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Beschreibung "Herstellung von Folien aus Polytetrafluoréthylen" Polytetrafluoräthylen
zeichnet sich durch eine Reihe von au#ergewöhnlichen Eigenschaften aus, beispielsweise
durch seine Beständigkeit gegen Chemikalien und erhöhte Temperaturen, seine Vorzüge
als elektrisches Isolationsmaterial und durch außerordentliche Adhäsionsfreiheit
der Oberfläche.
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Diesen Vorzügen stehen Schwierigkeiten bei der technischen Besrbeitung
dieses Materials gegenüber, beispielsweise bei der Herstellung von Folien, wofür
bereits eine Reihe von Verfahren bekannt geworden sind.
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Nach einem dieser Verfahren wird zunächst ein gesinterter Block aus
Polytetrafluoräthylen hergestellt, aus welchem in Anlehnung an die Technik der Furnier-Herstellung
die Folie abgeschält wird. Es gelingt nach diesem beispielsweise im US-Patent 2
406 127 beschriebenen Verfahren, Folien bis zu ca. 0,05 mm Dicke herab herzustellen.
Mit abnehmender Foliendicke nimmt die Porösität stark zu und die durch das Schälmesser
verursachten Riefen an der Oberfläche wirken erhöhend auf die Reibung. s ist somit
schwierig, dünne Folien in Stärken von 50 /u in gleichmäßiger einwandfreier Qualität
herzustellen.
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Ein weiteres Verfahren besteht im Gießen einer Polytetrafluoräthylen-Dispersion
mit anschlie#ender Sinterung des Gie#filmes, wobei Folien von etwa 0,01 mm Dicke
pro Einzelgie#vorgang
hergestellt werden können. Dickere Folien
werden durch mehrmaliges Gießen gewonnen. Diese praktisch porenfreien Folien waben
sich für Elektroisolierzwecke sehr bewährt, sind jedoch sehr teuer. Ein in der DAS
1 212 725 angeführtes Verfahren sieht vor, daß das besonders fein gemahlene Polytetrafluoräthylen-Pulver
mit Paraffinöl versetzt über ein Strangpreßverfahren einer Heißwalzanlage zugeführt
wird.
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Auch dieses Verfahren liefert keine befriedigenden Produkte, darüber
hinaus ist es erforderlich, das Paraffinöl wieder zu entfernen.
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Ebenso umständlich ist das im US-Patent 2 20 173 beschriebene Verfahren,
die Polytetrafluoräthylen-Folie aus wäßrigen Dispersionen zunächst auf einer Aluminiumfolie
aufzutragen, welche nach erfolgter Sinterung durch Lösen des Metalls wieder entfernt
wird.
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Es sind auch bereits Verfahren bekannt, welche versuchen, aus Polytetrafluoräthylen-Pulver
durch Xalandrieren Folien herzustellen, wie beispielsweise in der US-Patentschrift
2400 099 beschrieben. Demnach wird Polytetrafluoräthylen-Pulver kalt gewalzt und
die erhaltene, äußerst leicht verletztliche Folie bei Temperaturen bis zu 4000C
gesintert und anschließend mit kaltem Wasser behandelt. Die so erhaltenen Produkte
entsprechen nicht den an Folien zu stellenden Forderungen, vor allem bezüglich ihrer
mechanischen Festigkeit. Dies gilt auch für die nach der Druckschrift X 83 der Fa.
du Pont de Nemour hergestellten Folien aus unter Wasser zerkleinertem Polytetrafluoräthylen
auf einem Walzwerk. Die vorgeformte Folie wird in einer Sinterstraße mit Infrarotheizern
kontinuierlich gesintert. Diese Sinterung versagt jedoch vornehmlich bei dünnen
Folien von beispielsweise 30 bis 50 lu, da hier eine starke Längsorientierung, welche
zu einer nicht-kontrolllerbaren Dickenänderung und zur Bildung von Wellen in LängsricEltung
führt, auftritt. Wenn auch die letztgenannten Verfahren geeignet sind fUr die Herstellung
von dickeren Folien, Llcfcrn sie bei dünnen Folien, in Stärken von etwa 30 bis \>0
A1, keine den gestellten Erfordernissen entsprechende Produkt.
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Nach Sheinberg "Plastics Technologyfl (New York) Vol.ll, Nr. 5, Seite
39 bis 40 (1965) ist bereits versucht worden, nicht näher definierte Polytetrafluoräthylen-Qualitäten
bei Normaltemperatur durch Walzen zu verarbeiten. Die Versuche, welche nur mit Bändern
von 75 mm Breite im Dickenbereich von 0,22 bis 0,65 mm durchgeführt wurden, ergaben
leicht zerbrechliche, nur unter größter Vorsicht aufrollbare Produkte, welche nur
in Flächen von 1 x 2 Zoll gesintert werden konnten.
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Es wurde nun gefunden, daß man planliegende Folien, welche eine vorzugsweise
Dicke von 20 bis 150 /u aufweisen, in einem kontinuierlichen Walz- und Sinterverfahren
herstellen kann, wenn man pulverförmiges Polytetrafluoräthylen ohne Vorbehandlung
und ohne Verarbeitungshilfsmittel bei Temperaturen von 100 bis 325°C walzt, bei
327 bis 4000C sintert und anschließend oder gleichzeitig auf die Folie einen Zug
in wuerrichtung, gegebenenfalls bis zur vuerreckung der Folie ausübt.
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Es wurde überraschend gefunden, daß bei einer Walzentemperatur von
etwa 1000C die minimal erreichbare Foliendicke erheblich abzunehmen beginnt und
mit steigender Behandlungstemperatur weiter abnimmt, wie Tabelle 1 zeigt.
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Tabelle 1 WalzentemPeratur erreichbare Minimaldicke 20°C ca. 250
50°C ca. 100 100°C ca. 60 1500C ca. 50 200°C ca. 43 /u 250°C ca. 35 /u 275°C ca.
25 /u 30000 ca. 20
Es ist ferner überraschend, daß durch die Behandlung
des Polytetrafluoräthylen-Pulvers ohne Vorbehandlung und Verarbeitungshilfsmittel
in einem einzigen Walzenpaar im Temperaturbereich von 100 bis 3250 bereits Folien
geringer Dicke, bis zu 20 /u, erhalten werden können, und daß man nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren die Foliendicke nach Bedarf variieren kann.
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Die so erhaltenen Polytetrafluoräthylen-Folien zeichnen sich daduich
aus, daß mit abnehmender Foliendicke die Längsreißfestigkeit erheblich zunimmt,
wie beispielsweise aus Tabelle 2 ersichtlich ist.
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Tabelle 2
| Polytetrafluoräthylen- Dicke Re@#festigkeit |
| Walzfolie /u kp/cm2 |
| längs quer |
| ungesintert 35 315 30 |
| (zum Vergleich) |
| 60 280 25 |
| 115 225 20 |
| gesintert 35 950 185 |
| 60 455 115 |
| 115 420 205 |
Ein weiteres Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß, wie
bereits beschrieben, eine eintretende Längsorientierung und die damit verbundene
Bildung von Wellen und Fulten in der Längsrichtung vermieden werden kann, wenn man
die an SiCn bekannte Sinterung gleichzeitig oder anschlie#end mit einem Zug ir.
Querrichtung verbinder, welcher bis zur Reckung der Fol@ gesteigert werden kann,
und d@durch planliegende Folien erhält, weiche l@icht aufgewickelt werden können.
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Zweckmä@ig führt man diese Behandlung zu einem Zeitpunkt durch, in
welchem d@e @interung bereits @@ weit fortgeschritten ist,
daß die
durch das Sintern verbesserten Festigkeitseigenschaften in Querrichtung ein Ziehen
der Folie in die Breite gestatten. Durch starkes Ziehen in die Breite kann die Dicke
der Folie verringert werden, so daß nach vorliegendem Verfahren nach Beendigung
des Walz-und Sintervorganges noch eine weitere Verringerung der Foliendicke herbeigeführt
werden kann.
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Außerdem kann man auch auf die Folie einen Zug in Längsrichtung ausüben,
durch welchen ebenfalls eine Reckung erfolgen kann.
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Die Querreckung, verbunden mit der Verhinderung der Fnltenbildung,
kann in vorteilhafter Weise durch eine Kluppenstrecke wie beachrieben in DBP . ...
... (F 5G 226 X/39a), durchgeführt werden. Die durch die Querreckung der Folie verliehene
Orientierung stört bei der Verwendung der Folie nicht, da unterhalb der maximalen
Gebrauchstemperature von ca. 260°C kein merklicher Rückschrumpf stattfindet.
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Andererseits können gegebenenfalls die nach dem Verfahren der Erfindung
hergestellten längs- oder biaxial-gereckten Folien bei einer Temperatur über 3300C
geschrumpft werden. So werden beispielsweise Kabel oder Walzen mit Bändern aus ungesinterten
oder gesinterten Walzfolien umwickelt; durch anschließendes Erhitzen auf über 3300
schrumpft die Folie fest um den Gegenstand, wobei eine Schrumpfung von 8 bis 40
ffi erreicht wird und die Schrumpfkräfte ausreichen, um einzelne Folienlagen zusammenzusintern.
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Des erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Folien
in einem Dickenbereich, der bisher nur durch das teure Gießverfahren zugänglich
war.
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Wie Tabelle 3 zeigt, sind die nach dem neuen Verfahren hergestellten
Folien in ihren Eigenochatten den nach dem SchEl-und Gießverfahren hergestellten
Polytetrafluoräthylen-Folien mindestens gleichwertig und in einigen Eigenschaften
sogar
überlegen. Gemäß der Erfindung lassen sich jedoch derartige
Folien wesentlich einfacher herstellen als nach den bekannten Verfahren, wobei marktgerechte
Polytetrafluoräthylen-Folien mit einer Längszerrei#festigkeit von 350 bis 1000 kp/cm2
und einer Querzerrei#festigkeit von 70 bis 200 kp/cm2, (beide bestimmt nach DIN
53 371) erhalten werden, welche beim Test auf Weiterrei#festigkeit in Querrichtung
(nach ASTM D 689) nicht weiter gerissen werden konnten und oberhalb ihies Erweichungspunktes
eine Längs schrumpfung von 8 bis 40 ffi aufweisen.
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Tabelle 3
| Schälfolie Gießfolie gesinterte Folie |
| nuch neuem Ver- |
| fahren, Anspruch 1 |
| Dicke /u 50 50 50 |
| Zerri#festigkeit 15 längs 310 390 440 |
| kp/cm quer 210 390 170 |
| Bruchdehnung li längs 210 500 70 |
| % quer 290 475 100 |
| Weiterrei#festigkeit 2) längs 48 48 40 |
| Elmendorf gem/g quer 48 48 rei#t nicht weiter |
| Durchschlagsfestigkeit 3) 66 90 81 |
| KV/mm |
| Ma#beständigkeit in % längs -2 -3 -2 |
| 250 C 1/4 h quer +0,5 -2 -1 |
| 350°C 1/4 h länge -2 -8 -12 |
| quer -1 -8 -3 |
| Reibungskoeffizient 0,114 0,122 0,108 |
| 2 kp Belastung |
Ma#methoden: 1) DIN 53 371 2) ASTM D 689 3) DIN 53 461