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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines expandierten
PTFE-Filaments mit einem runden Querschnitt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Seit
der in dem US-Patent 3 953 566 von Gore beschriebenen Erfindung
werden flexible Fasern aus expandiertem Polytetrafluorethylen für mehrere
Zwecke eingesetzt, beispielsweise als textiles Flächengebilde (Stoff),
das hergestellt werden kann unter Anwendung einer großen Anzahl
von Textil-Verfahren, wie z.B. durch Weben, Wirken, Flechten und
Nadelstanzen, als Nähfaden
und als Zahnseide. PTFE-Fasern werden bei einer Reihe von anspruchsvollen
Anwendungen eingesetzt aufgrund der sehr guten physikalischen Eigenschaften des
PTFE-Harzes. PTFE-Fasern sind chemisch inert, weisen ausgezeichnete
Hoch- und Tieftemperatur-Eigenschaften, eine hohe Beständigkeit
gegen ultraviolette Strahlung und ein gutes Gleitvermögen auf.
In den US-Patenten 3 953 566 und 3 962 153 sind Verfahren zur Herstellung
von hochporösen
Materialien aus PTFE beschrieben, die zu Produkten mit einer sehr
hohen Festigkeit führen.
Diese Dokumente zeigen, wie die PTFE-Stränge hergestellt werden durch
Pastenbildungsverfahren, bei denen das Polymer in eine Paste überführt und
dann zu einem Band geformt wird, das anschließend durch Verstrecken in einer
oder mehreren Richtungen unter bestimmten Bedingungen expandiert wird,
sodass es viel poröser
und stärker
(fester) wird. Dieses Phänomen
der Expansion, das begleitet ist von einer Zunahme der Festigkeit,
tritt bei bestimmten bevorzugten Tetrafluorethylen-Harzen und innerhalb
bevorzugter Bereiche der Verstreckungsrate und bevorzugter Temperaturbereiche
auf. Die meisten der erwünschten
Produkte werden erhalten, wenn die Expansion bei höheren Temperaturen
innerhalb des Bereiches von 35 bis 327 °C durchgeführt wird. Das Gleichgewicht
der Orientierung in der extrudierten Form beeinflusst auch die Beziehung
zwischen dem geeigneten Bereich der Verstreckungsraten und der Verstreckungs-Temperatur.
Es wurde gefunden, dass einige Harze viel besser geeignet sind für das Expansionsverfahren
als andere, da sie über
einen breiteren Bereich der Verstreckungsrate und Verstreckungs-Temperatur verarbeitet
werden können
und dennoch brauchbare Produkte ergeben. Die hauptsächliche
Voraussetzung für
ein geeignetes Harz ist ein sehr hoher Grad der Kristallinität, vorzugsweise in
dem Bereich von 98 % oder darüber.
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Die
poröse
Mikrostruktur des expandierten Materials wird durch die Temperatur
und die Rate, mit der es expandiert wird, beeinflusst. Die Struktur
besteht aus Knoten, die durch sehr kleine Fibrillen miteinander
verbunden sind. Im Falle einer uniaxialen Expansion werden die Knoten
gedehnt, wobei die Längsachse
eines Knotens senkrecht zur Expansionsrichtung ausgerichtet ist.
Die Fibrillen, welche die Knoten miteinander verbinden, sind parallel
zur Expansionsrichtung ausgerichtet. Die Knoten können in
Bezug auf ihre Größe variieren
je nach den bei der Expansion angewendeten Bedingungen. Produkte,
die bei hohen Temperaturen und mit hohen Raten expandiert worden
sind, weisen eine homogenere Struktur auf, d.h. sie weisen kleinere,
in engerem Abstand voneinander angeordnete Knoten auf und diese
Knoten sind durch eine größere Anzahl
von Fibrillen miteinander verbunden. Diese Produkte weisen auch,
wie gefunden wurde, eine viel höhere
Festigkeit auf. Das Expansionsverfahren führt zu einer enormen Zunahme
der Zugfestigkeit der PTFE-Fasern und zu einem Anstieg der Porosität.
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Wenn
die expandierten Produkte auf eine Temperatur oberhalb des niedrigsten
kristallinen Schmelzpunktes des PTFE erhitzt werden, beginnen Störungen in
der geometrischen Ordnung der Kristallite aufzutreten und die Kristallinität nimmt
ab, wodurch der Gehalt an amorphen Regionen des Polymers zunimmt,
in der Regel auf 10 % oder mehr. Diese amorphen Regionen innerhalb
der kristallinen Struktur scheinen das Gleitvermögen entlang der Kristallachse
des Kristallits stark zu hemmen und sie scheinen die Fibrillen und
Kristallite zu blockieren, sodass sie dem Gleiten unter Spannung
bzw. Beanspruchung einen Widerstand entgegensetzen. Daher kann die
Wärmebehandlung
als ein amorphes Blockierungsverfahren angesehen werden. Der wichtige
Aspekt einer amorphen Blockierung besteht darin, dass ein Anstieg
des Gehaltes an amorphem Material auftritt, unabhängig von
der Kristallinität
des Ausgangsharzes. Wenn das Material auf eine Temperatur über 327 °C erhitzt
wird, tritt ein überraschender
Anstieg der Festigkeit auf.
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Der
Anstieg der Festigkeit der Polymermatrix hängt von der Festigkeit des
extrudierten Materials vor der Expansion, dem Grad der Kristallinität des Polymers,
der Rate und Temperatur, bei der die Expansion durchgeführt wird,
und dem amorphen Blockieren ab. Wenn alle diese Faktoren dazu ausgenutzt
werden, die Festigkeit des Materials zu maximieren, werden Zugfestigkeiten
(Zerreißfestigkeiten)
von 703 kg/cm2 (10 000 psi) und darüber bei
einer Porosität
von 90 % oder mehr erzielt. Im Gegensatz dazu ist die maximale Zugfestigkeit
(Zerreißfestigkeit)
eines konventionellen extrudierten oder geformten PTFE nach dem
Sintern im Allgemeinen bei etwa 211 kg/cm2 (3000
psi) zu finden und für
ein konventionelles extrudiertes und kalandriertes PTFE-Band liegt
das Maximum bei etwa 359 kg/cm2 (5 100 psi).
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In
den US-Patenten von Gore
US 6
117 547 ,
US 6 114 035 ,
US 6 071 452 und
US 5 989 709 ist ein Verfahren
zur Herstellung einer Faser beschrieben, das umfasst die Bereitstellung
einer PTFE-Faser und das Erhitzen der PTFE-Faser auf eine Temperatur
von etwa 300 bis etwa 500 °C
bei gleichzeitiger übermäßiger Zufuhr
(overfeeding) der PTFE-Faser mit Überbeschickung von bis zu etwa
70 %. In diesen Fällen
kann die Faser verdrallt (getwistet) werden oder nicht verdrallt
(nicht getwistet) werden, bevor sie den Überbeschickungs- und Erhitzungsstufen
dieses Verfahrens unterworfen wird. Wenn die Faser verdrallt (getwistet)
ist, kann sie beispielsweise sieben Windungen pro 2,54 cm (1 Inch)
in der "z"- oder "s"-Richtung aufweisen. Die aus den oben
genannten Erfindungen resultierende Faser weist verbesserte Eigenschaften,
z.B. eine verbesserte Zähigkeit
(von etwa 0,6 g/d), eine verbesserte Bruchfestigkeit (von mehr als
20 %) und eine bessere Eignung für
Hochgeschwindigkeits-Nähmaschinen
auf.
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Ziel der Erfindung
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, feine expandierte
PTFE-Fasern bereitzustellen,
die insbesondere geeignet sind als Nähfaden und als Filament für Siebgewebe
bzw. -tücher.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
PTFE-Faser bereitzustellen, die verschiedene verbesserte Eigenschaften
aufweist, wie z.B. eine geringe Schrumpfung, eine geringe Dehnung
unter Spannung und eine hohe Zug- bzw. Zerreißfestigkeit.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eines
der Hauptziele der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht,
dass der PTFE-Faser ein runder Querschnitt mit einer glatten äußeren Oberfläche verliehen
wird. Unter den verschiedenen Anwendungen für eine PTFE-Faser wurde gefunden,
dass bei einem Nähfaden
(Nähzwirn)
und bei einem Filament für
ein Siebgewebe bzw. -tuch der Vorteil einer Faser, die einen Querschnitt
aufweist, der so rund wie möglich
ist, ausgenutzt werden kann. Es gibt zwei Verfahren, um diese Fasern
herzustellen: durch direkte Extrusion der Filamen te, wie z.B. zur
Herstellung einer Angelleine, oder durch Verdrallen (Twisten) der
Faser, wie gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
oben genannten Ziele werden erfindungsgemäß erreicht mit einem Verfahren
zur Herstellung einer expandierten PTFE-Faser mit rundem Querschnitt
und mit einer glatten äußeren Oberfläche, bei
dem die Faser verdrallt (getwistet) und auf eine erhöhte Temperatur
erhitzt wird, während
die PTFE-Faser verstreckt
wird. Die fertige Faser weist eine geringe Schrumpfung, eine geringe
Dehnung bei maximaler Beanspruchung und eine hohe Zug- bzw. Zerreißfestigkeit
auf.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst im Prinzip die folgenden Phasen:
(a) Mischen, Extrudieren
einer Paste und Herstellung eines Bandes, (b) Verstrecken, (c) Verdrallen
(Twisten) und Wärmebehandeln,
wobei insbesondere die letzte Phase Verbesserungen unterworfen wird.
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Tests und Beispiele
näher beschrieben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
beiliegenden Zeichnungen zeigen Mikrofotografien von PTFE-Fasern,
die unter Verwendung eines Abtastelektronenmikroskops (SEM) aufgenommen
wurden.
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1 erläutert zwei verschiedene Zustände einer
Faser, die einer Verdrallung (Twistung) und einer optimalen Verdrallung
(Twistung) unterworfen worden ist;
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2 bis 6 stellen Mikrofotografien der Fasern
der jeweiligen Beispiele 1 bis 5 in 100-facher Vergrößerung (links)
und 200-facher Vergrößerung (rechts)
dar.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung Verfahrensstufen
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(a) Mischen/Pasten-Extrusion/Bandherstellung
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Ein
expandiertes PTFE-Band wird wie folgt hergestellt: ein feines PTFE-Harz-Pulver wird mit einem flüssigen Gleitmittel
gemischt, bis ein Gemisch (Compound) gebildet worden ist. Das Volumen
des verwendeten Gleitmittels sollte ausreichen, um die Primärteilchen
des PTFE-Harzes gleitfähig
zu machen, um so die Möglichkeit
der Scherung der Teilchen vor dem Extrudieren zu minimieren. Das
Mengenverhältnis
liegt jeweils in dem Bereich von 17 bis 29 % Gleitmittel auf 83
bis 71 % PTFE. Diese Mischung wird weiterverarbeitet, vorzugsweise
20 bis 30 min lang. Diesen Mischungen können auch andere (weitere)
Ingredientien zugesetzt werden, wie z.B. Füllstoffe, Pigmente oder andere
organische oder anorganische Komponenten.
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In
einer nachfolgenden Stufe wird das Gemisch in einer Vorform-Vorrichtung
zu einem Klumpen (Vorblock) gepresst. Dieser Klumpen wird dann in
eine Extrudier-Vorrichtung überführt, in
der das Material durch eine Düse
gepresst wird zur Bildung einer extrudierten Vorform, wobei dieses
Verfahren verantwortlich ist für die
Umformung der PTFE-Teilchen zu Fibrillen. Dabei kann ein Querschnittsverminderungsverhältnis von
etwa 10 : 1 bis 1000 : 1 angewendet werden (d.h. ein Querschnittsverminderungsverhältnis, bei
dem es sich handelt um die Querschnittsfläche eines Extrusionszylinders
diviert durch die Querschnittsfläche
der Extrusionsdüse). Für die meisten
Anwendungszwecke ist ein Querschnittsverminderungsverhältnis von
25 : 1 bis 200 : 1 bevorzugt.
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Das
Extrudat wird dann durch Kalanderwalzen gepresst, um ein Band mit
einer Dicke in dem Bereich von 50 bis 1000 μm zu formen. Das beim Kalandrieren
erhaltene Band wird dann durch einen Trocknungsofen hindurchgeführt, um
das flüssige
Gleitmittel zu entfernen. Die Trocknungstemperatur liegt in dem
Bereich von 100 bis 300 °C.
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(b) Verstrecken
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Es
wurde erfindungsgemäß gefunden,
dass ein solches Band expandiert werden kann durch Verstrecken desselben
in mindestens einer Richtung auf das etwa 1,1 bis 100-fache seiner
ursprünglichen
Länge (bevorzugt
auf etwa das 2- bis 50-fache). Das Verstrecken wird durchgeführt, indem
man das trockene Band durch Spannwalzen zwischen den beiden Einheiten
von Ziehwalzen hindurchführt,
die bei einem Streckungsverhältnis – d.h. bei
einem Verhältnis
zwischen der Eintrittsgeschwindigkeit und der Austrittsgeschwindigkeit – von 1,1 bis
100 arbeiten, wobei die Verstreckungs-Temperatur in dem Bereich
von 150 bis 300 °C
liegt. Die Verstreckung kann in einer, in zwei oder in mehr Stufen
unter Erhitzen durchgeführt
werden unter Verwendung eines Heizelements, bei dem es sich um einen
Ofen, eine Heißluft-,
Wasserdampf- oder hochsiedende Flüssigkeits-Heizeinrichtung,
eine erhitzte Platte oder einen erhitzten Zylinder handeln kann.
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Nach
dem Verstrecken wird das Band auf eine Spule (Aufwickel-Einrichtung)
aufgewickelt.
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Das
Band kann zu Filamenten verarbeitet werden durch Schlitzen des expandierten
Bandes auf vorgegebene Breiten (zwischen 0,5 bis 10 mm) durch Einführen desselben
in eine Schneideeinheit, wodurch die einzelnen PTFE-Filamente zugeschnitten
und voneinander getrennt werden.
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Nach
dem Zuschneiden werden die Filamente dann weiter verstreckt. Das
Filament wird zwischen zwei Einheiten von Ziehwalzen verstreckt,
die mit einem Verstreckungsverhältnis
von 1,1 bis 100 (vorzugsweise von 1,5 bis 20) arbeiten. Zwischen
den Einheiten der Ziehwalzen ist ein Heizelement vorgesehen, beispielsweise
ein Ofen, der bei einer Temperatur zwischen 250 und 500 °C (vorzugsweise
bei 300 bis 450 °C)
betrieben wird. Das Heizelement kann auch eine Heißluft-,
Wasserdampf- oder hochsiedende Flüssigkeits-Heizeinrichtung, eine
erhitzte Platte oder ein erhitzter Zylinder sein. Die verstreckten
Filamente werden einzeln auf die Aufwickeleinheit (Spule) aufgewickelt.
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Am
Ende dieses Verfahrens können
die Enddimensionen des PTFE-Filament-Materials umfassen: eine Breite von
etwa 0,1 bis 5,0 mm (vorzugsweise von 0,2 bis 3,0 mm); eine Dicke
von etwa 5 bis 100 μm (vorzugsweise
von 10 bis 70 μm);
eine Filamentzahl (Filamentfeinheit) von etwa 20 bis 2000 dtex (vorzugsweise
von 50 bis 1000 dtex); eine Dichte von etwa 0,20 bis 2,10 g/cm3 (vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 g/cm3); eine Zug- bzw. Zerreißfestigkeit in dem Bereich
von 100 bis 1100 MPa (vorzugsweise von 200 bis 900 MPa), eine Matrix-Zug-
bzw. -Zerreißfestigkeit
in dem Bereich von 200 bis 1200 MPa (vorzugsweise von 300 bis 1000 MPa),
eine Dehnung bei maximaler Belastung von etwa 1,0 bis 5,0 % (vorzugsweise
von 1,5 bis 3,0 %) und eine Schrumpfung von etwa 1,0 bis 20 % (vorzugsweise
von 5 bis 12 %).
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(c) Verdrallen (Twisten)
und Wärmebehandeln
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Der
Drall (Twist) in einer Faser kann definiert werden durch die Anzahl
der Windungen pro Einheitslänge
in einem einzelnen Garn. Er wird in der Regel ausgedrückt als
Anzahl der Windungen um die Achse, die in einer festgelegten Länge beobachtet
wird, entweder in Windungen pro Meter (TPM) oder in Windungen pro 2,54
cm (TPI). Die rechte oder linke Drehrichtung der in einem verdrallten
(getwisteten) Strang gebildeten Helix wird angezeigt durch Voranstellen
des Großbuchstabens "S" oder "Z".
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Der
Twist-Faktor TF ist das Produkt, das erhalten wird, wenn der Drall
(Twist), ausgedrückt
in Windungen pro Centimeter, mit der Quadratwurzel der Garnfeinheit,
ausgedrückt
in tex, multipliziert wird:
Twist-Faktor TF = (TPM/100) × √T,
worin
T steht für
die Garnfeinheit (Garnnummer), ausgedrückt in tex, und TPM steht für den Drall
(Twist), ausgedrückt
in Windungen pro Meter.
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Die
Garnnummer (Garnfeinheit) ist ein Maß für die lineare Dichte eines
Garns, ausgedrückt
als "Masse pro Einheitslänge" oder "Länge pro Einheitsmasse", je nach dem angewendeten
Garnnumerierungs-System.
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Der
Drall- bzw. Twist-Multiplikator TM ist der Quotient zwischen dem
Drall (Twist), ausgedrückt
in Windungen pro 2,54 cm (1 inch) und der Quadratwurzel der Garnnummer
in einem indirekten System:
Twist-Multiplikator TM = TPI/√N
worin
N steht für
die Garnnummer in einem indirekten System, dem Baumwoll-System, wenn nicht
anderes angegeben ist.
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Der
Twist-Multiplikator TM und der Twist-Faktor, TF, sind ein Maß für die "Twist-Härte" des Garns, weil sie
etwa proportional zur Tangente des Winkels zwischen den Fasern auf
der äußeren Garnoberfläche und
der Achse des Garns sind; je größer dieser
Winkel ist, umso härter
ist der Twist. Außerdem
ist dieser Winkel eine Funktion sowohl des Twists (der Windungen
pro Einheitslänge)
als auch der Anzahl der Fasern pro Garnquerschnitt. Der Twist allein
kann daher kein Maß für die Twisthärte eines
Garns sein. Der Twist-Multiplikator
und der Twist-Faktor sind proportional zueinander und unterscheiden
sich nur in Bezug auf die verwendeten Einheiten. Die beiden Größen stehen
durch die nachstehende Gleichung miteinander in Beziehung:
TF
= k × TM
worin
k für eine
experimentelle Konstante steht, die von der Garnnummer und von dem
Typ der Faser abhängt.
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Die
gleiche Menge an Twist (Drall) in Garnen unterschiedlicher Feinheit
(Durchmesser) führt
zu Garnen mit unterschiedlichen Graden von Kompaktheit, Twist-Charakter
und Twist-Winkeln. Der Twist-Multiplikator oder der Twist-Faktor ist etwa proportional
zur Tangente des Winkels, den die Oberflächenfa sern mit der Achse des
Garns bilden. Daher ist der Twist-Multiplikator umso größer, je
größer der
Winkel ist. Ein konstanter Twist-Multiplikator zeigt eine vergleichbare
Kompaktheit in Bezug auf die Garne unterschiedlicher Dicken an, und
umgekehrt zeigt eine Differenz in Bezug auf den Twist-Multiplikator
eine Differenz in Bezug auf die Kompaktheit von Garnen mit der gleichen
Dicke an. Garne, die für
unterschiedliche Zwecke bestimmt sind, werden häufig mit unterschiedlichen
Twist-Multiplikatoren hergestellt, wie z.B. Kett-Garne und Füll-Garne.
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Die
optimale Twist-Menge hängt
von der Verwendung ab, für
welche das Garn bestimmt ist. Die Twist-Menge beeinflusst sowohl
die Festigkeits- als auch die Dehnungs-Eigenschaften des Garns,
wobei ein höherer
Twist mit einer höheren
Dehnung einhergeht. Die Beziehung zwischen dem Twist (Drall) und
der Festigkeit ist komplexer. Für
jede Faser gibt es einen optimalen Grenzwert, bei dem die Festigkeit
der Faser maximiert ist.
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Im
Falle der PTFE-Fasern ist dieses Verhalten nicht festzustellen,
d.h. die Festigkeit (Beständigkeit) des
Materials ändert
sich nicht, wenn die Faser unterschiedliche Twist-Mengen aufweist.
Erfindungsgemäß besteht
das Ziel der Verdrallung (Twistung) der Fasern darin, eine runde
Faser mit einer glatten äußeren Oberfläche zu erhalten.
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Die
optimale Twistung (Verdrallung) der erfindungsgemäßen PTFE-Faser
kann angesehen werden als die Menge an Twistung (Verdrallung), die
erforderlich ist, um eine runde Faser mit einer glatten äußeren Oberfläche zu versehen.
Dieser Punkt (optimale Twistung) wird empirisch bestimmt durch Elektronenabtastmikroskopie
(SEM) und er hängt
von der anfänglichen
Garnnummer und der gewünschten
End-Garnnummer ab.
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Die
in der 1 dargestellte
Mikrofotografie erläutert
zwei Bedingungen:
- (A) die fertige Faser weist
eine Twistung (Verdrallung) auf, die geringer ist als die optimale
Twistung (Verdrallung);
- (B) die fertige Faser weist eine optimale Twistung (Verdrallung)
auf.
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Die
Bedingungen (A) und (C) stehen für
eine Faser, bei der die Menge der Twistung (Verdrallung) unzureichend
ist, um eine runde Faser mit einer glatten Oberfläche zu ergeben,
und die demzufolge Rillen enthält;
die
Bedingung (B) steht für
eine Faser, bei der die optimale Menge an Twistung (Verdrallung)
zu einer runden Faser mit einer glatten Oberfläche führt, d.h. mit einer solchen
ohne Rillen führt.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein expandiertes PTFE-Filament einer
optimalen Twistung (Verdrallung) unterworfen und dann durch Wärmebehandlung
fixiert, um einen runden Querschnitt mit einer glatten äußeren Oberfläche aufrechtzuerhalten.
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Dennoch
werden gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die expandierten PTFE-Filamente einer
Twistung (Verdrallung) unterzogen, die über die optimale Twistung (Verdrallung) für diese
Fasern, wie sie vorstehend angegeben worden ist, hinausgeht. Nach
dem Twisten (Verdrallen) wird das Material unter gleichzeitiger
Wärmebehandlung
in einem ausreichenden Umfang verstreckt, um wieder die PTFE-Fasern
mit optimalem Twist zu erhalten, und sie zu fixieren. Die nach diesen
Stufen erhaltenen Fasern weisen einen runden Querschnitt mit einer
glatten äußeren Oberfläche ohne
Rillen auf.
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In
dieser Stufe werden die expandierten PTFE-Filamente verdrallt (getwistet)
mit 300 bis 2000 TPM (d.h. oberhalb des optimalen Grenzwertes für die Faser),
um einen pseudo-runden Querschnitt zu erhalten. Vorzugsweise wird
die verdrallte (getwistete) Faser dann wieder verstreckt unter Anwendung
eines Verstreckungsverhältnisses
in dem Bereich von 1,1 bis 20 (vorzugsweise von 1,2 bis 8,0) bei
hohen Temperaturen (350 bis 450 °C),
um den Twist in der Faser dauerhaft zu fixieren und eine glatte äußere Oberfläche, d.h.
eine glatte äußere Oberfläche ohne
Rillen, zu erzielen.
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Das
Verstrecken unter Erhitzen führt
ferner zu einem Sintern des Materials (amorphes Blockierungsverfahren).
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Die
nach der vorstehend beschriebenen Technik erhaltenen expandierten
PTFE-Filamente weisen eine glatte äußere Oberfläche neben einer niedrigen Schrumpfung,
einer niedrigen Dehnung bei Beanspruchung und einer hohen Zugfestigkeit
(Zerreißfestigkeit)
auf.
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Nach
diesen Verfahren (Twisten und Wärmebehandeln)
umfassen die End-Eigenschaften
des PTFE-Filamentmaterials: einen Durchmesser in dem Bereich von
33 bis 410 μm,
eine Filamentnummer bzw. -feinheit von etwa 18 bis 1818 dtex; eine
Dichte von etwa 1,0 bis 2,1 g/cm3 (vorzugsweise
von 1,3 bis 2,0 g/cm3); eine Zugfestigkeit
(Zerreißfestigkeit)
in dem Bereich von 440 bis 1800 MPa, eine Matrix-Zugfestigkeit bzw.
-Zerreißfestigkeit
von 650 bis 2600 MPa; eine Dehnung bei maximaler Belastung von etwa
0,5 bis 4,5 % (vorzugsweise von 1,0 bis 3,0 %) und eine Schrumpfung
von etwa 0,1 bis 2,0 (vorzugsweise von 0,1 bis 1,1 %). Jede dieser
Eigenschaften wird auf die folgende Weise bestimmt: die Länge, die
Breite, die Dicke und der Durchmesser werden bestimmt durch Verwendung
von Messkalibern oder durch Messung mittels eines Abtastelektronenmikroskops.
Die Dichte wird bestimmt durch Dividieren des gemessenen Gewichtes
der Probe durch das errechnete Volumen der Probe. Das Volumen wird
berechnet durch Multiplizieren der gemessenen Länge und der gemessenen Querschnittsfläche der
Probe.
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Der
Schrumpfungstest wird 1 h lang in einem Luftumwälzofen bei 200 °C durchgeführt.
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Die
Massenzugfestigkeit bzw. Massenzerreißfestigkeit der Fasern wird
gemessen unter Verwendung einer Zugfestigkeits-Testeinrichtung,
beispielsweise einer INSTRON-Vorrichtung unter Anwendung der folgenden
Bedingungen: die Messlänge
beträgt
250 mm und die Kreuzkopf-Geschwindigkeit der Zugfestigkeits-Testeinrichtung
beträgt
250 mm/min.
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Die
Matrix-Zugfestigkeit bzw. -Zerreißfestigkeit der Faser wird
nach dem in dem US-Patent 3 953 566 von Gore erläuterten Verfahren bestimmt.
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Definitionsgemäß ist die
Zugfestigkeit (Zerreißfestigkeit)
eines Materials die maximale Zugbeanspruchung, ausgedrückt als
Kraft pro Einheit der Querschnittsfläche der Probe, bei der die
Probe gegen Bruch beständig
ist. Für
poröse
Materialien ist die Querschnittsfläche des festen Polymers innerhalb
der Polymermatrix nicht die Querschnittsfläche der porösen Probe, sondern das Äquivalent
zu der Querschnittsfläche
der porösen Probe,
multipliziert mit dem Bruchteil des massiven Polymers innerhalb
des Querschnitts. Dieser Bruchteil des Polymers innerhalb des Querschnitts
ist äquivalent
zum Verhältnis
zwischen der Dichte der porösen
Probe selbst, dividiert durch die Dichte des massiven polymeren
Materials, das die poröse
Matrix aufbaut. Auf diese Weise kann die Matrix-Zugfestigkeit bzw.
-Zerreißfestigkeit
einer porösen
Probe errechnet werden durch Dividieren der maximalen Kraft, die
erforderlich ist, um die Probe zu brechen, durch die Querschnittsfläche der
porösen
Probe und anschließendes
Multiplizieren dieser Menge mit dem Verhältnis zwischen der Dichte des massiven
Polymers und der Dichte der porösen
Probe. In äquivalenter
Weise wird die Matrix-Zugfestigkeit bzw. -Zerreißfestigkeit erhalten durch
Multiplizieren der Zugfestigkeit bzw. Zerreißfestigkeit, die nach der obigen
Definition errechnet worden ist, durch das Verhältnis zwischen der Dichte des
massiven Polymers und der Dichte des porösen Produkts.
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Die
Zähigkeit
wird errechnet durch Dividieren der maximalen Kraft, die in der
Zugfestigkeits-Testeinrichtung erhalten worden ist, durch ihr normalisiertes
Gewicht pro Einheitslänge
(tex (g/1000 m) oder dtex (g/10 000 m) oder Denier (g/9 000 m)).
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Nachstehend
werden einige wenige Beispiele beschrieben auf der Basis von Tests,
die unter unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt wurden.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Eine
erfindungsgemäße Faser
wird auf die folgende Weise hergestellt: ein feines PTFE-Harz-Pulver wird
mit einem flüssigen
Gleitmittel (einem Extrusionshilfsmittel) in einem Mengenverhältnis in
dem Bereich von 17 bis 29 % Gleitmittel und 83 bis 71 % PTFE gemischt.
Diese Mischung wird vorzugsweise 20 bis 30 min lang bearbeitet.
In der nachfolgenden Stufe wird das Material gepresst, zu einem
Klumpen (Vorblock) geformt und in einem Extruder vom Stempel-Typ
extrudiert zur Herstellung einer extrudierten Vorform. Dabei wird
ein Querschnittsverminderungs-Verhältnis von 148 : 1 angewendet.
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Danach
wird die extrudierte Vorform durch Kalanderwalzen geführt zur
Herstellung eines Bandes mit einer Dicke von 200 μm und dann
wird das flüssige
Gleitmittel verflüchtigt
und entfernt durch Einführen
des Bandes in einen Ofen bei einer Temperatur von 220 °C.
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Das
trockene Band wird in der Längsrichtung
auf das 13,7-fache seiner ursprünglichen
Länge uniaxial verstreckt
durch Hindurchführen
des trockenen Bandes durch Spannwalzen zwischen den beiden Einheiten von
Ziehwalzen, die bei einem Verstreckungsverhältnis von 13,7 und einer Verstreckungstemperatur
von 250 °C
arbeiten. Auf diese Weise beträgt
das Expansionsverhältnis
des Bandes 22459 %/s.
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Das
expandierte Band wird auf eine Breite von 2 mm geschlitzt durch
Hindurchführen
desselben zwischen einer Gruppe von im Abstand voneinander angeordneten
Klingen. Die geschlitzten Stränge
werden in der Längsrichtung über heißen Platte
bei einer Temperatur von 330 °C
und bei einem Verstreckungsverhältnis von
4,2 uniaxial weiter verstreckt zur Herstellung einer Faser.
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In
der nächsten
Stufe wird die expandierte PTFE-Faser in einer Rate von 1400 TPM
getwistet (verdrallt) und dann erneut mit einem Verstreckungsverhältnis von
3 : 1 bei hohen Temperaturen (400 °C für etwa 1,3 s) verstreckt. Das
Gesamtverstreckungsverhältnis
des Materials von dem trockenen Band bis zu der fertigen Faser beträgt 174.
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Die 2 zeigt vergrößerte Ansichten
der in diesem Test erhaltenen Faser.
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In
der weiter unten folgenden Tabelle 1 sind die Eigenschaften dieser
Fasern nach den verschiedenen Verfahrensstufen angegeben. Mit der
fertigen Faser werden die folgenden Messungen durchgeführt:
| Durchmesser | 86,18 μm |
| Querschnittsfläche | 0,0058
mm2 |
| Filamentnummer | 114
dtex |
| Dichte | 1,955
g/cm3 |
| Zugfestigkeit | 705
MPa |
| Matrix-Zugfestigkeit | 775
MPa |
| Dehnung
bei maximaler Beanspruchung | 2,65
% |
| Schrumpfung | 0,50
% |
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Beispiel 2
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Eine
erfindungsgemäße Faser
wird auf die folgende Weise hergestellt: Ein feines PTFE-Harz-Pulver wird
mit einem flüssigen
Gleitmittel (einem Extrusionshilfsmittel) in einem Mengenverhältnis in
dem. Bereich von 17 bis 29 % Gleitmittel und 83 bis 71 % PTFE gemischt.
Diese Mischung wird vorzugsweise 20 bis 30 min lang bearbeitet.
In der nachfolgenden Stufe wird das Material gepresst zur Herstellung
eines Klumpens (Vorblockes) und in einem Exruder vom Stempel-Typ
extrudiert zur Herstellung einer extrudierten Vorform. Dabei wird
ein Querschnittsverminderungsverhältnis von 148 : 1 angewendet.
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Anschließend wird
die extrudierte Vorform durch Kalanderwalzen hindurchgeführt zur
Herstellung eines Bandes mit einer Dicke von 300 μm und dann
wird das flüssige
Gleitmittel durch Einführen
des Bandes in einen Ofen bei einer Temperatur von 220 °C verflüchtigt und
entfernt.
-
Das
trockene Band wird in der Längsrichtung
auf das 18-fache seiner ursprünglichen
Länge uniaxial verstreckt
durch Hindurchführen
der trockenen Bandes durch Spannwalzen zwischen den beiden Einheiten von
Ziehwalzen, die mit einem Verstreckungsverhältnis von 18 und einer Verstreckungstemperatur
von 250 °C arbeiten.
In diesem Fall beträgt
das Verstreckungsverhältnis
des Bandes 39825 %/s.
-
Das
expandierte Band wird auf eine Breite von 2 mm geschlitzt durch
Hindurchführen
desselben zwischen einem Satz von im Abstand voneinander angeordneten
Klingen. Die geschlitzten Stränge
werden in der Längsrichtung über heißen Platte
bei einer Temperatur von 330 °C
und bei einem Verstreckungsverhältnis
von 3,9 uniaxial weiter verstreckt zur Herstellung einer Faser.
-
In
der nächsten
Stufe wird die expandierte PTFE-Faser in einer Rate von 1400 TPM
getwistet und dann mit einem Verstreckungsverhältnis von 2,5 : 1 bei hohen
Temperaturen (400 °C
für etwa
1,3 s) erneut verstreckt. Das Gesamtverstreckungsverhältnis des
Materials von dem trockenen Band bis zu der fertigen Faser beträgt 178.
Die weiter unten folgende Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften dieser
Fasern nach Durchführung der
verschiedenen Verfahrensstufen.
-
Die
3 zeigt vergrößerte Ansichten
der bei diesem Test erhaltenen Faser. Die wurden die folgenden Messungen
an der fertigen Faser durchgeführt:
| Durchmesser | 95,20 μm |
| Querschnittsfläche | 0,0071
mm2 |
| Filamentnummer | 132
dtex |
| Dichte | 1,854
g/cm3 |
| Zugfestigkeit | 656
MPa |
| Matrix-Zugfestigkeit | 760
MPa |
| Dehnung
bei maximaler Beanspruchung | 2,87
% |
| Schrumpfung | 0,40
% |
-
Beispiel 3
-
Eine
erfindungsgemäße Faser
wird auf die folgende Weise hergestellt: Ein feines PTFE-Harz-Pulver wird
mit einem flüssigen
Gleitmittel (einem Extrusionshilfsmittel) in einem Mengenverhältnis in
dem Bereich von 17 bis 29 % Gleitmittel und 83 bis 71 % PTFE gemischt.
Diese Mischung wird vorzugsweise 20 bis 30 min lang bearbeitet.
In der nachfolgenden Stufe wird das Material gepresst zur Herstellung
eines Klumpens (Vorblockes) und in einem Extruder vom Stempel-Typ
extrudiert zur Herstellung einer extrudierten Vorform. Dabei wird
ein Querschnittsverminderungsverhältnis von 148 : 1 angewendet.
-
Anschließend wird
die extrudierte Vorform durch Kalanderwalzen hindurchgeführt zur
Herstellung eines Bandes mit einer Dicke von 300 μm und dann
wird das flüssige
Gleitmittel verflüchtigt
und entfernt durch Einführen
des Bandes in einen Ofen mit einer Temperatur von 220 °C.
-
Das
trockene Band wird in der Längsrichtung
auf das 20-fache seiner ursprünglichen
Länge uniaxial verstreckt
durch Hindurchführen
des trockenen Bandes durch Spannwalzen zwischen den beiden Einheiten von
Ziehwalzen, die mit einem Verstreckungsverhältnis von 20 und einer Verstreckungstemperatur
von 250 °C arbeiten.
In diesem Fall beträgt
das Expansionsverhältnis
des Bandes 40947 %/s.
-
Das
expandierte Band wird auf eine Breite von 2 mm geschlitzt durch
Hindurchführen
desselben zwischen einer Gruppe von im Abstand voneinander angeordneten
Klingen. Die geschlitzten Stränge
werden in der Längsrichtung über heißen Platten
bei einer Temperatur von 330 °C
und einem Verstreckungsverhältnis von
4,2 uniaxial weiter verstreckt zur Herstellung einer Faser.
-
In
der nachfolgenden Stufe wird die expandierte PTFE-Faser in einer
Rate von 1400 TPM getwistet und dann mit einem Verstreckungsverhältnis von
2,9 : 1 bei hohen Temperaturen (400 °C für etwa 1,3 s) erneut verstreckt.
Das Gesamtverstreckungsverhältnis
des Materials von dem trockenen Band bis zu der fertigen Faser beträgt 242.
-
Die 4 zeigt vergrößerte Ansichten
der in diesem Test erhaltenen Faser.
-
Die
weiter unten folgende Tabelle 1 gibt die Eigenschaften dieser Faser
in den verschiedenen Verfahrensstufen an.
-
Mit
der fertigen Faser werden die folgenden Messungen durchgeführt:
| Durchmesser | 78,03 μm |
| Querschnittsfläche | 0,0048
mm2 |
| Filamentnummer | 95
dtex |
| Dichte | 1,987
g/cm3 |
| Zugfestigkeit | 1054
MPa |
| Matrix-Zugfestigkeit | 1139
MPa |
| Dehnung
bei maximaler Belastung | 2,96
% |
| Schrumpfung | 0,60 |
-
Beispiel 4
-
Ein
erfindungsgemäße Faser
wird auf die folgende Weise hergestellt:
Ein feines PTFE-Harz-Pulver
wird mit einem flüssigen
Gleitmittel (einem Extrusionshilfsmittel) in einem Mengenverhältnis in
dem Bereich von 17 bis 29 Gleitmittel und 83 bis 71 % PTFE gemischt.
Diese Mischung wird vorzugsweise 20 bis 30 min lang bearbeitet.
In einer nachfolgenden Stufe wird das Material gepresst zur Herstellung
eines Klumpens (Vorblocks) und in einem Extruder vom Stempel-Typ
extrudiert, wobei man eine extrudierte Vorform erhält. Dabei
wird ein Querschnittverminderungsverhältnis von 50 : 1 angewendet.
-
Anschließend wird
die extrudierte Vorform durch Kalanderwalzen hindurchgeführt zur
Bildung eines Bandes mit einer Dicke von 210 μm und dann wird das flüssige Gleitmittel
verflüchtigt
und entfernt durch Einführen
des Bandes in einen Ofen mit einer Temperatur von 220 °C.
-
Das
trockene Band wird in der Längsrichtung
auf das 8,6-fache seiner ursprünglichen
Länge uniaxial verstreckt
durch Hindurchführen
des trockenen Bandes durch Spannwalzen zwischen den beiden Einheiten von
Ziehwalzen, die mit einem Verstreckungsverhältnis von 8,6 und einer Verstreckungstemperatur
von 250 °C
arbeiten. In diesem Fall beträgt
das Expansionsverhältnis
des Bandes 9451 %/s.
-
Das
expandierte Band wird auf eine Breite von 2 mm geschlitzt durch
Hindurchführen
desselben zwischen einer Gruppe von im Abstand voneinander angeordneten
Klingen. Die geschlitzten Bänder
werden in der Längsrichtung über heißen Platten
bei einer Temperatur von 330 °C
und bei einem Verstreckungsverhältnis von
3,8 uniaxial weiter verstreckt zur Herstellung einer Faser.
-
In
der nachfolgenden Stufe wird die expandierte PTFE-Faser mit einer
Rate von 1400 TPM getwistet und dann mit einem Verstreckungsverhältnis von
3,2 1 bei hohen Temperaturen (400 °C für etwa 1,3 s) erneut verstreckt.
Das Gesamtverstreckungsverhältnis
des Materials von dem trockenen Band bis zu der fertigen Faser beträgt 106.
-
Die 5 zeigt vergrößerte Ansichten
der bei diesem Test erhaltenen Faser.
-
In
der weiter unten folgenden Tabelle 1 sind die Eigenschaften dieser
Fasern nach den verschiedenen Verfahrensstufen angegeben.
-
Mit
der fertigen Faser werden die folgenden Messungen durchgeführt:
| Durchmesser | 94,10 μm |
| Querschnittsfläche | 0,0070
mm2 |
| Filamentnummer | 101
dtex |
| Dichte | 1,453
g/cm3 |
| Zugfestigkeit | 504
MPa |
| Matrix-Zugfestigkeit | 745
MPa |
| Dehnung
bei maximaler Beanspruchung | 2,63 |
| Schrumpfung | 1,10 |
-
Beispiel 5
-
Eine
erfindungsgemäße Faser
wird auf die folgende Weise hergestellt: Ein feines PTFE-Harz-Pulver wird
mit einem flüssigen
Gleitmittel (einem Extrusionshilfsmittel) in einem Mengenverhältnis in
dem Bereich von 17 bis 29 % Gleitmittel und 83 bis 71 % PTFE gemischt.
Die Mischung wird vorzugsweise 20 bis 30 min lang bearbeitet. In
einer nachfolgenden Stufe wird das Material gepresst zur Herstellung
eines Klumpens (Vorblockes) und in einem Extruder vom Stempel-Typ
extrudiert zur Herstellung einer extrudierten Vorform. Dabei wird
ein Querschnittsverminderungsverhältnis von 50 : 1 angewendet.
-
Anschließend wird
die extrudierte Vorform durch Kalanderwalzen hindurchgeführt zur
Herstellung eines Bandes mit einer Dicke von 210 μm und dann
wird das flüssige
Gleitmittel verflüchtigt
und entfernt durch Einführen
des Bandes in einen Ofen bei einer Temperatur von 220 °C.
-
Das
trockene Band wird in der Längsrichtung
auf das 8,6-fache seiner ursprünglichen
Länge uniaxial verstreckt
durch Hindurchführen
des trockenen Bandes durch Spannwalzen zwischen den beiden Einheiten von
Ziehwalzen, die mit einem Verstreckungsverhältnis von 8,6 und einer Verstreckungstemperatur
von 250 °C
arbeiten. In diesem Fall betragt das Expansionsverhältnis des
Bandes 9451 %/s.
-
Das
expandierte Band wird auf 2 mm Breite geschlitzt durch Hindurchführen desselben
zwischen einer Gruppe von im Abstand voneinander angeordneten Klingen.
Die geschlitzen Bänder
werden in der Längsrichtung über heißen Platten
bei einer Temperatur von 330 °C
und einem Verstreckungsverhältnis
von 3,8 uniaxial weiter verstreckt zur Herstellung einer Faser.
-
In
der nachfolgenden Stufe wird die expandierte PTFE-Faser in einer
Rate von 1400 TPM getwistet und dann mit einem Verstreckungsverhältnis von
3,6 : 1 bei hohen Temperaturen (400 °C für etwa 1,3 s) erneut verstreckt.
Das Gesamtverstreckungsverhältnis
des Materials von dem trockenen Band bis zu der fertigen Faser beträgt 119.
-
Die 6 zeigt vergrößerte Ansichten
der in diesem Test erhaltenen Faser.
-
In
der weiter unten folgenden Tabelle 1 sind die Eigenschaften dieser
Fasern in den verschiedenen Verfahrensstufen angegeben.
-
Mit
der fertigen Faser werden die folgenden Messungen durchgeführt:
| Durchmesser | 86,70 μm |
| Querschnittsfläche | 0,0059
mm2 |
| Filamentnummer | 90
dtex |
| Dichte | 1,523
g/cm3 |
| Zugfestigkeit | 440
MPa |
| Matrix-Zugfestigkeit | 620
MPa |
| Dehnung
bei maximaler Beanspruchung | 2,64
% |
| Schrumpfung | 0,90
% |
-
Beispiel 6
-
Eine
Probe einer PTFE-Faser, im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen
PROFILEN Type 212/SC, hergestellt von der Firma Lenzing Aktiengesellschaft, Lenzing, Österreich,
wurde einem longitudinalen Twisting von 1400 TPM unterworfen und
dann wurde die getwistete Faser mit einem Verstreckungsverhältnis von
5 : 1 bei hoher Temperatur (400 °C
für etwa
1,3 s) verstreckt. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die Eigenschaften
dieser Fasern vor und nach der Wärmebehandlung
angegeben.
-
Mit
der fertigen Faser werden die folgenden Messungen durchgeführt:
| Durchmesser | 170 μm |
| Querschnittsfläche | 0,0227
mm2 |
| Filamentnummer | 470
dtex |
| Dichte | 2,07
g/cm3 |
| Zugfestigkeit | 627
MPa |
| Dehnung
bei maximaler Beanspruchung | 3,57
% |
| Schrumpfung | 1,60
% |
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelte Lenzing-Filament eine Faser darstellt mit einer niedrigeren
Schrumpfung, einer niedrigeren Dehnung bei maximaler Beanspruchung
und einer höheren
Zugfestigkeit als die Faser vor der Behandlung.
-
Tabelle
1
Materialeigenschaften in mehreren Verfahrensstufen
-
Beispiel 7
-
Eine
Probe einer PTFE-Faser, im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen
PROFILEN Type 212/SC, hergestellt von der Firma Lenzing Aktiengesellschaft,
Lenzing, Österreich,
wurde unter Anwendung des Verfahrens des Gore US-Patents 5 989 709 (Wärmebehandlung mit einer Überschuss-Beschickung)
und unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Wärmebehandlung
mit Verstreckung) getestet.
-
Verfahren des Gore US-Patents
5 989 709
-
Die
PTFE-Filamente wurden mit 400 TPM in der z-Richtung getwistet (verdrallt),
und danach wurden sie einer Wärmebehandlung über heißen Platten
unterworfen. Dann wurde die Faser mit einer Überbeschickungsrate von etwa
15 % zugeführt
bei 400 °C
und die Verweilzeit der Faser auf der erhitzten Platte betrug 5,5
s. Nach der Behandlung wurde die Filamentnummer der Faser gemessen
und sie betrug 1952.
-
Erfindungsgemäßes Verfahren
-
Die
PTFE-Filamente wurden mit 400 TPM in der z-Richtung getwistet (verdrallt)
und danach wurden sie einer Wärmebehandlung über heißen Platten
unterworfen. Die Faser wurde mit einer Verstreckungsrate von etwa
15 % bei 400 °C
zugeführt
und die Verweilzeit der Faser auf der erhitzen Platte betrug 5,5
s. Nach der Behandlung wurde die Filamentnummer der Faser bestimmt
und sie betrug 1176.
-
Die
nachstehende Tabelle 2 zeigt die Messergebnisse des Lenzing-Filaments
nach den beiden Verfahren.
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelte Lenzing-Filament eine Faser mit einer niedrigeren Schrumpfung
und einer geringeren Dehnung bei maximaler Beanspruchung war als
die mit Parametern nach dem Verfahren des US-Patents 5 989 709 behandelte
Faser. Bezüglich der
Zähigkeit
der Faser führt
das erfindungsgemäße Verfahren
zu besseren Werten für
diese Eigenschaft als bei den getesteten Parametern nach dem US-Patent
5 989 709.
-
TABELLE
2
EIGENSCHAFTEN EINES LENZING-FILAMENTS NACH DEN BEIDEN VERFAHREN
-
Beispiel 8
-
Eine
Probe einer PTFE-Faser, im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen
PROFILEN Type 212/SC SC, hergestellt von der Firma Lenzing Aktiengesellschaft,
Lenzing, Österreich,
wurde unter Anwendung des Verfahrens des Gore-US-Patents 5 989 709 (Wärmebehandlung
mit Überbeschickung)
und unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Wärmebehandlung
unter Verstreckung) getestet.
-
Verfahren nach dem Gore-US-Patent
5 989 709
-
Die
PTFE-Filamente wurden mit 400 TPM in der z-Richtung getwistet (verdrallt)
und danach wurden sie einer Wärmebehandlung über heißen Platten
unterworfen. Die Faser wurde mit einer Überbeschickungsrate von etwa
70 % bei 400 °C
zugeführt
und die Verweilzeit der Faser auf der erhitzten Platte betrug 5,5
s. Nach der Behandlung wurde die Filamentnummer der Faser gemessen
und sie betrug 2172.
-
Erfindungsgemäßes Verfahren
-
Die
PTFE-Filamente wurden mit 400 TPM in der z-Richtung getwistet (verdrallt)
und danach wurden sie einer Wärmebehandlung über heißen Platten
unterworfen. Die Faser wurde mit einer Verstreckungsrate von etwa
70 % bei 400 °C
zugeführt
und die Verweilzeit der Faser auf der erhitzten Platte betrug 5,5
s. Nach der Behandlung wurde die Filamentnummer der Faser gemessen
und sie betrug 984.
-
Die
nachstehende Tabelle 3 gibt die Messergebnisse des Lenzing-Filaments
nach den beiden Verfahren an.
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelte Lenzing-Filament eine Faser mit einer niedrigeren Schrumpfung
und einer niedrigeren Dehnung bei maximaler Beanspruchung darstellt
als die Faser, die unter Anwendung der Testparameter des Verfahrens
gemäß dem US-Patent 5
989 709 getestet worden war. Hinsichtlich der Zähigkeit der Faser führt das
erfindungsgemäße Verfahren
zu besseren Werten für
diese Eigenschaft als bei den getesteten Parametern des Verfahrens
nach dem US-Patent 5 989 709.
-
TABELLE
3
EIGENSCHAFTEN EINES LENZING-FILAMENTS NACH DEN BEIDEN VERFAHREN
-
Beispiel 9
-
Eine
Probe einer PTFE-Faser, im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen
EF 580 G, hergestellt von der Firma Teadit Ind. e Com. Ltda, Rio
de Janeiro, Brasilien, wurde unter Anwendung des Verfahrens des
Gore-US-Patents 5 989 709 (Wärmebehandlung
mit Überschuss-Beschickung)
und unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Wärmebehandlung
mit Verstreckung) getestet.
-
Verfahren
nach dem Gore-US-Patent 5 989 709 Die PTFE-Filamente wurden mit
400 TPM in der z-Richtung getwistet (verdrallt) und danach wurden
sie einer Wärmebehandlung über heißen Platten
unterworfen. Die Faser wurde mit einer übermäßig hohen Beschickungsrate
von etwa 70 % bei 400 °C
zugeführt
und die Verweilzeit der Faser auf der erhitzten Platte betrug 5,5
s. Nach der Behandlung wurde die Filamentnummer der Faser gemessen
und sie betrug 686.
-
Erfindungsgemäßes Verfahren
-
Die
PTFE-Filamente wurden mit 400 TPM in der z-Richtung getwistet (verdrallt)
und danach wurden sie einer Wärmebehandlung über heißen Platten
unterworfen. Die Faser wurde bei einer Verstreckungsrate von etwa
70 % bei 400 °C
zugeführt
und die Verweilzeit der Faser auf der erhitzten Platte betrug 5,5
s. Nach der Behandlung wurde die Filamentnummer der Faser gemessen
und sie betrug 438.
-
In
der nachstehenden Tabelle 4 sind die Messergebnisse des EF 580 G-Filaments nach den
beiden Verfahren angegeben.
-
Die
Ergebnisse zeigen, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelte EF 580 G-Filament ebenfalls eine Faser mit einer niedrigeren Schrumpfung
und mit einer niedrigeren Dehnung bei maximaler Beanspruchung darstellt
als als die Faser, die unter Anwendung der Testparameter des US-Patents
5 989 709 getestet worden ist. Hinsichtlich der Zähigkeit
der Faser führt
das erfindungsgemäße Verfahren
zu besseren Werten für
diese Eigenschaft als bei den getesteten Parametern nach dem US-Patent
5 989 709.
-
TABELLE
4
EIGENSCHAFTEN DES EF 580 G-FILAMENTS NACH DEN BEIDEN VERFAHREN
-
Die
Erfindung wurde zwar vorstehend in Verbindung mit spezifischen Beispielen
näher beschrieben, die
Erfindung ist jedoch keineswegs darauf beschränkt, sondern umfasst auch solche
Modifikationen und Abänderungen,
die innerhalb des Rahmens der nachfolgenden Patentansprüche liegen.
-
Zusammenfassung
-
Eine
feine expandierte PTFE-Faser mit einem runden Querschnitt und einer
glatten äußeren Oberfläche wird
erhalten durch Verdrallen von flachen verstreckten Filamenten oberhalb
des optimalen Grenzwerts für
diese Fasern und anschließendes
weiteres Verstrecken unter gleichzeitiger Wärmebehandlung. Diese Filamente
können
unter anderem für
die Herstellung von textilen Flächengebilden
(Stoffen) verwendet werden und sie weisen die folgenden Eigenschaften
auf: eine niedrige Schrumpfung, eine niedrige Dehnung unter Spannung
und eine hohe Zugfestigkeit. Die Erfindung betrifft außerdem ein
Verfahren zur Herstellung der Faser, das die Stufen umfasst: Verdrallen
des expandierten PTFE-Filaments über
das Optimum für
die Faser hinaus und Verstrecken der verdrallten Faser bei gleichzeitiger
Wärmebehandlung,
bis die Faser zu ihrer optimalen Verdrallung zurückgekehrt und fixiert ist.
