DE1180298B

DE1180298B - Filzartiges Material und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1180298B
Application number: DEP20625A
Authority: DE
Inventors: Jerome Hochberg
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1957-05-02
Filing date: 1958-05-02
Publication date: 1964-10-22
Also published as: GB836678A; US3015604A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 04 b

Deutsche Kl.: 80 b-9/05

Nummer: 1180 298

Aktenzeichen: P 20625 VI b / 80 b

Anmeldetag: 2. Mai 1958

Auslegetag: 22. Oktober 1964

Die Erfindung betrifft ein filzartiges Material, insbesondere in Form eines Flächengebildes, aus einem Gemisch von faserigem Polytetrafluoräthylen und kleinen Teilchen eines wärmebeständigen Materials.

Polytetrafluoräthylen besitzt viele außergewöhnliche Eigenschaften, wie elektrische, chemische und Wärmebeständigkeit. Man hat vor kurzem papierartige Flächengebilde aus Polytetrafluoräthylen hergestellt, aber solche Flächengebilde schrumpfen bei Einwirkung hoher Temperaturen und besitzen für viele Anwendungszwecke keine hinreichende Porosität. Es bereitet ferner Schwierigkeiten, solche papierartigen Produkte in sehr großen Dicken herzustellen. Auch die Formbeständigkeit von Polytetrafluoräthylenfilzen bei hohen Temperaturen ist mangelhaft, und ihre Herstellung ist kostspieliger als diejenige der papierartigen Produkte.

Es wurde nun ein filzartiges Material aus fasrigem Polytetrafluoräthylen gefunden, das sich wirtschaftlich herstellen läßt, eine ausgezeichnete Formbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen und eine hohe Porosität aufweist. Dieses filzartige Flächengebilde gemäß der Erfindung besteht aus einem Gemisch von mindestens etwa 10 Gewichtsprozent faserigem Polytetrafluoräthylen mit einer Faserlänge von weniger als etwa 2,5 cm und bis zu 90 Gewichtsprozent an Hohlkügelchen aus Glas oder Kieselgurteilchen, deren Durchmesser im Mittel etwa 25 bis 500 μ beträgt. Vorzugsweise enthält dieses filzartige Material etwa 25 bis 75 Gewichtsprozent faseriges Polytetrafluoräthylen mit einer Faserlänge von weniger als etwa 6,4 mm und etwa 75 bis 25 Gewichtsprozent an Hohlkügelchen aus Glas oder Kieselgurteilchen mit einem Durchmesser von im Mittel etwa 100 bis 350 μ.

Die Herstellung des filzartigen Materials gemäß der Erfindung erfolgt, indem man das faserige Polytetrafluoräthylen und die Glashohlkügelchen oder Kieselgurteilchen in einem flüssigen Medium dispergiert, das flüssige Medium unter Bildung eines nassen »Filzes« filtriert, den Filz trocknet und dann auf eine Temperatur zwischen etwa dem Schmelzpunkt des PoIytetrafluoräthylens und etwa 427° C erhitzt, um das fasrige Polytetrafluoräthylen teilweise zu schmelzen und das Flächengebilde zu verfestigen.

Es ist bereits eine Dichtungsmasse oder ein Formkörper aus einem Gemisch von Polytetrafluoräthylenfasern mit 40 bis 95 Gewichtsprozent nichtfaserförmigem Polytetrafluoräthylen bekannt, wobei die Polytetrafluoräthylenfasern in gewebter oder geflochtener Form vorliegen. Im Gegensatz dazu betrifft die vorliegende Erfindung ein filzartiges Material, dessen Polytetrafluoräthylenkomponente ausschließ-

Filzartiges Material und Verfahren zu seiner
Herstellung

Anmelder:

E. I. du Pont de Nemours and Company,

Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:

Jerome Hochberg, Newburgh, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. Mai 1957 (656 511) --

lieh aus Fasern besteht, die weder verwebt noch verflochten sind. Dieses Material besitzt daher außer einer guten Raumbeständigkeit bei hohen Temperaturen auch eine hohe Porosität.

In den erfindungsgemäßen Produkten kann jedes beliebige faserige Polytetrafluoräthylen mit einer Faserlänge von weniger als etwa 2,5 cm und vorzugsweise weniger als etwa 6,4 mm Verwendung finden. Fasrige Polytetrafluoräthylene dieser Faserlängen können nach der üblichen Technik der Papierherstellung zu zusammenhängenden Flächengebilden verformt werden. Nach einer bevorzugten Arbeitsweise erfolgt die Herstellung des Fasergutes, indem man die mit einem Gleitmittel versetzten kolloidalen Polytetrafluoräthylenteilchen strangpreßt und das erhaltene Preßgut dann zu Fasern verarbeitet, die sich in Breiform bringen, d. h. in Wasser odereinem anderen flüssigen Medium dispergieren lassen. Zuerst wird eine Polytetrafluoräthylensuspension oder -paste durch Strangpressung zu einem Faden, Stab oder Rohr von beispielsweise 1,5 bis 3,2 mm Durchmesser verformt. Bei dieser Verarbeitung bilden sich in dem Preßgut Fasern. Das Preßgut wird dann in kurze Stücke von beispielsweise 6,4 mm bis 2,5 cm geschnitten und in einer Hammermühle, einem Zerfaserer oder einer ähnlichen Einrichtung in Einzelfasern aufgebrochen. Grobe Fasern werden in den Kreislauf zurückgeführt. Für die Herstellung der Fasern wird hier kein Patentschutz beansprucht.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen fasrigen Polytetrafluoräthylens ist Gegenstand des deutschen Patents 1 014 426.

409 70«ß93

Mit dem faserigen Polytetrafluorethylen werden Hohlkügelchen aus Glas oder Kieselgurteilchen vermischt, deren Teilchendurchmesser etwa 25 bis 500 μ, vorzugsweise etwa 100 bis 350 μ, beträgt. Diese Stoffe bieten den Vorteil, daß sie hitzebeständig, chemisch inert und preiswert sind und ein gutes elektrisches und Wärmeisoliervermögen besitzen. Wenn in solchen Produkten das faserige Polytetrafluoräthylen bei übermäßig hohen Temperaturen zerstört wird, so

äthylens (etwa 327^: C) und 427⁰C, vorzugsweise 343 bis 399°C erhitzt, wodurch die Polytetrafluoräthylenfasern an ihren Berührungsstellen teilweise verschmelzen und der Filz verfestigt wird. Die Dauer dieser Wärmebehandlung ist nicht kritisch und hängt weitgehend von der Dicke des zu behandelnden Körpers ab; gewöhnlich reichen etwa 5 bis 15 Minuten aus.

Die filzartigen Produkte gemäß der Erfindung lassen sich beispielsweise als Ringdichtungen oder Man-

bleibt immer noch eine isolierende Schicht zurück. io schetten, Filter für korrodierend wirkende flüssige Hohlkügelchen aus Glas, d. h. kleine »einzellige« Chemikalien und zur Wärmeisolierung und elek-

Glaskugeln, liefern Produkte, die außer den oben- irischen Isolierung verwenden. Aus ihnen erzeugte

genannten chemischen, elektrischen und Hochtemperatureigenschaften eine geringe Dichte und hohe Porosität besitzen.

Das fasrige Polytetrafluoräthylen und die Glaskügelchen oder Kieselgurteilchen werden mittels eines Hochleistungsmischers in einem flüssigen Medium dispergiert. Wasser ist ein zweckmäßiges Dispergier-

Körper besitzen eine ausgezeichnete Formbeständigkeit und Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und korrodierend wirkende Chemikalien. Durch Veränderung des Anteils der anorganischen Füllstoffteilchen können die Eigenschaften des Endproduktes auf jeden besonderen Anwendungszweck zugeschnitten werden. Mit zunehmendem Prozentsatz an anorganischen

medium, aber man kann, wenn gewünscht, auch 20 Füllstoffteilchen nehmen die Formbeständigkeit und andere inerte flüssige Medien verwenden. Die Fest- Porosität des filzartigen Materials zu und die Festigstoffkonzentration der Dispersion ist nicht kritisch, keit und Dichte ab.

aber gewöhnlich arbeitet man mit Konzentrationen Verstärkte filzartige Flächengebilde können herge-

von etwa 0,25 bis 10%· stellt werden, indem man den nassen Filz auf einem

Der Dispersion werden vorzugsweise etwa 0,2 bis 35 offenen Draht- oder Glasgewebe od. dgl. ablagert, das 1 % ^voio Gewicht des Polytetrafluoräthylens an einem auf dem zur Filzbildung verwendeten Filter aufliegt. Netzmittel und etwa 0,1 bis 0,3% ^an einem Dickungs- Nach der Erzeugung des Filzes auf dem Gewebe mittel hinzugefügt. Beispiele für geeignete Netzmittel wendet man den Filz mit dem anhaftenden Gewebe sind Octyl-phenyl-Polyglykoläther, Natriumlaurylsul- und lagert auf der anderen Seite einen zweiten Filz ab. fat und Polyoxyäthylen und Polyoxypropylen. Bei- 30 Das entstehende Produkt wird gepreßt, getrocknet und spiele für Dickungsmittel sind Carboxymethylcellulose, wie schon beschrieben erhitzt, wodurch man ein das Natriumsalz derselben, Polyvinylalkohol und Flächengebilde erhält, in welches eine wärmebe-Natrium-, Kalium- und Ammoniumalgmate und ständige Verstärkung eingebettet ist.
-polyacrylate. Auch Antischaummittel, wie Äthyl- Durch Imprägnierung der erfindungsgemäßen Proacetat, können in üblichen Mengen zugesetzt werden. 35 dukte mit Polytetrafluoräthylen können Körper er-Die Dispersion aus Polytetrafluoräthylenfasern und halten werden, die sich besonders gut für Dichtungsanorganischen Füllstoffteilchen kann auf jeder be- ringe oder Manschetten, Rohre, Becher, Zwischehliebigen üblichen Papiererzeugungsmaschine, wie z. B. legscheiben und geprägte Platten, wie Druckplatten, einer Fourdriniermaschine, Rotationspapiermaschine eignen. Nach einer bevorzugten Arbeitsweise zur Heroder einfachen, mit Gewebe-, Wollfilz- oder Draht- 40 stellung solcher Körper behandelt man zuerst die fiizsieb Filterkammern versehenen Vakuumfiltern, zu artigen Flächengebilde mit einem der obengenannten einem nassen Filz verformt werden. Formkörper, wie Netzmittel, wie Octyl-phenyl-polyglykoläther, und Zylinder und becherförmige Körper, können erhalten taucht das behandelte Flächengebilde dann in eine werden, indem man die Dispersion durch eine Siebform wäßrige Dispersion von Polytetrafluoräthylenteilchen entsprechender Ausbildung filtriert und dann den Form- 45 and hierauf in kalten Alkohol, um die Polytetrafhiorkörper in der nachfolgenden Weise weiterbehandelt. äthylenteilchen zu koagulieren. Schließlich wird das Der nasse Filz wird vorzugsweise gepreßt, um Flächengebilde unter einem Druck von etwa 0,7 bis überschüssiges Wasser zu entfernen und ihn zu 35 kg/cm² verpreßt, dann getrocknet und auf eine glätten. Eine zweckmäßige Preßbehandlung besteht Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des PoIydarin, den nassen Filz zwischen zwei Lagen aus saug- 50 tetrafluoräthylens und etwa 427°C, vorzugsweise 343 fähigem Papier oder Filz zu bringen und dann das und 399⁰C, erhitzt.
Ganze zwischen zwei Gummiwalzen hindurchzuführen, die so eingestellt sind, daß auf den Filz ein Druck
bis zu 0,89 kg/cm² ausgeübt wird. Der nasse Filz kann
auch ohne Pressen getrocknet werden, beispielsweise 55
an der Luft bei Raumtemperatur oder unter Beschleunigung in einem Ofen bei etwa 38 bis 121⁰C.
Nach dem Trocknen wird der Filz auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Polytetrafluor-

In den folgenden Beispielen beziehen sich die verwendeten Mengen, wenn nichts anderes angegeben ist, auf Gewichtsprozente.

Beispiel 1

Es werden vier Dispersionen zubereitet, indem man Gemische folgender Stoffe verrührt:

Teile

A	■ B !	C	Kontrollprobe
1,89	1,88 j	1,79	1,89
1,84	2,61 !	3,45	—
0,005	0,005 i	0,005	0,25

Fasriges Polytetrafluoräthylen

Hohlkügelchen aus Glas

Carboxymethylcellulose als Dickungsmittel

(Fortsetzung)

	Teile A B ■ I · C	0,007 . 0,47 95,03	0,007 0^43 94,33	Kontrollprobe
Octyl-phenyl-polyglykoläther (Reaktionsprodukt aus 12 bis 13 Mol Äthylenoxyd mit 1 Mol Octylphenol) als Netz- und Dispergiermittel Äthylacetat als Antischaummittel Wasser :	0,007 0,47 95,79	100,00	100,00	0,01 0,47 97,38
100,00	100,00

Das in diesen Dispersionen verwendete fasrige PoIytetrafluoräthylen wird, wie oben beschrieben, hergestellt. Als Mikrohohlkügelchen aus Glas werden »einzellige« kugelförmige Teilchen von etwa 40 μ bis 150 μ Durchmesser verwendet.

Jede Dispersion wird auf ein Filter geleitet. Die dabei gebildeten nassen Filze werden leicht gepreßt, um überschüssiges Wasser zu entfernen, und in einem Ofen bei 100⁰C getrocknet. Schließlich wird jedes getrocknete Flächengebilde in einem Ofen im Verlaufe von etwa 90 Minuten auf 366°C erhitzt und 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Die Produkte sind weich, biegsam und porös und eignen sich zum Filtrieren korrodierender Flüssigkeiten und für Isolierzwecke.

Die folgende Tabelle gibt einen qualitativen und quantitativen Vergleich der obigen Produkte. Die Werte für die Porosität, Dichte und Biegsamkeit wurden qualitativ folgendermaßen geschätzt: Die Porosität wurde nach der Kraft beurteilt, die zum Durchblasen des Atems durch die Probe erforderlich war. Die Zahlenwerte entsprechen der zum Durchblasen aufgewandten Kraft. Die geringste Kraft (1) entspricht also der höchsten Porosität, während die höchste Kraft (4) der niedrigsten Porosität entspricht. Aus der Tabelle ergibt sieh daher, daß die Probe C die größte und die Kontrollprobe die geringste Porosität besitzt. ·;■:.■·.

Die Dichten der Proben wurden ebenfalls nicht in absoluten Werten gemessen, sondern nach einer relativen Skala geschätzt, wobei 1 die geringste und 4 die höchste Dichte bedeutet. Um einen Anhaltspunkt für die Größenordnung der Dichten zu geben, sei bemerkt, daß die Kontrollprobe 1*016 mm dick war, eine Fläche von 3350 cm² und ein Gewicht von 1;89 g hatte, während die Probe A 4,44 mm dick war, eine Fläche

go von 605 cm² und ein Gewicht von 3,73.9 g hatte. '

Die Biegsamkeit'der Proben wurde subjektiv unter Berücksichtigung der Dicke der Platten geschätzt. Die Zahl 1 bedeutet die geringste, die Zahl 4 die höchste Biegsamkeit. ■ . ■■■·. · · ·. ■ ;

Probe

A j . ■ B	42 ^;	C	Kontrolle
51 ^;		■ ^: ->34·: -■:■..	ίΟΟ
Λ45 _:	... < -.5·-..	;;>4,45	V 1,02
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Polytetrafluoräthylen, Gewichtsprozent

Dicke, mm

Flächenschrumpfung durch Wärmeeinwirkung bei der

Verarbeitung, °/o

Porosität

Dichte

Biegsamkeit

Die Kontrollprobe und die Probe A werden in die Flamme eines Bunsenbrenners gehalten. Die Kontrollpfobe verkohlt, und ihre Fläche schrumpft um etwa 75 %, während die Flächenschrumpfung der Probe A nur etwa 10°/₀ beträgt.

Beispiel 2

Ein verstärktes filzartiges Flächengebilde wird nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 aus einer entsprechenden Dispersion wie die Probe C hergestellt:

Auf ein Vakuumfilter wird eine nichtgewebte Glasfasermatte aus längs und quer verlaufenden Glasfäden, die an den Kreuzungspunkten aneinander gebunden sind, wobei die Abstände der einzelnen Glasfäden voneinander in Längs- und in Querrichtung etwa 6,7 mm betragen, aufgelegt und auf ihr ein nasser Filz abgeschieden. Dann werden Matte und Filz gewendet, worauf man auf der nunmehr oben liegenden Fläche einen zweiten Filz ablagert. Das erhaltene Produkt wird schließlich gemäß Beispiel 1 getrocknet und er-

55

60

65 hitzt. Der erhaltene Körper besitzt eine ähnliche Dichte, Porosität und Wärmebeständigkeit wie die Probe C, aber viel höhere Zugfestigkeit. ■· .

Beispiel 3

Ein der Probe B des Beispiels 1 entsprechendes filzartiges Flächengebilde wird in eine l%ige Lösung von Octyl-phenyl-polyglykoläther (Netzmittel) in Toluol, nach Trocknung bei 121⁰C in eine Dispersion von 60 Teilen Polytetrafluoräthylen-Preßpulver, 3,6 Teilen Octyl-phenyl-polyglykoläther (Netzmittel) und 36,4Teilen Wasser und hierauf in auf —51⁰C gehaltenen Alkohol getaucht. Das Produkt wird 3 Stunden bei 204⁰C getrocknet, unter einem Druck von 42 kg/cm² kalt verpreßt und schließlich Va Stunde auf 371°C erhitzt.

Das entstehende filzartige Produkt enthält etwa 62 Gewichtsprozent Polytetrafluoräthylenimprägnierung. Es stellt ein starres undurchlässiges Material dar,

das sich als chemisch beständige Tankauskleidung und für gedruckte Schaltkreise eignet.

Beispiel 4

Aus einer ähnlichen Dispersion wie die Probe B des Beispiels 1 wird ein Polytetrafluoräthylenrohr hergestellt, indem man die Dispersion in einen 5,1-cm-Zylinder aus einem Drahtnetz von einer lichten Maschen weite von 0,147 mm preßt, bis sich an der Zylinderinnenwandung ein etwa 3,2 mm dicker Filz angesammelt hat. Der nasse zylinderförmige Filz wird, wie in den vorstehenden Beispielen, getrocknet und teilweise verschmolzen und dann das Drahtnetz abgeschält. Das erhaltene filzartige Rohr wird auf einen Dorn aufgezogen und gemäß Beispiel 3 mit Polytetrafluoräthylen imprägniert und erhitzt. Das erhaltene Rohr eignet sich zur Förderung korrodierender Chemikalien bei höheren Temperaturen.

Nach dem hier und in dem vorstehenden Beispiel beschriebenen Verfahren können bei geringem Abfall und in wirtschaftlicher Weise dicke und undurchlässige Formkörper aus Polytetrafluoräthylen hergestellt werden.

Beispiel 5

Man arbeitet nach Beispiel 3, preßt jedoch das imprägnierte Flächengebilde vor dem Erhitzen in einer mit Prägeplatten ausgerüsteten Presse kalt bei etwa 70 kg/cm². Das geprägte Flächengebilde wird dann 30 Minuten auf 371° C erhitzt. Der erhaltene Körper zeigt in ausgezeichneter Weise die Einzelheiten der Prägung und eignet sich als Druckmaterial. Wenn man ihn 5 Stunden auf 371⁰C hält, schrumpft er um weniger als etwa 4⁰I₀, und es tritt kein Undeutlichwerden der Einzelheiten der Prägung auf.

Beispiel 6

Nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 wird ein filzartiges Flächengebilde hergestellt, wobei man mit einem ähnlichen faserigen Polytetrafluoräthylen wie im Beispiel 1 und Hohlkügelchen aus Glas von etwa 50 bis 350 μ Durchmesser im Gewichtsverhältnis von etwa 1:2,65 arbeitet. Das Produkt besitzt auf Grund seines prozentual höheren Gehaltes an Glashohlkügelchen (73%) eine geringere Dichte, bessere Wärmebeständigkeit und etwas geringere Festigkeit als die nach den vorstehenden Beispielen hergestellten Produkte.

Beispiel 7

50

Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 werden unter Verwendung des dort beschriebenen faserigen Poly-

tetrafluoräthylens drei filzartige Flächengebilde hergestellt, wobei man als anorganisches Füllmittel grobkörnige Kieselgur mit einem mittleren Durchmesser von etwa 36 μ in einer Menge von 38, 65 bzw. 75 Gewichtsprozent verwendet. Die erhaltenen Produkte sind fester, aber etwas dichter als die mit einer gleichen Gewichtsmenge an Hohlkügelchen aus Glas geformten Flächengebilde.

Claims

Patentansprüche:

1. Filzartiges Dichtungs-, Isolier- bzw. Filtermaterial, insbesondere in Form von Platten, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus einem Gemisch von mindestens 10 Gewichtsprozent faserigem Polytetrafluoräthylen mit einer Faserlänge von weniger als etwa 2,5 cm und bis zu 90 Gewichtsprozent an Hohlkügelchen aus Glas oder Kieselgurteilchen mit einem Durchmesser von etwa 25 bis 500 μ besteht.

2. Material nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an faserigem Polytetrafluoräthylen mit einer Faserlänge von weniger als etwa 6,4 mm von 25 bis 75 Gewichtsprozent und an Hohlkügelchen aus Glas oder Kieselgurteilchen mit einem Durchmesser von etwa 100 bis 350 μ von 75 bis 25 Gewichtsprozent.

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Polytetrafluoräthylen imprägniert ist.

4. Material nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine darin eingebettete Verstärkung aus einem Gewebe.

5. Verfahren zur Herstellung des filzartigen Materials gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das faserige Polytetrafluoräthylen und die Hohlkügelchen aus Glas oder Kieselgurteilchen in den entsprechenden Anteilen in einem flüssigen Medium dispergiert, die Dispersion unter Erzeugung eines nassen Filzes filtriert, den Filz trocknet, das erhaltene filzartige Produkt auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Polytetrafluoräthylens und 427°C erhitzt und gegebenenfalls den erhaltenen Körper mit einer Dispersion von Polytetrafluoräthylenteilchen imprägniert und erneut auf eine Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt des Polytetrafluoräthylens und 427°C erhitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das filzartige Produkt auf eine Temperatur zwischen etwa 343 und 399° C erhitzt.

409 708/393 10. 64

ι Bandesdruckerei Berlin