DE102016119751A1

DE102016119751A1 - Polymer-Compounds für die Herstellung von Polyester-Folien mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit

Info

Publication number: DE102016119751A1
Application number: DE102016119751.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wuchter; Christian Henne; Andreas Bork; Holger Kliesch
Original assignee: Ensinger GmbH
Current assignee: Ensinger GmbH
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2018-04-19
Also published as: WO2018073123A1

Abstract

Es wird ein Polymer-Compound auf Polyesterbasis zur Verfügung gestellt, mit dem sich Formkörper und insbesondere Polyesterfolien mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W m^-1 K^-1 oder mehr herstellen lassen, wobei die Folien mindestens uniaxial orientierbar sind und weiterhin eine Durchschlagfestigkeit von ca. 90 kV mm^-1 oder mehr gemäß DIN 40634 (bei 23 °C und Wechselspannung (AC)) aufweisen. Das Polymer-Compound umfasst einen thermoplastischen Polyester und einen ersten Füllstoff mit einem Anteil von ca. 7 bis ca. 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Compounds, wobei der erste Füllstoff eine Korngrößenverteilung mit einem d₅₀-Wert von ca. 0,1 bis ca. 15 µm aufweist und wobei der erste Füllstoff kristallines SiO₂ und/oder kristallines Silikat, insbesondere ausgewählt aus Quarz, Kyanit und Cristobalit, umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Polymer-Compounds für die Herstellung von Polyesterfolien, die einerseits eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweisen, andererseits jedoch als Elektroisoliermaterial verwendbar sind.
Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung dieser Polymer-Compounds für die Herstellung von insbesondere mindestens uniaxial orientierten Polyesterfolien.
Folien in Elektroisolieranwendungen müssen eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Zum einen müssen sie eine hohe elektrische Isolierwirkung haben (Durchschlagfestigkeit, Kriechstromfestigkeit) und müssen zum anderen die durch den elektrischen Stromfluss entstehende Wärme ableiten, um eine Überhitzung der stromführenden Teile zu vermeiden.
Üblicherweise sind diese beiden Eigenschaften gegenläufig, und insbesondere die Wärmeleitfähigkeit vieler klassischer Elektroisoliermaterialien ist daher eher niedrig. So haben z.B. die aufgrund ihrer hohen elektrischen Durchschlagfestigkeit häufig eingesetzten biaxial orientierten Polyethylenterephthalatfolien eine Wärmeleitfähigkeit von kleiner oder gleich 0,2 W m^-1 K^-1. Soweit hier und im Folgenden von Wärmeleitfähigkeit der Folien gesprochen wird, beziehen sich die jeweils genannten Werte auf Messungen senkrecht zur Folienebene (Messverfahren TIMA).
Häufig eingesetzte Materialien sind Hostaphan^® RN 190-Folien mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,2 W m^-1 K^-1 und Kapton-Folien (Polyimid-basiert; Hersteller: DuPont), laut Datenblatt im unmodifizierten Zustand mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,12 W m^-1K^-1.
Die derzeit großtechnisch als Elektroisolierfolien eingesetzten Polyimid-Folien, wie z.B. Kapton MT mit Aluminiumoxid als wärmeleitfähigem Füllstoff, weisen laut Datenblatt eine Wärmeleitfähigkeit von 0,46 W m^-1 K^-1 auf und sind extrem teuer. Zudem sind keine Folien mit ausreichend hoher Gesamtdurchschlagfestigkeit (Dicke) für viele Anwendungen, wie Motorisolationsfolien, erhältlich.
Polyesterformmassen mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit sind z.B. aus der WO 2009/064873 A1 bekannt. In Anlehnung an diese Veröffentlichung unter Verwendung von Glaskugeln oder Calciumfluoridpartikeln hergestellte Formmassen erweisen sich für die Herstellung von Polyesterfolien als ungeeignet, da insbesondere die beschriebenen CaF-Partikel aufgrund ihrer Größe von 30 µm für die Herstellung von orientierten Polyesterfolien ungeeignet sind.
Derartig große Partikel führen bei der Orientierung von Folien zu großen, Voids genannten Gaseinschlüssen in der Folie, die die Wärmeleitfähigkeit einerseits deutlich reduzieren und darüber hinaus zu Folienabrissen führen, die eine großtechnische Herstellung der Folie unmöglich machen. Die Offenlegungsschrift enthält auch folgerichtigerweise keine Beispiele zu orientierten Folien.
Die Eignung von Polyesterfolien als elektrischer Isolator ist literaturbekannt, wobei die Durchschlagfestigkeit von Polyethylenterephthalat (PET) durch eine mindestens monoaxiale, bevorzugt biaxiale Verstreckung deutlich erhöht werden kann.
Für Elektroisolieranwendungen, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, sind zudem die erhöhte Hydrolyse-Stabilität und die thermooxidative Stabilität des Polyesters von Bedeutung.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Polymer-Compound auf Polyesterbasis vorzuschlagen, mit dem sich Polyesterfolien mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W m^-1 K^-1 oder mehr auf existierenden Polyesterfolienanlagen herstellen lassen, die mindestens uniaxial orientierbar sind und die weiterhin eine Durchschlagfestigkeit von ca. 90 kV mm^-1 oder mehr gemäß DIN 40634 (bei 23 °C und Wechselspannung (AC)) aufweisen.
Diese Aufgabe wird von einem Polymer-Compound gemäß Anspruch 1 gelöst.
Folien, die sich aus dem erfindungsgemäßen Compound herstellen lassen, weisen insbesondere eine Reißdehnung von ca. 5 % oder mehr in jeder Folienrichtung sowie einen relativen Temperaturindex (RTI) von ca. 90 °C oder mehr auf. Der relative Temperaturindex RTI wird gemäß UL 746B bestimmt und ist bezogen auf die Reißdehnung gemessen nach DIN EN ISO 572-1 und -3.
Der RTI-Wert korreliert mit der Temperatur in °C, bei der die Folie im Dauereinsatz versagt.
Folien lassen sich bei Füllstoffgehalten des Polymer-Compounds bis zu ca. 45 Gew.-% direkt aus dem erfindungsgemäßen Polymer-Compound herstellen. Das erfindungsgemäße Polymer-Compound kann aber auch unter Beimischung von weiterem, insbesondere im Wesentlichen Füllstoff-freiem Polymermaterial zu Folien verarbeitet werden, wobei dann das Polymer-Compound als Masterbatch dient. Die Dicken der Folien betragen ca. 9 bis ca. 400 µm.
Folien aus dem erfindungsgemäßen Compound eignen sich insbesondere als Elektroisoliermaterial, z.B. als Rückseitenfolie für Solarmodule, als Motorisolationsfolie, als Isolationsfolie in Computern und elektronischen Geräten aller Art.
Das erfindungsgemäße Polymer-Compound enthält ca. 7 bis ca. 80 Gew.-% eines partikulären ersten Füllstoffs, welcher kristallines SiO₂ und/oder kristallines Silikat, insbesondere ausgewählt aus Quarz, Kyanit und Cristobalit sowie Mischungen hiervon, umfasst.
Bevorzugt liegt die Untergrenze für den Gehalt des ersten Füllstoffs bei ca. 10 Gew.-%, weiter bevorzugt bei ca. 20 Gew.-% und für bestimmte Anwendungen bei ca. 40 Gew.-%.
Die Obergrenze des Gehalts an erstem Füllstoff liegt bevorzugt, insbesondere bei der Verwendung für die Folienherstellung, bei ca. 60 Gew.-% und weiter bevorzugt bei ca. 45 Gew.-%.
Die Forderung, dass das Polymer-Compound gleichzeitig wärmeleitend und elektrisch isolierend sein soll, macht die Materialauswahl bei den Füllstoffen schwierig.
Partikel mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit sind in der Literatur beschrieben. Besonders hohe Wärmeleitfähigkeitswerte weisen z.B. Graphit mit > 100 W m^-1 K^-1, Bornitrid mit > 30 W m^-1 K^-1, Korund mit > 30 W m^-1 K^-1 und Periclase mit > 25 W m^-1 K^-1 auf.
Verglichen mit Kunststoffen haben aber auch Partikel wie Kyanite mit ca. 14 W m^-1 K^-1 oder Cristobalit mit ca. 8 bis 10 W m^-1 K^-1, MgO Al₂O₃ mit 6,8 W m^-1 K^-1, Quarz mit 3 bis 7 W m^-1 K^-1, Magnetit Fe₃O₄ mit > 4,5 W m^-1 K^-1, Talkum Mg₃[Si₄O₁₀][OH]₂ mit > 1,5 W m^-1 K^-1, SrFe₁₂O₁₉ mit > 3 W m^-1 K^-1 und Rutil mit 3 bis 5 W m^-1 K^-1 noch eine hohe Wärmeleitfähigkeit.
Grundsätzlich kommen keramische Füllstoffe wie hexagonales Bornitrid (hBN), Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliciumcarbid (SiC) in Frage. Zur Erreichung einer signifikanten Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit sind hohe Füllgrade von ca. 10 Gew.-% oder mehr, besser noch 20 Gew.-% oder mehr, erforderlich.
Bei der Auswahl der geeigneten Partikel zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit muss die gleichzeitig hohe, aufgabengemäße Durchschlagfestigkeit, die bei den herzustellenden Folien gefordert ist, beachtet werden. Daher verbietet sich der Einsatz von Metallpartikeln von vornherein, ebenso wie der Einsatz von kohlenstoffbasierten Füllstoffen, wie z.B. Graphit, Ruß, Kohlenstofffasern oder Carbon Nanotubes (CNT). Diese leiten den elektrischen Strom, und die geforderte Durchschlagfestigkeit von ca. 90 kV mm^-1 oder mehr gemäß DIN 40634 (bei 23 °C und Wechselspannung (AC)) bei gleichzeitiger guter Wärmeleitfähigkeit, ist mit diesen Füllstoffen nicht erreichbar. Zwar konnte Graphit in Mengen bis zu 8 Gew.-% in eine Folie eingebracht werden, ohne dass die elektrische Durchschlagfestigkeit nennenswert sinkt, aber bei diesen Gehalten wird keine merkliche Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit erreicht.
Weitere Füllstoffe, wie zum Beispiel das BeO, scheiden aufgrund ihrer hohen Toxizität aus. Periclase und MgO-Spinelle erweisen sich als Füllstoffe für erfindungsgemäße Polymer-Compounds, die für die Folienherstellung konzipiert sind, ebenfalls als weniger geeignet, da diese bei der Folienherstellung unter Umständen mit den erfindungsgemäß verwendeten Polyestern reagieren und zum einen zu einem starken Molekulargewichtsabfall durch Hydrolyse des Polyesters führen können (daher ist die Herstellung der Folie problematisch oder unmöglich), und zum anderen verlieren die Partikel selbst durch die oberflächliche Umwandlung der MgO-Komponente in Mg(OH)₂ deutlich an Wärmeleitfähigkeit.
Sowohl Bornitrid als auch Aluminiumnitrid als auch Siliziumcarbid haben sich als alleinige Wärmeleitfähigkeitspartikel als ungeeignet erwiesen, da diese schon keine gute Einbindung in die Polymermatrix erlauben. Ihre geringe Kompatibilität mit dem Polymermaterial führt bei der Streckung der gefertigten Folien zu luftgefüllten Bläschen (Voids) um die Partikel herum, welche als zusätzlicher Isolator in der Folie wirken und die Wärmeleitfähigkeit dadurch entweder gar nicht oder nur sehr geringfügig ansteigen lassen.
Aufgrund der inerten Struktur des hexagonalen Bornitrids (hBN) können die Wechselwirkungen an dessen Grenzfläche auch mit Hilfe von Verträglichkeitsvermittlern (wie z.B. Aminosilanen) nicht signifikant erhöht werden. Solche Verträglichkeitsvermittler können bei hBN keine ausreichende Wechselwirkung, sei es durch kovalente Bindung oder durch Van-der-Waals-Kräfte, aufbauen.
Pures Aluminiumoxid (Korundium) führt aufgrund seiner hohen Härte (Mohshärte ca. 9) zu einem starken Abrieb an den Folienextrusionswerkzeugen, wenn es in den zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit notwendigen Mengen (ca. 10 Gew.-% oder mehr) eingesetzt wird. Bereits nach wenigen Minuten der Extrusion sind Metallpartikel (elektrisch leitfähig) aufgrund des Abriebs in erheblichen Mengen in der Folie nachweisbar.
Ähnlich wie Korund entsteht durch den Einsatz von Rutil ein erhöhter Abrieb an den Folienextrusionswerkzeugen, der jedoch noch in einer tolerierbaren Größenordnung liegt. Wie bei Bornitrid bilden sich aber auch beim Einsatz von Rutil Voids (Bläschen) um Teile der Partikel, so dass durch den Einsatz von Rutil ebenfalls keine nennenswert erhöhte Wärmeleitfähigkeit in den Folien erreicht werden kann.
Als für den ersten Füllstoff geeignet haben sich überraschenderweise kristallines SiO₂ und/oder kristalline Silikate erwiesen, wie z.B. Quarz, Kyanit oder Cristobalit, während amorphes SiO₂ und amorphe Silikate nicht zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit führen.
Cristobalit ist z.B. als Füllstoff von der Quarzwerke GmbH (Frechen, Deutschland) unter dem Markennamen Silbond® Cristobalit (z.B. 8000 RST) erhältlich. Der Füllstoff weist in allen Raumrichtungen die gleiche Wärmeleitfähigkeit auf und ist somit besonders gut für Polymer-Compounds für die Herstellung von Folien geeignet. Die Mohshärte von Cristobalit von ca. 6,5 ist vergleichbar mit der von Glasfasern. Aufgrund der kubischen Füllstoffform ist das Verschleißverhalten des Füllstoffs gegenüber Glasfasern allerdings als deutlich geringer und damit günstiger zu bewerten.
Neben dem Cristobalit eignen sich als wärmeleitfähige Partikel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auch kristallines Aluminiumsilikat, bevorzugt Al₂O₃-SiO₂, besonders bevorzugt in Form von Kyanit. Kyanit erweist sich aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit in allen Raumrichtungen und seiner verhältnismäßig geringen Mohshärte von 4,5 - 7 (abhängig von der Kristallrichtung) und vor allem seiner guten Einbindung in die Polyestermatrix als besonders geeignet. Geeignete Kyanitpartikel sind z.B. von der Quarzwerke GmbH unter dem Markennamen Silatherm® erhältlich.
Weiter bevorzugt sind Polymer-Compounds, bei denen die Kyanit-Partikel eine trikline Kristallstruktur und/oder die Cristobalit-Partikel eine tetragonale oder kubische Kristallstruktur aufweisen.
Quarz ist ebenfalls als Füllstoff der erfindungsgemäßen Polymer-Compounds geeignet, weist jedoch eine etwas geringere Wärmeleitfähigkeit verglichen mit Cristobalit und Kyanit auf. Die Mohshärte beträgt ca. 7.
Bevorzugt beträgt der Polymergehalt des Polymer-Compounds ca. 50 Gew.-% oder mehr.
Ferner beträgt der Anteil des thermoplastischen Polyesters an dem Polymergehalt des Polymer-Compounds bevorzugt ca. 75 Gew.-% oder mehr.
Neben dem thermoplastischen Polyester können weitere Polymere wie z.B. Polyamide, Polyimide, Polyetherimide (wie z.B. Ultem^® von Sabic) oder Polycarbonate in dem erfindungsgemäßen Polymer-Compound enthalten sein. Deren Anteile führen jedoch, bis auf die Anteile von Polyetherimiden, fast immer aufgrund ihrer schlechten Mischbarkeit mit Polyestern zu einer deutlich verschlechterten Laufsicherheit der Extrusionsanlagen und einer schlechteren Wärmeleitfähigkeit oder gegebenenfalls zu deutlich erhöhten Kosten (wie insbesondere bei Polyetherimiden).
Das Kunststoffmaterial des Compounds besteht vorzugsweise überwiegend aus Polyethylenterephthalat, dieses enthält aber bevorzugt mindestens ein Co-Monomer.
Weiter bevorzugte erfindungsgemäße Polymer-Compounds weisen einen Polymergehalt von ca. 85 Gew.-%, bevorzugt ca. 95 Gew.-% oder mehr an thermoplastischem Polyester auf, wobei der thermoplastische Polyester bevorzugt zu ca. 80 Mol.-%, weiter bevorzugt zu ca. 83 Mol.-% oder mehr, besonders bevorzugt zu ca. 88 Mol.-% oder mehr aus Ethylenglykol- und Therephthalsäure-Einheiten besteht.
Der erfindungsgemäß verwendete thermoplastische Polyester besteht bevorzugt aus Ethylenglykol und Terephthalsäure (= Polyethylenterephthalat, PET), aus Ethylenglykol und Naphthalin-2,6-dicarbonsäure (= Polyethylen-2,6-naphthalat, PEN) oder aus beliebigen Mischungen der genannten Carbonsäuren und Diolen.
Der Einsatz von Naphthalin-2,6-dicarbonsäure hat gegenüber dem Einsatz von Terephthalsäure den Vorteil einer höheren Dauerwärmebeständigkeit bei deutlich höherem Rohmaterialpreis, so dass - bedingt durch den höheren Preis von Naphthalin-2,6-dicarbonsäure - üblicherweise auf diese verzichtet wird.
Die restlichen Monomereinheiten werden als Co-Monomere bezeichnet und werden bevorzugt aus anderen aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Diolen bzw. Dicarbonsäuren ausgewählt.
Geeignete andere aliphatische Diole sind beispielsweise Diethylenglykol, Triethylenglykol, aliphatische Diole der allgemeinen Formel HO-(CH₂)_n-OH, wobei n bevorzugt kleiner 10 ist, beispielsweise Butandiol und Propandiol, sowie das cycloaliphatische Cyclohexandimethanol.
Geeignete andere Dicarbonsäuren sind z.B. Isophthalsäure, Adipinsäure etc.
Es hat sich als günstig für die Dauerwärmebeständigkeit der herzustellenden Folien erwiesen, wenn die Diol-Komponente des thermoplastischen Polyesters zu ca. 5 Mol.-% oder weniger, bevorzugt zu ca. 3 Mol.-% oder weniger, aus Diethylenglykol besteht.
Es hat sich aus den gleichen Gründen als günstig erwiesen, wenn die Dicarbonsäure-Komponente des thermoplastischen Polyesters zu ca. 12 Mol.-% oder weniger, bevorzugt zu ca. 10 Mol.-% oder weniger und idealerweise zu ca. 6 Mol.-% oder weniger, aus Isophthalsäure (IPA) besteht. Es hat sich weiterhin als günstig erwiesen, wenn die Diol-Komponente des thermoplastischen Polyesters zu ca. 2 Mol.-% oder weniger, idealerweise zu ca. 1 Mol.-% oder weniger aus CHDM (1,4-Cyclohexandimethanol) besteht.
Die Streckbarkeit der herzustellenden Folie und die Einbindung der Partikel des Füllstoffs lassen sich andererseits durch den Einsatz von Co-Monomeren, wie z.B. Isophthalsäure und Diethylenglycol, verbessern.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Polymer-Compounds liegt der Diethylenglycol-Anteil daher bei ca. 0,6 Mol.-% oder mehr, weiter bevorzugt bei ca. 0,9 Mol.-% oder mehr und idealerweise bei ca. 1,3 Mol.-% oder mehr, jeweils bezogen auf die Diolkomponente des thermoplastischen Polyesters.
Aus demselben Grund liegt der Isophthalsäuregehalt, bezogen auf die Dicarbonsäurekomponente, bei bevorzugten Ausführungsformen bei ca. 1 Mol.-% oder mehr, bevorzugt bei ca. 1,5 Mol.-% oder mehr und idealerweise bei ca. 2 Mol.-% oder mehr.
Grundsätzlich konnte festgestellt werden, dass eine Erhöhung der bevorzugten Co-Monomere Isophthalsäure und Diethylenglycol bis zu den maximalen, oben genannten Grenzen zu einer Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit führt, gleichzeitig vermindern sich aber der RTI-Wert und die Durchschlagfestigkeit.
Die erfindungsgemäß verwendeten Füllstoffpartikel können mit und ohne Oberflächenmodifizierung eingesetzt werden. Für die Oberflächenmodifizierung werden bevorzugt Organosilane, insbesondere Methacrylsilane, Trimethylsilane und Methylsilane und besonders bevorzugt Epoxysilane und Aminosilane sowie jeweils Kombinationen hiervon, eingesetzt.
Durch die Oberflächenmodifikation kann die Einbindung der Füllstoffpartikel in die Polyestermatrix weiter verbessert werden, was zu einer weiteren Reduktion der Voids-Bildung führt. Weiterhin verbessert eine Oberflächenmodifikation auch die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Füllstoffpartikel in der Polyestermatrix. Dies wirkt sich zudem positiv auf mechanische Eigenschaften wie z.B. Zugfestigkeit, E-Modul, Bruchdehnung, Reißdehnung und Schlagzähigkeit aus.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die Füllstoffpartikel des ersten Füllstoffs eine Korngrößenverteilung mit einem d₅₀-Wert von ca. 15 µm oder weniger, bevorzugt bei ca. 10 µm oder weniger, und besonders bevorzugt bei ca. 6 µm oder weniger aufweisen. Bevorzugt liegt der d₅₀-Wert dabei oberhalb von ca. 0,1 µm und besonders bevorzugt bei ca. 0,5 µm oder mehr. Einerseits verbessert sich die Laufsicherheit der Folienanlage mit abnehmender Partikelgröße und diese führt zudem zu einer höheren Wärmeleitfähigkeit.
Unterhalb eines d₅₀-Werts der Füllstoffpartikel von ca. 500 nm und besonders stark unterhalb von ca. 100 nm reduziert sich die Wärmeleitfähigkeit überraschenderweise wieder.
Für eine gute Extrusion und Folienverarbeitung ist zudem zu beachten, dass der d₉₈-Wert der Korngrößenverteilung der Partikel bei ca. 40 µm oder weniger, bevorzugt bei ca. 25 µm oder weniger und besonders bevorzugt bei ca. 15 µm oder weniger liegt.
Liegt der d₉₈-Wert bei mehr als ca. 40 µm, bewirkt die größte Partikelfraktion Abrisse im Reckprozess. Im Extrusionsprozess zum Aufschmelzen des Polymers ergeben sich darüber hinaus Schwankungen in der Schmelzeviskosität und des Schmelzedrucks. Der Schmelzefilm unterliegt in der Folge Breitenschwankungen, was die Einführung der Folie in die Kluppenkette des Kombirahmens erschwert.
Neben dem ersten Füllstoff kann das erfindungsgemäß Polymer-Compound noch einen zweiten Füllstoff enthalten, der insbesondere aus Bornitrid, besonders bevorzugt hexagonalem Bornitrid, und gegebenenfalls Magnesiumoxid ausgewählt ist. Bei dem zweiten Füllstoff können gegebenenfalls auch größere d₅₀-Werte in der Korngrößenverteilung toleriert werden. Die Obergrenze für den d₅₀-Wert liegt dabei bei ca. 60 µm. Magnesiumoxid ist als zweiter Füllstoff in der Regel für erfindungsgemäße Polymer-Compounds, die der Folien-Herstellung dienen, weniger geeignet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Polymer-Compound als ersten Füllstoff ca. 10 bis ca. 30 Gew.-% kristalline SiO₂- und/ oder Silikatpartikel und als zweiten Füllstoff ca. 5 bis ca. 15 Gew.-% hexagonales partikelförmiges Bornitrid, bevorzugt ca. 12 bis ca. 25 Gew.-% kristalline SiO₂- und/oder Silikatpartikel und ca. 6 bis ca. 10 Gew.-% hexagonales partikelförmiges Bornitrid.
Hierbei weist das hexagonale Bornitrid bevorzugt eine Korngrößenverteilung mit einem d₅₀-Wert von ca. 15 µm oder weniger auf, bevorzugt von ca. 6 µm oder weniger.
Ferner kann das erfindungsgemäße Polymer-Compound mindestens einen Radikalfänger enthalten, wobei der Gehalt an Radikalfänger in dem Bereich von ca. 100 bis ca. 5000 ppm, bevorzugt von ca. 400 bis ca. 2000 ppm, besonders bevorzugt von ca. 500 bis ca. 1200 ppm liegt, jeweils bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.
Der Radikalfänger enthält vorzugsweise ein phenolisches Antioxidans mit dem Strukturelement (I)
wobei R ein organischer Rest ist, und wobei das Molekulargewicht des Radikalfängers ca. 300 g/Mol oder mehr, bevorzugt ca. 500 g/Mol oder mehr, besonders bevorzugt ca. 700 g/Mol oder mehr beträgt.
Erfindungsgemäße Polymer-Compounds weisen bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W m^-1K^-1 oder mehr, bevorzugt von ca. 0,35 W m^-1K^-1 oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 0,45 W m^-1K^-1 oder mehr auf (gemessen an einem aus dem Polymer-Compound hergestellten Probekörper (Technikumfolie) mit einer Dicke von 150 µm, senkrecht zur Probenkörperebene).
Andererseits soll das erfindungsgemäße Polymer-Compound eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, so dass sich eine elektrische Durchschlagfestigkeit der aus dem Polymer-Compound hergestellten Probekörper mit einer Dicke von 150 µm von ca. 90 kV mm^-1 oder mehr gemäß DIN 40634 (bei 23 °C und AC) ergibt, wobei der Probekörper eine unidirektionale Orientierung aufweist.
Die erfindungsgemäßen Polymer-Compounds werden erfindungsgemäß für die Fertigung von mindestens monoaxial orientierten, ein- oder mehrschichtigen Polyesterfolien verwendet, welche insbesondere eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W m^-1 K^-1 oder mehr senkrecht zur Folienebene aufweisen.
Die Folien enthalten bevorzugt ca. 10 bis ca. 45 Gew.-% eines partikulären Füllstoffs, welcher eine Korngrößenverteilung mit einem d₅₀-Wert von ca. 0,1 bis ca. 15 µm aufweist. Dabei beträgt der Polymergehalt der Folie bevorzugt ca. 50 Gew.-% oder mehr, welcher wiederum bevorzugt zu ca. 75 Gew.-% aus einem thermoplastischen Polyester besteht.
Das erfindungsgemäße Polymer-Compound lässt sich bei Füllstoffgehalten bis zu ca. 45 Gew.-% problemlos direkt für die Fertigung der Folien einsetzen, bei höheren Füllstoffgehalten wird das erfindungsgemäße Polymer-Compound häufig als Masterbatch zusammen mit weiteren Polymer-Anteilen zu Folien verarbeitet.
Die Gesamtfoliendicke beträgt typischerweise ca. 9 µm bis ca. 400 µm. Bevorzugt beträgt die Foliendicke ca. 100 µm bis ca. 350 µm, am meisten bevorzugt ca. 120 µm bis ca. 300 µm. Liegt die Foliendicke unter ca. 9 µm, so lässt sich die Folie mit den oben beschriebenen Füllgraden an kristallinen SiO₂- und/oder Silikatpartikeln nicht verfahrenssicher herstellen und ist zudem nur für Niederspannungsanwendungen geeignet. Oberhalb einer Foliendicke von ca. 400 µm ist die Herstellung auf bestehenden Polyesteranlagen nicht mehr wirtschaftlich, und die Folien lassen sich nicht mehr ausreichend schnell auf einer Kühlwalze abkühlen.
Werden dickere Folien als 400 µm für Hochspannungsanwendungen benötigt, werden bevorzugt mehrere Lagen der erfindungsgemäßen Folie mit geeigneten Verfahren miteinander verklebt oder laminiert.
Die Folien aus den erfindungsgemäßen Polymer-Compounds weisen eine Wärmeleitfähigkeit von bevorzugt ca. 0,35 W m^-1 K^-1 oder mehr und idealerweise von ca. 0,45 W m^-1 K^-1 oder mehr auf. Unterhalb von ca. 0,3 W m^-1 K^-1 ist der Vorteil, der durch die höhere Wärmeleitfähigkeit erreicht wird, in der Regel nicht mehr ausreichend groß, um den wirtschaftlichen Nachteil, der durch die Einbringung der großen Partikelmengen entsteht, auszugleichen. Diese Partikelmengen reduzieren sowohl die mechanische Festigkeit als auch die Durchschlagfestigkeit der Folien und erhöhen die Kosten der Herstellung sowohl durch den auf sie entfallenden Kostenanteil, als auch durch eine Verringerung der Laufsicherheit der Folienanlagen.
Der Anteil der zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit eingebrachten Partikel liegt bei ca. 10 Gew.-% oder mehr, bevorzugt bei ca. 12 Gew.-% oder mehr und idealerweise bei ca. 13 Gew.-% oder mehr. Eine weitere Erhöhung führt zu einer weiteren Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, jedoch letztlich auch zu einer deutlichen Verschlechterung der Reißdehnung und der elektrischen Durchschlagfestigkeit. Daher liegt die Obergrenze des Anteils der erfindungsgemäß eingesetzten Partikel in der Folie häufig bei ca. 45 Gew.-% oder weniger, bevorzugt bei ca. 40 Gew.-% oder weniger und idealerweise bei ca. 37 Gew.-% oder weniger.
Zwar führt Bornitrid aus den oben beschriebenen Gründen bei Verwendung als alleiniges wärmeleitfähiges Partikel nicht zu einer nennenswerten Erhöhung zu einer Wärmeleitfähigkeit der Folie. Überraschenderweise kann jedoch in Kombination mit den erfindungsgemäß verwendeten kristallinen Partikeln eine weitere Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden daher erfindungsgemäß ca. 10 bis ca. 30 Gew.-%, bevorzugt ca. 12 bis ca. 25 Gew.-% kristalline SiO₂- und/ oder Silikat-Partikel mit ca. 5 bis ca. 15 Gew.-%, bevorzugt mit ca. 6 bis ca. 10 Gew.-% an hexagonalen Bornitrid-Partikeln kombiniert.
Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn die Partikelgröße (d₅₀-Wert) des Bornitrids ca. 15 µm oder weniger, bevorzugt ca. 6 µm oder weniger und idealerweise ca. 3 µm oder weniger beträgt. Geeignete BN-Partikel sind z.B. als NX1 von der Firma Momentive-Materials erhältlich.
Üblicherweise wird mit der Zugabe des Bornitrids in der genannten Menge eine zusätzliche Erhöhung der Leitfähigkeit um 0,1 W m^-1 K^-1 gegenüber dem ausschließlichen Einsatz von SiO₂- und/oder Silkatpartikeln erzielt. Die Verwendung von Bornitrid als zusätzliche Partikel führt lediglich zu einer geringfügigen Verschlechterung der Reißdehnung und Durchschlagfestigkeit verglichen mit der Zugabe der gleichen Menge an kristallinen SiO₂- und/oder Silikatpartikeln. Ein Nachteil der Zugabe von Bornitrid ist aber der hohe Preis dieser Partikel verglichen mit den SiO₂- und/oder Silikatpartikeln.
Die aus den erfindungsgemäßen Polymer-Compounds gefertigten Folien sind entweder ein- oder mehrschichtig, wobei bei einem mehrschichtigen Aufbau darauf geachtet werden muss, dass die erfindungsgemäß verwendeten SiO₂- und/oder Silikatpartikel möglichst gleichmäßig auf die jeweiligen Schichten verteilt sind. Zur Erhöhung der Folienstabilität (bei simultaner Reduktion der Wärmeleitfähigkeit) kann die Konzentration der SiO₂- und/oder Silikatpartikel in einer oder beiden Außenschicht/en bei gleichzeitiger Erhöhung des Gehalts der SiO₂- und/oder Silikatpartikel in der/den durch die Außenschichten eingeschlossenen Innenschicht/en, reduziert werden, wobei ca. 90 % der Foliendicke oder mehr durch die mindestens eine oder mehrere Innenschicht/en repräsentiert werden sollte. Dabei muss darauf geachtet werden, dass der gesamte Gehalt an wärmeleitfähigem Füllstoff innerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs von ca. 10 bis ca. 45 Gew.-% (bezogen auf die Masse aller Schichten) liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Folie einschichtig, da bei einschichtigen Ausführungsformen die homogene Verteilung des erfindungsgemäßen wärmeleitfähigen Füllstoffs besonders effizient realisiert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Folie mindestens zweischichtig, wobei mindestens eine dieser Schicht weniger als ca. 10 % der Gesamtdicke ausmacht, wobei diese Schicht eine Deckschicht (Außenschicht) darstellt und weniger als ca. 10 Gew.-% der erfindungsgemäß verwendeten SiO₂- und/oder Silikatpartikel und bevorzugt weniger als ca. 5 Gew.-% der erfindungsgemäß verwendeten SiO₂- und/oder Silikatpartikeln enthält. Dies bewirkt zwar eine geringfügige Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit der Folie, führt aber zu einer deutlichen Verbesserung der Reißdehnung und Durchschlagfestigkeit der Folie. Das erfindungsgemäße Polymer-Compound kann hierfür mit einem zusätzlichen Polymeranteil modifiziert werden.
Für die Laufsicherheit der Folie und insbesondere für das Erreichen der erfindungsgemäß angestrebten Werte beim RTI ist der sogenannte SV-Wert der Folie von großer Bedeutung. Der SV-Wert wird im Zusammenhang mit den Beispielen näher definiert.
Der Mittelwert des SV-Wertes der eingesetzten Polyesterrohstoffe liegt daher bei ca. 600 oder mehr, bevorzugt bei ca. 700 oder mehr und insbesondere bei ca. 750 oder mehr. Im Mittel liegt der SV-Wert der eingesetzten Rohstoffe bevorzugt bei ca. 1000 SV oder weniger, weiter bevorzugt bei ca. 950 SV oder weniger und insbesondere bei ca. 920 SV oder weniger. Liegt der Wert über 1000, so ist auf herkömmlichen Polyesterfolienanlagen in der Regel keine wirtschaftliche Produktion mehr möglich, da die Extruder ihre maximalen Stromaufnahmen bei den üblichen Durchsätzen überschreiten und daher die Durchsätze stark reduziert werden müssten. Ab einem mittleren SV von ca. 920 steigt aufgrund der hohen Scherung der SV-Abbau im Extruder stark an. Je stärker der Anteil an abgebautem Polymer in der Folie ist, desto geringer wird der erreichbare RTI-Wert. Daher liegt der Abbau (mittlerer SV der Einsatzrohstoffe minus SV-Wert der Folie) bei ca. 150 oder weniger, bevorzugt bei ca. 100 oder weniger und insbesondere bei ca. 50 SV-Einheiten oder weniger (siehe hierzu auch Bedingungen des Herstellungsprozesses in den folgenden Beispielen).
Neben dem erreichbaren Folien SV und dem geringen Abbau kann der RTI durch weitere Maßnahmen positiv beeinflusst werden. Insbesondere wenn in der Herstellung des Polyesters auf Antimonverbindungen als Katalysator verzichtet wird, hat es sich als günstig erwiesen, wenn dem Polymer-Compound ca. 100 bis ca. 5000 ppm eines Radikalfängers (ein Thermooxidationsstabilisator) zugegeben werden, wobei der Gehalt bevorzugt ca. 400 ca. 2000 ppm und insbesondere ca. 500 bis ca. 1200 ppm beträgt. Niedrigere Gehalte als ca. 50 ppm führen zu keiner messbaren Verbesserung der thermischen Stabilität und höhere Gehalte als ca. 5000 ppm haben keine weitere verbessernde Wirkung auf die thermische Stabilität der herzustellenden Folie und verringern daher nur die Wirtschaftlichkeit. Gehalte oberhalb von ca. 1200 ppm führen zudem tendenziell zur Bildung von Gelen mit hohem Stabilisatorgehalt und einem Gelbstich.
Als Radikalfänger kann sowohl - bevorzugt - eine Verbindung als auch - weniger bevorzugt - eine Mischung verschiedener Radikalfänger eingesetzt werden.
Der/die verwendete(n) Radikalfänger werden bevorzugt aus der Gruppe der phenolischen Antioxidantien, bzw. aus der Gruppe der Antioxidantien, ausgewählt, die mindestens das folgende Strukturelement enthalten:
wobei R für diverse organische Reste steht, die im Rahmen der folgenden Stoffbeispiele erläutert werden.
Die nachfolgenden Verbindungen weisen eine niedrige Toxizität und gute Eigenschaften als Radikalfänger auf und sind daher bevorzugte Radikalfänger im Sinne der Erfindung:

a) 5,7-Di-tert-butyl-3-(3,4-dimethylphenyl)-3H-benzofuran-2-on (80 bis 100 Gew.-%), gegebenenfalls in Kombination mit b) 5,7-Di-tert-butyl-3-(2,3-dimethylphenyl)-3H-benzofuran-2-on (0 bis 20 Gew.-%);
CAS-Nr. 88-24-4 = 2,2'-Methylen bis(4-ethyl-6-tert-butylphenol);
CAS-Nr. 96-69-5 = 4,4'-Thiobis-(6-tert-butyl-3-methylphenol);
CAS-Nr. 119-47-1 = 2,2'-Methylen-bis(4-methyl-6-tert-butylphenol);
CAS-Nr. 128-37-0 = 2,6-Di-tert-butyl-p-cresol;
CAS-Nr. 991-84-4 = 2,4-Bis(octylmercapto)-6-(4-hydroxy-3,5-di-tert-butylanilino)-1,3,5-triazin;
CAS-Nr. 1709-70-2 = 1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-benzol;
CAS-Nr. 1843-03-4 = 1,1,3-Tris(2-methyl-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl)butan;
CAS-Nr. 2082-79-6 = Octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat;
CAS-Nr. 3135-18-0 = 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxybenzylphosphonsäure; Dioctadecylester;
CAS-Nr. 4130-42-1 = 2,6-Di-tert-butyl-4-ethylphenol;
CAS-Nr. 6683-19-8 = Pentaerythritol-tetrakis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat);
CAS-Nr. 23128-74-7 = 1,6-Hexamethylen-bis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionamid);
CAS-Nr. 25013-16-5 = tert-Butyl-4-hydroxyanisol;
CAS-Nr. 27676-62-6 = 1,3,5-Tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-1,3,5-triazin-2,4,6(1H,3H,5H)-trion;
CAS-Nr. 32509-66-3 = Ethylenglykol-bis[3,3-bis(3-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-butyrat];
CAS-Nr. 32687-78-8 = N,N'-Bis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyl)hydrazid;
CAS-Nr. 35074-77-2 = 1,6-Hexamethylen-bis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat),
CAS-Nr. 35958-30-6 = 1,1-Bis(2-hydroxy-3,5-di-tert-butylphenyl)ethan; CAS-Nr. 36443-68-2 = Triethylenglycol-bis[3-(3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionat];
CAS-Nr. 36443-68-2 = Triethylenglykol-bis[3-(3-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionat];
CAS-Nr. 40601-76-1 = Thiodiethanol-bis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionat);
CAS-Nr. 57569-40-1 = Terephthalsäure;
Diester von 2,2'-Methylen-bis(4-methyl-6-tert-butylphenol);
CAS-Nr. 61167-58-6 = Acrylsäure;
2-tert-Butyl-6-(3-tert-butyl-2-hydroxy-5-methylbenzyl)-4-methylphenylester; CAS-Nr. 65140-91-2 = 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxybenzylphosphonsäure-mono-ethylester, Calciumsalz;
CAS-Nr. 70331-94-1 = 2,2'-Oxamido-bis[ethyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat];
CAS-Nr. 110553-27-0 = 2,4-Bis(octylthiomethyl)-6-methylphenol; und
CAS-Nr. 110675-26-8 = 2,4-Bis(dodecylthiomethyl)-6-methylphenol.

Radikalfänger mit dem erfindungsgemäß bevorzugten Strukturelement sollten ein Molekulargewicht von ca. 300 g/Mol oder mehr und besonders bevorzugt von ca. 500 g/Mol oder mehr und idealerweise von ca. 700 g/Mol oder mehr aufweisen, da Verbindungen mit niedrigeren Molekulargewichten unter den für Polyester typischen Verarbeitungstemperaturen eine zu hohe Flüchtigkeit aufweisen und so bei der Folienherstellung teilweise abdampfen. Dies kann zu Problemen bei der Herstellung führen (Dampfentwicklung, Geruch, Blasenbildung in der Folie etc.) und hat zudem den Nachteil einer höheren Migrationstendenz aus der Folie. Dies gilt u.a. für die in der obigen Liste genannten Verbindungen mit den CAS-Nummern: 2082-79-6, 25013-16-5, 128-37-0.
Verbindungen mit einem Molekulargewicht unterhalb von 300 g/Mol werden daher bevorzugt zu weniger als 500 ppm und besonders bevorzugt zu weniger als 300 ppm und idealerweise gar nicht eingesetzt.
Verbindungen mit einem Molekulargewicht von ca. 500 g/Mol oder weniger werden daher bevorzugt zu ca. 1000 ppm oder weniger und besonders bevorzugt zu ca. 500 ppm oder weniger und idealerweise gar nicht eingesetzt.
Verbindungen aus der obigen Liste, die Stickstoff enthalten, führten bei der Verwendung der Polymer-Compounds bei der Herstellung zu Folien mit höheren Gelbwerten. Dies ist unerwünscht, daher werden Radikalfänger mit Stickstoff in der Summenformel bevorzugt zu ca. 1000 ppm oder weniger, besonders bevorzugt zu ca. 500 ppm oder weniger und idealerweise gar nicht eingesetzt.
Radikalfänger mit Schwefel in der Summenformel wiesen bei der Herstellung der Folie einen charakteristischen, als eher unangenehm empfundenen Geruch auf und sind daher weniger bevorzugt. Radikalfänger mit Schwefel in der Summenformel werden bevorzugt zu ca. 500 ppm oder weniger, besonders bevorzugt zu ca. 300 ppm oder weniger und idealerweise gar nicht eingesetzt.
Besonders gute Eigenschaften hinsichtlich Thermostabilität, geringer Migration aus der Folie und Gelbfärbung wiesen die Verbindungen mit den CAS-Nr. 1709-70-2, 3135-18-0, 6683-19-8 und 57569-40-1 auf. Diese sind bevorzugte Radikalfänger im Sinne der Erfindung. Besonders bevorzugt sind dabei aus den genannten Gründen die Verbindungen mit den CAS-Nr. 1709-70-2 und 6683-19-8.
Der/die Radikalfänger können dem Polyester sowohl direkt bei der Polymerherstellung als auch später durch Einarbeiten der Verbindungen in einen fertigen Polyester zugegeben werden. Bei der Einarbeitung in einen fertigen Polyester hat sich CAS-Nr. 1709-70-2 (Irganox 1330) als besonders geeignet erwiesen, da hierbei keine Blasenbildung oder Dampfentwicklung beobachtet wurde.
Weiterhin hat es sich als günstig für das Erreichen eines erfindungsgemäßen RTI-Wertes erwiesen, wenn der thermoplastische Polyester der Folie einen niedrigen Carboxylendgruppen-Gehalt (CEG) aufweist. Dieser liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform bei ca. 40 mmol/kg oder weniger bei dem zur Folie verarbeiteten Polymer-Compound, besonders bevorzugt bei ca. 30 mmol/kg oder weniger und idealerweise bei ca. 27 mmol/kg oder weniger. Niedrige Carboxylendgruppen-Gehalte können z.B. durch Verwendung von Polyesterrohstoffen mit Carboxylendgruppen-Gehalten von ca. 20 mmol/kg oder weniger im Polymer-Compound und anschließender schonender Extrusion erreicht werden. Schonende Extrusion heißt dabei, niedrige Temperatur - möglichst unter 300 °C - in den Austragszonen der verwendeten Extruder und hohe Füllgrade des Extruders bei niedriger Drehzahl (gilt für Zweischneckenextruder) bzw. guter Vortrocknung (Einschneckenextruder) und Entgasung der Schmelze (Zweischneckenextruder).
Der niedrige CEG-Wert kann bevorzugt auch über eine katalytische Decarboxilierung, wie z.B. in der EP 2 251 371 A2 beschrieben, erreicht werden. Weniger bevorzugt ist die Einstellung von niedrigen CEG-Gehalten mittels Zugabe eines Hydrolyseschutzmittels, wie beispielsweise in der EP 2 184 311 A1 beschrieben.
Für das Erreichen der erfindungsgemäßen RTI-Werte und den erfindungsgemäßen Durchschlagfestigkeiten ist es von großer Bedeutung, dass die Folie mindestens uniaxial orientiert wird. Je höher das Flächenstreckverhältnis (Streckung MD × TD; Maschinen-Richtung = MD, Transversale-Richtung = TD), desto höher der RTI-Wert.
Ab einem Flächenstreckverhältnis von 16 erhöht sich der RTI-Wert nicht mehr weiter. Unterhalb eines Flächenstreckverhältnisses von ca. 2 können weder die erfindungsgemäßen RTI-Werte noch die erfindungsgemäße Durchschlagfestigkeit erreicht werden. Je höher das Flächenstreckverhältnis ist, desto geringer ist die Wärmeleitfähigkeit durch die Folie. Das Flächenstreckverhältnis liegt daher bei ca. 2 oder mehr, bevorzugt bei ca. 3 oder mehr und idealerweise bei ca. 5 oder mehr.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt das Flächenstreckverhältnis bei ca. 16 oder weniger, besonders bevorzugt bei ca. 14 oder weniger und idealerweise bei ca. 13 oder weniger.
Wenn Flächenstreckverhältnisse von ca. 9 oder mehr verwendet werden, hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Co-Monomeranteil der Folie (z.B. die Summe aus DEG und IPA) bei ca. 1,6 Mol.-% oder höher liegt.
Die Reißdehnung der Folie liegt bevorzugt in Längs- und Querrichtung bei ca. 5 % oder mehr, besonders bevorzugt bei ca. 15 % oder mehr und idealerweise bei ca. 20 % oder mehr. Wenn die Reißdehnung unterhalb von 5 % liegt, kann die Folie in der Weiterverarbeitung, wie z.B. bei der Faltung in Motorfolie (Isolierfolie im Motor), leicht brechen und ist damit für die meisten Anwendungen nicht mehr verwendbar.
Je höher der Partikelgehalt, desto geringer ist die Reißdehnung. Oberhalb eines Partikelgehalts von ca. 45 Gew.-% sind die erfindungsgemäß erwünschten Reißdehnungen nicht mehr erreichbar.
Der E-Modul liegt in mindestens einer Folienrichtung bei ca. 1000 N mm^-2 oder mehr, bevorzugt bei ca. 1500 N mm^-2 oder mehr und besonders bevorzugt bei ca. 2000 N mm^-2 oder mehr. Besonders bevorzugt werden diese Werte in beiden Folienrichtungen erreicht. Bei einem E-Modul von ca. 1000 N mm^-2 oder weniger besteht in Weiterverarbeitungsprozessen die Gefahr einer zu starken Verstreckung der Folie, die zu einer deutlichen Abnahme der elektrischen Durchschlagfestigkeit führen würde.
Das erfindungsgemäße, zu Polyesterfolien verarbeitete Polymer-Compound hat vorzugsweise eine Durchschlagfestigkeit von ca. 90 kV mm^-1 oder mehr, weiter bevorzugt ca. 100 kV mm^-1 oder mehr und idealerweise ca. 110 kV mm^-1 oder mehr.
Erreicht wird die erfindungsgemäße Durchschlagfestigkeit durch das Einstellen der Flächenstreckverhältnisse im erfindungsgemäßen Bereich, wobei die Durchschlagfestigkeit bis zu einem Flächenstreckverhältnis von ca. 5 ansteigt, aber oberhalb von ca. 12 wieder zurückgeht.
Die Durchschlagfestigkeit wird weiterhin durch die gezielte Auswahl der Co-Monomere (Stoffmengenverhältnis) im erfindungsgemäßen Bereich eingestellt. Insbesondere oberhalb der erfindungsgemäß bevorzugten Co-Monomergehalte geht die Durchschlagfestigkeit deutlich zurück. Werden Gehalte an wärmeleitfähigen Partikeln oberhalb der erfindungsgemäßen Bereiche eingesetzt, kann die erfindungsgemäß erwünschte Durchschlagfestigkeit nicht erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Polyesterfolie weist einen Relativen Temperatur Index (RTI-Wert) von ca. 90 oder mehr auf. Der RTI-Wert korreliert mit der Temperatur in °C, bei der die Folie im Dauereinsatz versagt. Der RTI-Wert der Folie liegt bei ca. 90 oder mehr, bevorzugt bei ca. 95 oder mehr und idealerweise bei ca. 105. Ähnlich wie die Durchschlagfestigkeit steigt der RTI-Wert mit steigendem Streckverhältnis an und sinkt mit steigendem Co-Monomer-Anteil. Innerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche dieser Werte werden die erfindungsgemäß erwünschten RTI-Werte erreicht.
Der RTI-Wert wird, wie oben beschrieben, weiterhin positiv beeinflusst durch die Verwendung von Thermooxidationsstabilisatoren und die Verwendung von hydrolysestabilen Füllstoffen oder Stabilisatoren.
Die erfindungsgemäß herzustellende Folie eignet sich hervorragend für die Verwendung in Rückseitenlaminaten von Solarmodulen, wobei die Folie in diesem Fall eine Dicke von ca. 100 µm oder mehr aufweist. Durch die Verwendung der Folie wird mehr Wärme von den Zellen abgeführt, wodurch deren Temperatur sinkt und der Wirkungsgrad des Moduls zunimmt.
Eine weitere Hauptanwendung der erfindungsgemäßen Folie ist die Verwendung als Motorfolie zur Elektroisolation von Elektromotoren. In dieser Anwendung ist die Folie ca. 96 µm dick oder mehr, bevorzugt ca. 150 µm dick oder mehr. Die Wärme kann so schneller aus dem Motor abgeführt werden, wodurch der Widerstand in der Motorspule sinkt und der Motor weniger Strom verbraucht. Zudem wird eine Überhitzung des Motors vermieden.
Weitere Anwendung findet die Folie unter anderem in elektrischen Kleingeräten wie Laptops und Mobiltelefonen als flächiges Isolationsmaterial, wobei die Dicke hier in der Regel ca. 50 µm oder weniger beträgt.
Weitere Anwendungen liegen in Klimaanlagen, Heizsystemen aller Art und Leuchtmitteln, wie z.B. LED-Lampen.
Neben der Wärmeleitfähigkeit der Folie selbst sind auch die Oberfläche und der Kontakt zum nächsten Medium für die Wärmeabfuhr von entscheidender Bedeutung. Der Kontakt zwischen Folie und nächster Oberfläche sollte möglichst lückenfrei und ohne Einschluss von Luft sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Kontakt mit einem Harz, einem Kleber, einer Paste, einer Schmelzklebefolie oder ähnlichem hergestellt wird. Das Kontaktmedium wird dabei beispielsweise aufgeschmolzen, um Unebenheiten und Mikrorauheiten auszufüllen. Auch hier erweist sich der Zusatz wärmeleitender Partikel, wie sie bereits beschrieben wurden, als hilfreich, so dass das Kontaktmedium nicht wiederum als Wärmeisolator fungiert. Da diese Schichten nicht als elektrischer Isolator fungieren und im Herstellprozess nicht orientiert werden müssen, ergeben sich weniger Einschränkungen bei der Auswahl der Partikel. Gleichfalls sind - je nach chemischer Natur des Kontaktmediums - keine Einschränkungen bezüglich Abbaureaktionen mit dem Polyester mehr zu beachten.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Polyesterfolie modifiziert und mit einem beschriebenen Kontaktmedium versehen, um den Kontakt und damit die Wärmeabfuhr zur nächsten Fläche zu verbessern. Diese Fläche ist bei Rückseitenlaminaten beispielsweise das Einkapselungsmaterial, etwa aus EVA oder Silikon, oder bei Motorisolationen ein weiteres Isolationsmaterial zur Verbesserung der Wärmeklasse.
Verfahren zur Herstellung der Polymer-Compounds und der Folien
Die Polyesterpolymere der einzelnen Schichten werden durch Polykondensation hergestellt, entweder ausgehend von Dicarbonsäuren und Diolen oder auch ausgehend von den Estern der Dicarbonsäuren, vorzugweise den Dimethylestern, und einem Diol. Geeignete Polyester haben bevorzugt sogenannte SV-Werte im Bereich von ca. 500 bis ca. 1300, wobei die einzelnen Werte weniger wichtig sind, aber der mittlere SV-Wert der eingesetzten Rohstoffe ca. 600 oder größer sein muss und bevorzugt ca. 1000 oder weniger beträgt.
Die wärmeleitenden Füllstoffe, im Folgenden auch Wärmeleitpigmente genannt, sowie die gegebenenfalls vorhandenen weiteren Additive können bereits bei der Herstellung des Polyesters zugegeben werden. Hierzu werden die Partikel im Diol dispergiert, gegebenenfalls gemahlen, dekantiert und dem Reaktor - entweder im (Um-)Esterungs- oder Polykondensationsschritt - zugegeben.
Bevorzugt kann ein konzentriertes partikelhaltiges oder additivhaltiges Polyester-Masterbatch mit einem Zweischneckenextruder hergestellt werden und bei der Folienextrusion mit partikelfreiem Polyester verdünnt werden. Es hat sich dabei als günstig erwiesen, wenn kein Masterbatch eingesetzt wird, das weniger als 30 Gew.-% Polyester enthält. Insbesondere das SiO₂- und/oder Silikat-Partikel enthaltende Masterbatch sollte nicht mehr als 50 Gew.-%ig an SiO₂- und/oder Silikat sein (wegen der Gefahr der Gelbildung). Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Partikel und Additive direkt bei der Folienextrusion in einem Zweischnekkenextruder zuzugeben.
Wenn Einschneckenextruder verwendet werden, dann hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den oder die Polyester(mischung) vorher zu trocknen. Bei Verwendung eines Zweischneckenextruders mit Entgasungszone kann auf den Trocknungsschritt verzichtet werden.
Zunächst wird der Polyester bzw. die Polyestermischung der Schicht - oder bei Mehrschichtfolien die einzelnen Schichten - in Extrudern komprimiert und verflüssigt. Dann wird/werden die Schmelze/n in einer Ein- bzw. Mehrschichtdüse zu flachen Schmelzefilmen ausgeformt, durch eine Breitschlitzdüse gepresst und auf einer Kühlwalze und einer oder mehreren Abzugswalzen abgezogen, wobei sie abkühlt/en und sich verfestigt/en.
Die Schmelze sollte an den jeweiligen Extruderausgängen nicht wärmer als 305 °C, bevorzugt nicht wärmer als 300 °C sein, da dadurch das Erreichen der erfindungsgemäßen RTI-Werte erleichtert wird. Erreicht werden diese Temperaturen durch Kühlung der Austragszonen der Extruder und/oder durch Einstellen einer niedrigen Extruderdrehzahl bei gleichzeitig hohem Füllgrad des Extruders (gilt für Zweischneckenextruder).
Die erfindungsgemäße Folie wird mindestens uniaxial orientiert, d.h. mindestens uniaxial gestreckt. Im Falle einer biaxialen Verstreckung der Folie wird die Verstreckung am häufigsten sequenziell durchgeführt. Dabei wird vorzugsweise erst in Längsrichtung (d.h. in Maschinenrichtung, = MD-Richtung) und anschließend in Querrichtung (d.h. senkrecht zur Maschinenrichtung, = TD-Richtung) verstreckt. Das Verstrecken in Längsrichtung lässt sich mit Hilfe zweier entsprechend dem angestrebten Streckverhältnis verschieden schnell laufender Walzen durchführen. Zum Querverstrecken benutzt man im Allgemeinen einen entsprechenden Kluppenrahmen.
Die Temperatur, bei der die Streckung durchgeführt wird, kann in einem relativ großen Bereich variieren und richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften der Folie. Im Allgemeinen wird die Streckung in Längsrichtung in einem Temperaturbereich von 80 bis 130 °C (Aufheiztemperaturen 80 bis 130 °C) und in Querrichtung in einem Temperaturbereich von 90 °C (Beginn der Streckung) bis 140 °C (Ende der Streckung) durchgeführt. Zum Erreichen der gewünschten Folieneigenschaften hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Strecktemperatur (in MD und TD) unter 125 °C, bevorzugt unter 118 °C liegt. Vor der Querstreckung kann/können eine oder beide Oberfläche(n) der Folie nach den an sich bekannten Verfahren In-Line beschichtet werden. Die In-Line-Beschichtung kann beispielsweise zum Aufbringen einer Haftvermittlung oder zur Aufbringung einer Beschichtung benutzt werden. Bei der nachfolgenden Thermofixierung wird die Folie über eine Zeitdauer von etwa 0,1 bis 10 s unter Spannung bei einer Temperatur von 150 bis 250 °C gehalten und zum Erreichen der gewünschten Schrumpf- und Längungswerte um mindestens 1 %, bevorzugt mindestens 3 % und besonders bevorzugt mindestens 4 % in Querrichtung relaxiert, sofern eine Querorientierung ausgeführt wurde. Diese Relaxation findet bevorzugt in einem Temperaturbereich von 150 bis 190 °C statt. Anschließend wird die Folie in üblicher Weise aufgewickelt.
Die erfindungsgemäße, nach dem oben beschrieben Verfahren erhaltene Folie weist bevorzugt bei 150 °C einen Schrumpf in Längs- und Querrichtung von unter 6 %, bevorzugt unter 2 % und besonders bevorzugt von unter 1,5 % auf.
Diese Folie weist weiterhin bei 100 °C eine thermische Längenausdehnung von weniger als 3 %, bevorzugt von weniger als 1 % und besonders bevorzugt von weniger als 0,3 % auf. Diese Formstabilität kann beispielsweise durch geeignete Relaxation der Folie vor dem Aufwickeln erhalten werden (siehe Verfahrensbeschreibung). Diese Formstabilität ist wichtig, um bei der Verwendung in Motoren ein Nachschrumpfen der zu Streifen geschnittenen Folie zu vermeiden, welches zu einer mangelnden elektrischen Isolation an den Kanten des Motors führen könnte.
Die erfindungsgemäßen Compounds eignen sich nicht nur für die Folienherstellung, sondern auch für die Herstellung von Formkörpern für eine Vielzahl von Applikationen, bei denen sowohl eine gute Wärmeleitfähigkeit als auch eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit von Bedeutung ist. Die bevorzugten Herstellungsverfahren für solche Formkörper umfassen das Spritzgießen, die Profilextrusion, die Platten- oder Tafelextrusion, die Rohrextrusion, die Kabelextrusion, das Herstellen von Spinnfäden und Monofilen, das Kalandrieren, das Pressen, das Extrusionsblasformen, das Spritzblasen, das Streckblasformen, das Thermoformen sowie das Rotationsformen. Bei diesen Herstellungsverfahren gelten einige der eingangs erläuterten Bedenken gegenüber Füllstoffmaterialien für den zweiten Füllstoff nicht oder nur in geringerem Umfang. Beispielsweise können MgO-Materialien, auch Spinell, in den erfindungsgemäßen Polymer-Compounds als zweiter Füllstoff zum Einsatz kommen.
Analytik
Zur Charakterisierung der Rohstoffe und der Folien wurden die folgenden Messwerte benutzt:
Bestimmung des mittleren Partikel-Durchmessers d₅₀
Die Bestimmung des mittleren Durchmessers d₅₀ wird mittels eines Malvern Master Sizer 2000 am einzusetzenden partikulären Füllstoff durchgeführt.
Die Proben werden dazu in eine Küvette mit Wasser gegeben und diese dann in das Messgerät gestellt. Mittels Laser wird die Dispersion und aus dem Signal durch Vergleich mit einer Eichkurve die Partikelgrößenverteilung bestimmt. Die Partikelgrößenverteilung ist durch zwei Parameter gekennzeichnet, den Medianwert d₅₀ (= Lagemaß für den Mittelwert) und das Streumaß, den sogenannten SPAN98 (= Maß für die Streuung des Partikeldurchmessers). Der Messvorgang ist automatisch und beinhaltet auch die mathematische Bestimmung des d₅₀-Wertes. Der d₅₀-Wert wird dabei definitionsgemäß aus der (relativen) Summenkurve der Partikelgrößenverteilung bestimmt: Der Schnittpunkt des 50 % Ordinatenwertes mit der Summenkurve liefert auf der Abszissenachse den gewünschten d₅₀-Wert. Analog definiert sich der d₉₈-Wert aus dem Schnittpunkt des 98 % Ordinatenwertes.
SV-Wert (standard viscosity)
Die Standardviskosität in verdünnter Lösung SV wurde, angelehnt an DIN 53 728 Teil 3, in einem Ubbelohde Viskosimeter bei (25 ± 0,05)°C gemessen. Als Lösemittel wurde Dichloressigsäure (DCE) verwendet. Die Konzentration des gelösten Polymers betrug 1 g Polymer/100 ml reines Lösemittels. Die Auflösung des Polymers erfolgte für 1 Stunde bei 60°C. Wurden die Proben nach dieser Zeit nicht vollständig gelöst, wurden noch bis zu zwei Auflösungsversuche für jeweils 40 min bei 80°C durchgeführt und die Lösungen anschließend für 1 Stunde bei einer Drehzahl von 4100 min^-1 zentrifugiert.
Aus der relativen Viskosität (η_rel = η/η_s) wird der dimensionslose SV-Wert wie folgt ermittelt: $SV = (η_{rel} -1) \times 1000$
Der Anteil an Partikeln in der Folie bzw. dem Polymerrohstoff wurde mittels Aschebestimmung ermittelt und durch entsprechende Mehreinwaage korrigiert. D.h.: $\begin{array}{l} {Einwaage}_{korr .} = (Einwaage entsprechend 100% Polymer) / [(100 -Partikelgehalt \\ in Gew .-%) / 100)] \end{array}$
Mechanische Eigenschaften
Die mechanischen Eigenschaften wurden über eine Zugprüfung, angelehnt an DIN EN ISO 572-1 und -3 (Probekörper Typ 2) an 100 mm x 15 mm großen Folienstreifen bestimmt.
Schrumpf
Der thermische Schrumpf wurde an quadratischen Folienmustern mit einer Kantenlänge von 10 cm bestimmt. Die Proben wurden so ausgeschnitten, dass eine Kante parallel zur Maschinenrichtung und eine Kante senkrecht zur Maschinenrichtung verlief. Die Proben wurden genau ausgemessen (die Kantenlänge L₀ wurde für jede Maschinenrichtung TD und MD bestimmt, L_{0 TD} und L_{0 MD}) und 15 min bei der angegeben Schrumpfungstemperatur (hier 150 °C) in einem Umlufttrockenschrank getempert. Die Proben wurden entnommen und bei Raumtemperatur genau ausgemessen (Kantenlänge L_TD und L_MD). Der Schrumpf ergibt sich aus den Gleichungen: $Schrumpf [%] MD = 100 • (L_{0 MD} {-L}_{MD}) / L_{0 MD}, bzw .$
$Schrumpf [%] TD = 100 • (L_{0 TD} {-L}_{TD}) / L_{0 TD}$
Ausdehnung
Die thermische Ausdehnung wurde an quadratischen Folienmustern mit einer Kantenlänge von 10 cm bestimmt. Die Proben wurden genau ausgemessen (Kantenlänge L₀), 15 min bei 100 °C in einem Umlufttrockenschrank getempert und anschließend bei Raumtemperatur genau ausgemessen (Kantenlänge L). Die Ausdehnung ergibt sich aus der Gleichung: $Ausdehnung [%] = 100 • (L - L_{0}) / L_{0}$
und wurde in jeder Folienrichtung (MD, TD) separat ermittelt.
Wärmeleitfähigkeit
Zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Folien bedient man sich des „Thermal Interface Material“-Verfahrens an dem Gerät TIMA der Firma Berliner Nanotest und Design GmbH, beschrieben in WO 2012/107355 A1 . Die Folienoberfläche wird zunächst beidseitig mit einer Paste bestrichen, um Oberflächeneffekte wie Rauheit auszuschließen und einen möglichst guten Kontakt zwischen Probe und Messgerät herzustellen. Die Paste hat eine bekannte Wärmeleitfähigkeit.
Geeignet dafür ist beispielsweise die Silikon-Wärmeleitpaste „Dow Corning^® 340 Heat Sink Compound“. Die so präparierte Probe wird mit einem konstanten Druck von 600 kPa und Raumtemperatur zwischen zwei Referenzkörper aus CuZn - CuZn eingespannt. Die Kontaktfläche beträgt 132,7 mm². Ein Referenzkörper ist wiederum mit einer Heizquelle verbunden, die auf 100 °C temperiert ist. Der andere Referenzkörper befindet sich an einem Wärmeableiter mit einer Temperatur von 15 °C. Entlang der beiden Referenzkörper wird der Temperaturverlauf gemessen. Daraus ergibt sich der thermische Grenzflächenwiderstand des Systems R_th,_total, woraus man den thermischen Grenzflächenwiderstand der Probe R_th,film erhält. Bei bekannter Dicke und Kontaktfläche lässt sich daraus die Wärmeleitfähigkeit λ senkrecht zur Probenebene bestimmen. $R_{th,film} = R_{th,total} - 2 • R_{th,Paste}$

R_th: Thermischer Grenzflächenwiderstand
R_th,Paste = 0,079 K/W

λ = \frac{Dicke Probe}{R_{th,film} \cdot Fläche}

RTI
Bei der Ermittlung von Temperatur-Zeit-Grenzen werden die Proben in einem Umluft-Wärmeschrank bei mindestens drei Temperaturen unterschiedlich lang gelagert. Vor und nach der Wärmelagerung wird ein Eigenschaftswert (Reißdehnung, bezogen auf Initialwert vor Bestückung im Umluft-Wärmeschrank) nach Angleichung an Raumtemperatur gemessen. In Abhängigkeit von der Temperatur wird die jeweilige Zeit ermittelt, bei der dieser Eigenschaftswert einen definierten Grenzwert (≤ 2 %) erreicht hat.
Die Reißdehnung wird, wie bereits beschrieben, angelehnt an DIN EN ISO 572-1 und -3 (Probekörper Typ 2) an 100 mm x 15 mm großen Folienstreifen bestimmt.
Die Auswertung solcher Versuche erfolgt durch Auftragen des Eigenschaftswertes über der Warmlagerungszeit. Die Lagerungszeiten, bei der die Proben bei der jeweiligen Temperatur versagen, werden halblogarithmisch gegen reziproke Lagerungstemperatur (in K^-1) aufgetragen. Die so erhaltene Gerade wird auf 20.000 Stunden extrapoliert. Dabei wird aus dem Diagramm die Temperatur abgelesen, die einer Lebensdauer von 20.000 Stunden entspricht, und als Temperaturindex RTI benannt.
Messung der Spannungsfestigkeit / Durchschlagfestigkeit
Die Messung der Spannungsfestigkeit erfolgt gemäß DIN 53481-3 (unter Berücksichtigung von DIN 40634 für die speziellen Folienanweisungen). Es wird mittels Kugel/Platte (Elektrodendurchmesser 49,5 mm) bei einer sinusförmigen Wechselspannung von 50 Hz bei 23 °C und 50 relativer Luftfeuchte an Luft gemessen.
Die Durchschlagfestigkeit wird nach IEC 60674 mit 20 mm Kugel, 50 mm Platte und 50 Hz AC gemessen und über 10 Messstellen gemittelt.
Beispiele

Die Polymer-Compounds werden bei 292 °C aufgeschmolzen und durch eine Breitschlitzdüse auf eine auf 50° C temperierte Kühlwalze elektrostatisch angelegt. Anschließend wird sie bei folgenden Bedingungen längs- und dann quergestreckt:

Längsstreckung	Aufheiztemperatur	75 bis 115	°C
	Strecktemperatur	115	°C
	Längsstreckverhältnis	unterschiedlich, von 1 bis 4
Querstreckung	Aufheiztemperatur	100	°C
	Strecktemperatur	112	°C
	Querstreckverhältnis (inklusive Streckung 1. Fixierfeld)	unterschiedlich, von 1 bis 4
Fixierung	Temperatur	237 bis 150	°C
	Dauer	3	s
	Relaxation in TD bei 200 bis 150 °C	5	%
Fixierung	Temperatur 1. Fixierfeld	170	°C

In den Beispielen kommen die folgenden Rohstoffe zum Einsatz:

PET1 = Polyethylenterephthalat aus Ethylenglykol und Terephthalsäure mit einem SV-Wert von 1100 und DEG-Gehalt von 0,9 Mol-% (Diethylenglykolgehalt bzgl. der Diolkomponente).
PET2 = Polyethylenterephthalat aus Ethylenglykol und Terephthalsäure mit einem SV-Wert von 840.
PET3 = Polyethylenterephthalat mit einem SV-Wert von 830, der 22,4 Mol.-% Isophthalsäure (bzgl. der Dicarbonsäurekomponente) enthält.
PEN = Polyethylennaphthalat mit einem SV-Wert von 580.
PET4 = Polyethylenterephthalat mit einem SV-Wert von 580 und einem Gehalt von 50 Gew.-% Aluminiumnitrid AB 253753 AIN mit einem d₅₀-Wert von 55 µm (H.C. Starck, München Deutschland). Die Partikel wurden in einem Zweischneckenextruder in das Polyethylenterephthalat PET1 eingearbeitet.
PET5 = Polyethylenterephthalat mit einem SV-Wert von 550 und einem Gehalt von 50 Gew.-% an hexagonalem Bornitrid BN GRADE B50 mit einem d₅₀-Wert der Primärpartikel von 10 µm (H.C. Starck, München, Deutschland). Die Partikel wurden in einem Zweischneckenextruder in das Polyethylenterephthalat PET1 eingearbeitet.
PET6 = Polyethylenterephthalat mit einem SV-Wert von 580 und einem Gehalt von 50 Gew.-% Siliziumdioxidpartikel SILBOND® 8000 RST mit einem d₅₀-Wert von 2 µm (Quarzwerke GmbH, Frechen Deutschland). Die SiO₂-Partikel wurden in einem Zweischneckenextruder in das Polyethylenterephthalat PET1 eingearbeitet.
PET7 = Polyethylenterephthalat aus Ethylenglykol und Terephthalsäure mit einem SV-Wert von 870 und einer Carboxylendgruppenzahl von 10 mmol/kg.
PET8 = Polyethylenterephthalat mit 5000 ppm Irganox 1330 CAS-Nr. 1709-70-2 (Hersteller BASF Schweiz), eingearbeitet mittels eines Zweischneckenextruders in PET1, SV-Wert 780.

Die Ergebnisse für die erfindungsgemäßen Folien-Beispiele B1 bis B5 und die Vergleichsbeispiele V1 bis V6 sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Die in der Tabelle für die Bestandteile PET1 bis PET8 enthaltenen %-Angaben entsprechen Gew.-%-Werten.
Bemerkungen zu einigen der Vergleichsbeispiele:

V2: schlechtere Laufsicherheit, gelegentlich Abrisse
V3: metallischer Abrieb aus Extruder
V4: metallischer Abrieb aus Extruder

Die Rezeptur des Beispiels V2, die sich für die Folienherstellung als nicht geeignet erwiesen hat, ist sehr wohl erfindungsgemäß zur Herstellung von Formkörpern geeignet, bei deren Herstellungsverfahren die Laufsicherheit eines Folienextruders und die gelegentlichen bei Folien beobachteten Abrisse keine Bedeutung haben.

Beispiele		V1	B1	B2	B3	B4	V2	V3	V4	V5	V6	B5
PET1	[%]	30	47,5	36,5	10	47,5		50	50	50	50	41,5
PET2	[%]	70						30	30	30	30
PET3	[%]		25	25	25		5					25
PEN	[%]					25
PET4	[%]							20	20
PET5	[%]									20	20	13,5
PET6	[%]		27,5	38,5	37	27,5	95					20
PET7	[%]				20
PET8	[%]				8
SV Mischung		918	895	840	776	833	692	918	918	912	912	888
Flächenstreckverhältnis		13,69	6,66	5,58	7	9	12,25	12,25	1	1	9	12,25
Dicke	[µm]	75	105	110	145	125	75	115	450	275	85	70
Wärmeleitfähigkeit λ senkrecht zur Folienebene	[W/ (m K)]	0,20	0,40	0,38	0,46	0,35	0,56	0,23	0,34	0,35	0,20	0,35
E-Modul in MD	[N/ mm²]	4000	2500	2500	2600	3200	2000	2800	1200	1400	2200	2500
Reißkraft in MD	[N/ mm²]	191	53	49	57	118	30	77				50
Bruchdehnung in MD	[%]	145	8	10	38	60	1,9	32	300	380	70	45
Durchschlagsfestigkeit	[kV/ mm]	205	205	205	185	190	195	205	60	60	205	205
RTI	[°C]	130	100	100	130	135	72	130	75	75	130	105

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/064873 A1 [0007]
EP 2251371 A2 [0092]
EP 2184311 A1 [0092]
WO 2012/107355 A1 [0132]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 572-1 [0013, 0129, 0135]

Claims

Polymer-Compound, insbesondere zur Herstellung von Folien, umfassend einen thermoplastischen Polyester und einen ersten Füllstoff mit einem Anteil von ca. 7 bis ca. 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Compounds, wobei der erste Füllstoff eine Korngrößenverteilung mit einem d₅₀-Wert von ca. 0,1 bis ca. 15 µm aufweist und wobei der erste Füllstoff kristallines SiO₂ und/oder kristallines Silikat, insbesondere ausgewählt aus Quarz, Kyanit und Cristobalit, umfasst.
Polymer-Compound nach Anspruch 1, wobei der Polymergehalt des Polymer-Compounds ca. 50 Gew.-% oder mehr beträgt.
Polymer-Compound nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Anteil des thermoplastischen Polyesters an dem Polymergehalt des Polymer-Compounds ca. 75 Gew.-% oder mehr beträgt.
Polymer-Compound nach Anspruch 3, wobei der Polymergehalt des Polymer-Compounds ca. 85 Gew.-%, bevorzugt ca. 95 Gew.-% oder mehr thermoplastischem Polyester besteht, wobei der thermoplastische Polyester bevorzugt zu ca. 80 Mol.-%, bevorzugt zu ca. 83 Mol.-% oder mehr, besonders bevorzugt zu ca. 88 Mol.-% oder mehr aus Ethylenglykol- und Terephthalsäure-Einheiten besteht.
Polymer-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Füllstoffpartikel, insbesondere die SiO₂- und/ oder Silikatpartikel mit Organosilan modifiziert sind, welches insbesondere aus Methacrylsilan, Trimethylsilan, Methylsilan, Epoxysilan, Aminosilan oder einer Kombination daraus gebildet ist, wobei Epoxysilan, Aminosilan und Kombinationen daraus bevorzugt sind.
Polymer-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Kyanit eine trikline Kristallstruktur und/oder Cristobalit eine tetragonale oder kubische Kristallstruktur aufweist.
Polymer-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Korngrößenverteilung des ersten Füllstoffs einen d₅₀-Wert von ca. 10 µm oder weniger, bevorzugt ca. 6 µm oder weniger, aufweist und optional einen d₉₈-Wert von ca. 40 µm oder weniger, bevorzugt ca. 25 µm oder weniger und besonders bevorzugt ca. 15 µm oder weniger.
Polymer-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Compound neben dem ersten Füllstoff einen zweiten Füllstoff, insbesondere ausgewählt aus Bornitrid und gegebenenfalls Magnesiumoxid, umfasst.
Polymer-Compound nach Anspruch 8, wobei das Compound den ersten Füllstoff mit ca. 10 bis ca. 30 Gew.-% in Form von kristallinen SiO₂- und/oder Silikatpartikeln und den zweiten Füllstoff mit ca. 5 bis ca. 15 Gew.-% in Form von hexagonalem Bornitrid umfasst, wobei bevorzugt der Gewichtsanteil der kristallinen SiO₂- und/oder Silikatpartikel ca. 12 bis ca. 25 Gew.-% und der Gewichtsanteil des hexagonalen Bornitrids ca. 6 bis ca. 10 Gew.-% beträgt.
Polymer-Compound nach Anspruch 9, wobei das hexagonale Bornitrid eine Korngrößenverteilung mit einem d₅₀-Wert von ca. 15 µm oder weniger, bevorzugt ca. 6 µm oder weniger, aufweist.
Polymer-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Polymer-Compound mindestens einen Radikalfänger enthält, wobei der Gehalt an Radikalfänger in dem Bereich von ca. 100 bis ca. 5000 ppm, bevorzugt von ca. 400 bis ca. 2000 ppm, besonders bevorzugt von ca. 500 bis ca. 1200 ppm liegt, jeweils bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.
Polymer-Compound nach Anspruch 11, wobei der Radikalfänger ein phenolisches Antioxidans ist und das Strukturelement (I) enthält:
wobei R ein organischer Rest ist, und wobei das Molekulargewicht des Radikalfängers ca. 300 g/Mol oder mehr, bevorzugt ca. 500 g/Mol oder mehr, besonders bevorzugt ca. 700 g/Mol oder mehr beträgt.
Polymer-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Polymer-Compound eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W m^-1K^-1 oder mehr, bevorzugt von ca. 0,35 W m^-1K^-1 oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 0,45 W m^-1K^-1 oder mehr aufweist, gemessen an einem Probekörper (Technikumfolie) mit einer Dicke von 150 µm in einer Richtung senkrecht zu dessen Oberfläche.
Polymer-Compound nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Polymer-Compound nach Verarbeitung zu einem Probekörper (Technikumfolie) mit einer Dicke von 150 µm eine Durchschlagsfestigkeit von ca. 90 kV mm^-1 oder mehr (bei 23 °C und AC) aufweist, wobei der Probekörper unidirektional orientiert ist.