = 0 (an der Werkzeuglippe) die Flußgeschwindigkeit ( ) 0 ist, aber, wenn y = a (an dem Bahnmaterial), die Fließgeschwindigkeit jener des Bahnmaterials (u) gleicht. Wenn der Beschichtungsspalt auf das Doppelte der Filmdicke eingestellt wird, dann gilt
Fig. 5a erläutert eine Beschichtungsbedingung, worin der Beschichtungsspalt 30 genau gleich dem Zweifachen der Filmdicke ist. Bei dieser Bedingung ist der Druck in der Flüssigkeit konstant, was ein Druckgefälle 0 ergibt.
Wie jedoch oben festgestellt, können die Beschichtungsspaltbedingungen infolge einer Anzahl von Variablen verändert werden. So erläutert Fig. 5b eine Bedingung, bei der der Beschichtungsspalt 30 kleiner als das Zweifache der Abstromfilmdicke ist. Unter diesen Umständen ist das Geschwindigkeitsprofil in der Abstromrichtung konkav und zeigt so ein negatives Druckgefälle. Dieses negative Druckgefälle erzeugt einen Druckabfall entlang der Abstromlippe 36b in der Abstromrichtung. Die Drücke in den Aufstrombereichen sind höher, was zu den Geschwindigkeitseigenschaften der Flüssigkeit hinzukommt und bewirkt, daß sie das Geschwindigkeitsprofil, wie in Fig. 5b gezeigt, vorwärts drückt oder ausbaucht.
Andererseits erläutert Fig. 5c die Situation, in der der Beschichtungsspalt 30 gleich dem Dreifachen der Filmdicke (h) ist. Unter diesen Bedingungen ist das Abstromdruckgefälle größer als 0, was bedeutet, daß der Fluß einen zunehmenden Druck abstromwärts zieht. Diese Druckzunahme hat eine Neigung, die Geschwindigkeit zu vermindern, was das Geschwindigkeitsprofit in der Abstromrichtung konvex macht.
Schließlich erläutert Fig. 5d die Bedingung, wenn der Beschichtungsspalt 30 größer als das Dreifache der Filmdicke (h) ist. Wiederum ist der Druckabfall positiv, aber stärker als jener, der in Fig. 5c gezeigt ist. So ist ein noch größerer Abstromdruck zu sehen, der tatsächlich bewirkt, daß der Fluß aufstromwärts über einen kurzen Abstand fließt, bevor er umkehrt und sich abstromwärts bewegt. Diese Bedingung erläutert die prinzipielle Ursache für die Rezirkulation in der Flüssigkeit. Diese Rezirkulation kann unter der Aufststromlippe 36a auftreten, wie in Fig. 4 gezeigt, kann aber auch unter der Abstromlippe 36b auftreten, wenn der Beschichtungsspalt 30 zu groß ist, wie in Fig. 5d erläutert.
Diese Rezirkulation zerstört zwar nicht besonders die Qualität des Filmes in einer Einzelschichtbeschichtung, kann aber verheerende Wirkungen in Mehrschichtbeschichtungen haben. Es wurde gefunden, daß solche Bedingungen im wesentlichen mit korrekter Lippengestaltung und geeigneter Werkzeuganordnung und -einstellung vermieden werden. Wegen ihrer Wechselwirkung werden diese Aspekte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung nachfolgend zusammen diskutiert.

Lippengestaltung und Werkzeugeinstellung

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung steuert den Druckabfall in den Fluiden bei einer großen Vielzahl von Beschichtungsbedingungen, um einen stabilen Fluß zu erreichen. Dies geschieht großenteils durch die Gestaltung der Lippengeometrie und der Anordnung, des Einbaus und der Einstellung des Werkzeugs.
Bei der Gestaltung der Lippengeometrie für einen bestimmten Satz von Beschichtungs- und Flüssigkeitsparametern ist jede spezielle Folge von Analyse oder Berechnung möglich. Ein Weg ist der, mit der Abstromlippe zu beginnen und aufstromwärts zu bewegen, wobei jeder Beschichtungsspalt und jede Lippenlänge in dem Verfahren berechnet werden.
Um zu beginnen, muß die Naßfilmdicke für die verschiedenen Schichten bestimmt werden. Typischerweise erhält man die Trockenfilmdicke für jede Schicht aus Produktspezifikationen, ausgedrückt als Beschichtungsgewicht (beispielsweise Gramm je Quadratmeter) und die Feststofffraktion (den Prozentsatz an Feststoffen in der Flüssigkeit), die Dichte und Viskosität der Flüssigkeitsformulierung, die als Überzug aufgebracht werden soll. Um eine Naßfilmdicke zu erlangen, wird somit das Beschichtungsgewicht durch das Produkt des Feststoffanteils und der Dichte geteilt. Die Anzahl kann dann gemäß den Bereichen und Abmessungen, die oben angegeben sind, verwendet werden, um alle Beschichtungs- und Beschickungsspalte in dem Mundstück mit Computer zu behandeln. Die Lippenlängen und Schrägungswinkel (oder Angriffswinkel) können auch durch Computer gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt werden, um die Beschichtung zu optimieren.
Beginnend bei der Abstromkante der Abstromlippe kann der Beschichtungsspalt gleichzeitig mit der Gesamtnaßfilmdicke eingestellt werden. Bei diesem Wert sollte das genügend negative Druckgefälle im Sinne der Bahnbewegung so erhalten werden, daß glatte Filmoberflächeneigenschaften erzielt werden. Wie oben diskutiert, wird dann die Länge der Lippe gestaltet. Ob die Lippe abgeschrägt werden soll oder ein negativer Angriffswinkel an das Werkzeug angelegt wird, diese Lippe sollte in der Richtung der Bahnmaterialbewegung konvergieren. Mit dem bekannten Winkel und der bekannten Länge der Abstromlippe kann der Beschichtungsspalt an dem Aufstromteil der Lippe so berechnet werden, daß gewährleistet ist, daß er in annehmbare Bereiche fällt. Wenn der Beschichtungsspalt gleichzeitig mit der Naßfilmdicke eingestellt wird, dann gilt
Bei der Gestaltung der Abstromlippe sollte dem Angriffswinkel gegen die Abschrägung einige Beachtung geschenkt werden. Wie oben festgestellt, ist die Abschrägung vorteilhaft, da sie tatsächlich die negativen Abstriche, die mit Angriffswinkeln verbunden sind, ausschaltet. Abgeschrägte Lippen sind jedoch schwieriger zu bearbeiten als flache. So bekommt man einige Genauigkeitsopferung. Es gibt auch erhöhte Kostenberücksichtigung.
Kehrt man nun zu der Mittellippe zurück, so ist der Beschichtungsspalt in dem Abstrombereich kritisch, wie oben erklärt ist. Er sollte bei rund dem Zweifachen der Bodenschichtfilmdicke gehalten werden und nicht so übermäßig positiv sein, um unter der Lippe eine Rezirkulation zu bewirken. Die Länge dieser Lippe sollte minimiert werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Entwicklung eines übermäßig positiven Beschichtungsspaltes zu reduzieren, wann immer ein Angriffswinkel an das Werkzeug gebracht wird, doch nicht in einem Ausmaß, daß sich kein geradliniger Fluß entwickeln kann.
Die Gestalt der Aufstromlippe wird von den Druckabfallbetrachtungen entlang der Wulst bestimmt. Jede Gestalt, die geeignet ist, die Wulst abzudichten, ist ausreichend. Eine divergierende Abschrägung in der Bahnmaterialrichtung wird bevorzugt, da der Druckabfall quadratisch mit dem Abstand entlang der Wulst variiert. Dies bedeutet, daß die Position des Aufstrommeniskusses der Wulst leichter in bezug auf Störungen gesteuert werden kann.
Wenn die Länge und die Winkel der Lippen bestimmt wurden und erwünschte Beschichtungsspalte berechnet wurden, kann das Werkzeug aus seinen verschiedenen Abschnitten zusammengebaut werden. Dies erreicht man gemäß bekannten Methoden unter Verwendung von Beilagenblechen usw. Gleichzeitig ist es jedoch wichtig, daß die Stufen der Lippen in bezug aufeinander vorweg positioniert werden. Die Beschickungsspalte müssen auch durch die korrekte Anordnung der Werkzeugflächen gebildet werden. Um eine Rezirkulation zu vermeiden, sollten die Beschickungsspalte nicht übermäßig breit sein. Zum Schluß kann das Werkzeug auf einen Anfangsangriffswinkel eingestellt werden, wie durch die obengenannten Berechnungen oder die Entwicklung eines Beschichtungsfensters, wie nachfolgend diskutiert.

Beschichtungsfenster

Wenn als notwendig oder erwünscht erachtet, können Bereiche verschiedener Arbeitsparameter für das Werkzeug bestimmt werden, wie gestaltet und eingestellt werden kann. Dies geschieht typischerweise durch experimentelles Beschichten der Materialbahn unter Verwendung verschiedener Proben der Flüssigkeiten, die in der Produktion verwendet werden sollen, und durch Abstufung durch verschiedene Angriffswinkel und Beschichtungsspalte. Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskositäten können auch als Überzug aufgebracht werden. Die resultierende Information kann mit einem "Beschichtungsfenster" erläutert werden, das das Parametergebiet angibt, in welchem gute Beschichtungsergebnisse erzielt werden.
Fig. 14 erläutert ein typisches Beschichtungsfenster für eine Mehrschichtkonstruktion, auf der bei bestimmter Bahngeschwindigkeit eine Mehrschichtkonstruktion aufgebracht werden soll. Wie gezeigt, sind verschiedene Punkte für den Beschichtungsspalt und Angriffswinkel aufgezeichnet, um die Grenzen des Beschichtungsfensters anzugeben. Außerhalb dieses Fensters traten die auf der graphischen Darstellung angegebenen Defekte auf. So ist es klar erwünscht, den Betrieb in dem Beschichtungsfenster zu halten.
Es wird festgestellt, daß negativere Angriffswinkel gewöhnlich infolge der Rotation des Werkzeugs in bezug auf die Bahn zu niedrigeren Abstrombeschichtungsspalten führen. Für die graphische Darstellung von Fig. 14 wird ein größerer Abstrombeschichtungsspalt durch einen Angriffswinkel angegeben, welcher weniger negativ (in der Richtung der Bahnwanderung weniger konvergierend) ist. So ist es gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung erwünscht, zu versuchen, das Beschichten in jenen Bereichen in dem Beschichtungsfenster, wo größere Abstromlippenbeschichtungsspalte auftreten, und wo der Angriffswinkel gerade genügt, um Rippungsdefekte zu vermeiden, zu halten. Das Arbeiten in diesen Bereichen wird erhöhte Scherspannungen reduzieren, die zu schlechter Beschichtungsqualität führen. Gleichzeitig muß jedoch der Beschichtungsspalt ausreichen, um unter der Mittellippe eine Rezirkulation zu vermeiden.
Diese Bereiche umfassen einen Unterbereich des Beschichtungsfensters, welcher als das "Qualitätsfenster" bezeichnet wird und den Bereich wiedergibt, wo die Beschichtungsqualität am besten ist. Außerdem sind höhere Beschichtungsspalte (aber nicht jene, die zu übermäßigen positiven Druckabfällen führen können) in anderer Weise erwünscht, da sie den Druckabfall entlang der Wulst vermindern und es leichter machen, den Aufstrommeniskus abzudichten.
Der Abstrich ist hier eine größere Gefahr in bezug auf Störungen. Das heißt, in dem Qualitätsfenster, besonders bei einem geringeren Angriffswinkel, erfolgt ein Arbeiten nahe einer Defektgrenze ("Riffelung" in dem Beispiel von Fig. 14). Eine Störung kann Beschichtungsbedingungen bewirken, wenigstens für einige Dauer, um außerhalb des Beschichtungsfensters zu fallen, was zu einem Produkt mit Defekten führt. So ist es optimal, den Arbeitspunkt herauszunehmen, welcher sich in dem Qualitätsfenster befindet, aber weit genug von der Defektgrenze entfernt ist, so daß übliche Störungen kein Arbeiten bewirken, das außerhalb des Beschichtungsfensters fällt.
Es liegt für den Fachmann auf der Hand, daß Beschichtungsfenster, die andere Parameter graphisch darstellen, möglich sind. Beispielsweise ist es üblich, die Bahngeschwindigkeit gegen die Schichtdicke graphisch darzustellen. Jede Kombination von zwei oder drei relevanten Beschichtungsparametern kann graphisch dargestellt werden, um ein Beschichtungsfenster und ein inneres Qualitätsfenster zu bestimmen.

Störungssuche und -beseitigung

Während der Produktion, wie gerade angegeben, können Störungen oder andere Unregelmäßigkeiten auftreten, die Defekte in die Qualität des Films einführen. So ist es gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, in der Lage zu sein, solche Defekte so bald wie möglich zu korrigieren, um ihren Grad und ihre Dauer zu minimieren. Wenn möglich, sollte eine solche "Störungssuche und -beseitigung" während des Beschichtens erfolgen, so daß das Arbeiten nicht aufhören muß.
Eine der üblichsten defekterzeugenden Bedingungen ist, wie oben beschrieben, Aufstromleckage. Wenn diese während des Betriebs auftritt, kann der Beschichtungsspalt vergrößert werden, um das Druckgefälle entlang der Wulst zu reduzieren. Alternativ kann die Beseitigung von Aufstromleckage durch eine Veränderung des Angriffswinkels erreicht werden, welcher einen größeren Abstrombeschichtungsspalt und einen geringeren Aufstrombeschichtungsspalt erzeugt (d. h. ein weniger negativer Angriffswinkel). Andere Mittel, wie die Einstellung der Flüssigkeitsviskosität, können benutzt werden, um die Aufstromleckage zu steuern.
Ein anderer Defekt ist "Entnetzung". Wenn im Filmbildungsbereich eine Störung die Oberfläche des Films beeinflußt, können sich eine oder mehrere Schichten von den darunterliegenden Schichten oder dem Substrat zurückziehen und einen Hohlraum hinterlassen. Diese Bedingung kann durch Senkung der Oberflächenspannung der oberen Schichten beispielsweise durch Vermehrung des oberflächenaktiven Mittels in jenen Schichten korrigiert werden. Auch kann die Beschichtungsgeschwindigkeit vermindert werden, um die dynamische Oberflächenspannung der Flüssigkeit des filmbildenden Bereiches bei oder unter dem stabilen Wert zu halten.

Mehrschichtwerkzeugbeschichtungsvorrichtung

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist eine zusammengeschobene Querschnittsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Mehrschichtwerkzeugs 20 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Es ist verständlich, daß die vorliegende Werkzeugapparatur gemäß Werkzeugen und anderen Beschichtungsmethoden benutzt werden kann, die dem Fachmann bekannt sind, um erfolgreich Mehrschichtprodukte zu erzeugen.
Obwohl ähnlich Fig. 4, umfaßt dieses Werkzeug 20 Aufstrom- und Abstromwerkzeugabschnitte 50a und 50c sowie einen Mittelabschnitt 50b, der beide trennt. Zwischen diesen verschiedenen Abschnitten ausgebildet ist ein Aufstrombeschickungsspalt 52 und ein Abstrombeschickungsspalt 54. Die Flüssigkeit fließt von dem Aufstrombeschickungsspalt 52 auf das Bahnmaterial 22 unter Bildung einer Bodenschicht 58, während die Flüssigkeit aus dem Abstrombeschickungsspalt 54 auf die Bodenschicht fließt, um eine obere Schicht 56 zu bilden. Es sei festgestellt, daß der zwischen diesen beiden Beschickungsspalten 52, 54 gebildete Winkel etwa 30º beträgt, was vorteilhaft eine gute Konstruktion für die Bearbeitung einer Mittellippe 60b liefert, die von dem distalen Ende des Mittelabschnittes 50b gebildet wird. Es ist auch anhand von Fig. 6 festzustellen, daß die Lippen 60a und 60c der Aufstrom- und Abstromwerkzeugabschnitte 50a, c eine gestufte oder Treppenausbildung in bezug auf die Mittellippe 60b bilden, um das Druckgefälle in diesem Bereich zu regulieren. Die Bedeutung dieser Beziehung wird in weiteren Einzelheiten in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben und erläutert.
In den Fig. 6 und 7 wird festgestellt, daß diese gestufte Lippengestaltung zu verschiedenen Beschichtungsspalten führt. Zur Erleichterung der Bezugnahme wird der Buchstabe b für die Bodenschicht 58 verwendet, während der Buchstabe t für die obere Schicht 56 benutzt wird. So ist der Beschichtungsspalt der Bodenschicht (c.g.b) durch zwei unterschiedliche Werte gekennzeichnet, einen unter der Aufstromlippe 60a und einen unter der Mittellippe 60b. Der Beschichtungsspalt der oberen Schicht (c.g.t) ist durch einen größeren Wert gekennzeichnet. Wie oben festgestellt, haben diese Beschichtungsspalte wichtige Beziehungen zu der Abstromfilmdicke der betreffenden Flüsse, welche dabei gebildet werden. So besitzt beispielsweise der Bodenbeschichtungsspalt eine wichtige Beziehung bezüglich des Druckgefälles mit der Abstromfilmdicke der Bodenschicht 58 (f.t.b), während der Beschichtungsspalt der oberen Schicht 56 eine wichtige Beziehung zu der Gesamtabstromfilmdicke (f.t.t) hat (es ist vielleicht hilfreich, festzustellen, daß der Buchstabe t nicht nur die obere Schicht, sondern auch die "Gesamt"-Dicke des Abstromfilmes bezeichnen kann), welche die Summe der Boden- und Oberschicht einschließt. Dies ist deswegen so, da die Beschichtungsspaltanalyse bei der Bestimmung des Druckgefälles auf dem Gesamtfluß an dem Spalt beruhen muß einschließlich des Flusses, der sich dem Bahnmaterial 22 in jener Position nähert wie auch alle früheren daraus resultierenden Flüsse und Schichten.
Es wird aus Fig. 6 weiter festgestellt, daß der Bodenbeschichtungsspalt geringer als der obere Beschichtungsspalt ist, um die obenbeschriebene "Stufe" zu bilden. Diese Stufe in der Mittellippe 60b in bezug auf die Abstromlippe 60c tritt in einem sehr wichtigen Grenzflächenbereich auf, wo die beiden Flüsse an dem Abstrombeschickungsspalt 54 konvergieren. So ist ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Gestaltungsverfahren, welches zu speziellen Mittellippengeometrien 60b und Abstromlippengeometrien 60c einschließlich der Länge jeder Lippe in diesem Bereich führt. Dies ist auch in weiteren Einzelheiten in Verbindung mit Fig. 7 unten beschrieben.
Schließlich wird in Fig. 6 festgestellt, daß die Lippen 60 jeweils parallel zueinander sind oder mit anderen Worten in parallelen Ebenen liegen. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf solche Gestaltungsbetrachtungen beschränkt. Beispielsweise können die Lippen 60 in bezug aufeinander gewinkelt oder abgeschrägt sein, wie nachfolgend in Verbindung mit Fig. 12 in weiteren Einzelheiten beschrieben und erläutert ist. Außerdem liegt eine große Vielzahl anderer Lippengeometrien und anderer Methoden zur Wirkung des Druckgefälles innerhalb des Prinzips der vorliegenden Erfindung vor.
Bezieht man sich nun auf Fig. 7, so ist dort eine zusammengedrängte Darstellung des Grenzflächenbereiches gezeigt, wie allgemeiner in Fig. 6 erläutert ist. Diese Zeichnung erläutert die komplette Grenzfläche zwischen dem Fluß der oberen Schicht 56 und dem Fluß der Bodenschicht 58. Der Fluß einer jeden Schicht sowie seine jeweilige Richtung ist durch eine Reihe von Pfeilen gezeigt. So sind die beiden Schichten mit einem konstanten zweidimensionalen Fluß mit der Trennungsstromlinie optimal positioniert an dem Stabilitätspunkt gezeigt. Dies führt zu gleichmäßigen Schichten, ausgedrückt als Kreuzbahn und Abwärtsbahnquerschnittsdicke. Diese Type von stabilem zweidimensionalem Fluß führt zu einer guten Mehrschichtproduktleistung.
Wie oben bemerkt, ist es, um einen solchen stabilen Fluß zu bekommen, wichtig, ein Vermischen zwischen den beiden Schichten zu vermeiden. Dies kann nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht werden, daß man die Trennlinie der beiden Fluide genau steuert. Wie in Fig. 7 gezeigt, erreicht man die besten Beschichtungsergebnisse, wenn diese Trennlinie mit der Abstromecke 62 der Mittellippe 60b zusammenfällt, die als der Stabilitätspunkt bezeichnet wird. Bei der vorliegenden Erfindung werden Druckgefälle in dem Fluß reguliert, um die Trennlinie der oberen und Bodenflüsse an ihrem Stabilitätspunkt 62 zu fixieren oder zu verankern. Vorzugsweise ist das Druckgefälle unter der Mittellippe 60b (und insbesondere an der Abstromecke 62 der Mittellippe 60b) nicht größer als das Druckgefälle, welches eine Rezirkulation der oberen Schicht unter der Mittellippe verursachen würde. So hat der Fluß der oberen Schicht keine Neigung, in den Beschichtungsspalt für die Bodenschicht in der Abstromrichtung einzudringen. Diese Drucksituation neigt dazu, die Trennlinie an dem Stabilitätspunkt 62 unter der Abstromlippe zu fixieren.
Wie oben festgestellt, wird dieser Vorteil bei einem Aspekt der vorliegenden Werkzeugvorrichtung erreicht, indem man die Werkzeuglippen von dem Bahnmaterial 22 in der Abstromrichtung abstuft. Diese Stufe ist als Abmessung A in Fig. 7 gezeigt. Die Größe dieser Stufe kann in einen weiten Bereich von Dimensionen fallen, der in einem bestimmten Satz von Beschichtungsbedingungen optimiert werden kann. Vorzugsweise wird jedoch dieser Abstand A in den Bereich von 0 bis 0,102 mm (0 bis 0,004 in) fallen.
Gleichzeitig jedoch, wie oben festgestellt, müssen diese Lippen, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu bekommen, in bezug auf das Bahnmaterial 22 geeignet geordnet werden, um die geeigneten Beschichtungsspalte zu erhalten. Beispielsweise, wenn der Bodenbeschichtungsspalt (c.g.b) größer als das Dreifache der Bodenfilmdicke (f.t.b) ist, wird ein großes positives Druckgefälle gerade aufstromwärts von der Grenzfläche entwickelt, wie in Fig. 5d erläutert ist. So kann ein negatives Geschwindigkeitsprofil auftreten, das eine Rezirkulation in der Bodenschicht unter der Mittellippe 60b verursacht. Diese Rezirkulation kann die gleiche Wirkung eines Ziehens der oberen Schicht aufstromwärts und weg von dem Stabilitätspunkt 62 haben und so wie die meisten Rezirkulationen in diesem Maßstab bewirken, daß der Fluß in diesem Bereich von seinem eindimensionalen oder geradlinigen Bild abweicht. Diese Bedingung wird in Fig. 8 erläutert und hat die obenbeschriebenen Nachteile. Andererseits, wenn der Bodenbeschichtungsspalt wesentlich geringer als das Zweifache der Filmdicke (f.t.b) ist, kann er, obwohl erwünschter negativer Druckabfall erzeugt wird, so groß sein und so zu einer Aufstromleckage, höheren Schergeschwindigkeiten usw. führen. Somit sollte vorzugsweise der Bodenbeschichtungsspalt von etwa dem Zweifachen der Filmdicke gehalten werden.
Außerdem sollte der Beschichtungsspalt unter der Abstromlippe 60c (c.g.t) im Bereich von einmal bis zweimal die Gesamtfilmdicke (f.g.) sein. Wenn er zu groß ist, kann der Druckabfall unter der Abstromlippe wiederum genügend groß sein, um zu bewirken, daß sich die Trennlinie bis in den Abstrombeschickungsspalt bewegt und von dem Mittelwerkzeug an einem Punkt auf der Aufstromwand eines solchen Beschickungsspaltes abtrennt, wie in Fig. 9 erläutert ist. Diese Flußbedingung bewirkt eine geschlossene Rezirkulation in dem Bodenschichtfluß und führt zu Filmdefekten. Somit gibt es eine Reihe von Abstrichen, die einen sorgfältigen Abgleich dieser Parameter erfordern, um eine genaue Druckgefällesteuerung zu erreichen.
Bezieht man sich nun wieder auf Fig. 7, so wird bemerkt, daß die Aufstromlippe 60a auch zu dem Bahnmaterial 22 in bezug auf die Mittellippe 60b abgestuft ist. Dies hat auch das Ergebnis einer Senkung des Beschichtungsspaltes und einer Erhöhung des Druckgefälles aufstromwärts. Diese Situation unterstützt die Abdichtung der Wulst 42 unter den Werkzeuglippen. In der Tat wird dieser Beschichtungsspalt von den folgenden Überlegungen diktiert. Der entlang dem Bereich entwickelte Druckabfall muß zu dem Druckabfall in der Flüssigkeit entlang dem Abstomanteil des Flusses plus Druckunterschied passen, der von der die Flüssigkeit umgebenden Luft bei den Abstrom- und Aufstromgrenzflächen vorliegt. So kann der Beschichtungsspalt unter der Aufstromlippe 60a verwendet werden, um diese Druckkräfte auszugleichen. Es wurde gefunden, daß eine kleine Stufe (erläutert als Dimension B in Fig. 7) in der Größenordnung von etwa 0 bis 0,102 mm (0 bis 0,004 in) geeignet ist.
Außerdem liegt wegen der Empfindlichkeit dieses Verfahrens auf der Hand, daß die Gesamtstufe zwischen der Aufstromlippe 60a und der Abstromlippe 60c (d. h. A + B) auch sorgfältig reguliert werden sollte. So wurde gefunden, daß Gesamtstufen im Bereich von etwa 0 bis 0,203 mm (0 bis 0,008 in) vorteilhaft sind. Außerdem sollte die Beschickungsspaltabmessung auch sorgfältig auf etwa nicht mehr als das Fünffache der Naßfilmdicke des durch jenen Spalt zugeführten Filmes gehalten werden. Wenn dieser Spalt übermäßig groß ist, können Rezirkulationen in dem Beschickungsspalt auftreten, wie in Fig. 13 erläutert ist. So können diese Abmessungen (C und D in Fig. 7) jeweils im Bereich von etwa 0,0254 bis 0,381 mm (0,001 bis 0,015 in) variieren.
Ein anderer wichtiger Aspekt der vorliegenden Werkzeugvorrichtung, welcher die Aufrechterhaltung geeigneter Beschichtungsspalte und das Minimieren der Schergeschwindigkeiten unterstützt, ist die Länge der Lippen. Wie in Fig. 7 gezeigt, kann die Länge der Abstromlippe 60c (Ld) irgendwo im Bereich von etwa 0,1 bis 3 mm liegen, wobei etwa 0,8 bis 1,2 mm bevorzugt sind. Die Länge dieser Lippe sollte jedoch so minimiert werden, daß die Abscherung des Mehrschichtfilmes reduziert wird, da sie zu dreidimensionalen Flüssen und ungleichmäßiger. Filmbildung führen könnte. Die Länge der Mittellippe 60b (Lm) kann auch in den Bereich von etwa 0,1 bis 3 mm fallen, wobei etwa 0,3 bis 7 mm bevorzugt sind. Die Länge dieser Lippe sollte so minimiert werden, daß die Möglichkeit vermindert wird, daß der Aufstromteil, wenn er Veränderungen im Angriffswinkel ausgesetzt wird, einen Beschichtungsspalt vom Dreifachen der Filmdicke erreicht. Die Lippe muß jedoch lang genug sein, um zu gestatten, daß sich der Bodenschichtfluß zu einem geradlinigen Fluß entwickelt. Schließlich ist die Länge der Aufstromlippe 60a weniger kritisch, da es minimalen Fluß entlang jener Lippe gibt. Eine vergrößerte Lippenlänge in diesem Bereich wird jedoch die Abdichtung des Flusses unterstützen.
Wie erwähnt, ist es bekannt, einen leicht negativen Angriffswinkel des Werkzeugs 20 in bezug auf das Bahnmaterial 22 zu plazieren, um eine konvergierende Abstromlippe 60c zu erzeugen. So erläutert Fig. 10 das Mehrschichtwerkzeug 20 der vorliegenden Erfindung im Uhrzeigersinn bei einem negativen Angriffswinkel (α) in bezug auf das Bahnmaterial 22 gedreht. So erwiesen sich Angriffswinkel im Bereich von etwa 0 bis negativ 5º als für diesen Zweck geeignet. Es wird auch auf der Hand liegen, daß dieser Angriffswinkel den Beschichtungsspalt an der Aufstromkante aller Lippen angreift und so die Leistung des Druckgefälleregulators der vorliegenden Erfindung beeinflußt. Selbst wenn der Beschichtungsspalt an den Abstromkanten der gleiche in seiner geeigneten Abmessung bleibt, kann je nach der Länge der Lippen und unter Berücksichtigung der Krümmung der Walze 26 der Beschichtungsspalt an den Aufstromkanten der Lippen den erwünschten Wert überschreiten und das Arbeiten außerhalb des Beschichtungsfensters bringen. So ist es, je länger die Lippen sind und je größer der negative Angriffswinkel ist, es um so wahrscheinlicher, daß die Beschichtungsbedingungen außerhalb des Arbeitsfensters fallen. Diese Situation ist in Fig. 11 erläutert, welche Rezirkulationen sowohl unter der Mittel- als auch der Abstromlippe erläutert.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Werkzeugvorrichtung können die Aufstrom- und Abstromlippen des Werkzeugs 20 abgeschrägt sein, um diese Effekte zu minimieren. So wird beispielsweise, wenn die Abstromlippe 60c um einen Winkel y abgeschrägt ist, wie in Fig. 12 gezeigt ist, die Notwendigkeit, das Werkzeug 20 zu einem negativen Angriffswinkel zu drehen, möglicherweise beseitigt. Dies gestattet eine stärkere Kontrolle in dem Beschichtungsspalt (c.g.t) entlang dieser Abstromwerkzeuglippe. Gleichermaßen kann mit einer konvergierenden abgeschrägten Abstromlippe 60c die Mittellippe 60b vorzugsweise flach gehalten werden, wie erläutert ist. Wiederum kann der Beschichtungsspalt unter dieser wichtigen Mittellippe 60b (c.g.b) ohne Einstellung des Angriffswinkels sorgfältig gesteuert werden. Das heißt, es ist viel weniger wahrscheinlich, daß der Beschichtungsspalt (c.g.b) das Dreifache der Filmdicke (f.t.b) überschreitet, besonders an den Aufstromkanten der Mittellippe 60b. Es sollte jedoch noch bemerkt werden, daß die Stufe zwischen der Mittellippe und der Abstromlippe, wie oben in Verbindung mit Fig. 7 diskutiert, noch existiert.
Gleichermaßen können bestimmte Vorteile durch Abschrägen der Aufstromlippe 60a in einer divergierenden Weise um einen Winkel β erreicht werden, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Dieser divergierende Winkel kann benutzt werden, um die Wulst 42 abzudichten und Druckgefälle quer zu der Wulst einzustellen. So wurde gefunden, daß Abschrägungen der Abstromlippe 60c im Bereich von etwa 0 bis 5º geeignet sind, während Abschrägungen der Aufstromlippe 60a im Bereich von etwa 0 bis 2º bevorzugt sind. Wie bemerkt, verbessern diese Abschrägungen die Optimierung des Beschichtungsverfahrens, vergrößern die Abmessung des Arbeitsfensters und reduzieren die Präzision, welche sonst beim Beschichten erforderlich wäre.
Als Schlußfolgerung bieten das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine ausgesprochene Verbesserung in der Technik des Beschichtens mit mehreren Schichten. Es sollte verstanden werden, daß der Gedanke der vorliegenden Erfindung nicht durch die Erläuterungen oder die obige Beschreibung, sondern eher durch die beigefügten Ansprüche beschränkt wird und daß bestimmte Abwandlungen und Modifikationen dieser Erfindung für einen Fachmann auf der Hand liegen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtproduktes auf einem Substrat (22) mit der Stufe, in der man im wesentlichen gleichzeitig zwei oder mehr Flüssigkeitsschichten (56, 58) auf dem Substrat (22) unter Verwendung eines Schlitzbeschichtungsverfahrens als Beschichtung aufbringt, wobei diese zwei oder mehr Schichten (56, 58) wenigstens eine untere Schicht (58), null oder mehr Mittelschichten und wenigstens eine Deckschicht (56) umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlitzbeschichtungsverfahren ein bezüglich des Substrates (22) so eingestelltes Werkzeug (20) verwendet, daß die Druckgradienten der zwei oder mehr Schichten (56, 58) eingestellt werden, und das Werkzeug (20) in bezug auf das Substrat (22) für jede der null oder mehr Mittelschichten und wenigstens eine Deckschicht derart eingestellt wird, daß

gilt, worin u die vereinigte Viskosität der Flüssigkeit dieser Schicht und irgendwelche vorausgehend als Beschichtung aufgebrachter Schichten bedeutet, ü die Geschwindigkeit des Substrates ist, h die gesamte Abstrom-Naßfilmdicke der Schicht einschließlich vorausgehend als Beschichtung aufgebrachter Schichten ist und worin weiterhin

gilt, worin "a" der Beschichtungsspalt dieser Schicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Schlitzbeschichtungsverfahren ein lnterferenzbe- ' schichtungsverfahren umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Schlitzbeschichtungsverfahren ein Verfahren durch Beschichtung aus kurzer Entfernung ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Flüssigkeitsschichten (56, 58) als Überzug auf einem sich bewegenden Substrat (22) unter Verwendung eines Werkzeugs (20) aufgebracht werden, wobei die beiden sich berührenden Schichten der Flüssigkeiten in ihrem Grenzflächenbereich eine Trennlinie bilden, wo sie zunächst in Berührung kommen, wobei das Verfahren weiterhin die Stufe umfaßt, in der man die Druckgradienten der sich berührenden Schichten in dem Grenzflächenbereich so reguliert, daß sie nicht größer als jener sind, welcher eine Rezirkulation in den einander berührenden Schichten verursachen würde.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Stufe einer Regulierung der Druckgradienten der einander berührenden Schichten die Stufe umfaßt, in der man die Lage der Trennlinie unter Bezug auf das Werkzeug (20) so positioniert, daß der Fluß einer Deckschicht (56) nicht in den Fluß einer Bodenschicht (58) einbricht.

6. Verfahren nach Anspruch 4 weiterhin mit der Stufe, in der man die Viskosität der Deckschicht (56) so reguliert, daß sie größer als die Viskosität einer Bodenschicht (58) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6 weiterhin mit der Stufe, in der man die Viskosität der Deckschicht (56) so reguliert, daß sie größer als die Viskosität der Bodenschicht (58) bei den höheren Laufgeschwindigkeiten des Substrates (22) ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4 weiterhin mit der Stufe, in der man die Viskosität einer Deckschicht (56) so reguliert, daß sie in dem Bereich von 50% weniger als die Viskosität einer Bodenschicht (58) bis 100% größer als die Viskosität der Bodenschicht (58) ist.

9. Verfahren nach Anspruch 4 weiterhin mit der Stufe, in der man die Viskosität einer Deckschicht (56) so reguliert, daß sie 30% größer als die Viskosität der Bodenschicht (58) ist.

10. Verfahren nach Anspruch 4 weiterhin mit der Stufe, in der man die Oberflächenspannung einer Deckschicht (56) so reguliert, daß sie geringer als die Oberflächenspannung einer Bodenschicht (58) ist.

11. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Werkzeug (20) einen Abstromrand (60c) und einen Aufstromrand (60a) umfaßt, wobei das Verfahren weiterhin die Stufe einschließt, in der man die Trennlinie an der Abstromkante des Aufstromrandes positioniert.

12. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Stufe einer Regulierung der Druckgradienten der einander berührenden Schichten in dem Grenzflächenbereich die Stufe umfaßt, in der man den Beschichtungsspalt zwischen dem Werkzeug (20) und dem Substrat (22) einstellt. ·

13. Verfahren nach Anspruch 12 weiterhin mit der Stufe, in der man den Beschichtungsspalt gerade abstromwärts von dem Grenzflächenbereich so einstellt, daß er größer als der Beschichtungsspalt gerade aufstromwärts von dem Grenzflächenbereich ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Stufe einer Einstellung des Beschichtungsspaltes die Stufe umfaßt, in der man den Anstellwinkel des Werkzeugs (20) in bezug auf die Ebene, welche im wesentlichen parallel zu der ungefähren Ebene des Substrates ist, einstellt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Stufe einer Einstellung des Beschichtungsspaltes die Stufe umfaßt, in der man den Anstellwinkel des Werkzeugs (20) so einstellt, daß das Werkzeug (20) mit dem Substrat (22) in der Richtung des Substratlaufes konvergiert.

16. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Werkzeug (20) einen Abstromrand (60c) in der Richtung des Substratlaufes, einen Aufstromrand (60a) und einen Mittelrand (60b), der zwischen dem Abstromrand (60c) und dem Aufstromrand (60a) angeordnet ist, umfaßt, wobei die Stufe einer Einstellung des Beschichtungsspaltes weiterhin die Stufe umfaßt, in der man auf dem Abstromrand (60c) solchermaßen einen Winkel bildet, daß dieser mit dem Substrat (22) in der Richtung des Substratlaufes konvergiert.

17. Verfahren nach Anspruch 16 weiterhin mit der Stufe, in der man auf dem Mittelrand (60b) einen Winkel derart bildet, daß er in einer Ebene liegt, welche im wesentlichen parallel zu der ungefähren Ebene des Substrates (22) ist.

18. Verfahren nach Anspruch 16 weiterhin mit der Stufe, in der man auf dem Aufstromrand (60a) einen Winkel derart bildet, daß er in bezug auf das Substrat (22) in der Richtung des Substratlaufes divergiert.

19. Verfahren nach Anspruch 17 weiterhin mit der Stufe, in der man auf dem Aufstromrand (60a) einen Winkel derart bildet, daß er in bezug auf das Substrat (22) in der Richtung des Substratlaufes divergiert.

20. Werkzeug zur Beschichtung eines sich bewegenden Substrates (22) mit einer Anzahl von Schichten einer Flüssigkeit mit

einem Aufstromrand (60a),

einem Abstromrand (60c), wobei dieser Abstromrand abstromwärts von dem Aufstromrand (60a) im Sinne des Substratlaufes positioniert ist, und

einem oder mehreren Mittelrändern (60b), die an dem Werkzeug zwischen dem Aufstromrand (60a) und dem Abstromrand (60c) angeordnet sind,

wobei jeder der Mittelränder (60b) von dem Substrat (22) zurückgesetzt ist, um einen Beschichtungsspalt dazwischen für die Aufbringung einer dieser Schichten als Überzug auf dem Substrat (22) oder auf vorher als Beschichtung aufgebrachten Schichten zu bilden, wobei das Werkzeug dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder der Mittelränder (60b) auf dem Werkzeug (20) derart positioniert ist, daß entlang der Länge des Randes der Mindestbeschichtungsspalt nicht weniger als etwa das Zweifache der gesamten Abstrom-Naßfilmdicke der einen Schicht und der vorher als Beschichtung aufgebrachten Schichten ist und der maximale Beschichtungsspalt nicht größer als etwa das Dreifache dieser Gesamtdicke ist.

21. Werkzeug nach Anspruch 20, bei dem der Abstromrand (60c) von dem Substrat (22) zurückgesetzt ist, um einen Beschichtungsspalt dazwischen für die Aufbringung einer Beschichtungsendschicht auf den vorher als Beschichtung aufgebrachten Schichten zu bilden, wobei dieser Abstromrand (60c) auf dem Werkzeug (20) derart positioniert ist, daß entlang der Länge des Randes der Mindestbeschichtungsspalt nicht geringer als etwa die gesamte Abstrom-Naßfilmdicke dieser Schichten ist und der maximale Beschichtungsspalt nicht größer als etwa das Zweifache dieser Gesamtdicke ist.

22. Werkzeug nach Anspruch 20, bei dem einer der Mittelränder (60b) einen ersten Rand umfaßt und der Abstromrand (60c) einen zweiten Rand umfaßt und die ersten und zweiten Ränder in parallelen Ebenen liegen.

23. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem die Ebenen des ersten und zweiten Randes eine Stufe von dem Substrat (22) in der Richtung des Laufs des Substrates begrenzen.

24. Werkzeug nach Anspruch 20, bei dem einer der Mittelränder (60b) einen ersten Rand umfaßt und der Abstromrand (60c) einen zweiten Rand umfaßt und der erste und zweite Rand in sich schneidenden Ebenen liegen.

25. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem der zweite Rand in bezug auf das Substrat (22) in der Richtung des Laufs des Substrates konvergiert.

26. Werkzeug nach Anspruch 25, bei dem die Ebene des zweiten Randes einen Winkel zwischen etwa 0 und 5º mit einer Ebene etwa parallel zu der Ebene des Substrates (22) bildet.

27. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem der erste und zweite Rand in parallelen Ebenen liegen, die durch einen Abstand im Bereich zwischen etwa 0 und 0,120 mm (0 bis 0,004 in) getrennt sind.

28. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem der erste und zweite Rand allgemein durch die distale Öffnung eines Beschickungsspaltes (54) getrennt sind, wobei dieser Beschickungsspalt im Bereich zwischen etwa 0,0254 und 0,381 mm liegt.

29. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem der Aufstromrand (60a) weiterhin einen dritten Rand umfaßt, der an einem distalen Ende des Werkzeugs (20) ausgebildet ist, wobei dieser dritte Rand aufstromwärts von dem ersten Rand im Sinne des Substratlaufes liegt und der dritte Rand in bezug auf den ersten Rand in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu dem Substrat (22) vorwärts versetzt ist.

30. Werkzeug nach Anspruch 29, bei dem der dritte Rand in bezug auf das Substrat in der Richtung des Laufs des Substrates (22) divergiert, die Ebene des ersten Randes einen Winkel zwischen etwa 0 und 2º mit einer Ebene etwa parallel zu der Ebene des Substrates (22) bildet.

31. Werkzeug nach Anspruch 29, bei dem der erste, zweite und dritte Rand in im wesentlichen parallelen Ebenen liegen, wobei diese Ebene des ersten und dritten Randes durch einen Abstand im Bereich zwischen etwa 0 und 0,102 mm (0 und 0,004 in) getrennt sind.

32. Werkzeug nach Anspruch 29, bei dem der erste, zweite und dritte Rand in im wesentlichen parallelen Ebenen liegen, wobei die Ebenen des ersten und dritten Randes durch einen Abstand im Bereich zwischen etwa 0 und 0,203 mm getrennt sind.

33. Werkzeug nach Anspruch 20, bei dem der zweite Rand eine Länge im Bereich zwischen etwa 0,1 und 3,0 mm hat.

34. Werkzeug nach Anspruch 33, bei dem der zweite Rand eine Länge im Bereich zwischen etwa 0,8 und 1,2 mm hat.

35. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem der (zweite) erste Rand eine Länge im Bereich zwischen etwa 0,1 und 3,0 mm hat.

36. Werkzeug nach Anspruch 35, bei dem der (zweite) erste Rand einen Länge im Bereich zwischen etwa 0,3 und 0,7 mm hat.

37. Werkzeug nach Anspruch 29, bei dem der dritte Rand eine Länge im Bereich zwischen etwa 1, 5 und 2,5 mm hat.

38. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem das Werkzeug (20) so ausgebildet ist, daß es in bezug auf das Substrat (22) derart positioniert ist, daß ein erster Abstand das Substrat von dem zweiten Rand trennt und ein zweiter Abstand das Substrat von dem ersten Rand trennt, wobei der erste Abstand größer als der zweite Abstand ist.

39. Werkzeug nach Anspruch 38, bei dem der erste Abstand etwa das Ein- bis Zweifache der Gesamtdicke der Schichten ist, die auf dem Substrat (22) als Beschichtung aufgebracht sind.

40. Werkzeug nach Anspruch 38, bei dem der zweite Abstand etwa das Zwei- bis Dreifache der Dicke der Bodenschicht (58) ist, die auf dem Substrat (22) als Beschichtung aufgebracht ist.

41. Werkzeug nach Anspruch 38, bei dem der erste Abstand derart passend ist, daß Zirkulationen in dem Fluß unter dem zweiten Rand im wesentlichen vermieden werden.

42. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem der erste und zweite Rand allgemein durch die distale Öffnung eines ersten Beschickungsspaltes (54) getrennt sind und der erste und dritte Rand allgemein durch die distale Öffnung eines zweiten Beschickungsspaltes (52) getrennt sind, wobei der erste und zweite Beschickungsspalt Ebenen bilden, die in einer distalen Richtung zu dem Substrat in einem Winkel von etwa 30º konvergieren.

43. Werkzeug nach Anspruch 42, bei dem die ersten und zweiten Beschickungsspalte derart passend sind, daß eine Rezirkulation dieser Schichten in dem ersten und zweiten Beschickungsspalt nahe den distalen Öffnungen im wesentlichen vermieden wird.

44. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem der erste und zweite Rand allgemein durch die distale Öffnung des Beschickungsspaltes (54) getrennt sind, wobei das Werkzeug (20) so ausgebildet ist, daß es in bezug auf das Substrat (22) derart angeordnet ist, daß der Beschickungsspalt (54) einen Angriffswinkel bildet, der positiv in der Richtung entgegengesetzt zu dem Substratlauf von einer Ebene im wesentlichen normal zu dem Substrat (22) gebildet wird, wobei dieser Winkel im Bereich zwischen etwa 0 und negativ 5º liegt.

45. Werkzeug nach Anspruch 22, bei dem ein Druckgradientenregulator an dem Werkzeug zur Steuerung der Position einer Trennlinie gebildet ist, die von zwei in Berührung miteinander stehenden Schichten begrenzt ist, wo sie als erstes in Berührung kommen.

46. Werkzeug nach Anspruch 45, bei dem der Druckgradientenregulator auf dem ersten Rand ausgebildet ist.

47. Werkzeug nach Anspruch 46, bei dem der Druckgradientenregulator an der Abstromecke (62) des ersten Randes ausgebildet ist.