DE69722453T2

DE69722453T2 - Multiaxial orientierte fluorpolymerfolien und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69722453T2
Application number: DE69722453T
Authority: DE
Inventors: Donald Shannon; John Mcintyre; Chris Kuo; Chris Mccollam; Robert Peterson
Original assignee: Edwards Lifesciences Corp
Current assignee: Edwards Lifesciences Corp
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: WO1997032714A1; EP0958125A1; DE69722453D1; CA2247982A1; EP0958125B1; US6099791A

Description

Allgemeines zur Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Fluoropolymer-Folie und insbesondere auf eine multiaxial ausgerichtete gedehnte poröse Fluoropolymer-Folie für den Einsatz als biomedizinisches Gewebelappentransplantat bzw. Patchgraft.
Stand der Technik
Poröse Fluoropolymer-Folien wurden zu vielen verschiedenen Zwecken eingesetzt, unter anderem zu Einsatzzwecken in der Biomedizin, bei denen Patchgrafts aus Fluoropolymer-Folie chirurgisch in ein vorhandenes Organ oder Gewebe zur chirurgischen operativen Versorgung oder dessen Wiederaufbau anastomosiert werden. Synthetische Patchgrafts dieser Art werden im typischen Fall zur Versorgung von verschiedenen anatomischen Strukturen und Organen herangezogen, unter anderem Biutgefäße; Herz, Haut, Weichteile, das Pericardium, usw.
Ein üblicherweise zur Herstellung poröser Folien verwendetes Fluoropolymer ist Polytetrafluorethylen (nachstehend als "PTFE" bezeichnet). PTFE besitzt eine hervorragende Wärmebeständigkeit, chemische Beständigkeit, die Funktion der Selbst-Lubrizität, des Nicht-Anklebens und der biologischen Verträglichkeit. Infolge dieser wünschenswerten Eigenschaften haben sich poröse PTFE-Folien bei Einsatrbereichen in der Medizin, der Industrie und zu anderen Zwecken weitverbreitet als einsetrbar erwiesen.
Ein grundlegendes Verfahren zur Herstellung poröser PTFE-Folien wird in der US-Patentschrift Nr. 4,478,665 (Gore) beschrieben. Entsprechend diesem grundlegenden Verfahren wird eine PTFE-Paste dadurch hergestellt, dass feines kristallines PTFE-Pulver mit einer bestimmten Menge eines flüssigen Lubrikans vermischt wird. Die Paste wird anschließend extrudiert und kalandriert, um ein feuchtes ungesintertes Folien-Extrudat zu bilden. Die extrudierte Folie wird dann in Einzelteile geschnitten. Die Einzelteile aus PTFE, welche ein flüssiges Lubrikans enthalten, werden in engen Kontakt gebracht. Die extrudierte Folie wird danach getrocknet, entlang mindestens einer Achse gedehnt und gesintert. Der Sintervorgang wird dadurch vorgenommen, dass über eine ausreichend lange Zeit das PTFE-Material auf eine Temperatur über seinem Kristallschmelzpunkt (327°C), jedoch unter der Temperatur, bei der eine Zersetzung des Materials unter Wärmeeinfluss stattfindet, erwärmt wird, um so das PTFE-Polymer im Wesentlichen zur Umwandlung aus seinem kristallinen Zustand in einen amorphen Zustand zu veranlassen. In dieser Hinsicht wird das Sintern des PTFE-Materials gelegentlich als "amorphes Blockieren" des Polymers bezeichnet.
Gedehnte, gesinterte PTFE-Folien, die nach dem vorstehend beschriebenen grundlegenden Verfahren hergestellt werden, besitzen eine Mikrostruktur, die sich dadurch auszeichnet, dass vergleichsweise dichte Bereiche vorhanden sind, die als "Knoten" bekannt sind, welche durch lang gestreckte dünne Fasern bzw. Fibrillen mit einander verbunden sind. Die Festigkeit und Porosität der gesinterten PTFE-Folie sind weitgehend abhängig von der gerichteten Orientierung und dem Abstand zwischen den Fibrillen in der Mikrostruktur.
Die gerichtete Orientierung der Fibrillen in der Mikrostruktur wird durch die Richtungsachse bzw. Richtungsachsen bestimmt, entlang welcher die Folie vor dem Sintern a) kalandriert und b) gedehnt wird. Gesinterte PTFE-Folien, die entlang einer Achse kalandiert und gedehnt wurden, weisen im typischen Fall eine hohe Festigkeit nur in Richtung der Achse auf, entlang welcher die Folie kalandriert und gedehnt wurde. In gleicher Weise können PTFE-Folien, die entlang zweier Achsen kalandriert und gedehnt wurden anschließend entlang beider Achsen eine hohe Festigkeit aufweisen, entlang welchen die Folie zuvor kalandriert und gedehnt wurde.
Es ist wünschenswert, Verfahren zur Herstellung entlang mehrerer Achsen kalandrierter und gedehnter Folien, welche im Wesentlichen isotrope Eigenschaften hinsichtlich ihrer Festigkeit in allen Richtungen aufweisen, zu entwickeln. Derartige multiaxial ausgerichtete Folien können in allen Richtungen hochgradig einheitliche Eigenschaften in Bezug auf die Festigkeit aufweisen, wodurch sie ganz hervorragende Folien zur Verwendung zu Einsatrzwecken wie beispielsweise bei Patchgrafts in der Biomedizin darstellen, bei denen eine multiaxiale Ausrichtung und isotropes Festigkeitsverhalten wünschenswert sind.
Bisherige Ansätze zur Herstellung multiaxial ausgerichteter PTFE-Folien wurden bereits beschrieben. Beispielsweise soll die US-Patentschrift Nr. 4,478,655 (Hubis) ein Verfahren zur Herstellung einer porösen Verbund-PTFE-Folie bzw. „Mehrkomponenten"-PTFE-Folie beschreiben, bei welcher eine Vielzahl einzelner entlang einer einzigen Achse ausgerichteter Folien neben einander angeordnet wird mit wechselnden Ausrichtungen und die Folien anschließend mit einander verschweißt bzw. laminiert werden, um ein Verbundteil zu bilden, welches dann einen Verbund mit multiaxialer Ausrichtung darstellt und ein isotropes Festigkeitsverhalten zeigt.
Auf diesem Gebiet bleibt jedoch die Notwendigkeit bestehen, dass neue und/oder verbesserte Verfahren zur Herstellung dünner poröser Fluoropolymer-Folien geschaffen werden, bei denen die Fibrillen entlang mehrerer Achsen ausgerichtet sind und welche daher nach dem Sintern ein isotropes Festigkeitsverhalten zeigen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung einer gedehnten, porösen, gesinterten, multiaxial ausgerichteten Fluoropolymer-Folie, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen einer Fluoropolymer (z. B. PTFE) -Paste; b) Extr. oder in anderer Weise Verarbeiten der Fluoropolymer-Paste, um eine extrudierte Folie zu formen; c) Kalandrieren der extrudierten Folie entlang einer Achse in einer ersten Richtung; d) Kalandrieren der extrudierten Folie entlang einer Achse in einer zweiten Richtung, die von der Achse in der ersten Richtung verschieden ist; e) Kalandrieren der extrudierten Folie entlang mindestens einer Achse in einer weiteren Richtung, die von den Achsen in der ersten und der zweiten Richtung verschieden ist, hierdurch Bildung einer entlang mehrerer Achsen kalandrierten extrudierten Folie; f) Trocknen der multiaxial bzw. entlang mehrerer Achsen kalandrierten extrudierten Folie; g) Dehnen der entlang mehrerer Achsen kalandrierten extrudierten Folie in radialer Richtung zur Bildung einer radial ausgerichteten Folie (z. B. aus PTFE).
Des weiteren können gemäß der Erfindung die sich wiederholenden Schritte zum Kalandrieren (d. h. die Schritte c) bis e)) bei diesem Verfahren unter Einsatz einer einzigen Kalandriermaschine oder einer Folge einzelner Kalandriermaschinen ausgeführt werden, während die unterschiedliche Ausrichtung des Werkstücks in einer bestimmten Richtung durch Drehen oder Neuausrichtung in anderer Weise der extrudierten Folie vor jedem Durchgang durch die Kalandriermaschine bzw. Kalandriermaschinen erreicht werden kann.
Des Weiteren kann gemäß der Erfindung das Trocknen der multiaxial extrudierten Folie (d. h. Schritt f)) durch Erwärmen der extrudierten Folie auf eine Temperatur vorgenommen werden, die unter dem Schmelzpunkt des Fluoropolymer-Materials liegt, aber ausreichend hoch ist, um die Verdampfung von im Wesentlichen jedwedem flüssigen Lubrikans bzw. Schmiermittel herbeizuführen, das in der extrudierten Folie enthalten ist.
Gemäß der Erfindung kann außerdem der Schritt zum Dehnen der multiaxial kalandrierten extrudierten Folie (d. h. Schritt g)) in radialer Richtung mit Hilfe jeglicher geeigneten Vorrichtung oder dem geeigneten Gerät zur Dehnung in radialer Richtung durchgeführt werden, wozu auch eine Pantographen- bzw. Scherenvorrichtung der in der US-Patentschrift Nr. 3,953,566 (Gore) beschriebenen Art gehört.
Weitere Zielsetzungen und Aspekte der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der Lektüre und dem Verständnis der nachstehenden ausführlichen Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele und bei Berücksichtigung der beiliegenden Zeichnungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Blockdiagramm mit der Darstellung eines bevorzugten Verfahrens zur Herstellung einer multiaxial ausgerichteten, gedehnten Fluoropolymer-Folie (z. B. aus PTFE) gemäß der vorliegenden Erfindung, und
2 stellt eine schematische Ansicht in Diagrammform eines exemplarischen Verfahrens zur Herstellung einer multiaxial ausgerichteten Fluoropolymer-Folie gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die nachstehende ausführliche Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen dienen nur dem Zweck, derzeit bevorzugte Ausführungsformen und erfindungsgemäße Beispiele zu erläutern und darzustellen und sollen keinesfalls den Umfang der Erfindung einschränken.
I. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Fluoropolymer-Folie
1 zeigt hierzu ein Blockdiagramm des grundlegenden Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung. In den nachstehenden Absätren werden die einzelnen Schritte des im Blockdiagramm in 1 dargestellten grundlegenden Verfahrens beschrieben.
Schritt A: Herstellung der PTFE-Paste
Der erste Schritt bei dem Verfahren ist die Herstellung einer extrudierbaren Fluoropolymer-Paste 10.
Schritt B: Extrudieren der Folie
Die in Schritt 10 hergestellte Fluoropolymer-Pastendispersion wird anschließend extrudiert, Schritt 12, um eine feuchte extrudierte Folie zu bilden. Dies wird im typischen Fall dadurch erreicht, dass die Fluoropolymer-Pastendispersion durch eine Extrudiermaschine bei Temperaturen im Bereich zwischen 18 und 50°C geführt wird, um eine feuchte extrudierte Folie zu bilden.
Schritt C: Erstes Kalandrieren der ungesinterten Folie (Achse A₁)
Die feuchte extrudierte Folie wird einem ersten Schritt 14 zur Kalandrierung zugeführt, bei welchem das extrudierte Produkt durch mindestens einen Satz einander gegenüber stehender Kalandrierwalzen aus Edelstahl geführt wird, zwischen denen eine Spaltbreite einstellbar ist. Die Breite des Spalts zwischen den Kalandrierwalzen wird dabei so eingestellt, dass die Stärke der feuchten extrudierten Folie beim Durchgang zwischen den Kalandrierwalzen verringert wird. Im typischen Fall wird die Breite der nicht gesinterten, extrudierten Folie konstant gehalten, doch lässt man zu, dass bei abnehmender Dicke der Folie deren Länge zunimmt.
Ein Beispiel für eine im Handel erhältliche Kalandriermaschine, die für diesen Schritt des Vertahrens geeignet ist, ist der kleine Zwei-Walzen-Block von Killion (Killion Extruders, Inc., Ceder Grove, New Jersey 07009).
Schritt D: Zweites Kalandrieren in der zweiten Richtung (Achse A₂)
Die ungesinterte extrudierte Folie wird anschließend einem zweiten Schritt 16 zur Kalandrierung unterzogen, bei welchem die Folie in einer zweiten Richtung kalandriert wird (Achse A₂), die sich von der ersten Richtung (Achse A₁) unterscheidet, in welcher die Folie während des anfänglichen Kalandrierschritts 14 kalandriert wurde.
Mit der Ausführung dieses zweiten Kalandrierschrittes 16 wird eine biaxiale Ausrichtung der vor-fibrillären Bereiche in der Mikrostruktur der Folie erreicht (d. h. der Bereiche bzw. Gebiete, welche die Fibrillen zwischen den Knoten nach Dehnung der Folie bilden) in den Richtungen der Achsen A₁ und A₂.
Dieser zweite Kalandrierschritt 16 kann unter Verwendung der Art von Kalandriervorrichtung ausgeführt werden, die vorstehend im Zusammenhang mit dem ersten Kalandrierschritt 14 beschrieben wurde.
Schritt E; Drittes und anschließendes Kalandrieren (Achsen A₃ ... A_n)
Im Anschluss an den zweiten Kalandrierschritt 16 wird die ungesinterte extrudierte Folie mindestens einem zusätzlichen Kalandrierschritt 18 unterzogen, um eine weitere Kalandrierung der Folie in der Richtung von mindestens einer weiteren Achse (A₃, A₄, A₅ ...) herbeizuführen. Die zusätzliche Achse (A₃) bzw. zusätzlichen Achsen (A₃, A₄,...) der vor-fibrillären Ausrichtung, zu welcher es durch diese(n) zusätzlichen Kalandrierschritt(e) 18 kommt, unterscheidet sich von der ersten und zweiten Achse A1, A₂ der vor-fibrillären Ausrichtung, zu welcher es während der ersten und zweiten Kalandrierschritt 14, 16 kommt. Dies führt zu einer entlang mehrerer Achsen ausgerichteten, extrudierten Folie.
Der nachfolgende Kalandrierschritt bzw. die nachfolgenden Kalandrierschritte 18 kann bzw. können unter Einsatz einer Kalandriervorrichtung derselben Art wie jene ausgeführt werden, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Kalandrierschritt 14, 16 beschrieben wurde.
Schritt F: Trocknen der gedehnten extrudierten Folie
Die extrudierte Folie wird einem Trocknungsschritt 20 unterzogen, bei welchem das flüssige Schmiermittel bzw. Lubrikans aus der Folie entzogen wird, wodurch ein trockener Film entsteht. Dieser Trocknungsvorgang 20 kann durch Erwärmen der Folie in einem Ofen oder einer anderen geeigneten Heizvorrichtung auf eine Temperatur erreicht werden, die im Bereich zwischen 100°C und 300°C liegt, um so eine rasche Verdampfung des flüssigen Lubrikans aus der Matrix der Folie herbeizuführen. Dieser Trocknungsschritt kann bewerkstelligt werden, während die Folie in einer Panthographenbzw. Scherenvorrichtung festgeklemmt bleibt, die dazu eingesetzt wird, einen anschließenden Schritt zur radialen Dehnung 22 auszuführen, wie er nachstehend beschrieben wird; oder dieser Vorgang kann mit oder ohne irgend eine Arte von Klemmung oder Halterung an der Folie ausgeführt werden.
Schritt G: Radiale Dehnung der entlang mehrerer Achsen kalandrierten extrudierten Folie
Nach Abschluss des Trocknungsschritts 20 wird die ungesinterte extrudierte Folie in radialer Richtung gereckt bzw. gedehnt Schritt (22), Dieser Schritt 22 der radialen Dehnung kann dadurch ausgeführt werden, dass die multiaxial kalandrierte extrudierte Folie bei 300°C in einer Panthographen- bzw. Scherenvorrichtung von der Art befestigt wird, die in der US-Patentschrift Nr. 3,953,566 (Gore) beschrieben wird, und eine derartige Vorrichtung dazu eingesetzt wird, die extrudierte Folie in radialer Richtung zu dehnen, vorzugsweise mit einem Dehnungsverhältnis von 2 : 1 bis 5 : 1.
Alternativ kann dieser Vorgang 22 zur radialen Dehnung durch Blas-Extrusion ausgeführt werden, wobei Luft oder ein anderes Gas gegen eine Seite der ungesinterten extrudierten Folie geblasen bzw. gezwungen wird, während deren Randbereich festgeklemmt oder anderweitig in stationärer Position gehalten wird, wodurch der gewünschte Schritt 22 der radialen Dehnung herbeigeführt wird.
Alternativ kann dieser Schritt 22 der radialen Dehnung dadurch ausgeführt werden, dass der Randbereich der extrudierten Folie in stationärer Position festgeklemmt oder anderweitig festgehalten wird, während eine Schiebevorrichtung, wie zum Beispiel eine lang gestreckte Stange mit abgerundetem oder stumpfem Ende, gegen den Mittelbereich der extrudierten Folie vorgeschoben wird, wodurch erreicht wird, dass der gewünschte Vorgang 22 der radialen Dehnung durchgeführt wird.
Schritt N: Sintern der radial gedehnten extrudierten Folie Im Anschluss an die Trocknung und radiale Dehnung der Folie wird die Folie einem Sinterschritt 24 unterzogen. Bei diesem Sintervorgang 24 wird die Folie vorzugsweise festgehalten oder zwischen zwei ebenen Flächen zusammengedrückt, während sie auf eine Temperatur erwärmt wird, die über dem Schmelzpunkt des kristallinen Fluoropolymers, aber unter der Temperatur liegt, bei der eine durch Wärme herbeigeführte Qualitätsminderung stattfindet. Eine derartige Erwärmung und Halterung der Folie wird über einen ausreichend langen Zeitraum aufrechterhalten, um so ein im Wesentlichen vollständiges Sintern des Fluoropolymers herbeizuführen.
Mit den vorstehend beschriebenen Schritten führt das grundlegende Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Bildung einer entlang mehrerer Achsen ausgerichteten, radial gedehnten Folie aus Fluoropolymer-Material, die eine bevorzugte Dichte von 0,3 bis 1,0 g/cm³ aufweist und im Grundsatr isotrope Festigkeitseigenschaften besitzt.
II. Herstellen einer bevorzugten, radial dehnbaren PTFE-Folie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
2 ist eine schrittweise Darstellung eines Beispiels, bei welchem eine radial ausgerichtete Folie aus PTFE-Material unter Heranziehung des vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wird, das ganz allgemein in dem Blockdiagramm in 1 dargestellt ist.
Entsprechend 2 wird eine bestimmte Menge einer PTFE-Paste 30 dadurch hergestellt, dass ungesintertes PTFE-Material in Form eines feinen Pulvers, dessen Kristallinität über 90% liegt (z. B. F103 oder F104 Virgin PTFE Fine Powder von Dakin America, 20 Olympic Drive, Orangebury, New York, 10962) mit einer Menge eines flüssigen Schmiermittels bzw. Lubrikans versetzt wird, wie zum Beispiel geruchlose mineralische Auszüge bzw. Extrakte (z. B. Isopar^® von Exxon Chemical Company, Houston, Texas 77253-3272), und zwar mit einem Gewichtsverhältnis zwischen Lubrikans und Pulver, das im typischen Fall etwa 25% beträgt. Diese PTFE-Paste 30 weist eine extrudierfähige Konsistenz auf und wird durch einen Extrudierwerkzeug 32 passiert, um ein lang gestrecktes Extrudat 34 zu bilden. Das Extrudat 34 besitzt eine Dicke bzw. Stärke T₁. Das Extrudat 34 wird dann durch eine erste Kalandriervorrichtung 36a geführt (z. B. eine kleiner Zwei-Walzen-Block von Killion, Killion Extruders, Inc., Cedar Grove, New Jersey 07009) und wird dadurch kalandriert, um eine Folie 38 zu bilden, die eine anfängliche Dicke bzw. Stärke T₂ aufweist. Das Extrudat 32 wird anfänglich durch die erste Kalandriervorrichtung 36a in Längsrichtung der ersten Achse A₁ geführt.
Die Folie 38 mit der anfänglichen Stärke T₂ wird zu einem Segment, wie zum Beispiel einen Rechteck oder einen Quadrat, zugeschnitten. Das zugeschnittene Segment der Folie 38 wird dann um 90° gedreht und durch eine zweite Kalandriervorrichtung 36b in Richtung der zweiten Achse A₂ geführt, die senkrecht zur ersten Achse A₁ verläuft. Auf ihrem Weg durch die zweite Kalandriervorrichtung 36b wird die Folie 38 von der anfänglichen Stärke T₂ auf eine geringere Dicke T₃ kalandriert. Außerdem führt der Durchlauf durch die zweite Kalandriervorrichtung 36b zur biaxialen Ausrichtung der vorfibrillären Bereiche der Folie 38. Die Breite der Folie 38 wird während ihres Durchlaufs durch die zweite Kalandriervorrichtung 36b auf einem konstanten Wert gehalten. Die Länge der Folie 38a kann zunehmen, wenn die Stärke von T₂ auf T₃ abnimmt. Somit wurde an diesem Punkt im Ablauf das Foliensegment 38 entlang zweier Achsen in Richtung der beiden senkrecht zu einander stehenden Achsen A₁ und A₂ kalandriert.
Danach wird das Segment der Folie 38 mit der Stärke T₃ um 45° gedreht und durch eine dritte Kalandriervorrichtung 36c in Richtung der dritten Achse A₃ geführt. Bei dem hier dargestellten Beispiel ist eine dritte Achse A₃ unter einem Winkel von 45° relativ zu den Achsen A₁ und A₂ angeordnet, wodurch eine Kalandrierung des Foliensegments 38 entlang dreier Achsen erreicht wird. Beim Durchlauf der Folie durch die dritte Kalandriervorrichtung 36c nimmt die Stärke des Foliensegments 38 von T₃ auf T₄ ab. Außerdem führt der Durchlauf durch die dritte Kalandriervorrichtung 36c zu einer triaxialen Ausrichtung der vor-fibrillären Bereiche in der Folie 38. Die Breite des Foliensegments 38 wird beim Durchgang der Folie durch die dritte Kalandriervorrichtung 36c auf einem konstanten Wert gehalten, wohingegen deren Länge izunehmen kann, wenn die Stärke von T₃ auf T₄ abnimmt.
Danach wird das Foliensegment 38 nochmals um 90° gedreht und in Richtung einer vierten Längsachse A₄ durch eine vierte Kalandriervorrichtung 36d geführt. Beim Durchlauf durch die vierte Kalandriervorrichtung 36d nimmt die Dicke des Foliensegments 38 von T₄ auf T₅ ab. Die Breite des Foliensegments 38 wird beim Durchlauf der Folie durch die vierte Kalandriervorrichtung 36d auf einem konstanten Wert gehalten, wohingegen die Länge der Folie zunehmen kann, wenn sich die Stärke des Foliensegments 38 von T₄ auf T₅ verringert. Bei dem dargestellten Beispiel steht die vierte Achse A₄ unter einem Winkel von 90° zur dritten Achse A₃ und unter einem Winkel von 45° zu jeder der beiden ersten Achsen A₁ und A₂. In dieser Hinsicht wurde das Foliensegment 38 nach dem Verlassen der vierten Kalandriervorrichtung 36d in Richtung der vier Achsen A₁ bis A₄ entlang von vier Achsen kalandriert. Dies führt zu einer entsprechenden Ausrichtung der vor-fibrillären Bereiche in der Folie 38 entlang von vier Achsen.
Im Anschluss daran wird das Foliensegment 38 auf einer ebenen Fläche positioniert und es wird daraus ein runder Mittelbereich 38s ausgeschnitten. Der kreisförmige Mittelbereich 38s des Foliensegments 38 wird dann innerhalb einer Vorrichtung zur radialen Dehnung bzw. einer Panthographen- bzw. Scherenvorrichtung 40 befestigt bzw, festgeklemmt. Eine derartige Vorrichtung zur radialen Dehnung bzw. Panthographen- oder Scherenvorrichtung weist eine Vielzahl einzelner Klemmeinrichtungen 42 auf, die kreisförmige angeordnet sind. Die Klemmeinrichtungen 42 sind mit der umlaufenden Kante des runden Mittelbereichs 38s des Foliensegments 38 in der dargestellten Weise verbindbar. Während das Foliensegment 38s in der Panthographen- bzw. Scherenvorrichtung 40 festgeklemmt bleibt, jedoch noch vor irgendeiner Dehnung desselben in radialer Richtung, werden das Foliensegment 38s und die Scherenvorrichtung 40 innerhalb der Trockenvorrichtung 44, beispielsweise in dem Ofen, positioniert, in welchem die Temperatur der Folie über eine ausreichend lange Zeit hinweg auf 100°C bis 300°C erhöht wird, um so eine Verdampfung des flüssigen Lubrikans aus der Folie herbeizuführen.
Die einzelnen Klemmeinrichtungen 42 der Scherenvorrichtung 40 sind dann gleichzeitig in auswärts gerichtete, radial divergierende Richtungen bewegbar, während die Temperatur des Foliensegments 38s auf etwa 300°C gehalten wird, um so auf den runden bzw. kreisförmigen Bereich 38s der Folie in radialer Richtung eine Dehnkraft auszuüben. Dies führt zu einer Dehnung des runden Abschnitts 38s der Folie in radialer Richtung, um so ein gedehntes Foliensegment 38ex zu bilden, wie dies dargestellt ist. Das bevorzugte Verhältnis bei der radialen Dehnung liegt im Bereich zwischen 2 : 1 und 5 : 1. Die Dehnung der Folie 38 in radialer Richtung in Verbindung mit deren vorheriger Kalandrierung entlang mehrerer Achsen führt zu einer multiaxialen (d. h. radialen) Ausrichtung der Fibrillen innerhalb der gedehnten Folie. Ein Beispiel für eine Vorrichtung zur radialen Dehnung bzw. eine Scherenvorrichtung 40, die sich zum Einsatr bei der Durchführung dieses Schrittes in dem Venfahren eignet, wird zum Beispiel in der US-Patentschrift Nr. 3,953,566 (Gore) beschrieben.
Das getrocknete, gedehnte Foliensegment 38ex wird dann aus der Scherenvorrichtung 40 entfernt und anschließend in der dargestellten Weise zwischen zwei ebenen Platten 46 zusammengedrückt. Die ebenen Platten 46 werden dann zusammen mit dem dazwischen positionierten, getrockneten, gedehnten Foliensegment 38ex in eine Sintervorrichtung 48, wie zum Beispiel einen Ofen, eingesetzt und über eine ausreichend lange Zeit auf eine Temperatur erwärmt, die über dem Kristallschmelzpunkt des PTFE- Materials (> 327°C), jedoch unter der Temperatur liegt, bei der eine durch Wärme herbeigeführte Qualitätsminderung des PTFE-Materials auftritt (z. B. < 400°C), um so eine Sinterung des PTFE-Materials herbeizuführen.
Danach wird das gesinterte, gedehnte Foliensegment 38ex aus dem Raum zwischen den Platten 46 herausgenommen, woraufhin man es auf Zimmertemperatur abkühlen lässt.
Das sich dabei ergebende, gedehnte, gesinterte Foliensegment 38ex aus PTFE-Material weist entlang mehrerer Achsen bzw. multiaxial ausgerichtete Fibrillen auf.
Für den Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung von Folien aus Fluoropolymer-Material ist ersichtlich, das an der vorstehenden ausführlichen Beschreibung verschiedene Ergänzungen, Veränderungen, Auslassungen und/oder Abänderungen vorgenommen werden können, ohne dabei vom Geist und Bereich der Erfindung abzuweichen. Es ist vorgesehen, dass alle derartigen Ergänzungen, Veränderungen, Auslassungen und/oder Abänderungen vom Bereich der nachstehenden Ansprüche mit umfasst sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer multiaxial ausgerichteten Fluoropolymer-Folie, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Herstellen einer Fluoropolymer-Paste; b) Formen der Fluoropolymer-Paste zu einer extrudierten Folie, c) Kalandrieren der extrudierten Folie entlang einer Achse in einer ersten Richtung; d) Kalandrieren der extrudierten Folie entlang einer Achse in einer zweiten Richtung, die von der Achse in der ersten Richtung verschieden ist; e) Kalandrieren der extrudierten Folie entlang einer Achse in mindestens einer weiteren Richtung, die von den Achsen in der ersten und der zweiten Richtung verschieden ist, unter Bildung einer entlang mehrerer Achsen kalandrierten extrudierten Folie; f) Trocknen der entlang mehrerer Achsen kalandrierten extrudierten Folie; g) Dehnen der entlang mehrerer Achsen kalandrierten extrudierten Folie in radialer Richtung zur Bildung einer radial gedehnten Folie; h) Sintern der radial gedehnten Fluoropolymer-Folie.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (a) folgendes umfasst: Vermischen einer Menge an kristallinem Fluoropolymer-Pulver mit einer Menge eines flüssigen Schmiermittels zur Bildung der Fluoropolymer-Paste.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (b) folgendes umfasst: Extrudieren der Fluoropolymer-Paste zur Bildung einer extrudierten Folie.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Verfahrensschritte (b) und (c) in der Weise mit einander kombiniert werden, dass die Fluoropolymer-Paste dadurch zu der extrudierten Folie geformt wird, dass anfänglich die Fluoropolymer-Paste entlang der Achse in einer ersten Richtung kalandriert wird, wodurch gleichzeitig zu Fluoropolymer-Paste zu einer extrudierten Folie geformt wird und die anfängliche Kalandrierung der extrudierten Folie entlang der Achse in der ersten Richtung realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Achsen in der ersten und der zweiten Richtung senkrecht zu einander stehen und bei welchem die mindestens eine weitere Richtungsachse dritte und vierte Richtungsachsen umfasst, wobei jede der dritten und vierten Richtungsachsen unter einem Winkel von etwa 45 Grad relativ zu der Achse in der ersten oder in der zweiten Richtung verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Fluoropolymer PTFE ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (b) folgendes umfasst: Bewegen der extrudierten Folie vorwärts in Richtung der ersten Richtungsachse im Kontakt mit mindestens einer Kalandrierwalze in der Weise, dass die Kalandrierwalze eine Verringerung in der Stärke der vorwärts bewegten extrudierten Folie herbeiführt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (d) folgendes umfasst: erneutes Ausrichten der extrudierten Folie im Anschluss an den Abschluss der ersten Kalandrierung im Verfahrensschritt (c) und anschließendes Vorwärtsbewegen der neu ausgerichteten extrudierten Folie in Richtung der zweiten Richtungsachse im Kontakt mit mindestens einer Kalandrierwalze in der Weise, dass die Kalandrierwalze eine weitere Verringerung der Stärke der vorwärts bewegten extrudierten Folie herbeiführt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (e) folgendes umfasst: erneutes Ausrichten der extrudierten Folie im Anschluss an den Abschluss der zweiten Kalandrierung im Verfahrensschritt (d) und anschließendes Vorwärtsbewegen der neu ausgerichteten extrudierten Folie in Richtung der dritten Richtungsachse im Kontakt mit mindestens einer Kalandrierwalze in der Weise, dass die Kalandrierwalze eine weitere Verringerung der Stärke der vorwärts bewegten extrudierten Folie herbeiführt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Verfahrensschritt (e) des Weiteren folgendes umfasst: anschließendes erneutes Ausrichten der extrudierten Folie im Anschluss an den dritten Durchgang zur Kalandrierung im Verfahrensschritt (e) und anschließendes Vorwärtsbewegen der extrudierten Folie in Richtung einer vierten Richtungsachse im Kontakt mit mindestens einer Kalandrierwalze in der Weise, dass die Kalandrierwalze eine weitere Verringerung der Stärke der vorwärts bewegten extrudierten Folie herbeiführt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (f) folgendes umfasst: Erwärmen der Folie auf eine Temperatur, welche eine Verdampfung jeglichen flüssigen Schmiermittels herbeiführt, das in der Folie enthalten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (g) folgendes umfasst: Ausschneiden eines im Wesentlichen runden Segments aus der multiaxial kalandrierten extrudierten Folie, wobei das im Wesentlichen runde Segment eine im Wesentlichen runde umlaufende Kante aufweist; Ansetzen einer Vielzahl von Klemmvorrichtungen um die umlaufende Kante des im Wesentlichen runden Segments der extrudierten Folie, und Ansteuern der Klemmvorrichtungen in der Weise, dass diese sich gleichzeitig in radial nach außen gerichteten Richtungen bewegen, um so eine radiale Dehnung des im wesentlichen runden Segments der extrudierten Folie vorzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Klemmvorrichtungen in eine Panthographenvorrichtung einbezogen sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die radiale Dehnung im Verfahrensschritt (g) mit einem Dehnungsverhältnis im Bereich von 2 : 1 bis 10 : 1 vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (h) folgendes umfasst: Erwärmen der radial gedehnten Fluoropolymer-Folie auf eine Temperatur über dem Kristallschmelzpunkt des Fluoropolymeren, aber noch unter die Temperatur, bei der eine thermische Zersetzung des Fluoropolymeren eintritt, über einen ausreichend langen Zeitraum, um so eine Sinterung des Fluoropolymeren herbeizuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Fluoropolymer PTFE ist und bei welchem der Verfahrensschritt (h) die Erwärmung der PTFE-Folie auf eine Temperatur zwischen 327°C und 400°C über einen ausreichend langen Zeitraum umfasst, um eine Sinterung des PTFE-Materials herbeizuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verfahrensschritt (g) folgendes umfasst: radiales Dehnen der multiaxial kalandierten extrudierten Folie durch Blasextrusion, wobei unter Druck stehendes Gas gegen die extrudierte Folie geblasen wird, um de- ren radiale Dehnung zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die multiaxial kalandrierte extrudierte Folie aus dem Verfahrensschritt (g) einen Mittelbereich und einen umlaufenden Randbereich aufweist, und bei welchem die radiale Dehnung im Verfahrensschritt (g) folgendes umfasst: Vorschieben einer Schiebevorrichtung mit stumpfem Ende gegen den Mittelbereich der multiaxial kalandierten extrudierten Folie, während dessen Umfang in stationärer Position gehalten wird, wobei hierdurch eine radiale Dehnung der multiaxial kalandrierten extrudierten Folie herbeigeführt wird.