DE19639056A1

DE19639056A1 - Biaxial orientierte PET-Folie zur Verwendung für SMD-fähige Folienkondensatoren, Verfahren zur Herstellung dieser Folie und Verwendung derselben für Folienkondensatoren in der SMD-Technik

Info

Publication number: DE19639056A1
Application number: DE1996139056
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Kurz; Annegrete Bursch; Franz Hora; Bodo Kuhmann; Ulrich Schaller
Original assignee: Mitsubishi Polyester Film GmbH
Current assignee: Mitsubishi Polyester Film GmbH
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1996-09-24
Publication date: 1998-03-26

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Polyesterfolien, insbesondere PET-Folien, die aufgrund ihrer verbesserten Schrumpfeigenschaften sich besonders zur Herstellung von Kondensatoren für die SMD-Technik eignen. Insbesondere für Kondensatoren, die in der SMD-Technik verwendet werden, benötigt man Folien mit geringer Dicke und Temperaturbeständigkeit. Dies bringt Vorteile bei der Raumnutzung des Kondensators und beim Lötvorgang.

Eingesetzt werden zur Zeit PEN- und PPS-Folien für Folienkondensatoren in der SMD-Technik. PEN- und PPS-Folien haben einen deutlich höheren Schmelzpunkt, PEN ca. 265°C und PPS ca. 285°C, als PET-Folien (ca. 255°C), und haben deshalb eine andere Schrumpfcharakteristik. Von entscheidendem Nachteil ist jedoch der hohe Preis solcher PEN- und PPS-Folien. Es ist bekannt, daß z.Zt. auf dem Markt erhältliche PET-Folien zur Herstellung von Kondensatoren für die SMD-Technik nicht geeignet sind. Die PET-Kondensatoren sind nach der zur Herstellung benötigten Temperung mechanisch instabil.

Damit PET-Folien die benötigte Wärmestabilität besitzen, muß der Schrumpf besonders in Querrichtung bei hohen Temperaturen so weit abgebaut werden, daß die Herstellung der Kondensatoren gelingt und daß die Lötbadbeständigkeit der Kondensatoren gegeben ist.

Nach JP-B-63/004499 (Toray) werden biaxial orientierte Polyesterfolien mit niedrigen Schrumpfwerten dadurch eingestellt, daß zusätzlich ein weiterer Wärmebehandlungsschritt durchgeführt wird.

In EP-A-0 402 861 (DHC) und JP-A-63/011326 (Toray) werden Folien mit einem sehr niedrigen Längsschrumpf beschrieben. Beschrieben wird in EP-A-0 402 861 ein erster Temperschritt bei 225°C bis 260°C mit einer Relaxation von 1 bis 15% und anschließender, zweiter Relaxation von 0,01 bis 10% bei Temperaturen unterhalb von 180°C. Diese Folien sind deshalb nachteilig, weil der dort beschriebene Längsschrumpf so gering ist, daß die daraus hergestellten Kondensatoren nicht genug verfestigt sind. Daraus resultiert ein schlechter Isolationswiderstand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, eine SMD-taugliche PET-Folie zur Verfügung zu stellen. Die Folie soll einen sehr niedrigen Querschrumpf auch bei hohen Temperaturen aufweisen, damit die daraus hergestellten Kondensatoren nach der Temperung mechanisch stabil sowie lötbadbeständig sind. Außerdem soll die Folie den zur Verfestigung der Kondensatoren benötigten Längsschrumpf aufweisen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine biaxial orientierte Folie mit einer Dicke von 12 µm, die folgende Eigenschaften aufweist:

T_s (TD); 160°C
S 200 (TD): 5%
S 200 (MD): 2%-5%
Schrumpfkräfteverhältnis N_S 220/N_S 160: 5,0
Folienfixierpeak: 210°C
Foliendichte: 1,395-1,409 g/cm³.

Die Erfindung betrifft dementsprechend eine biaxial orientierte ein- oder mehrschichtige Polyesterfolie, die ein- oder zweiseitig beschichtet sein kann, mit einer Gesamtdicke von 12 µm, wobei T_s (TD) die Temperatur (°C) ist, bei der der Schrumpf (gemessen mittels TMA-Analyse) in Querrichtung beginnt, S 200 (TD) ist der Schrumpf (%) bei 200°C in Querrichtung, S 200 (MD) der Schrumpf (%) bei 200°C in Längsrichtung und N_s 220 die Schrumpfkraft (N) bei 220°C und N_s 160 die Schrumpfkraft (N) bei 160°C in Querrichtung. Der Folienfixierpeak ist die maximal erlebte Temperatur der Folie (mittels DSC-Analyse gemessen).

Die Erfindungsgemäße Folie besitzt eine Dicke von 12 µm, vorzugsweise 8 µm und insbesondere von 6 µm.

Der Querschrumpf der Folie bei 200°C ist < 5, bevorzugt < 3 und besonders bevorzugt 2% sein, da sonst der aus dieser Folie hergestellte Kondensator beim Löten zu stark eingeschnürt wird.

Wenn der Längsschrumpf außerhalb der Spezifikation 2% × 5% ist, ist die mechanische Stabilität des aus der Folie hergestellten Kondensators nicht mehr gegeben.

Der Folienfixierpeak liegt bei 210°C, vorzugsweise 215°C und insbesondere 220°C. Dies gewährleistet, daß die Folie bei den weiteren Verarbeitungsschritten, deren Temperaturen gewöhnlich im Bereich von 220 bis 250°C liegen, temperaturstabil bleibt.

Die Dichte des zur Folienherstellung verwendeten Polyesters liegt im Bereich von 1,395 bis 1,409 g/cm³. Wenn dieser Wert oberhalb der Spezifikation liegt, ist die Folie zu kristallin und würde bei der Kondensatorherstellung zu einer Sprödigkeit der Folie und damit zum Ausfall des Kondensators führen. Liegt er unterhalb der Spezifikation, so ist die Orientierung und damit die Festigkeit der Folie zu gering.

Die erfindungsgemäße Folie wird aus Polyesterrohstoffen hergestellt. Unter Polyesterrohstoffen werden Zusammensetzungen verstanden, die zum überwiegenden Teil, d. h. zu mindestens 80 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, aus einem Polymer, ausgewählt aus der Gruppe Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalt (PEN), Poly-1,4-dicyclohexandimethylenterephthalat (PCT), Polyethylennaphthalatbibenzoat (PENBB) und Blends dieser Polymere bestehen. Bevorzugt sind Polyesterrohstoffe, die vorzugsweise im wesentlichen aus Ethylenterephthalateinheiten und/oder vorzugsweise bis 30 Mol-% aus Comonomereinheiten aufgebaut sind, wobei eine Variation in der Glykol- und/oder der Säurekomponente der Comonomereinheiten möglich ist. Die Herstellung der Polyester kann sowohl nach dem Umesterungsverfahren mit den üblichen Katalysatoren, wie z. B. Zn-, Ca-, Li- und Mn-Salzen oder nach dem Direktveresterungsverfahren erfolgen.

Der Polyesterrohstoff enthält gegebenenfalls die zur Herstellung von Kondensatorfolien zur Verbesserung der Schlupf- und Gleiteigenschaften üblichen Additive (Partikel), z. B. anorganische Pigmente wie Kaolin, Talk, SiO₂ MgCO₃, CaCO₃, BaCO₃, CaSO₄, BaSO₄, LiPO₄, Ca₃(PO₄)₂, Mg₃(PO₄)₂, TiO₂, Al₂O₃, MGO, SiC, LiF oder die Ca-, Ba-, Mn-Salze der Terephthalsäure. Es können allerdings auch Teilchen auf Basis vernetzter, unschmelzbarer, organischer Polymeren wie z. B. Polystyrole, Polyacrylate, Polymethacrylate zugesetzt werden. Bevorzugt werden die Partikel in einer Konzentration von 0,005 bis 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Konzentration von 0,01 bis 2,0 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht der Schicht) eingesetzt. Die durchschnittliche Teilchengröße beträgt 0,001 bis 10 µm, bevorzugt 0,005 bis 5 µm.

Die Polyesterfolien können nach bekannten Verfahren aus oben beschriebenen Rohstoffen oder in Kombination obiger Polyesterrohstoffe mit weiteren Rohstoffen oder üblichen Additiven in üblicher Menge von 0,1 bis maximal 10 Gew.-% sowohl als Monofolien als auch als mehrschichtige, gegebenenfalls coextrudierte Folien mit gleichen oder unterschiedlich ausgebildeten Oberflächen hergestellt werden, wobei eine Oberfläche beispielsweise pigmentiert ist und die andere Oberfläche kein Pigment enthält. Ebenso können eine oder beide Oberflächen der Folie nach bekannten Verfahren mit einer üblichen funktionalen Beschichtung versehen werden.

Bei dem bevorzugten Exfrusionsverfahren zur Herstellung der Polyesterfolie wird das aufgeschmolzene Polyestermaterial durch eine Schlitzdüse extrudiert und als weitgehend amorphe Vorfolie auf einer Kühlwalze abgeschreckt. Dieser Folie wird anschließend erneut erhitzt und in Längs- und Querrichtung bzw. in Quer- und in Längsrichtung bzw. in Längs-, in Quer- und nochmals in Längsrichtung und/oder Querrichtung gestreckt. Die Strecktemperaturen liegen im allgemeinen bei T_g+10°C bis T_g+60°C, das Streckverhältnis der Längsstreckung liegt üblicherweise bei 2 bis 6, insbesondere bei 3 bis 4,5, das der Querstreckung bei 2 bis 5, insbesondere bei 3 bis 4,5 und das der gegebenenfalls durchgeführten zweiten Längsstreckung bei 1,1 bis 3. Die erste Längsstreckung kann gegebenenfalls gleichzeitig mit der Querstreckung (Simultanstreckung) durchgeführt werden. Anschließend folgt die Thermofixierung der Folie bei Ofentemperaturen von 200 bis 260°C, insbesondere bei 220 bis 250°C. Entscheidend für die Herstellung der erfindungsgemäßen Folie ist das tatsächliche Temperaturerlebnis der Folie und nicht die Umgebungstemperatur im Herstellungsprozeß. Beispielsweise kann bei sehr hohen Geschwindigkeit der Produktionsmaschine die Ofentemperatur, d. h. die Umgebungstemperatur, erheblich über der Temperatur liegen, die die Folie tatsächlich beim Durchlaufen dieses Ofens erfährt. Die maximale Temperatur, die die Folie während ihres Herstellungsprozesses tatsächlich erlebt, läßt sich mittels DSC-Analyse an einer fertigen Folie ermitteln. Diese Temperatur, gemessen mittels DCS-Analyse, liegt bei der erfindungsgemäßen Folie bei 210°C, bevorzugt 215°C, besonders bevorzugt 220°C, entsprechend der beim SMD-Prozeß benutzten Löttemperatur. In der Fixierzone wird die Folie in Querrichtung um insgesamt 5 bis 15% relaxiert. Entscheidend ist neben dieser Gesamtrelaxation von 5-15% die Relaxiationsgeschwindigkeit, die erfindungsgemäß bei < 20% liegt. Dies ist sehr wichtig für die Einstellung des Schrumpfes in Querrichtung. Die Relaxiationsgeschwindigkeit ist der Quotient aus der Relaxiation in % und der Zeit in s in der die Relaxiation stattfindet.

Die Relaxiation kann in mehreren diskreten Schritten, aber auch in einem Schritt erfolgen, wobei die Relaxiation in mehreren Schritten, insbesondere über eine längere Strecke bevorzugt wird. Anschließend wird die Folie abgekühlt und aufgewickelt. Das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung von Polyesterfolien mit reduziertem Querschrumpf ist nicht nur auf Polyester sondern auch auf andere thermoplastische Polymere anwendbar.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiele

Zur Charakterisierung der erhaltenen Folien dienten die folgenden Meßmethoden:

Schrumpf

Der Thermische Schrumpf wurde an 10 cm großen Quadraten bestimmt. Die Proben (L₀) werden genau ausgemessen und 15 Minuten in einem Umlufttrockenschrank bei der jeweils angegebenen Temperatur getempert. Die Proben (L) werden entnommen und bei Raumtemperatur genau ausgemessen.

Anfangstemperatur des Schrumpfes

Zur Bestimmung der Temperatur T_s, bei der der Schrumpf der Folie beginnt, wird die TMA-Analyse mit einem Gerät der Fa. Mettler durchgeführt. Die 10 mm×6 mm großen Proben werden bei einer Heizrate von 10 K/min und einer Kraft von 5 mN gemessen.

Schrumpfkraft

Die Schrumpfkraft in Abhängigkeit der Temperatur wird mittels thermomechanischer Analyse mit dem Geräte Thermofil-M durchgeführt. Die 100×8 mm großen Proben werden bei einer Heizrate von 10 K/min und einer Vorspannkraft von 2 cN gemessen.

Folienfixierpeak

Der Folienfixierpeak wird mittels DSC-Analyse mit einem Geräte der Fa. Du Pont ermittelt. Beim ersten Aufheizen bei einer Heizrate von 20 K/min tritt ein endothermer Peak auf.

Dichte

Dichten werden in Übereinstimmung mit ASTM D 1505-68 durch Eintauchen von Proben in Dichtegradientensäulen bestimmt. Zur Herstellung von der Dichtegradientensäule werden Gemische aus CCl₄/Heptan verwendet.

Beispiel 1

PET-Chips wurden bei 160°C getrocknet und bei 280 bis 310°C extrudiert. Das geschmolzene Polymer wurde aus einer Düse über eine Abzugswalze abgezogen. Der verstreckte Film wurde um den Faktor 3,8 in Maschinenrichtung bei 115°C gestreckt. In einem Rahmen erfolgte bei 120°C eine Querstreckung um den Faktor 4,0. Anschließend wurde die Folie thermofixiert, der ermittelte Folienfixierpeak lag bei 226°C. Die Folie wurde in gleichmäßigen Schritten in Querrichtung 6% mit einer Relaxationsgeschwindigkeit von 2,2%/s relaxiert.

Vergleichsbeispiel 1

Eine biaxial orientierte Folie wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, mit dem Unterschied, daß die Folie bei 210°C (= Folienfixierpeak) thermofixiert wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Eine biaxial orientierte Folie wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt jedoch ohne Relaxation der Folie in Querrichtung.

Vergleichsbeispiel 3

Eine biaxial orientierte Folie wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, jedoch wurde die Folie in Querrichtung mit 2,5% relaxiert.

Beispiel 2

Eine biaxial orientierte Folie wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, der ermittelte Folienfixierpeak lag jedoch diesmal bei 242°C und die Folie wurde in Querrichtung 11% relaxiert.

Vergleichsbeispiel 4

Eine biaxial orientierte Folie wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, jedoch ohne Relaxation der Folie in Querrichtung.

Vergleichsbeispiel 5

Eine biaxial orientierte Folie wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, jedoch wurde die Folie in Querrichtung 2,5% relaxiert.

In Tabelle 1 sind die Eigenschaften der Folien aus den Beispielen zusammengefaßt.

Claims

l. Ein- oder mehrschichtige biaxial orientierte Polyesterfolie mit einer Dicke von 12 µm, wobei T_s (TD) 160°C
S 200 (TD) 5%
S 200 (MD) 2-5% Folienfixierpeak 210°C
Foliendichte 1,395-1,409 g/cm³ istund T_s (TD) die Temperatur ist, bei der der Querschrumpf beginnt, S 200 (TD) der Schrumpf in Querrichtung (in %) bei 200°C ist, S 200 (MD) der Schrumpf in Maschinenrichtung (in %) bei 200°C ist, N_S 220 die Schrumpfkraft (in N) bei 220°C ist und N_S 160 die Schrumpfkraft (in N) bei 160°C ist.
2. Polyesterfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß S 220 (TD) 3 % ist.
3. Polyesterfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß S 220 (TD) 2 % ist.
4. Polyesterfolie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienfixierpeak bei 215°C liegt.
5. Polyesterfolie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienfixierpeak bei 220°C liegt.
6. Polyesterfolie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Oberflächen der Folie mit einer funktionalen Schicht beschichtet sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Polymerfolie, wobei eine aufgeschmolzene Polymerschmelze auf eine Kühlwalze extrudiert und anschließend sequentiell in Längs- und dann in Querrichtung oder in Quer- und dann in Längsrichtung oder simultan in Längs- und in Querrichtung gestreckt und gegebenenfalls daran anschließend nochmals in Längs- und/oder Querrichtung gestreckt wird und anschließend thermofixiert wird, wobei die Folie während der Thermofixierung mit einer Relaxationsgeschwindigkeit von < 20%/s relaxiert wird und wobei die Folie während des Herstellprozesses ein maximales Temperaturerlebnis von 210°C (gemessen mittels DSC-Analyse an der fertigen Folie) erfährt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie während der Thermofixierung um 5-15% relaxiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaxationsgeschwindigkeit < 10%/s ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaxationsgeschwindigkeit < 5%/s ist.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Polyester ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyester überwiegend aus Polyethylenterephthalat besteht.