DE69728876T2

DE69728876T2 - Verfahren zur herstellung von verbundstoffen aus gefüllten polytetrafluoroethylenharzen und produkte

Info

Publication number: DE69728876T2
Application number: DE69728876T
Authority: DE
Inventors: S. David GARRISON; A. David DELGADO; J. Patricia DEENEY; E. David NEWMAN
Original assignee: Coltec Industries Inc
Current assignee: Coltec Industries Inc
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2017-03-01
Also published as: BR9707857A; ATE265475T1; EP0909146B1; WO1997031589A1; DE69728876D1; EP0909146A1; US5697390A; EP0909146A4; AU2130397A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren zur Herstellung von Polytetrafluorethylen- und anderen Fluorkohlenstoff-Polymerharzprodukten und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines gefüllten oder Additiv-haltigen Polytetrafluorethylen-Verbundstoffs und damit hergestellte Produkte.
Fluorkohlenstoff-Polymerharze und insbesondere Polytetrafluorethylenharze haben in ihren verschiedenen Formen in den Jahren, seit dieses vielseitige Material erstmals entdeckt wurde, bei unzähligen Anwendungen Verwendung gefunden. Produkte aus Polytetrafluorethylen-(PTFE)-Harzen haben viele Formen angenommen, von Fasern bis zu Platten. Verfahren zur Bildung solcher Produkte sind bekannt. Aber es war oft erwünscht, verschiedene Materialien in die Polytetrafluorethylen- und anderen Fluorkohlenstoff-Polymerharze einzubringen, um den Endprodukten ausgewählte Charakteristika zu verleihen. Beispielsweise kann es erwünscht sein, die Farbe des Fluorkohlenstoff-Polymerharzes durch die Zugabe eines Farbstoffs oder Pigments zu verändern. Verarbeitungschemikalien wie etwa Schmiermittel können in Fluorkohlenstoff-Polymerharze eingebracht werden, um die Bildung von bestimmten Arten von Produkten zu erleichtern.
In den letzten Jahren wurde eine große Bedeutung auf die Verarbeitung von PTFE-Harzen in feiner Pulverform gelegt, um verschiedene Produkte zu bilden. Wie in der DuPont-Publikation PIB #34 mit dem Titel "Fine Powder Blending Machines, Principles, Performance" von E.I. DuPont de Nemours & Co., Inc. erörtert wird, werden diese PTFE-Harze normalerweise durch Pastenextrusionsverfahren verarbeitet, um Schläuche, Bänder, Folien, Kabel isolierungen und ähnliche Produkte zu bilden. In diesem Verfahren wird ein Vorformling eines ausgewählten PTFE-Harzes durch eine Reduzierkegel-Übergangszone in der Extruderapparatur zu einem Führungskanal gepresst, welcher das Harz verlängert, um eine axiale Faserbildung oder Fibrillierung des Polymers zu erzeugen, wenn es durch den Kegel und das Werkzeug bewegt wird. Die Qualität des Endprodukts hängt zum großen Teil vom Ausmaß und der Ordnung der Fibrillierung ab. Ein Schmiermittel, normalerweise ein Kohlenwasserstoff, wird mit dem PTFE-Harz gemischt, um diese morphologische Umordnung durch hydraulische Wirkung und Reibungswirkung anzupassen. Der Mischungsanteil und die Verteilung von Schmiermitteln, Pigmenten und Füllstoffen im PTFE-Harz kann den Erfolg der Extrusion und das so erzeugte Endprodukt wesentlich beeinflussen. Das Ziel, das während der Mischung erreicht werden soll, ist die Verteilung dieser Additive in, unter und auf den feinen Pulverpartikeln des PTFE- oder anderen Fluorkohlenstoff-Polymerharzes. Aber das Erreichen eines optimalen Mischungsanteils oder der Verteilung war in Wirklichkeit ziemlich schwierig. Ein primäres Hindernis beim Erreichen einer im Wesentlichen vollständigen und gründlichen Verteilung von Additivpartikeln innerhalb eines feinen pulverigen PTFE-Harzes war die Erkenntnis der Industrie, dass das PTFE durch Scherung beschädigt wird, und dass die Bildung von großen Agglomeraten auftritt, wenn feine pulverige Harze hochenergetischen Mischungssystemen unterworfen werden. Produkte, welche aus beschädigten PTFE-Harzen gebildet werden und Scherungsbereiche oder große Agglomerate enthalten, sind fehlerhaft. Beispielsweise wird die Farbe nicht einheitlich erscheinen und die Leitfähigkeit von elektrisch leitfähigen Materialien wird negativ betroffen sein.
Es sind viele verschiedene nützliche Produkte vorgeschlagen worden, welche auf einem gefüllten oder pigmentierten pastenextrudierten PTFE-Harz basieren. Beispielsweise sind isolierte Leiter aus pigmentiertem PTFE gebildet worden. In vielen Fällen ist es erwünscht, isolierte Leiter zu markieren, um Informationen an Personen weiterzugeben, welche diese installieren oder verwenden. Eine solche Markierung kann oftmals leicht durch Farbcodierung oder einen einfaches Bedrucken durchgeführt werden. Solange das Material Tinte akzeptiert, ist die einzige wirkliche Beschränkung für die Informationsmenge, welche enthalten sein kann, die verfügbare Oberfläche. Aber im Fall von aus PTFE hergestellten isolierten Leitern war eine solche Markierung primär wegen der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Fluorpolymers schwierig. In einigen Fällen sind Farbpigmente oder Farbstoffe verwendet worden, aber die Informationsmenge, welche codiert werden kann, ist beschränkt. Weiterhin ist eine Farbcodierung von geringem oder keinen Nutzen für solche Personen, welche vollständig oder teilweise farbenblind sind.
Es sind Anstrengungen unternommen worden, um photosensitive Füllstoffe in PTFE-Harze einzubringen, welche auf eine nachfolgende Laserstrahlung unter Bildung der erwünschten Markierungen reagieren. Ein solches kürzlich entwickeltes Markierungsverfahren wird ausführlich im UK-Patent Nr. 2,215,116 beschrieben. Ein früherer Versuch zur Bereitstellung einer zufriedenstellenden Lasermarkierung solcher Harze wird in der europäischen Patentanmeldung Nr. 256,422 beschrieben. Obwohl alle diese Veröffentlichungen Materialien und Verfahren mit einem gewissen Nutzen beschreiben, besitzen alle auch Mängel. Die europäische Patentanmeldung Nr. 256,422 offenbart eine zweischichtige Isolierung, bei der ein Teil der äußeren Schicht mit einem Laser geätzt ist, damit ein Teil der inneren Schicht mit einer unterschiedlichen Farbe sichtbar werden kann. Offensichtlich ist die Herstellung eines zweischichtigen Materials schwieriger, zeitaufwendig und kostspielig, und wenn die Markierung durchgeführt ist, sind Teile der äußeren Schicht physikalisch beeinträchtigt worden und sind deswegen als elektrisch isolierendes Material weniger nützlich. Das UK-Patent Nr. 2,215,116 beschreibt die Lasermarkierung eines einschichtigen Isolierungsmaterials mit einem photosensitiven Füllstoff mit einer minimalen Beeinträchtigung des Materials. Jedoch sind in diesen Materialien des Standes der Technik Füllstoffe mit sehr kleinen Partikelgrößen verwendet worden und die Ergebnisse in der Praxis waren nicht vollständig zufriedenstellend, in erster Linie wegen der unzureichenden Stabilität des Farbkontrasts nach einer thermischen Alterung.
Die US-Patente Nr. 3,793,287 von Fitz et al., 4,440,879 von Kawachi et al. und 4,963,879 von Andersen et al. beschreiben Verfahren zur Herstellung von gefülltem Polyfluortetraethylen. Aber dieser Stand der Technik bestätigt die Schwierigkeiten, welche sowohl die Bearbeitung als auch das Endprodukt betreffen, wenn die Struktur des Harzes beispielweise durch Mahlen in einer Kugelmühle beschädigt ist. Keines der im Stand der Technik offenbarten Verfahren legt nahe, dass durch deren Verwendung eine im Wesentlichen vollständige Verteilung von Füllstoffen, Pigmenten oder anderen Additiven innerhalb eines PTFE- oder anderen Fluorpolymerharzes erreicht werden kann. Zudem wird darauf hingewiesen, dass einige bekannte Verfahren zur Mischung von PTFE-Harzen mit Additiven das Harz so schädigen, dass das resultierende Gemisch nicht für die Herstellung eines akzeptablen Produkts bearbeitet werden kann. Die Verwendung einer wässrigen Dispersion von PTFE und dem gewählten Additiv bildet die Grundlage für die in diesen Patenten beschriebenen Verfahren.
Es wurden auch andere Produkte vorgeschlagen, welche auf gefüllten oder Additiv-haltigen PTFE- und ähnlichen Harzen basieren. Das US-Patent Nr. 5,288,552 von Hollenbaugh, Jr. et al. offenbart beispielsweise eine expandierte mikroporöse PTFE-Platte, welche mit bestimmten Füllstoffen gefüllt werden kann und unter Herstellung von kontinuierlichen PTFE-Fasern mit im Wesentlichen runden Profilen verarbeitet werden kann. Das US-Patent Nr. 4,385,093 von Hubis offenbart einen aus vielen Komponenten bestehenden porösen PTFE-Artikel, welcher gegebenenfalls bis zu 50 Gew.-% eines Füllstoffs enthalten kann. Das Einbringen des Füllstoffs wird durch Co-Koagulation mit dem PTFE in einer nicht stabilisierten Dispersion erreicht, welche keine vollständige und gründliche Verteilung der Füllstoffpartikel in, auf und um die PTFE-Partikel sicherstellt. Bei der Co-Koagulation werden PTFE- Partikel von etwa 0,2 μm mitten in einem Additiv in Suspension koaguliert. Dies ergibt eine verbesserte Dispersion, aber die mechanischen Eigenschaften und die thermische Alterung des Endprodukts sind minderwertig, und dies ist ein langwieriges und teueres Verfahren.
Bislang waren die möglichen Anwendungen von PTFE aufgrund der Mischungsschwierigkeiten jedoch beschränkt. Die Herstellung von Verbundmaterialien aus PTFE war durch die Abwesenheit einer flüssigen Phase beschränkt, was die Mischung von PTFE in der Festphase mit allen erwünschten Additiven notwendig macht, welche in partikulärer, flüssiger oder faseriger Form vorliegen. Unbehandeltes feines PTFE-Pulver wird normalerweise in partikulärer Form bereitgestellt, und die bekannten Mischungsverfahren erzeugen ein PTFE-Additiv-Gemisch, in dem die Additive auf die äußere Fläche der PTFE-Partikel begrenzt sind. Das resultierende Produkt ist eine ungleichmäßige Verbindung mit variierender Additivverteilung in einem makroskopischen Maßstab, da das Additiv nicht in die festen PTFE-Partikel eindringen kann.
Der Stand der Technik konnte kein Verfahren zur Herstellung eines mit Additiv gefüllten PTFE- oder Fluorkohlenstoff-Polymerharzmaterials bereitstellen, welches eine vollständige und gründliche makroskopisch und mikroskopisch homogene Verteilung des Additivs in, auf und um das Harz erreicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Deshalb ist es die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung eines mit Additiv gefüllten PTFE- oder Fluorkohlenstoff-Polymerharzmaterials bereitzustellen, welches eine vollständige und gründliche makroskopische und mikroskopische Verteilung des Additivs in, auf und um das PTFE erreicht.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen für eine vollständige und gründliche Verteilung von Additiven in partikulärer, flüssiger oder faseriger Form homogen mit PTFE-Harzpartikeln, bei welchem die Integrität des PTFE-Harzes beibehalten wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines mit Additiv gefüllten PTFE-Harzprodukts bereitzustellen, welches durch eine im Wesentlichen vollständige homogene Verteilung des Additivs in, auf und um die PTFE-Harzpartikel gekennzeichnet ist.
Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf PTFE basierende elektrische Isolierungsmaterialien bereitzustellen, welche durch Exposition gegenüber Laserstrahlung markiert werden können und welche ein hohes Ausmaß an Farbkontrast nach der thermischen Alterung beibehalten.
Es ist noch eine andere Aufgabe, auf PTFE-Harz basierende elektrische Isolierungsmaterialien bereitzustellen, welche durch Exposition gegenüber Laserstrahlung markiert werden können, ohne das PTFE-Harzmaterial zu schädigen.
Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von auf PTFE-Harz basierenden elektrischen Isolierungsmaterialien bereitzustellen, welches eine homogene Zusammensetzung des Materials erzeugt, so dass eine nachfolgende Lasermarkierung einen im Wesentlichen einheitlichen Kontrast über das gesamte Material bereitstellt.
Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Markierung eines Filaments bereitzustellen, welches auf mit Fluorid gefülltem PTFE-Harz basiert, welches als Zahnseide verwendbar ist.
Die vorhergehenden Aufgaben werden gelöst durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Markierung eines Materials, welches auf einem mit Additiv gefüllten PTFE- oder Fluorkohlenstoffpolymerharz basiert, welches eine mikroskopisch und makroskopisch homogene Verteilung des ausgewählten Additivs in, auf und um die Harzpartikel innerhalb der Harzmatrix erzeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet ein ausgewähltes PTFE- oder anderes Fluorkohlenstoff-Polymerharz in Pulverform. In Abhängigkeit von der anfänglichen Partikelgröße des Additivs oder Füllstoffs, welcher zum Einbringen in das PTFE- oder andere Harz ausgewählt ist, kann ein optionaler vorbereitender Luftmahlschritt erforderlich sein, um eine optimale Partikelgröße des Additivs oder Füllstoffs zu erzeugen. Das ausgewählte Harz wird mit einem ausgewählten Additiv oder Füllstoff unter gewählten Bedingungen trocken gemischt, um ein Harz-Additivgemisch zu erzeugen. Das Harz-Additivgemisch wird als Zufuhrstrom in eine Luftstrahlmühle eingebracht, wo es dem Stoß von Partikel zu Partikel unterzogen wird, der durch einen Luftmühlen-Prozessschritt erzeugt wird. Der luftgemahlene Additiv-PTFE-Harzverbundstoff wird dann mit einem Kohlenwasserstoff-Spritzbarmacher gemischt, um ein geschmiertes Harzprodukt zu bilden, und das geschmierte Harzprodukt wird in einen Vorformling gepresst. Der Vorformling wird durch eine ausgewählte Düse extrudiert unter Bildung einer extrudierten, mit Additiv gefüllten PTFE-Harzplatte oder einer anderen extrudierten Form. Die extrudierte Form wird weiter verarbeitet, wie es zur Bildung des gewünschten, mit Additiv gefüllten PTFE-Harz-Endprodukts erforderlich ist. Andere Gegenstände und Vorteile werden durch die folgende Beschreibung, die Ansprüche und Zeichnungen offensichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Elektronenmikroskopbild, welches eine Querschnittsansicht eines extrudierten PTFE-Gegenstands zeigt, welcher aus einem mit TiO₂ gefüllten PTFE-Polymer hergestellt wurde, erzeugt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, bei einer 1000-fachen Vergrößerung;
2 ist ein Elektronenmikroskopbild des mit TiO₂ gefüllten PTFE aus 1 bei einer 4000-fachen Vergrößerung; und
3 ist ein Elektronenmikroskopbild des mit TiO₂ gefüllten PTFE aus 1 bei einer 10000-fachen Vergrößerung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung übersteigt erheblich die potenziellen Anwendungen der auf mit Additiv gefüllten, auf PTFE- und Fluorkohlenstoffpolymer basierenden Harze. Mit dem vorliegenden Verfahren kann eine homogene Verteilung des Additivs innerhalb der Polymermatrix sichergestellt werden. Bestehende Verfahren zum Füllen von PTFE und ähnlichen Polymeren mit Additiven haben Mischverfahren und Apparaturen verwendet, welche kein Eindringen des Additivs in das Polymermatrixrohmaterial erreicht und deswegen keine im Wesentlichen vollständig homogene Verteilung des Additivs auf, in und um das Polymer erzeugt. Partikuläre, flüssige und faserförmige Additive können mit einer Polymermatrix gemäß der vorliegenden Erfindung gemischt werden, unter Bildung eines makroskopisch und mikroskopisch homogen gefüllten PTFE-Harzes. Produkte, die aus solchen PTFE-Harzen hergestellt werden, sind frei von den Mängeln, welche den gefüllten PTFE- und anderen Fluorkohlenstoffpolymerharzen zu schaffen machten, die gemäß den Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurden.
Bis heute hat die Abwesenheit einer flüssigen Phase die Anwendung und das Mischungsvermögen von PTFE zur Bildung von Verbundmaterialien beschränkt. PTFE muss mit allen erwünschten Additiven in der festen Phase gemischt werden. Da rohes PTFE in partikulärer Form bereitgestellt wird, war die Dispersion eines ausgewählten Additivs auf die äußere Fläche der PTFE-Partikel beschränkt. Das Ergebnis ist ein ungleichmäßiger Verbundstoff mit einer variierenden Verteilung des Additivs im makroskopischen Maßstab, da das Additiv die festen PTFE-Partikel nicht durchdringen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren erleichtert das Durchdringen von partikulären, flüssigen und faserförmigen Additiven durch eine PTFE- oder andere Fluorkohlenstoff-Polymermatrix, um eine optimale Verteilung zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung wird beschrieben unter spezieller Erwähnung von PTFE- oder Polytetrafluorethylenpolymeren. Aber sie ist in gleicher Weise für andere Fluorkohlenstoffpolymere und ähnliche Materialien anwendbar.
Unbenutztes PTFE ist als feine Pulver, granuläre Pulver und als wässrige Dispersionen erhältlich. Für die meisten Produktionsprozesse für Platten und Filamente werden die Pulverformen aufgrund einer leichten Handhabung und Mischung bevorzugt. Konventionell werden diese rohen Pulver mit gewünschten Additiven und/oder Füllstoffen durch Taumeln, Rollen und dergleichen gemischt. Es muss Sorge getragen werden, dass die Scherung des PTFE-Harzes während der Mischung minimiert wird, um die Verarbeitbarkeit zu erhalten und Defekte im Endprodukt zu vermeiden. Das Mischen wird normalerweise in einer Umgebung mit kontrollierter Temperatur durchgeführt, bevorzugt unterhalb von 70°F, um eine minimale Schädigung des Harzes sicherzustellen. Aber das konventionelle Mischen von PTFE-Harzen mit Füllstoffen und/oder Additiven erreicht keine Durchdringung der Polymermatrix durch die Füllstoff- oder Additivpartikel, um eine im Wesentlichen vollständig homogene Dispersion des Füllstoffs oder Additivs innerhalb der Polymermatrix zu erzeugen.
Für das Mischverfahren von feinpulverigem PTFE sind eine Anzahl von funktionellen Betrachtungen anwendbar, welche die Wahl und Kontrolle der Mischungsdynamik beeinflussen. Normalerweise schließen diese die Verringerung der Größe und Verteilung von Additivagglomeraten, die Art und Weise der Injektion und die Verteilung des ausgewählten Extrusionsschmiermittels, das Ausmaß der Schädigung, welches auf dem Pulver lastet, die Raten der Desagglomeration und Agglomeration, die Zähigkeit der Agglomerate, die Rate der Zirkulation des Pulvers und Austauschkontaktfrequenz, Partikelbeschleunigungen, und die Komplikationen von assoziierten Vorbereitungen oder Nacharbeitungen ein. Das geeignete Gleichgewicht dieser Funktionen ist notwendig, um die optimale Verteilung der Additive innerhalb der PTFE-Polymer matrix zu erreichen. Vor dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde eine sorgfältige Kontrolle und die Beschränkung der Mischungszeit und Mischungsintensität für erforderlich gehalten, um die Scherung oder Fibrillierung des PTFE-Polymers zu vermeiden. Da die Extrusionsdurchführung von einer geordneten und ausgewogenen Fibrillierung in der Düsenzone abhängt, ist es das beste, das Polymer nicht vorzeitig zu scheren oder zu fibrillieren. Wenn während des Mischungsschrittes eine vorzeitige Fibrillierung auftritt, wird durch die Diskontinuität eine Uneinheitlichkeit in den Polymer-Additiv-Verbundstoff eingebracht. Außerdem wird die allgemeine Reservekapazität zur Fibrillierung im Extrusionsschritt verringert. Es wurde angenommen, dass diese Notwendigkeit, eine vorzeitige Fibrillierung zu verhindern, die Verwendung von hochenergetischen Systemen für die Dispersion von Additiven in PTFE-Pulvern ausschließt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden, dass ein hochenergetisches Mischungsverfahren mit starken Stößen verwendet werden kann, um einen PTFE-Additiv-Verbungstoff herzustellen, der durch eine vollständige und gründliche homogene Verteilung des Additivs innerhalb der PTFE-Polymermatrix ohne Schädigung des Polymers gekennzeichnet ist. Die Endprodukte, welche aus den gemäß dem vorliegenden Verfahren erzeugten Polymer-Additiv-Verbundstoffen hergestellt werden, sind frei von Mängeln und Fehlern, welche erwartet werden durch das Aussetzen eines Fluorkohlenstoffpolymers gegenüber den Kräften, die in dem Mischungsschritt dieses Verfahrens erzeugt werden.
Gefüllte oder Additiv-haltige PTFE-Polymerprodukte werden im Allgemeinen durch ein Verfahren mit mehreren Schritten erzeugt, welches das Mischen eines ausgewählten Additivs oder Füllstoffs mit einem PTFE-Pulver, um einen Polymer-Additiv-Verbundstoff zu bilden, das Mischen eines ausgewählten Schmiermittels mit dem Verbundstoff und das Bilden eines Vorformlings aus dem geschmierten Verbundstoff umfasst. Der Vorformling wird durch eine geeignete Düse extrudiert, um eine kontinuierliche Platte zu bilden, und die Platte wird auf die gewünschte Dicke kalandriert. Das Schmier mittel wird von der Platte verdampft und die Platte wird zur Lagerung bis zur weiteren Verarbeitung um eine Rolle aufgerollt, was normalerweise das Dehnen der extrudierten kalandrierten Platte umfasst, gegebenenfalls das Sintern der Platte und Schneiden der Platte in Streifen oder Filamente, in Abhängigkeit von der beabsichtigten Endverwendung des Additiv-haltigen PTFE-Materials. Beispielhafte Endverwendungen schließen Laser-markierbare Materialien, pigmentierte Kabelisolierungen und Zahnseide ein. Im Gegensatz zur konventionellen Auffassung von Fachleuten im Fachgebiet der PTFE-Polymere haben die Erfinder erfolgreich feines PTFE-Pulver mit einer großen Vielfalt von ausgewählten Füllstoffen und Additiven gemischt unter Verwendung eines hochenergetischen Mischungsverfahrens mit einem starken Stoß von Partikel zu Partikel, um Endprodukte zu bilden, die keine Diskontinuitäten und andere Fehler aufweisen, welche bei PTFE-Polymeren gefunden werden, die einer Scherung und Fibrillierungs-erzeugenden Kräften ausgesetzt sind.
Das vorliegende Verfahren verwendet einen Luftstoßfeinmahlwerk oder äquivalente Mittel, um Additive in PTFE-Partikel zu stoßen, so dass die Additivpartikel durch die Polymermatrix dringen. Der Stoß von Partikel zu Partikel tritt zwischen den zu mischenden Materialien auf und erlaubt so das Eindringen der einzelnen Additivpartikel in das PTFE-Polymer. Dies steht in deutlichem Unterschied zu bestehenden Verfahren, welche einen geringen Stoß auf die einzelnen Partikel ausüben und ein vernachlässigbares Eindringen der Additivpartikel in die Polymermatrix aufweisen. Das vorliegende Verfahren erlaubt die Mischung mit einem wesentlichen Stoß auf einzelne Partikel, während der Kontakt des PTFE mit Fremdkörpern minimiert wird und der notwendige Kontakt forciert wird, der zwischen dem PTFE und dem zu mischenden Additiv auftritt. Die 1–3 veranschaulichen das Ausmaß der möglichen Verteilung mit dem erfindungsgemäßen Mischverfahren.
Die 1, 2 und 3 sind Elektronenmikroskopbilder eines Additivhaltigen PTFE, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei drei unterschiedlichen Vergrößerungen. Das photosensitive Material TiO₂ wurde zu feinem PTFE-Pulver zugegeben und wie hierin beschrieben luftgemahlen. Die homogene Veerteilung der TiO₂-Partikel innerhalb der PTFE-Polymermatrix kann bei drei verschiedenen Vergrößerungen klar erkannt werden: 1000x, 4000x und 10000x. Diese Art der sorgfältigen Verteilung eines Additivs in einer Fluorkohlenstoff-Polymermatrix kann durch die konventionell für die Zugabe von Füllstoffen oder Additiven zu einer beliebigen Art des Polymers angewendeten Mischverfahren nicht erreicht werden. Konventionelle Mischverfahren verteilen das Additiv an der Außenseite der Polymerpartikel, was zur Verringerung der Polymer-Polymerbindung neigt.
Kurz gesagt, das erfindungsgemäße Verfahren mischt ein Gemisch eines PTFE-Harzes und eines ausgewählten Füllstoffs oder Additivmaterials und unterzieht es dann einem Luftmahlen. Für die meisten Produktionsprozesse für Platten und Fasern werden die Pulverformen von PTFE bevorzugt wegen einer einfachen Handhabung und Mischung, obwohl ebenso ein granuläres PTFE oder PTFE mit der Güteklasse „molding grade" verwendet werden kann. Ausgewählte Additive und/oder Füllstoffe werden mit PTFE unter Verwendung einer Mischungsapparatur für Feststoffe auf eine Art und Weise gemischt, welche eine Scherung minimiert, beispielsweise durch Taumeln oder Rollen unter Kühlbedingungen. Ein Mischer, wie etwa der Patterson-Kelley "V"-Mischer, welcher Pulver über einen inneren Rotationsschaft taumelt, wird für die Produktionsprozesse bevorzugt, da kürzere Mischungszeiten eine annehmbare anfängliche Verteilung erzeugen. Da die Scherung des Materials durch die Verwendung von Mischblättern am inneren Rotationsschaft verstärkt wird, sollte die Verwendung der Blätter gesteuert werden. Das Polymer-Additivgemisch wird einer Zuleitung, wie etwa einem „FMC Vibratory Feeder", und dann einer Luftstoßfeinmühle zugeführt, wie etwa die Luftstoßfeinmühlen, Luftmühlen oder Luftstrahlmühlen, welche unter dem Namen TROST verkauft werden. Der resultierende gemahlene Verbundstoff oder "Flocken" wird in einen Mischer übertragen, und ein Schmiermittel, normalerweise ein leichtes Kohlenwasserstofflösungsmittel, wird mit den "Flocken" gemischt, um das Extrusionsverfahren zu erleichtern. Aus den „Flocken" des geschmierten PTFE-Additiv-Verbundstoff wird ein Vorformling hergestellt, und der Vorformling wird extrudiert und weiterbearbeitet, um das gewünschte Endprodukt zu bilden.
Die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugten PTFE-Pulver besitzen normalerweise einen mittleren Partikelgrößendurchmesser von etwa 500 μm. Praktisch jedes feste Material, welches die Verarbeitungstemperaturen aushält, kann verwendet werden, um eine Feststoff-Feststoff-Dispersion mit dem PTFE-Harz zu bilden und kann in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Verfahren als ein Additiv für das PTFE-Harz verwendet werden. Dies umfasst beispielsweise TiO₂ und andere photosensitive Materialien, biologisch aktive Materialien, Fluoridverbindungen, Kohlenstofffasern, Aramidfasern (wie etwa KEVLAR), Calciumcarbonat, Kaliumcarbonat, Glas, Graphit, Lithiumstearat Aluminat und andere Schmiermittel, Molybdändisulfid, Standardpigmente, Geschmacksstoffe und eine Anzahl von anderen organischen und anorganischen Feststoffen. Andere beispielhafte Additive schließen Bornitrid, Borzeosphären, Diatomeenerde, Bismutoxid, Bariumsulfat, Zirkoniumsilikat, Aluminiumsilikat und schmelzverarbeitbare Materialien wie etwa Epoxide ein. Fasern können innerhalb der PTFE-Matrix nur durch Luftmahlen eingebracht werden. Verfügbare Polymermischverfahren sind für diesen Zweck nicht geeignet.
Bevorzugt sollte der mittlere Partikelgrößendurchmesser des mit dem PTFE zu mischenden Additivs etwa 200 μm oder weniger sein, oder auf diese Größe verringert werden können. Im Fall von Fasern ist eine Länge von etwa ¼ Inch wünschenswert. Der Luftmahlschritt verringert die Partikelgröße, wenn das Additiv in das PTFE eingebracht wird. Aber das ausgewählte Additiv kann zuerst luftgemahlen werden, um seine Partikelgröße zu verringern, falls das Additivmaterial brüchig oder reduzierbar ist. Die Partikelgröße hängt aber von der Endverwendung des Produkts ab. Die optimale Partikelgröße reicht von weniger als 1 μm bis etwa 400–500 μm, welches die Größe der PTFE-Polymerpartikel ist.
Das Volumen oder die Beladung mit Additiv wird ebenso von dem gewünschten Endprodukt des PTFE-Additivprodukts und der Dichte des Additivs, welches in das PTFE eingebracht werden soll, abhängen. Die optimalen Beladungsbereiche hängen von der Geometrie des Additivs relativ zur Geometrie des PTFE- oder anderen Polymers ab. Normalerweise kann das Additiv etwa 0,05 bis etwa 50 Gew.-% ausmachen. Hohe Beladungsmengen können mit Materialien mit geringer Dichte nicht erreicht werden. Beispielsweise kann EPDM-Gummi bis zu einem Maximum von etwa 10 Gew.-% oder 30 Vol% geladen werden. Fasern oder andere Materialien mit einer großen Oberfläche neigen dazu, eine maximale Ladung von etwa 20 Gew.-% zu besitzen. Es kann ein einzelnes Additiv oder eine Kombination von Additiven in das PTFE eingebracht werden. Die ausgewählten Additive können in verschiedenen Formen vorliegen, einschließlich Pulver, Pellets und Fasern. Das Ziel besteht darin, eine gründliche Durchdringung des Additivs oder der Additive in die PTFE-Matrix zu erreichen, während eine ausreichende Bindung von PTFE zu PTFE oder Polymerbindung beibehalten wird, um Unbeständigkeiten im extrudierten Produkt zu vermeiden. Eine kontinuierliche PTFE-Matrix wird in Gegenwart der Additive durch Bestimmung der optimalen Partikelgröße und Beladung des Additivs erhalten.
Beispiele für spezielle Additive, welche zur Herstellung von speziellen PTFE-Produkten verwendet werden oder welche dem PTFE bestimmte Charakteristika verleihen, schließen ein:

1. Photosensitive Materialien wie etwa TiO₂, welche PTFE zugegeben werden, um eine Laserbedruckbarkeit mit hohem Kontrast nach einer thermischen Alterung zu erreichen.
2. KEVLAR und/oder Kohlenstofffasern werden zu PTFE zugegeben, um eine Abriebfestigkeit und einen Schnittwiderstand zu erzeugen.
3. Leitfähige Materialien wie etwa Kohlenstoff und/oder metallische Pulver oder Fasern werden zu PTFE zugegeben, um die elektrischen Eigenschaften zu verbessern.
4. Graphit und/oder Molybdändisulfid werden zu PTFE zugegeben, um die Lubrizität zu verbessern.
5. Biologisch aktive Materialien wie etwa Fluoride werden zu PTFE zugegeben, um Zahnseide einen Nutzen für die Zahngesundheit zu verleihen.

Die vorhergehende Liste soll lediglich der Veranschaulichung dienen. Die Art und Beschaffenheit von Additiven, welche in PTFE eingebracht werden können, wird nur durch Überlegungen der Verarbeitbarkeit beschränkt.
Die Verfahrensschritte können variiert werden, so wie es für verschiedene Arten von PTFE erforderlich ist, und um eine maximale Verteilung des ausgewählten Additivs im PTFE zu erhalten. Zur Veranschaulichung kann der Mischzyklus für das PTFE und Additiv im Patterson-Kelley-Mischer von etwa 2 min bis etwa 20 min variieren, in Abhängigkeit, ob das PTFE fein ist oder die Güteklasse „molding grade" besitzt, der Dichte des Additivs (der Additive), Vol%, Gewicht des Additivs (der Additive), Zahl der Additive, der Partikelgröße des Additivs (der Additive), der Oberflächenspannung des Additivs (der Additive) und der Kapazität der verwendeten Apparatur. Die Vorschubgeschwindigkeit des PTFE-Additivgemischs in die Luftmühle durch den Vibrationsförderer hängt sowohl von den vorhergehenden Betrachtungen als auch von der Natur des Additivs ab. Beispielsweise müssen Fasern langsamer zugeführt werden als partikuläres Material. Es kann eine Vorschubgeschwindigkeit von etwa 1 lb pro h bis etwa 600 lb pro h verwendet werden. Die Fliessgeschwindigkeit der Energiequelle (SCFM) hängt vom Druck der Energie-Inputquelle ab, welche Druckluft, Dampf oder dergleichen sein kann. Beispielsweise können 70–120 lb pro h eines Gemischs von PTFE und Additivpartikeln in eine TROST-Luftstossfeinmühle zugeführt werden bei 70 psi Druckluft bei einer SCFM = 375 ft³/min. 70 psi ist der bevorzugte Druck der Energiequelle, aber der Druck kann von 10 bis 125 psi reichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird beschrieben bei der Herstellung eines lasermarkierbaren Materials und einer Zahnseide, aber mit diesem Prozess kann jedes beliebige Füllstoff- und/oder Additiv-haltige PTFE-Produkt hergestellt werden. Eine Beschränkung der vorliegenden Erfindung durch die Herstellung dieser beispielhaften Produkte ist nicht beabsichtigt.
Beispiel I
Obwohl in den letzten Jahren eine Vielzahl von Lasermarkierungsmethoden und Verfahren verwendet wurden, sind die Ergebnisse bis heute nicht vollständig zufriedenstellend. Wir haben gefunden, dass mit geeigneten Materialien, geeigneter Herstellung und geeigneter Mischung Bestandteile hergestellt werden können, welche eine einfachere Struktur besitzen und welche ohne eine wesentliche Materialschädigung oder Materialabbau lasermarkiert werden können, und welche ein hohes Ausmaß des Farbkontrasts nach der thermalen Alterung beibehalten.
Titaniumdioxid (TiO₂) mit einer Rutilkristallstruktur mit einer Reinheit von mehr als 90% wird gegebenenfalls luftgemahlen und so klassifiziert, dass die Partikelgröße im Bereich zwischen 1 und 12 μm liegt und die mittlere Partikelgröße größer als 3 μm ist. Andere photosensitive Materialien, beispielsweise SnO₂ oder ZnO können anstelle von TiO₂ verwendet werden. Dann werden 2 bis 10 Teile des luftgemahlenen TiO₂ durch Taumeln in einem 2 Kubikfuß- Patterson-Kelley-Mischer mit 100 Teilen eines feinen pastenextrudierbaren PTFE-Pulvers gemischt, wie etwa T-60 Teflonharz, erhältlich von DuPont von Wilmington, Delaware. Eine Gewichtshälfte des PTFE wird zu dem Mischer zugegeben, das TiO₂ wird eingeladen und das verbleibende PTFE wird dann zugegeben. Das Mischen wird in 5 bis 10 min durchgeführt. Dann wird das resultierende Gemisch luftgemahlen, um eine einheitlichere Verteilung des TiO₂ im PTFE zu erreichen. Das PTFE-TiO₂-Gemisch wird mit einem Schöpfgefäß in den Einfülltrichter eines „FMC-Vibratory Feeders" eingeladen und wird mit 40 bis 120 lb/h einer TROST-Mühle zugeführt, welche 100 SCFM bei 80 psi erzeugt. 100 Teile dieses Gemischs werden mit 10 bis 25 Teilen eines geeigneten Kohlenwasserstofflösungsmittels wie etwa Petroletherdestillat gemischt, welches als ein Spritzbarmacher dient. Mineralöl, Kerosol, Kerosin und Naphtha können ebenso als Spritzbarmacher verwendet werden. Dieser Schritt kann in einem Flüssig/Feststoffmischer durchgeführt werden, wie etwa im „Twin-Shell Liquids-Solids Mischer", hergestellt von der Patterson-Kelley Company von East Stroudsburg, Pennsylvania. Dem resultierenden Gemisch wird dann bei geringem Druck die Form eines Vorformlings gegeben, welcher für eine Pastenextrusion geeignet ist. Die Gewichtszusammensetzung dieses Vorformlingmaterials beträgt etwa 2 bis 9% TiO₂, etwa 8 bis 23% Spritzbarmacher und als Balance PTFE-Harz. Der Vorformling wird anschließend in eine Pastenextrusionsapparatur geladen und entweder direkt auf einen Leiter extrudiert, in Streifen oder Bänder extrudiert, welche später geschnitten und um einen Leiter gewunden werden können, oder als Schlauch extrudiert. In jedem Fall wird das Verbundmaterial dann gesintert. Die Verfahren und die Apparatur zur Bildung eines Vorformlings, zur Extrusion und zum nachfolgenden Sintern sind Fachleuten gut bekannt.
Es wurde gefunden, dass Leiterüberzüge, welche wie beschrieben hergestellt werden, durch Exposition gegenüber Laserstrahlung zufriedenstellender markiert werden können als frühere Strukturen. Das zuvor erhältliche Standardmaterial besaß einen anfänglichen Kontrast nach der Lasermarkierung von 48,7% und einen Endkontrast nach einer beschleunigten thermischen Alterung von 25,7%. Das wie oben beschrieben hergestellte Material besitzt einen anfänglichen Kontrast von 57,4% und einen Endkontrast nach einer beschleunigten thermischen Alterung für 234 h bei 260°C von 52,4%. Dies stellt im Vergleich mit dem früheren Standardmaterial eine Verbesserung des anfänglichen Kontrasts von mehr als 15% und eine Verbesserung von mehr als 100% nach der thermischen Alterung dar. Die lasermarkierbaren Materialien, welche wie oben beschrieben hergestellt waren, verloren bei der beschleunigten thermischen Alterung nur etwa 10% des Kontrasts, während frühere Materialien nahezu 50% ihres Kontrasts verloren.
Beispiel II
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde verwendet, um eine auf PTFE-Harz basierende Zahnseide herzustellen, welches einen Natriumfluoridfüllstoff enthält. Fluorid, welches in die PTFE-Zahnseidefasern eingebracht wird, löst sich aktiv aus der Seide heraus und wird während des Reinigens der Zähne mit Zahnseide in die Zahnzwischenräume geliefert. Die Lieferungsrate bezieht sich direkt auf das Ausmaß der Fluoridbeladung. Eine verwendbare Beladungsmenge von Fluorid in PTFE-Zahnseideverwendungen beträgt 0,05 bis 10 Gew.-%. Somit kann Fluorid während der Reinigung der Zähne mit Zahnseide auf die einzelnen Zähne aufgetragen werden und der Nutzen des Fluorids für die Zahngesundheit kann während dieses Vorgangs ebenso realisiert werden wie während der Reinigung der Zähne mit fluoridhaltiger Zahnpasta. Es sind Zahnseiden erhältlich, welche mit Fluoridverbindungen beschichtet sind. Aber die Fluoridbeschichtung bleibt nicht lange genug auf der Seide, um einen optimalen Nutzen während der Reinigung der Zähne mit Zahnseide bereitzustellen, und zur Herstellung eines beschichteten Materials ist eine kompliziertere und kostspieligere Bearbeitung notwendig. Das vorliegende Verfahren erreicht eine im Wesentlichen vollständige Verteilung des Fluorids in der PTFE-Polymermatrix durch ein wesentlich ökonomischeres Verfahren.
Natriumfluoridpulver mit einer Partikelgröße von 30 μm wird bevorzugt auf eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 5 μm luftgemahlen. Luftmahlen des Natriumfluorids vor dem Mischen mit PTFE verhindert Mängel und verbessert die Qualität des Zahnseideprodukts.
Ein feines PTFE-Pulver, welches unter Kühlbedingungen in einem Kühlraum gelagert wurde (weniger als 70°F) wird mit der Hand in einen "V"-Mischer von Patterson-Kelley geschaufelt, in den dann zwischen 1 und 10 Gew.-% Natriumfluorid zugegeben wird, obwohl das Ausmaß der Beladung mit Natriumfluorid von den Eigenschaften des Endprodukts abhängt. Natriumfluoridmengen außerhalb dieses Bereichs können ebenso wirksam verwendet werden. Das Gemisch wird für 3 min trockengemischt und dann angehalten. Das an die inneren Flächen des Mischers anhaftende Pulver wird unter Verwendung eines Spatels abgekratzt und das Gemisch wird für einen zweiten Zyklus von 3 Minuten gefahren, um das Trockenmischverfahren zu vervollständigen. Dieses Verfahren wird unter Kühlbedingungen durchgeführt. Wenn das anfängliche Gemisch vollständig ist, dann wird die trockene Mischung einem Luftmahlschritt unterzogen, wobei die PTFE-Additivmischung als Zufuhr in eine Luftstrahlmühle eingebracht wird, wie etwa die TROST-Luftstossfeinmühle. Der Luftmahlschritt kann bei einem Druck zwischen 10 und 125 psi durchgeführt werden, aber ein Druck im Bereich von 40 bis 100 psi wird für das Luftmahlen von Natriumfluorid und PTFE bevorzugt. Die resultierenden PTFE-Fluorid-"Flocken" werden dann zur Zugabe eines Schmiermittels rückgewonnen.
Der gemahlene PTFE-Fluoridverbundstoff wird in einen Patterson-Kelley-Mischer übertragen. 20 Gew.-% D-80-Schmiermittel (Exxon) wird ausgewogen und in das Reservoir auf dem Mischer gegeben. Das zugegebene Schmiermittel kann 10 bis 25 Gew.-% betragen. Der Mischer wird dann für einen weiteren Zyklus von 3 Minuten eingestellt und angeschaltet. Das Schmiermittel wird von dem Reservoir in den inneren Rotationsstab siphoniert, wo es durch Schmiermittelschlitze im Stab in das Gemisch geleitet wird. Die Zugabe des Schmiermittels erfolgt langsam und kontinuierlich. Das gesamte Verfahren benötigt ungefähr 2 Minuten. Das gemischte Harz wird dann durch eine Ventilklappe am Boden aus dem V-Mischer entfernt. Das geschmierte Harz kann in eine mit Plastik ausgekleidete Trommel platziert, verschlossen und unter Kühlbedingungen gelagert werden, bis es vorgeformt wird. Die Vorformung wird unter Kühlbedingungen durchgeführt.
Das geschmierte Harz wird von Hand aus der Trommel in einen 2 1/2'' Vorformzylinder geladen. Die Entlüftungspause wird so eingestellt, dass ein gleich bleibender Vorformling gebildet wird, wenn die Tonne gefüllt wird. Der Block des Vorformlings wird komprimiert, um überschüssige Luft auszutreiben und um eine Form zu ergeben, welche leicht handhabbar ist. Es muss Sorge getragen werden, dass die Vorformlinge nicht durch übermäßigen Druck oder kurzen Verweilzeiten springen. Vorformlinge werden routinemäßig zwischen 30 und 90 psi hergestellt in Abhängigkeit vom Harz, Schmiermittel, Ausmaß und Operator. Der fertige Vorblock ist 8 bis 12 Inch lang und besitzt einen Durchmesser von 2 ½ Inch. Die zylindrischen Vorblöcke werden in Tabletts platziert, welche Plastikbeuteln ausgekleidet sind, welche dann gestapelt werden. Die fertigen Vorformlinge werden in einen "warmen Raum" gestellt, wo sie für mindestens 24 h vor der Extrusion auf Umgebungstemperaturen von 95°F erwärmen können. Dieser Schritt ermöglicht nicht nur das Aufwärmen der Vorformen, sondern stellt Zeit bereit, dass das Schmiermittel gleichmäßig durch Vorformlinge diffundiert.
Gemische aus Vorformlingen werden als kontinuierliche Platten extrudiert und auf die gewünschte Dicke kalandriert. Das Schmiermittel wird von der Folie entfernt und als eine sehr große Rolle aufgewunden. Um dies durchzuführen, werden die zylindrischen Vorformlinge in einen Extruder-Zylinder gestellt und durch eine flache Düse in eine Platte von 0,055 Inch Dicke und ungefähr 10 Inch Breite sinterextrudiert. Die relativ amorphe Platte wird dann teilweise orientiert unter Vewendung eines einzelnen Sets von Kalanderwalzen, welche die Filmdicke von ungefähr 0,055 Inch auf die gewünschte Dicke verringern, welche im Fall von Zahnseide 0,004 Inch beträgt. Nach den Kalanderwalzen wird der 0,004 Inch dicke Film bei ungefähr 350°F über dampfbeheizte Walzen geleitet. Dieser Schritt verdampft das Schmiermittel, welches eine poröse Membran verlässt. Die trockene Platte wird dann auf einen Dorn von 3 Inch als eine sehr große Rolle aufgenommen. Die Dichte der Platte in diesem Stadium beträgt ungefähr 0,0577 lb/in³. Typische Arbeitsgeschwindigkeiten hängen von der Banddicke ab und variieren von (50 ft·min-0,02'') bis (30 ft/min-0,004'') und darüber.
Die kalandrierte, extrudierte Folie wird durch eine Dehnungsstecke geleitet, wo sie, nachdem sie eine Reihe von Leitwalzen passiert, die erste eines Paars von Verhältnis-Walzen erreicht, wo die Dehnung eingeleitet wird. Unmittelbar danach wird die Folie durch einen vertikalen 52" Ofen geleitet und wird in einem ungestützten Zustand auf die gewünschte Temperatur zwischen 850°F und 1200°F erhitzt. Während die Folie im Ofen ist, wird sie kontinuierlich zwischen den Verhältnis-Walzen gedehnt und beim Erreichen der zweiten Walze wird die Folie in einem Wasserbad abgeschreckt. An diesem Punkt ist die Dehnung vollständig und es wird eine Spannung, die nur ausreicht, um einen Durchhang zu verhindern, auf die Folie ausgeübt, bis sie aufgewickelt ist. In dem Verfahren zur Herstellung von Zahnseide ist als Grundlage ein Einstellen des Walzenverhältnisses von 10 und eine Arbeitsgeschwindigkeit von 50 verwendet worden, aber Variationen in der Arbeitsgeschwindigkeit, der Ofentemperatur und dem Dehnungsverhältnis werden durchgeführt, um entsprechende Veränderungen in der Zugfestigkeit, Dichte und Dicke zu erzeugen. Außerdem kann das Material mehreren Durchgängen unterzogen werden, um ausgewählte Eigenschaften zu verbessern. Diese Kombination von Verhältnis und Geschwindigkeit wird in tangentiale Geschwindigkeiten der Verhältnis-Walzen von 22 ft/min bzw. 131 ft/min übersetzt, wie es auf dem Bedienungsfeld gemessen wird, was eine 590%-ige Dehnung ergibt. Nach der Dehnung wird die Rolle wieder in Form einer sehr großen Rolle auf einen Kern von 3 Inch gewickelt. Dieses Produkt kann auch einem zweiten Lauf auf der Dehnungsstrecke unterzogen werden, um die gewünschten Charakteristika zu verbessern. Das Ergebnis ist ein halbgesintertes, in hohem Maße gerichtetes Band mit einer hohen Zugfestigkeit im Bereich von 4 bis 7 lb. Die Enddicke der Folie liegt zwischen 0,0008 und 0,0012 Inch.
Für Zahnseide werden die sehr großen Rollen in eine Dicke von 0,1'' Breite geschnitten und als Endprodukt quer auf Faserkerne gewunden. Das resultierende Produkt ist ein in hohem Maße ausgerichtetes Material mit einer hohen Zugfestigkeit in der Längsrichtung.
Industrielle Anwendbarkeit
Das hierin beschriebene Verfahren zur Herstellung von PTFE- oder anderen Fluorkohlenstoffharz-Additiv-Verbundstoffen findet in erster Linie dort Anwendung, wo ein Additiv-haltiges PTFE hergestellt werden soll, welches durch eine maximale optimale Verteilung des Additivs innerhalb der PTFE-Matrix gekennzeichnet ist, um einem gewünschten Endprodukt die gewünschten Charakteristika verleihen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mit Additiv gefüllten Fluorkohlenstoff-Polymerharzes, durch welches ein ausgewähltes Additiv in der Polymermatrix mikroskopisch und makroskopisch homogen verteilt wird, umfassend die Schritte: (a) Mischen des ausgewählten Additivs mit einem ausgewählten Fluorkohlenstoff-Polymerharz für einen Zeitraum, welcher ausreicht, um das Additiv und das Polymer zu vermischen und ein Additiv-Polymer-Gemisch zu bilden; (b) Zuführen des Additiv-Polymer-Gemischs mit einer vorbestimmten Rate in eine Luftstrahlmühle; (c) Mahlen des Additiv-Polymer-Gemischs in der Luftstrahlmühle in Gegenwart einer Energiequelle und bei einem Druck, welcher so gewählt wird, dass zwischen dem Additiv und dem Harz ein optimaler Stoss von Partikel zu Partikel erzeugt wird; (d) Mischen eines ausgewählten Schmiermittels mit dem in der Luftstrahlmühle bearbeiteten Additiv-Polymer-Gemisch; und (e) Bilden eines Vorformlings aus dem Schmiermittel-Additiv-Polymer-Gemisch, welcher für die Extrusion geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Fluorkohlenstoff-Polymerharz Polytetrafluorethylen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das Additiv ein oder mehrere Materialien umfasst, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus photosensitiven Materialien, biologisch aktiven Materialien, elektrisch leitfähigen Materialien, Pigmenten, Geschmackstoffen, Schmiermitteln, abriebfesten Materialien und Fasern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Fluorkohlenstoff-Polymerharz in Form eines Pulvers oder Granulats vorliegt, und worin das ausgewählte Additiv eine mittlere Partikelgröße besitzt, welche kleiner ist als die mittlere Partikelgröße des Fluorkohlenstoff-Polymerharzpulvers oder -granulats.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das Fluorkohlenstoff-Polymerharz eine mittlere Partikelgröße von etwa 500 Mikrometer besitzt und das Additiv eine mittlere Partikelgröße im Bereich von weniger als einem Mikrometer bis etwa 450 Mikrometer besitzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, weiter umfassend vor Schritt (a) den Schritt Luftstrahlmahlen des ausgewählten Additivs, um die Partikelgröße des ausgewählten Additivs zu verringern auf eine optimale Größe, welche kleiner ist als die Größe des Polymerharzes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend nach Schritt (e) die Schritte Extrudieren des Vorformlings, um eine mit einem Additiv gefüllte Harzplatte zu bilden, Bearbeiten der Platte unter Bedingungen, welche die Platte auf eine gewünschte Dicke verkleinern und das Schmiermittel entfernen, und Schneiden der Platte, um Endprodukte mit einer gewünschten Form und Größe herzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, worin das Additiv-Polymer-Gemisch der Luftstrahlmühle zugeführt wird mit einer Rate von einem lb pro Stunde bis etwa 600 lb pro Stunde (0,45 kg pro Stunde bis etwa 270 kg pro Stunde), bevorzugt mit einer Rate von 70 bis 120 lb pro Stunde (32 kg pro Stunde bis 55 kg pro Stunde).
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, worin das Additiv ein biologisch aktives Material ist, welches Natriumfluorid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, worin das Fluorkohlenstoff-Polymerharz feines pulverförmiges Polytetrafluorethylen umfasst, das ausgewählte Additiv Natriumfluorid umfasst und die Platte in Längsstreifen geschnitten wird, welche als Zahnseide verwendbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin etwa 0,05 bis 50,0 Gewichtsprozent des ausgewählten Additivs mit dem Polymer gemischt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Druck in der Luftstrahlmühle von 10 bis 125 psi (0,69 bis 8,62 bar) beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin in Schritt (c) die Energiequelle Druckluft mit 375 Standardkubikfuss pro Minute (10,6 m³/min) ist und der Druck 70 psi (4,8 bar) beträgt.