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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein aus einem porösen
Polytetrafluorethylenharz bestehendes Material, welches zur Verwendung als
ein elektrisch isolierendes Material geeignet ist.
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Polytetrafluorethylenharze (im nachfolgenden als "PTFE" bezeichnet)
werden in weitem Umfange in verschiedenen Anwendungen als ein
Ergebnis ihrer hervorragenden elektrischen Eigenschaften,
Wärmebeständigkeit und chemischen Widerstandsfähigkeit benutzt. In Fällen, in
denen solche Harze als elektrisch isolierende Materialien verwendet
werden, sind Versuche unternommen werden, um die elektrischen
Eigenschaften dadurch zu verbessern, daß die genannten Harze porös
gemacht werden.
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Wei geschmolzenes PTFE eine ausgeprägt hohe Viskosität aufweist,
können Verschäumungsverfahren, die bei gewöhnlichen
thermoplastischen Harzen oder anderen Fluorharzen angewendet werden (z.B.
physikalisches Verschäumen, welches durch Blasen in einem Inert-Gas
ausgeführt wird, oder chemisches Verschäumen, das mit Hilfe von
Schaumbidern ausgeführt wird, und dergleichen), nicht dazu benutzt werden,
um PTFE zu verschäumen. Infölgedessen mußten spezielle Verfahren
benutzt werden, um poröses PTFE herzustellen. Ein Verfahren besteht
in einem Verfahren, bei welchem (i) Substanzen, die durch Extraktion
oder Lösung entfernt werden können, mit PTFE gemischt werden, die
Mischung unter Druck geformt wird und die vorgenannten Substanzen
sodann entfernt werden. Ein anderes Verfahren ist eines, bei welchem
ein flüssiges Schmiermittel dem feinpulverisiertem PTFE hinzugefügt
wird, diese Mischung unter Bedingungen geformt wird, unter welchen
eine Scherkraft durch Extrusion oder Walzen aufgebracht wird, das
vorgenannte flüssige Schmiermittel sodann entfernt wird und das
Material sodann gezogen und gesintert wird. Es gibt noch ein anderes
Verfahren, welches darin besteht, daß ein aus ungesintertem PTFE
bestehender Formling in einer Flüssigkeit gezogen wird, welche PTFE
benetzen kann (z.B. ein halogenierter Kohlenwasserstoff, ein
Ölkohlenwasserstoff, Alkohol oder Keton usw.), und sodann gesintert wird.
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Jedoch ist bei allen diesen Verfahren das erhaltene poröse Material ein
kontinuierlich poröses Material. Dies führt dazu, daß die inneren Poren
selbst durch eine geringe Druckkraft leicht zerdrückt werden, so daß
Teile des Materials, welche dem Druck ausgesetzt werden, dazu neigen,
in eine nichtporöse Struktur umgewandelt zu werden. Diese Neigung ist
insbesondere in Fällen deutlich, in denen die Porosität erhöht wird, um
die Dielektrizitätskonstante zu erniedrigen. Infolgedessen neigen in
Fällen, in denen solche Materialien zu Bändern oder Folien usw.
geformt und als Isolierungen für elektrische Drähte oder Kabel oder
Schaltkarten usw. benutzt werden, die elektrischen Eigenschaften des
Materials (Dielektrizitätskonstante usw.) dazu, unstabil zu werden, so
daß die genannten Materialien außerordentlich schwierig zu handhaben
sind.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein poröses PTFE-Material vor, welches
Poren aufweist, die schwer zu zerdrücken sind, und welches daher dazu
befähigt ist, stabie elektrische Eigenschaften aufrechtzuerhalten.
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Das poröse PTFE-Material gemäß der vorliegenden Erfindung enthält
ein gesintertes Fluorharz-Pulver oder ein bestrahltes Fluorharz-Pulver
innerhalb der porösen Zwischenräume eines kontinuierlich porösen
Polytetrafluorethylenharz-Basismaterials.
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Das gesinterte oder bestrahlte Material wird im folgenden zuweien als
"hart" bezeichnet.
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Das poröse PTFE-Material, das bei der vorliegenden Erfindung benutzt
wird, kann nach irgendeinem bekannten Verfahren hergestellt sein.
Jedoch ist es wünschenswert, ein Basismaterial zu verwenden, das durch
Ziehen oder Recken porös gemacht worden ist, um zu gewährleisten,
daß eine hohe Porosität erhalten wird, und um somit eine gute
Zurückhaltung des harten Fluorharzes zu erzielen. Wenn es gezogen wird,
bidet das PTFE eine feine, kontinuierlich poröse Struktur, die aus
Fasern
und Knoten besteht, welche durch die genannten Fasern miteinander
verbunden sind.
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Beispiele von Pulvern, welche als das harte Fluorharz-Pulver innerhalb
der porösen Zwischenräume des oben erwähnten porösen
PTFE-Basismaterials verwendet werden können, umfassen (a) ein hartes PTFE-
Pulver, das durch Sintern eines ungesinterten PTFE-Pulvers zuvor bei
einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von PTFE (327ºC bis
400ºC) erhalten wird, wobei sodann dieses gesinterte PTFE mechanisch
oder durch ein Verfahren, wie z.B. Bestrahlung mit einem
Elektronenstrahl usw. pulverisiert wird, und (b) ein Pulver, das durch Strahlungs-
Brückenbidung eines Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer-Harzes
(EPTFE) erhalten wird, wobei sodann dieses Harz pulverisiert wird
usw.. Es gibt keine besonderen Beschränkungen der Menge des
benutzten Fluorharzes; diese Menge kann zweckmäßigerweise in dem Bereich
von ungefähr 5 bis 20 Gew.-% gesetzt werden. In Fällen, in welchen
das Material der vorliegenden Erfindung als ein elektrisch isolierendes
Material benutzt wird, ist ein Gehalt an Fluorharz-Pulver von ungefähr 5
bis 10 Gew.-% wünschenswert. Die oben erwähnten Fluorharze werden
gewöhnlicherweise in der Form von feinen Pulvern verwendet.
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Um solche Pulver innerhalb der porösen Zwischenräume des
vorgenannten porösen PTFE-Basismaterials zu erhalten, ist ein Verfahren nützlich,
bei welchem das Basismaterial mit einer Dispersion des Pulvers
imprägniert wird. Weiterhin ist es ebenfalls wirksam, Ultraschallwellen zu
verwenden, um das Basismaterial mit einer Dispersion des benutzten
Fluorharz-Pulvers zu imprägnieren. Eine Flüssigkeit, welche dazu
geeignet ist, das poröse PTFE-Basismaterial zu befeuchten, und welches
dazu befähigt ist, das Fluorharz-Pulver durchgehend zu dispergieren,
wird als das Dispersionsmedium der vorerwähnten Dispersion
verwendet. Beispielsweise ist ein Lösungsmittel vom Fluor-Typ geeignet. In
Fällen, in denen es wünschenwert ist, eine große Menge des
vorgenannten Fluorharz-Pulvers in die porösen Zwischenräume des porösen PTFE-
Basismaterials einzuführen, so kann dies durch Imprägnieren des
porösen PTFE-Basismaterials mehrere Male mit einer Dispersion
bewerkstelligt werden, die ein Fluorharz-Pulver enthält, dessen Teilchengröße
kleiner ist als die Porengröße des porösen PTFE-Basismaterials. In
solchen Fällen kann ein Fluorharz-Pulver mit einer Teilchengröße von
ungefähr 0,1 bis 10 Mikron benutzt werden.
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Die Porosität des porösen PTFE-Materials wird als ein Ergebnis des
Füllens der Poren des genannten Materials mit dem vorgenannten
Fluorharz-Pulver herabgesetzt; jedoch kann diese herabgesetzte Porosität
erneut dadurch erhöht werden, daß das gefüllte PTFE-Material einem
weiteren Ziehverfahren unterworfen wird. In diesem Falle werden, weil
das vorerwahnte Fluorharz-Pulver innerhalb der porösen Zwischenräume
des PTFE-Materials vorhanden ist, die Poren nicht leicht
zusammengedrückt, selbst wenn die Porosität des Materials hoch ist. Wei das
poröse PTFE-Material das harte Fluorharz-Pulver innerhalb der porösen
Zwischenräume des genannten Materials aufweist, wird ein
Zusammendrücken oder -Quetschen der Poren durch Druckkräfte wirksam
verhindert. Weiterhin wird, wenn ein ungesintertes poröses
PTFE-Material, welches das vorgenannte Fluorharz-Pulver enthält, gesintert wird,
das harte Fluorharz-Pulver mit dem PTFE-Basismaterial in den
Oberflächenbereichen schmelzgebunden, so daß die Formstabilltät gegenüber
Druckkräften deutlich verbessert wird. Darüber hinaus, wei die
elektrischen Eigenschaften des Fluorharzes die gleichen wie diejenigen des
PTFE-Basismaterials sind (oder sehr nah bei diesen liegen), weist die
Beimischung des genannten Fluorharzes zu dem porösen Material eine
geringe Auswirkung auf die elektrischen Gesamteigenschaften auf.
Dementsprechend kann ein Material mit einer niedrigen
Dielektrizitätskonstanten und stabilen elektrischen Eigenschaften als ein Ergebnis der
vorerwähnten verbesserten Druck-Widerstandsfähigkeit erzielt werden.
Beispiele
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Das poröse PTFE-Material der vorliegenden Erfindung wird in Form
von praktischen Beispielen unten beschrieben.
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Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese praktischen
Beispiele beschränkt.
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Die "Porengröße" wird durch M.F.P. (Mean Flow Pore Size = mittlere
Durchströmungs-Porengröße) bestimmt. Die Porosität wird durch
Messen eines scheinbaren Volumens (A) des expandierten porösen PTFE
in Wasser bestimmt. Zu dieser Zeit dringt das Wasser nicht in die
Zwischenräume der Porosität aufgrund der Eigenschaft von PTFE ein. Als
nächstes wird das expandierte poröse PTFE in Methanol eingetaucht, um
es dem Methanol zu erlauben, in die Poren während eines Tages bei
üblicher Temperatur und bei üblichem Druck einzudringen. Nach dem
vollständigen Eindringen des Methanols in die Poren, wird das Volumen
des expandierten porösen PTFE gemessen. Das Volumen wird als ein
Realvolumen (B) bezeichnet. Der Grad der Porosität wird gemäß der
folgenden Formel ermittelt.
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Der Grad der Porosität (%) = ein scheinbares Volumen (A) - ein
Realvolumen (B)/ ein scheinbares Volumen (A) x 100.
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Eine Folie aus einem ungesinterten porösen PTFE mit einem mittleren
Porendurchmesser von 3 Mikron, einer Porosität von 65 % und einer
Dicke von 100 Mikron wurde als ein poröses PTFE-Basismaterial
zubereitet. Unterdessen wurde ein PTFE-Pulver durch Sintern eines
ungesinterten PTFE-Pulvers bei einer Temperatur oberhalb seines
Schmelzpunktes erhalten und sodann wurde dieses gesinterte Material pulverisiert.
Ein Fluorharz-Pulver (FLUO HT, hergestellt durch Micro-Powders Co.,
mittlere Teilchengröße: 2 Mikron) wurde zu einem fluorhaltigen
organischen Lösungsmittel (Fluorinate FC72, hergestellt durch 3M Co.)
hinzugefügt und mit diesem gemischt. Diese Dispersion wurde in ein
Metallgefaß eingebracht und das genannte Gefäß wurde auf einem
Ultraschallvibrator angeordnet (Frequenz: 28 kHz, Ausgangs1eistung: 1200
W). Das vorerwähnte, folienförmige poröse PTFE-Basismaterial wurde
in diese Dispersion für 5 Minuten eingetaucht, während
Ultraschallwellen angewendet wurden, und das resultierende Material wurde
getrocknet. Als nächstes wurde die Folle umgedreht (d.h., die obere und
die untere Oberfläche wurde umgekehrt), und der gleiche Prozeß des
Eintauchens unter der Einwirkung von Ultraschallwellen, gefolgt durch
Trocknen, wurde wiederholt. Im Anschluß daran wurde die Folie für
drei Minuten bei 350ºC gesintert (unter Bedingungen, welche ein
Schrumpfen durch Wärme verhindern), und sie wurde sodann gezogen,
um das poröse PTFE-Material gemäß der vorliegenden Erfindung
herzustellen. Diese folienförmige poröse PTFE-Material enthielt 10 Gew.-%
PTFE-Pulver in seinen porösen Zwischenräumen; die Porosität des
Materials war 65 % und die Dielektrizitätskonstante war 1,3. Um die
Widerstandsfähigkeit dieser Folie gegenüber Druck zu ermitteln, wurde
eine Last von 0,1 kg/cm² für 10 Minuten aufgebracht, woraufhin die
Porosität und die Dielektrizitätskonstante der Folie gemessen wurden.
Die erzielten Resultate sind in der unten stehenden Tabelle gezeigt.
Beispiel 2
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Es wurde ein Material hergestellt und untersucht, wie im praktischen
Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß überbrücktes ETFE, das durch
Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl pulverisiert wurde, als das
Fluorharz-Pulver anstelle von PTFE verwendet wurde. Die erzielten
Resultate sind in der unten stehenden Tabelle gezeigt.
Vergleichsbeispiel
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Es wurde eine Folie wie in Beispiel 1, ohne Verwendung eines
Fluorharz-Pulvers, zubereitet und dem Testverfahren unterworfen. Die
erzielten Resultate sind in der unten stehenden Tabelle gezeigt.
Probe
Beispiel
Vergleichendes Beispiel
Gegenstand gemessen
Porosität
Dielektrizitäts-Konstante
Vor Belastung
Nach Belastung
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Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, ist die Wirkung des
vorerwähnten Fluorharz-Pulvers auf die Dielektrizitätskonstante gering.
Weil die Materialien der Erfindung eine geringe Variation in der
Dielektrizitätskonstanten zeigen, ist es offensichtlich, daß poröse
PTFE-Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung Poren aufweisen, welche
durch Kräfte nicht leicht zusammengedrückt werden.
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In den oben erläuterten Beispielen wurde ein ungesintertes, poröses
PTFE-Basismaterial mit einer Dispersion eines Fluorharz-Pulvers
imprägniert, woraufhin das poröse PTFE-Material gesintert wurde. Es ist
jedoch ebenfalls möglich, ein gesintertes poröses PTFE-Basismaterial
mit einer solchen Dispersion zu imprägnieren. Es ist ferner nicht immer
notwendig, daß das poröse PTFE-Material vollständig gesintert wird; in
Abhängigkeit von der beabsichtigten Anwendung kann es möglich sein,
ein ungesintertes Material oder ein halbgesintertes Material zu
verwenden. Selbst im Falle eines ungesinterten Materials macht das
Vorhandensein des vorerwähnten Fluorharzes die porösen Zwischenräume
widerstandsfähiger gegenüber einem Zusammendrücken als sie es in einem
Material sind, welches kein Fluorharz-Pulver enthält.