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TECHNISCHER
BEREICH DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein integrales Netzmaterial aus polymerem Material und ein Verfahren
zu seiner Herstellung.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Polymere Netzmaterialien oder Netzwerke sind
flachmaterialartige gefensterte Strukturen, welche ein Polymermaterial
enthalten. Polymere Netzmaterialien finden Anwendung in vielen,
ganz unterschiedlichen Einsatzgebieten, die von der Elektronik bis
hin zur Medizin reichen, so dass derartige Netzmaterialien kommerziell
wichtige Materialien darstellen. Diese Netzmaterialien können je
nach Aufbau verschiedene Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise
können
derartige Netzmaterialien aus einer Vielfalt von Polymeren hergestellt
sein, eine Vielfalt von Lochgrößen und
-formen aufweisen und nahezu jede gewünschte Dicke annehmen.
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In vielen Anwendungen ist es wünschenswert,
Netzmaterialien zur Verfügung
zu haben, die aus einem relativ inerten Material hergestellt sind,
um eine Gefährdung
der Integrität
des Netzgitters oder eine abträgliche
Beeinflussung von Materialien, welche mit dem Netzmaterial in Kontakt
kommen, zu vermeiden. Polymere sind eine attraktive Wahlmöglichkeit
für Netzmaterialien,
die zur Verwendung in derartigen Anwendungen gedacht sind, weil
viele Polymere außerordentlich
beständig
gegenüber
den meisten Chemikalien sind. In der Tat zählen Fluorpolymere, wie Polytetrafluorethylen
(PTFE), zu den Materialien mit der größten chemischen Inertheit.
Netzmaterialien aus Fluorpolymeren wären also sehr von Nutzen in
Anwendungen, wo die Netzmaterialien rauen Bedingungen ausgesetzt
sind, so etwa in Batterien, Filterapparaten und dergleichen.
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Für
andere Anwendungen ist es wünschenswert,
das Netzmaterial so herzustellen, dass es eine minimale Menge an
extrahierbaren Substanzen enthält,
weil solche Substanzen die physikalischen und chemischen Eigenschaften
des polymeren Gitters und damit des Netzmaterials abträglich beeinflussen können und
ferner Materialien, welche mit dem Netzmaterial in Kontakt kommen,
kontaminieren können. Bei
Netzmaterialen, welche reaktive extrahierbare Substanzen enthalten,
treten über
die Zeit, mit Entzug der extrahierbaren Substanzen aus dem Netzmaterial,
Veränderungen
oder Degradation ein. Und
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- – was
vielleicht noch wichtiger ist: in anderen Anwendungen, so etwa in
Filtrationseinrichtungen, in denen ein Netzmaterial als Filtermedium
oder Stützelement verwendet
wird, hat die Anwesenheit von extrahierbaren Substanzen in dem Netzgitter
einen negativen Effekt auf die letztendlich erhaltene Qualität des Filtrats.
Im Besonderen können
extrahierbare Substanzen aus dem Netzgitter herausgelöst oder
ausgelaugt werden und so das Filtrat und/oder das filtrierte Material
kontaminieren.
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Die GB 1 331 775 (Imperial Chemical
Industries Limited) offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines
porösen
Tetrafluorethylen-Polymerbandes, welches umfasst: Formpressen eines
zylinderförmigen
Barrens aus einer Mischung von Tetrafluorethylen-Polymerpartikeln
und Partikeln von einem faserigen auslaugbaren Füllstoff, Sintern des Barrens, Schälen eines
Bandes vom Umfang des Barrens und Auslaugen von wenigstens einem
Teil der Faserfüllstoffpartikel
aus dem Band und Waschen des Bandes, um Laugungsmittelreste zu entfernen.
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Es ist ferner vielfach wünschenswert,
extrem dünne
polymere Netzmaterialien und Netzmaterialien mit sehr kleinen, regelmäßig geformten
Löchern oder
Poren zur Verfügung
zu haben. Solche Netzmaterialien sind in Filtrationseinrichtungen,
speziell Ultrafiltrationseinrichtungen, zum Entfernen sehr kleiner
Partikel (z. B. Mikroben) aus einem Fluid von Nutzen. Ferner ist
bei sehr dünnen
Netzmaterialien die Druckdifferenz über ein Filter während der
Filtration auf ein Minimum reduziert, wodurch bei einigen Arten von
Filtrationsverfahren (z. B. bei der dynamischen oder Crossflow-(Querstrom-)Filtration)
die Wirksamkeit verbessert wird.
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Typisch werden zahlreiche Arten von
polymeren Netzmaterialien durch Extrusion, durch Weben, durch Wirken
oder durch Stanzen von Löchern oder
Schlitzen in ein polymeres Flachmaterial hergestellt. In vielen
Fällen
ist es sehr schwierig und kostenaufwändig, die Größe und Gestalt
von Löchern oder
Poren in Netzmaterialien, welche nach diesen Verfahren hergestellt
werden, zu steuern, insbesondere, wenn sehr kleine und gleichförmige Löcher erforderlich
sind und im Falle von sehr dünnen
Netzmaterialien. Hinzu kommt, dass viele der gängigen Verfahren zur Herstellung
von Netzmaterialien, speziell die Extrusionsverfahren, dazu neigen,
erhebliche Mengen an extrahierbaren Substanzen (z. B. Metalle, Harze
etc.) in das Polymergitter einzuführen.
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Es besteht also Bedarf an einem Netzmaterial,
welches im Wesentlichen frei von extrahierbaren Substanzen ist,
und an einem sehr dünnen
Netzmaterial, welches eine im Wesentlichen gleichförmige Lochgröße und -gestalt
aufweist. Die vorliegende Erfindung stellt ein solches polymeres
Netzmaterial bereit sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. Diese und
andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie weitere erfindungsgemäße Merkmale
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst
ein "nonwoven" oder nichtgewebtes, nichtextrudiertes, einlagiges
integrales Netzmaterial ein geprägtes
Gitter aus Polymermaterial, welches zwei gegenüberliegende Oberflächen und
eine Mehrzahl an Löchern
aufweist, welche das Netzmaterial von einer Oberfläche zur
anderen Oberfläche
durchdringen, wobei das Gitter im Wesentlichen frei von extrahierbarem
Material ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines geprägten Gitters
das Inkontaktbringen eines Barrens aus Polymermaterial mit einem
Prägewerkzeug
mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen,
um einen geprägten
Barren zu schaffen, und Schälen
des geprägten
Barrens, um ein nichtgewebtes, nichtextrudiertes, einlagiges integrales
Netzmaterial zu schaffen, welches ein geprägtes Gitter umfasst.
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Die vorliegende Erfindung ist nützlich in
Anwendungen, welche Netzmaterialien oder Fasermaterialien verwenden,
so etwa in medizinischen Geräten
oder Produkten, Gasaustausch- oder Sauerstoffapparaten, elektronischen
Geräten,
für Trennaufgaben
oder andere Anwendungen, welche die Verwendung von polymeren Netz-
oder Fasermaterialien erlauben.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme
auf die zeichnerische Darstellung und anhand der folgenden Detailbeschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
noch näher
verdeutlicht.
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Die 1A bis 1C sind schematische Darstellungen
der Oberflächen
von polymeren integralen Netzmaterialien in Einklang mit der vorliegenden
Erfindung. 1B ist eine
vergrößere schematische Darstellung
der Löcher
und des Gitters einer Art von integralem Netzmaterial, wie sie in 1A dargestellt ist, während 1C eine ähnliche vergrößerte schematische
Darstellung der Löcher
und des Gitters einer alternativen Art von integralem Netzmaterial darstellt.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines zylinderförmigen Barrens aus polymerem
Material mit einem Prägewerkzeug
vom Rotations-Abroll-Typ und einer Klinge zum Abschälen eines
geprägten
Flachmaterials von dem Barren.
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Die 3A bis 3G sind schematische Darstellungen
von verschiedenen Arten von Polymerbarren mit Prägewerkzeugen. 3A ist eine schematische Seitenansicht
eines zylinderförmigen
Barrens aus Polymermaterial und eines Prägewerkzeugs vom Rotations-Abroll-Typ
sowie der von dem Prägewerkzeug
in der Oberfläche
des Barrens erzeugten Eindrücke. 3B ist eine schematische
Darstellung eines zylinderförmigen
Barrens aus Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug vom Manteltyp. 3C ist eine Endansicht,
welche einen zylinderförmigen
Barren aus Polymermaterial innerhalb eines Prägewerkzeugs vom Manteltyp zeigt. 3D ist eine schematische
Darstellung eines planaren Barrens aus Polymermaterial mit einem
Prägewerkzeug
vom Pressentyp. 3E ist
eine querschnittliche Seitenansicht von 3D, welche einen planaren Barren aus
Polymermaterial mit einem Prägewerkzeug
vom Pressentyp zeigt. 3F ist
eine schematische Darstellung eines Hohlbarrens aus Polymermaterial
mit einem Prägewerkzeug
vom Rotations-Abroll-Typ. 3G ist
eine schematische Darstellung eines planaren Barrens aus Polymermaterial
mit einem Prägewerkzeug
vom Rotations-Abroll-Typ.
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Die 4A bis 4B sind schematische Seitenansichten
von geprägten
Barren aus Polymermaterial, Klingen zum Abschälen von geprägtem Flachmaterial
von den Barren und geprägten
Flachmaterialien mit einem Prägemuster. 4A ist eine schematische
Seitenansicht eines zylinderförmigen
Barrens aus Polymermaterial, wobei der Barren Eindrücke aufweist,
welche von einem Prägewerkzeug
in der Oberfläche
des Barrens erzeugt werden, einer Klinge zum Abschälen eines
geprägten
Flachmaterials von dem Barren und eines Flachmaterials mit einem
Prägemuster. 4B ist eine schematische
Darstellung eines planaren Barrens aus Polymermaterial, wobei der
Barren Eindrücke
aufweist, welche von einem Prägewerkzeug
in der Oberfläche
des Barrens erzeugt werden, einer Klinge zum Abschälen eines
geprägten
Flachmaterials von dem Barren und eines Flachmaterials mit einem
Prägemuster.
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Die 5A und 5B sind schematische Darstellungen
von verschiedenen Ausführungsformen von
sich verjüngenden
Vorsprüngen
an einem Prägewerkzeug. 5A stellt einen pyramidenförmigen Vorsprung
dar, während 5B einen konischen Vorsprung
zeigt.
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6 ist
eine querschnittliche schematische Darstellung eines Teils eines
Barrens, einschließlich der
Barrenoberfläche,
mit synklinalen Ausnehmungen, welche von einem Prägewerkzeug
mit sich verjüngenden
Vorsprüngen
erzeugt werden. Die unterbrochenen Linienzüge A, B und C repräsentieren
drei von zahlreichen möglichen
Ebenen zum Schälen
des geprägten
Barrens.
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7 ist
eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines geprägten Flach-
oder Integralnetzmaterials mit lokalen Vertiefungen oder Rillen zwischen
einigen einander benachbarten Löchern.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein nichtgewebtes, nichtextrudiertes, integrales retikuliertes Netzmaterial
(z. B. ein einlagiges Netzmaterial) mit einem Gitter aus Polymermaterial,
welches durch Löcher
oder durch Poren definiert ist, bereit. Im Sinne des vorliegenden
Textes bedeutet Netzmaterial ein beliebiges gefenstertes Flachmaterial,
welches Löcher
aufweist, die das Flachmaterial von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche durchdringen.
Bevorzugt ist das integrale Netzmaterial nichtextrudiert, um das
Vorhandensein von extrahierbaren Substanzen (z. B. Metallen, Harzen
und dergleichen) in dem Netzgitter auf ein Minimum zu reduzieren.
Ferner wird das Netzmaterial vorzugsweise nicht verstreckt, weil
durch das Verstrecken eine Veränderung
der Gitterstruktur verursacht werden kann.
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Das Netzmaterial kann ein beliebiges
geeignetes Polymermaterial umfassen (z. B. Frischmaterial, wiederaufgearbeitetes
Material, rezyklisiertes Material etc.). Bevorzugt umfasst das integrale
Netzmaterial ein Polymermaterial, z. B. thermoplastische Polymere
etc., wobei das polymere Netzmaterial ein Füllermaterial enthalten kann
(z. B. Glasfaser-Füllstoffe,
Kohlenstofffaser-Füllstoffe, Mineralfaser-Füllstoffe
oder andere geeignete Füllstoffe).
In zahlreichen Anwendungen umfasst das integrale Netzmaterial ein
Polymermaterial, welches eine überlegene chemische
Beständigkeit
und Schälbarkeit
zeigt, so zum Beispiel ein Fluorpolymer, Polytetrafluorethylen (PTFE)
oder Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE). Beispiele
für geeignete
Fluorpolymere sind Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polychlortrifluorethylen-co-ethylen
(E/CTFE-Polymer), Polytetrafluorethylen-co-hexafluorethylen (FEP),
Polytetrafluorethylen-co-perfluor-(alkylvinylether) (PFA), Polytetrafluorethylen-coethylen
(E/TFE), Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Copolymere
von Vinylidenfluorid. Meistbevorzugt ist das Polymer PTFE, PFA oder
UHMWPE. Ferner ist das integrale Netzmaterial in Einklang mit der
vorliegenden Erfindung – unabhängig von
der Natur des Polymers – bevorzugt
im Wesentlichen frei von Kontaminanten (z. B. extrahierbaren Substanzen),
so etwa ein integrales Netzmaterial, welches im Wesentlichen aus
dem Polymermaterial besteht. Beispielsweise kann das Netzmaterial
weniger als ca. 500 Teile auf eine Million (ppm) an extrahierbaren Substanzen
aufweisen, z. B. weniger als ca. 100 ppm oder sogar weniger als
50 ppm an extrahierbarem Material (z. B. weniger als ca. 10 ppm
an extrahierbarem Material), so etwa weniger als ca. 1 ppm an extrahierbarem
Material, wobei das Netzmaterial noch bevorzugter weniger als ca.
10 Teile auf eine Milliarde (ppb) an metallischem extrahierbarem
Material (z. B. ca. 1 ppb an metallischem extrahierbarem Material) aufweist.
Meistbevorzugt besteht das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial ganz
aus dem gewünschten
Polymer. Demgemäß kann das
erfindungsgemäße bevorzugte
integrale Netzmaterial praktisch chemisch inert sein, so dass die
strukturelle Integrität
des Integralnetzgitters selbst nach langandauerndem Kontakt mit
sehr starken industriellen Lösungsmitteln
erhalten bleibt, wobei im Wesentlichen kein Material aus dem Integralnetzgitter
ausgelaugt und in ein Fluid eingeführt wird, welches mit dem integralen
Netzmaterial in Kontakt kommt. In anderen Anwendungen jedoch (z.
B. zur Verwendung als chirurgische Produkte, biologisch abbaubares
Verpackungsmaterial etc.) ist das Polymermaterial bevorzugt ein
reaktives Material.
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Das polymere integrale Netzmaterial
in Einklang mit der vorliegenden Erfindung kann mit beliebigen geeigneten
Mitteln aufgebaut sein. Das integrale Netzmaterial kann hydrophil
oder hydrophob sein; das integrale Netzmaterial kann glatte oder
raue Oberflächen
haben; und das integrale Netzmaterial kann mit anderen Materialien
beschichtet oder konjugiert sein (z. B. mit einer Oberflächenbeschichtung).
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Das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial kann
beliebige Abmessungen oder eine beliebige Gestaltgebung aufweisen,
jedoch unter der Bedingung, dass das integrale Netzmaterial eine
gefensterte flachmaterialartige Struktur ist. Das integrale Netzmaterial
kann also eine beliebige gewünschte Größe aufweisen,
so etwa mehrere Meter in der Breite oder in der Länge oder
auch nur ein paar Zentimeter in der Breite oder Länge oder
sogar noch erheblich kleiner oder größer. Ferner kann das integrale Netzmaterial
eine beliebige Gestalt annehmen; so kann das integrale Netzmaterial
zum Beispiel rechteckig, quadratisch, rund, oval, länglich,
polygonal, unregelmäßig oder
von beliebiger anderer gewünschter Gestalt
sein.
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Das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial kann
zwar beliebige geeignete Abmessungen aufweisen; es ist jedoch eine
flachmaterialartige Struktur. Bevorzugt ist das Integralnetzgitter
also dünn
im Vergleich zu seiner Länge
und Breite; das Integralnetzgitter kann jedoch eine beliebige gewünschte Dicke
haben. Beispielsweise kann das Gitter mehrere Mikrometer dick sein,
wenngleich dickere Gitter eine Dicke von einem oder mehreren Millimetern
oder sogar noch mehr (z. B. eine Dicke von einen Zentimeter oder
mehr) aufweisen können.
Demgemäß hat das
Gitter wünschenswerterweise
eine Dicke von ca. 1000 μm
oder weniger (z. B. ca. 1 bis 750 μm), bevorzugt ca. 500 μm oder weniger
(z. B. ca. 10 bis 500 μm),
noch bevorzugter ca. 250 μm oder
weniger (z. B. ca. 50 bis 250 μm),
meistbevorzugt ca. 200 μm
oder weniger (z. B. ca. 100 bis 200 μm). Es versteht sich, dass das
Gitter wesentlich dicker oder dünner
sein kann als mit diesen beispielhaften Abmessungen angegeben. Ferner
kann die Gitterdicke variieren oder gleichförmig sein (z. B. an manchen
Stellen dicker sein als an anderen), wobei eine variierende Gitterdicke
graduell oder unregelmäßig sein
kann. Bevorzugt weist das Gitter jedoch durchweg eine annähernd gleichmäßige Dicke
auf, meistbevorzugt weist das Gitter eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke
auf.
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Die vorliegende Erfindung erstreckt
sich zwar auf integrale Netzmaterialien von beliebiger Gestaltgebung,
Größe und Dicke
(vorausgesetzt, das integrale Netzmaterial ist flachmaterialartig);
das integrale Netzmaterial in Einklang mit der vorliegenden Erfindung
ist jedoch gefenstert. Demgemäß weist
ein erfindungsgemäßes integrales
Netzmaterial ein/e oder mehrere Löcher oder Poren auf, welche
seine Dicke von einer Oberfläche
zur anderen durchdringen. Ein erfindungsgemäßes integrales Netzmaterial kann
eine beliebige Zahl von solchen Löchern aufweisen; das integrale
Netzmaterial muss aber mindestens ein solches Loch aufweisen. Bevorzugt
weist ein integrales Netzmaterial eine Anordnung von Löchern auf,
welche seine Dicke durchdringen, wobei die Anordnung regelmäßig oder
unregelmäßig sein kann.
Ferner können
die Löcher
beliebige Abmessungen oder Größen aufweisen.
So können
die Löcher
zum Beispiel einige Mikrometer weit sein, oder sie können größer sein,
z. B. ca. einen Millimeter weit, oder sogar noch größer (z.
B. etwa einen Zentimeter oder mehr). Ferner kann das integrale Netzmaterial
eine Mehrzahl von Lochgrößen aufweisen,
die in ihrer Weite erheblich variieren. Alternativ kann die Lochgröße über das
gesamte erfindungsgemäße integrale
Netzmaterial annähernd
gleichförmig
sein. Die exakten Abmessungen für
die Löcher
innerhalb eines erfindungsgemäßen integralen
Netzmaterials können
je nach vorgesehenem Verwendungszweck für das integrale Netzmaterial
variieren. So ergibt zum Beispiel ein integrales Netzmaterial mit
sehr kleinen Löchern
(z. B. mit einer Weite von ein paar Mikrometern) ein hervorragendes
Filter zum Abtrennen von partikelförmigem Material aus einem Fluid,
während
ein integrales Netzmaterial mit größeren Löchern (z. B. mit einer Weite
von weniger als 1000 μm, insbesondere
mit einer Weite von 500 bis 800 μm)
ein ausgezeichnetes Stützmittel
zur Verwendung in Filtrationseinrichtungen ergibt. Ein bevorzugtes
integrales Netzmaterial weist sich verjüngende Löcher von annähernd gleichförmiger Gestalt,
angeordnet in einem regelmäßigen Muster
auf. Bevorzugt ist das Muster spalten- und zeilenweise angeordnet,
so dass die jedes Loch umgebende Gitterweite im We sentlichen gleichmäßig ist.
Ein Beispiel für
eine solche Anordnung ist das Muster mit diamantförmigen Öffnungen,
welches in 7 dargestellt
ist.
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Ein erfindungsgemäßes integrales Netzmaterial
ist schematisch in den 1A bis 1C dargestellt. Infolge der
Löcher 11 bildet
das polymere Gitter 13 des integralen Netzmaterials 12 eine
retikulierte Struktur. Demgemäß umfasst
ein integrales Netzmaterial 12 bevorzugt ein polymeres
Gitter 13, dessen Struktur durch Löcher 11 definiert
ist, welche das integrale Netzmaterial 12 von einer Oberfläche zur
anderen durchdringen. Je nach Anordnung der Löcher 11 kann das polymere
Gitter 13 eine regelmäßige Anordnung
aufweisen (1B) oder
eine unregelmäßige Anordnung
(1C). Ferner: je nach
Größe der Löcher 11 kann
das polymere Gitter 13 einen Großteil der Fläche des
integralen Netzes umfassen, oder das polymere Gitter 13 kann
eine Minderheit der Fläche des
integralen Netzes umfassen.
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Neben Löchern und einem polymeren Gitter kann
ein integrales Netzmaterial auch noch zusätzliche Elemente aufweisen.
So kann das integrale Netzmaterial oberflächenbehandelt sein (z. B. durch Aufbringen
einer hydrophilen oder hydrophoben Beschichtung auf die Oberfläche des
integralen Netzmaterials) oder oberflächenprofiliert sein (z. B.
zum Erleichtern der Fluiddynamik). So kann zum Beispiel, wie in 7 dargestellt, ein integrales
Netzmaterial 71 lokale Vertiefungen 74 in einer
Oberfläche
(oder auch in den beiden, einander gegenüberliegenden Oberflächen) seines
Gitters 72 aufweisen. Die Vertiefungen 74 können Rillen
oder Kanäle
zwischen benachbarten Löchern 73 bilden.
Im Falle anderer Anwendungen kann die Netzoberfläche aber auch bevorzugt glatt
sein. Es versteht sich, dass das integrale Netzmaterial eine beliebige
Zahl anderer zusätzlicher
Merkmale aufweisen kann, welche seine Verwendung in verschiedenen
Anwendungen erleichtern (z. B. kann ein integrales Netzmaterial
ladungsmodifiziert sein, auf einer oder beiden Oberflächen mit Klebstoff
beschichtet sein, verstreckt sein etc.).
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Das erfindungsgemäße integrale Netzmaterial kann
in einer Vielfalt von Applikationen Anwendung finden, welche den
Einsatz von polymeren Netzmaterialien oder Fasermaterialien erlauben,
so etwa in medizinischen Geräten
oder Produkten (z. B. als Verband- oder Nahtmaterial), Gasaustausch- oder
Sauerstoffapparaten, elektronischen Geräten (z. B. als Isolierung wie
etwa in Batterien), für
Trennaufgaben (z. B. als Filter oder Stützmittel innerhalb von Filtrationseinrichtungen)
oder anderen Anwendungen. Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung eine Filtrationseinrichtung bereit, welche
das erfindungsgemäße integrale
Netzmaterial enthält.
Die Filtrationseinrichtung umfasst ein Gehäuse, einen Prozessfluideinlass,
welcher so angeordnet ist, dass Prozessfluid in das Gehäuse geleitet
wird, einen Permeatauslass, welcher so angeordnet ist, dass Permeat
von dem Gehäuse
abgeleitet wird, mindestens ein Trennelement, welches innerhalb
des Gehäuses angeordnet
ist und ein erfindungsgemäßes integrales
Netzmaterial aufweist, wobei eine Oberfläche des Netzmaterials (d. h.
eine aufstromseitige Oberfläche) mit
dem Prozessfluideinlass in Verbindung steht und eine andere Oberfläche des
Netzmaterials (d. h. eine abstromseitige Oberfläche) mit dem Permeatauslass in
Verbindung steht. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren
bereit zum Abtrennen eines Materials (z. B. eines partikelförmigen Materials)
aus einem Prozessfluid unter Verwendung einer solchen Filtereinrichtung.
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Das integrale Netzmaterial kann zwar
nach einem beliebigen geeigneten Verfahren hergestellt werden; die
vorliegende Erfindung stellt jedoch ein bevorzugtes Verfahren zur
Herstellung eines solchen Netzmaterials sowie zur Herstellung anderer
geprägter
Flachmaterialien (z. B. eines nicht-gefensterten Flachmaterials)
bereit. In Einklang mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
und wie schematisch in 2 dargestellt
wird das geprägte
Flachmaterial 26 von einem Barren 21 gewonnen.
Das Verfahren verwendet bevorzugt ein Prägewerkzeug 22 (bevorzugt
mit Vorsprüngen 23,
um eine oder mehrere Ausnehmungen 24 in dem Barren 21 zu
erzeugen) und eine Klinge 25 zum Schälen (d. h. zum tangentialen
Teilen des Barrens 21), um ein geprägtes Flachmaterial 26 zu
erzeugen.
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Wie in den 4A–B gezeigt, wird nach diesem Verfahren ein
gemustertes geprägtes
Flachmaterial 42 aus dem Polymermaterial von dem Barren 41 ent fernt,
wobei das geprägte
Flachmaterial 42 zwei Oberflächen 49a, 49b und
das geprägte
Muster 44 aufweist.
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Im vorliegenden Text, einschließlich der
beigefügten
Ansprüche,
bedeutet Barren einen Block, einen Vorformling oder eine andere
Masse, welche zum Prägen
und nachfolgenden Schälen
geeignet ist, unabhängig
von Gestalt oder Zusammensetzung. Der Barren kann mit beliebigen
geeigneten Mitteln geformt sein, z. B. mit einem Formwerkzeug oder
beliebigen anderen Mitteln zum Formen polymerer Barren. Meistbevorzugt
wird der Barren nach einem Verfahren hergestellt, welches die Anwesenheit
von extrahierbarem Material stark minimiert oder im Wesentlichen
eliminiert. Ein bevorzugter Barren zur Verwendung für das vorliegende
endungsgemäße Verfahren
ist also eine im Wesentlichen reine Masse des gewünschten
polymeren Materials, z. B. ein Barren, welcher im Wesentlichen aus
dem gewünschten
Polymer besteht, oder auch ein Barren, welcher ganz aus dem gewünschten
Polymer besteht. So kann der Barren zum Beispiel weniger als ca.
500 Teile auf eine Million (ppm) an extrahierbarem Material enthalten,
z. B. weniger als ca. 100 ppm oder auch weniger als 50 ppm an extrahierbarem
Material (z. B. weniger als ca. 10 ppm an extrahierbarem Material),
so etwa weniger als ca. 1 ppm an extrahierbarem Material, wobei
der Barren noch bevorzugter weniger als ca. 10 Teile auf eine Milliarde
(ppb) an metallischem extrahierbarem Material (z. B. weniger als
ca. 1 ppb an metallischem extrahierbarem Material) enthält. Es versteht
sich, dass die genauen Mittel zum Formen des Barrens in hohem Grade
von der Natur des Polymermaterials abhängen, wobei solche Mittel auf dem
Fachgebiet wohlbekannt sind. Der Barren kann ein beliebiges geeignetes
polymeres Material enthalten (z. B. frisches, wiederaufgearbeitetes,
rezyklisiertes etc.), so etwa die an anderer Stelle im vorliegenden
Text beschriebenen Materialien. Bevorzugte Polymermaterialien sind
diejenigen, welche sich leicht abschälen lassen, wobei das Polymermaterial
wünschenswerterweise
auch ausreichend verformbar ist, um einen Barren von dem Polymermaterial
mit einer geeigneten Einrichtung zu prägen. Meistbevorzugt besteht
der Barren im Wesentlichen aus PTFE, PFA oder UHMWPE.
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Ein Barren aus Polymermaterial zur
Verwendung für
das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
kann eine beliebige geeignete Gestalt oder Abmessungen aufweisen.
So kann zum Beispiel, wie in 2 dargestellt,
ein Barren 21 als Zylinder ausgebildet sein. Ein derartiger
Barren 21 kann kompakt sein oder eine Aussparung aufweisen,
um auf einen Dorn 27 aufgesetzt zu werden. In anderen Ausführungsformen
kann ein Barren 31 hohl sein (3F) oder planar (3D bis 3E).
Ferner können
die Barren eine beliebige andere gewünschte Oberflächeneigenschaft
aufweisen (d. h. profiliert, konkav, konvex etc.). Weiter kann der
Barren in dem Fall, dass er planar ist, eine beliebige gewünschte Gestalt
aufweisen. Zum Beispiel kann die Oberfläche eines planaren Barrens
viereckig, rund, oval, länglich,
polygonal etc. oder auch unregelmäßig sein.
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Wie in den 3A bis 3G gezeigt,
umfasst das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren als ersten Schritt
das Prägen
des Barrens 31, so dass Ausnehmungen 34 in eine
Oberfläche
des Barrens 31 bis auf eine bestimmte Tiefe eingebracht
werden. Die Mittel zum Prägen
des Barrens 31, welche für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
Anwendung finden können,
können
beliebiger Art sein. So kann der Barren 31 Ausnehmungen 34 aufweisen,
welche durch separates Eindrücken
von Ausnehmungen 34 in den Barren 31 (d. h. durch
Umformung der Oberfläche
des Barrens 31), z. B. mit einem Stanzwerkzeug, einem oder
mehreren Prägewerkzeugen
oder anderen geeigneten Mitteln oder Einrichtungen geformt werden.
Alternativ können
die Ausnehmungen 34 durch Entfernen oder Abtragen von Material
von dem Barren 31 geformt werden (z. B. mit einem Bohrer
oder einer anderen Vorrichtung, durch Fotoätzung, durch chemisches Ätzen oder über eine
andere geeignete Behandlung). Bevorzugt wird der Barren 31 unter
Verwendung eines Prägewerkzeugs 33 geprägt.
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Das Prägewerkzeug 33, welches
für das
vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
Verwendung finden kann, kann von beliebiger Art sein, die geeignet
ist, Ausnehmungen 34 in den Barren einzudrücken. Die
Art des Prägewerkzeugs
ist von vielfältigen Parametern
abhängig,
so etwa von den Oberflächenkontu ren
oder vom Oberflächenprofil
des Barrens 31, der Polymerart und den gewünschten
Eigenschaften des polymeren geprägten
Flachmaterialproduktes. Ein Beispiel für ein geeignetes Prägewerkzeug 33 ist ein
Werkzeug (z. B. ein Metallwerkzeug) mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen 32.
Wie in den 3A, 3F und 3G gezeigt, kann das Prägewerkzeug 33, welches
für das
vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
Anwendung finden kann, ein Prägewerkzeug 33 vom
Rotations-Abroll-Typ sein, welches bei axialer Rotationsbewegung
aufeinanderfolgende Vorsprünge 32 in
Kontakt mit der Oberfläche
des Barrens 31 bringt. Wie in den 3B bis 3C gezeigt,
ist ein weiterer Typ von Prägewerkzeug 33 ein
Prägewerkzeug 33 vom
Manteltyp mit nach innen ragenden radialen Vorsprüngen 32.
Wie in den 3D und 3E gezeigt, ist ein weiterer
Typ von Prägewerkzeug 33 ein
Prägewerkzeug 33 vom
Pressentyp mit von einer Oberfläche
abstehenden Vorsprüngen 32.
Neben den dargestellten Prägewerkzeugen
können
auch andere Prägewerkzeuge
für das
vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
verwendet werden.
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Das Prägen kann nach einer beliebigen
geeigneten Technik durchgeführt
werden, wobei die Wahl der Prägetechnik
in hohem Grade von den Eigenschaften des Barrens 31 und
des Prägewerkzeugs 33 abhängt. Beispielsweise
kann ein Barren geprägt
werden durch Passage eines Prägewerkzeugs 33 vom
Rotations-Abroll-Typ entlang des Barrens 31 tangential
zur Oberfläche
des Barrens 31 (3A und 3G). Alternativ kann ein
Barren 31 geprägt
werden durch Platzieren des Barrens 31 innerhalb eines
Prägewerkzeugs 33 vom
Manteltyp (3B bis 3C), durch Kontaktieren eines
Barrens 31 mit einem Prägewerkzeug 33 vom
Pressentyp (3D bis 3E), durch Prägen der
inneren Oberfläche
eines hohlen Barrens (3F)
oder durch andere geeignete Mittel. Wie in 3A gezeigt, wird ein zylinderförmiger Barren 31 wirksam
geprägt,
während
er eine axiale Rotationsbewegung (z. B. in die durch den Pfeil a
bezeichnete Richtung) relativ zu einem Prägewerkzeug 33 vom
Rotations-Abroll-Typ ausführt,
welches eine axiale Rotationsbewegung in der Gegenrichtung ausführt (z.
B. in die durch den Pfeil b bezeichnete Richtung). Unabhängig von
der gewählten
Prägetechnik
aber werden durch den Prozess des Prägens Aus nehmungen 34 in
eine Oberfläche
des Barrens 31 eingebracht, wie hierin beschrieben.
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Ein Prägewerkzeug 33 weist
bevorzugt Vorsprünge 32 zum
Kontaktieren des Barrens 31 auf. Die Vorsprünge 32 können eine
beliebige Anordnung (z. B. ein Muster oder eine unregelmäßige Anordnung)
auf dem Prägewerkzeug 33 bilden.
Die Vorsprünge 32 können regelmäßig oder
unregelmäßig beabstandet
sein, und eine Anordnung von Vorsprüngen 32 kann eine
beliebige gewünschte
Dichte aufweisen (z. B. von ca. 1/cm2 bis
ca. 500/cm2, typisch ca. 10/cm2 bis
ca. 100/cm2). Wenn das Prägewerkzeug 33 ein
Prägewerkzeug 33 vom
Rotations-Abroll-Typ ist, können
die Vorsprünge 32 eine unregelmäßige oder
lineare Anordnung entlang der Länge
des Prägewerkzeugs 32 bilden;
alternativ können
die Vorsprünge 32 eine
helixförmige
Anordnung beliebigen Grades bilden (Helices von ca. 5° bis 75°, so etwa
ca. 15° bis
60° oder
auch ca. 30° bis
45° sind typisch).
Beispielsweise weist ein Prägewerkzeug vom
Rotations-Abroll-Typ zum Formen eines geprägten Flachmaterials, welches
mit dem in 7 gezeigten
Muster mit diamantförmigen Öffnungen
versehen ist, Vorsprünge
auf, die spiralförmig
in einem Winkel von annähernd
45° angeordnet
sind, wobei einander gegenüberliegende
Seiten der Vorsprünge
einen eingeschlossenen Winkel von ca. 90° aufweisen (d. h. der Winkel è, wie
in 5A angegeben, beträgt ca. 45°). Durch
Variieren der Platzierung der Vorsprünge 32 kann das vorliegende
erfindungsgemäße Verfahren
geprägte
Flachmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen.
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Die Vorsprünge 32 können auch
beliebige geeignete Abmessungen zum Eindrücken von Ausnehmungen 34 in
den Barren 31 aufweisen. Da die Eindruckoder Lochgröße eines
polymeren Flachmaterials in Beziehung zur Breite der Vorsprünge 32 des Prägewerkzeugs
(sowie zur Tiefe der Eindringung der Vorsprünge) steht, variieren die exakten
Abmessungen der Vorsprünge 32 in
Abhängigkeit
von den gewünschten
Eigenschaften des polymeren geprägten
Flachmaterialproduktes. Zum Erzeugen eines geprägten Flachmaterials mit sehr
kleinen Eindrücken oder
Löchern
(z. B. einem polymeren integralen Netzmaterial, welches zur Feinfiltration
befähigt
ist), können
die Vorsprünge 32 eine
maximale Breite auf Eindringniveau von weniger als ca. 20 μm aufweisen; zum
Beispiel kann ein Vorsprung 32 eine Breite von weniger
als ca. 10 μm
(z. B. weniger als ca. 5 μm)
auf Eindringniveau aufweisen. Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
erstreckt sich auch auf die Verwendung von Prägewerkzeugen 33 mit
noch kleineren Vorsprüngen 32,
um ein polymeres geprägtes Flachmaterial
mit kleinen Eindrücken
zu erzeugen (z. B. ein integrales Netzmaterial mit sehr kleinen
Löchern
oder Poren). Ähnlich
weist ein Prägewerkzeug 33 zum
Erzeugen eines geprägten
Flachmaterials oder integralen Netzmaterials mit größeren Eindrücken oder
Löchern
Vorsprünge 32 auf,
die größer sind
als die obengenannte relativ kleine Größe (d. h. eine Breite auf Eindringniveau
von ca. 20 μm
oder mehr). Beispielsweise weisen in zahlreichen Anwendungen die
Vorsprünge 32 eine
Breite von bis zu ca. 1 Millimeter auf Eindringniveau auf, während in
anderen Anwendungen die Vorsprünge 32 eine
Breite von bis zu ca. 1 Zentimeter auf Eindringniveau aufweisen. Es
versteht sich, dass die Vorsprünge 32 sogar
noch erheblich breiter sein können
als diese beispielhaften Abmessungen, in Abhängigkeit von den gewünschten
Eigenschaften des polymeren geprägten
Flachmaterialproduktes.
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Die Höhe der Vorsprünge 32 begrenzt
die maximale Tiefe der Ausnehmungen 34, welche in den Barren 31 eingebracht
werden können;
demgemäß können längere Vorsprünge 32 tiefere
Ausnehmungen 34 einprägen
als kürzere.
Es versteht sich, dass die Vorsprünge 32 nicht bis zu
ihrer vollen Länge
in den Barren 31 eingebracht werden müssen (d. h. auch ein längerer Vorsprung 32 kann
eine Ausnehmung 34 von relativ geringer Tiefe einprägen). Demgemäß können die
Vorsprünge 32 eine
beliebige geeignete Höhe
aufweisen, um Ausnehmungen 34 von gewünschter Tiefe zu erzeugen.
In Abhängigkeit
von der Tiefe, bei der der geprägte
Barren 31 geschält wird,
erlauben tiefere Ausnehmungen 34 mehrere Lagen eines polymeren
geprägten
Flachmaterials von einem Barren 21 zu gewinnen, der nur
ein einziges Mal geprägt
wurde. Weiter: in Fällen,
wo das gewünschte
geprägte
Flachmaterial ein integrales Netzmaterial ist, erlauben tiefere
Ausnehmungen 34, dickere Netzmaterialien abzuschälen. Demgemäß ist in
vielen Anwendungen ein Vorsprung 32 relativ hoch, um von
einem einmal geprägten
Barren 31 eine möglichst
große Produktmenge
zu gewinnen. Umgekehrt sind in anderen Anwendungen (z. B. um den
Barren 31 für
ein nachfolgendes Prägen
mit einem anderen Muster von Ausnehmungen 34 aufzusparen)
die Vorsprünge 32 kürzer, und
in vielen Anwendungen sind die Vorsprünge 32 so kurz, dass
sie nur geringfügig
in den Barren 31 eindringen. Ferner kann ein Prägewerkzeug 33 Vorsprünge 32 von
unterschiedlicher Höhe
aufweisen, um Ausnehmungen 34 von unterschiedlicher Tiefe
in dem Barren 31 zu erzeugen.
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Die Vorsprünge 32 können eine
beliebige querschnittliche Gestalt aufweisen; die Vorsprünge 32 können also
tetragonal (z. B. Rhomboide, Rechtecke, Rauten etc.), rund, oval,
länglich,
orthogonal, sternförmig
oder von beliebiger anderer gewünschter Gestaltgebung
sein. Ferner kann das Prägewerkzeug 33 Vorsprünge 32 von
gleichförmiger
Gestalt oder variierter Gestalt aufweisen. Ferner kann ein Vorsprung 32 seine
Gestalt entlang seiner Länge ändern (z.
B. von tetragonal an der Basis zu rund an der Spitze oder eine andere
geeignete Anordnung), um Ausnehmungen 34 von variierender
Gestalt zu erzeugen. So kann ein einmal geprägter Barren 31 nacheinander
geschält
werden, um geprägte
Flachmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erzeugen.
Alternativ können
die Vorsprünge 32 so ausgebildet
sein, dass sie nutartige Ausnehmungen in den Barren prägen, so
dass beim anschließenden Schälen statt
eines integralen Netzmaterials mit einem Gitter Filamente (z. B.
Fasern) entstehen.
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Die Vorsprünge 32 können zwar
eine beliebige gewünschte
Gestalt aufweisen; bevorzugt sind sie jedoch so ausgebildet, dass
sie eine sich verjüngende
Form aufweisen. Wie schematisch in den 5A bis 5B gezeigt,
sind die sich verjüngenden
Vorsprünge 52 pyramidenförmig (5A) oder konisch (5B). Meistbevorzugt sind
die Vorsprünge 52 zum
Bilden des Musters mit diamantförmigen Öffnungen
nach 7 von pyramidenförmiger Gestalt.
Die Verjüngung
kann von der Basis des Vorsprungs nach außen oder – bevorzugt – nach innen
verlaufen und kann einen beliebigen Grad è aufweisen, so zum Beispiel
weniger als ca. 90° (d.
h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 180°), z. B.
weniger als ca. 60° (d.
h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 120°), so etwa
weniger als ca. 45° (d. h.
einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 90°), weniger
als ca. 30° (d.
h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 60°) oder sogar weniger
als 15° (d.
h. einen eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 30°). In der
Tat können
die sich verjüngenden
Vorsprünge 52 Stifte
bilden, die eine ganz leichte Verjüngung aufweisen, z. B. mit
einem Winkel è weniger
als ca. 5° (d.
h. mit einem eingeschlossenen Winkel von weniger als ca. 10°), oder sie
können
ganz ohne Verjüngung
ausgebildet sein. Bevorzugt weisen die Vorsprünge 52 des Prägewerkzeugs 51 jedoch
eine gleichmäßige Verjüngung auf, noch
bevorzugter weisen die Vorsprünge
einen eingeschlossenen Winkel von 90° auf (d. h. der Winkel è der nach
innen gerichteten Verjüngung
beträgt
ca. 45°).
Aus der Betrachtung der 5A, 5B und 6 wird erkennbar, dass in dem Falle,
dass die Vorsprünge 52 sich
verjüngen,
die von den Vorsprüngen 52 erzeugten
Ausnehmungen 62 dementsprechend synklinal sind.
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Weil die Vorsprünge während des Prägeschrittes
nicht bis zu ihrer maximalen Tiefe in den Barren eindringen müssen, werden
Prägewerkzeuge mit
sich verjüngenden
Vorsprüngen
bevorzugt, weil sie ein größeres Maß an Kontrolle über das
resultierende geprägte
Flachmaterial erlauben. Beispielsweise kann über die Einstellung der Tiefe,
bis zu der die Vorsprünge
eindringen, die Größe der Ausnehmungen
gesteuert werden. Es können
also Ausnehmungen mit größerer Weite
geprägt
werden, indem man die Vorsprünge
tiefer eindringen lässt.
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Wie in den 4A bis 4B schematisch
gezeigt, beinhaltet das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren,
im Anschluss an den Prägeschritt
den geprägten
Barren 41 zu schälen,
bevorzugt durch trennendes Ineingriffbringen des Barrens 41 mit
einer Klinge 45. Für
das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
können
beliebige Mittel zum Schälen
des Barrens 41 Verwendung finden. So kann der Barren 41 geschält werden
durch Passage der Klinge 45 durch den Barren 41 tangential
zur Oberfläche
des Barrens 41. Eine gleichmäßigere Abschälung des geprägten Barrens 41 erhält man jedoch,
wenn der Barren relativ zu einer feststehenden Klinge 45 bewegt
wird, und dieses Verfahren zum Schälen des Barrens wird bevorzugt.
Somit wird, wie in 4A gezeigt,
ein zylinderförmiger
Barren am gleichmäßigsten
geschält,
während
er eine axiale Rotationsbewegung (wie durch den Pfeil a gezeigt)
ausführt, um
mit einer feststehenden Klinge 45 in Eingriff zu kommen. Ähnlich wird,
wie in 4B gezeigt, ein
planarer Barren 41 am gleichmäßigsten geschält, wenn er
vorwärts
bewegt wird, um mit einer feststehenden Klinge in Eingriff zu kommen
(wie durch den Pfeil b angegeben).
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Der Barren 41 kann bei einer
beliebigen Tiefe bezogen auf die Tiefe der eingeprägten Ausnehmungen 43 geschält werden.
In vielen Anwendungen wird der Barren 41 bei einer Tiefe
geschält,
die geringer ist als die Tiefe der eingeprägten Ausnehmungen 43. Somit
wird erkennbar, dass ein geprägtes
Flachmaterial 42, welches von dem Barren 41 durch
Schälen entfernt
wird, ein integrales Netzmaterial ist (d. h. ein gefenstertes Flachmaterial),
weil das geprägte
Flachmaterial 42 das Muster von Ausnehmungen 43, 44, welche
durch vorheriges Prägen
des Barrens 41 in den Barren 41 eingebracht wurden,
beibehält.
In anderen Anwendungen wird der Barren 41 bei einer Tiefe
geschält,
welche die Tiefe der eingeprägten
Ausnehmungen 43 überschreitet,
wodurch ein geprägtes Flachmaterial 42 erzeugt
wird, welches nicht gefenstert ist, welches aber an den Stellen
der eingeprägten Ausnehmungen 43, 44 dünner ist
als das Gitter zwischen den Ausnehmungen 43, 44.
Falls gewünscht, können derartige
eingeprägte
Flachmaterialien durch eine Folgebehandlung mit Fenstern versehen
werden ( z. B. durch Verstrecken, um die dünnen Bereiche in den Gebieten
der eingeprägten
Ausnehmungen aufzureißen).
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Das Schälen kann nach einer beliebigen
geeigneten Technik erfolgen, wobei die Wahl der Schältechnik
in hohem Grade von den Eigenschaften des geprägten Barrens 41 abhängt. So
kann zum Beispiel, wie in 6 gezeigt,
ein Barren 61 mit Ausnehmungen 62, nachdem er
ein einziges Mal geprägt wurde,
mehrere Male geschält
werden, so etwa bei aufeinanderfolgenden Tiefen (wie z. B. mit den
unterbrochenen Linienzügen
A, B und C dargestellt), um integrale Netzmaterialien mit verschiedenen
Lochgrößen (Linienzüge A und
B) oder ein nicht-gefenstertes geprägte Flachmaterial (Linienzug
C) zu erzeugen. Ferner kann, wie in 4A gezeigt,
ein einmal geprägter
zylinderförmiger
Barren 41 spiralig geschält werden (z. B. in einer konzentrischen
Spirale), um ein einziges geprägtes
Flachmaterial 42 von dem Barren zu erhalten. Ferner kann,
wie in 2 gezeigt, ein
zylinderförmiger
Barren 21 mit einem Prägewerkzeug 22 vom
Rotations-Abroll-Typ kontinuierlich geprägt werden und unter axialer
Rotation (wie durch den Pfeil a gezeigt) relativ zu einer Klinge 25 geschält werden.
Weil der Durchmesser des Barrens in dem Maße abnimmt, wie Lagen von geprägtem Flachmaterial 26 spiralförmig von
dem Barren 21 abgeschält
werden, kann die Klinge 25 kontinuierlich gegen den Barren 21 geschaltet
werden oder der Barren 21 kann kontinuierlich gegen die
Klinge 25 geschaltet werden, um eine gewünschte Schältiefe aufrechtzuerhalten.
Ferner kann zur Wahrung einer gleichmäßigen Musterdefinition nach
dem Abschälen von
Lagen von geprägtem
Flachmaterial das Prägewerkzeug 22 kontinuierlich
gegen den Barren 21 geschaltet werden oder der Barren 21 kann
kontinuierlich gegen das Prägewerkzeug 22 geschaltet
werden. Somit kann ein kontinuierliches integrales Netzmaterial
mit im Wesentlichen gleichförmigen
Lochgrößen von
einem zylinderförmigen
Barren 21 polymeren Materials erzeugt werden.
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Wie hierin erwähnt, verwendet das vorliegende
erfindungsgemäße Verfahren
bevorzugt sich verjüngende
Prägewerkzeugvorsprünge, um
synklinale Ausnehmungen in den Barren einzudrücken. Wie in 6 gezeigt, können integrale Netzmaterialien
mit Poren oder Löchern
von unterschiedlichen Abmessungen von geprägten Barren 61 mit
synklinalen Ausnehmungen 62 durch Variieren der Tiefe,
bei der der geprägte
Barren 61 nachfolgend geschält wird (unterbrochene Linienzüge A und
B), erzeugt werden. Beispielsweise erzeugt das Schälen eines geprägten Barrens 61 mit
synklinalen Ausnehmungen 62 bei relativ geringer Tiefe
(Linienzug A in 6) ein
integrales Netzmaterial mit relativ weiteren Löchern und Poren und engerem
Gitter, während
das Schälen
des Barrens 61 bei einem tieferen Niveau (Linienzug B in 6) ein integrales Netzmaterial
erzeugt, welches relativ kleinere Löcher oder Poren und ein weiteres
Gitter aufweist. Somit können
in Einklang mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene
separate integrale Netzmaterialien, jeweils mit unterschiedlichen
Lochgrößen, aber mit
dem gleichen Poren- oder Lochmuster und dem gleichen Poren- oder
Lochabstand, von dem gleichen ge prägten Barren 61 mit
synklinalen Ausnehmungen 62 durch wiederholtes Schälen des
Barrens 61 bei zunehmenden Tiefen (Linienzüge A und
B) erzeugt werden. Das Schälen
des Barrens 61 bei einem Niveau, welches tiefer ist als
die Tiefe der Ausnehmungen 62 (Linienzug C in 6) erzeugt ein nicht-gefenstertes
Flachmaterial. Es wird erkennbar sein, dass beim sukzessiven Schälen eines
einmal geprägten
Barrens die Lochgröße der von
einem Barren mit synklinalen Ausnehmungen abgeschälten sukzessiven
Lagen zwangsweise immer kleiner wird. Wenn also Gleichförmigkeit
der Lochgröße zwischen Folgelagen
gewünscht
wird, muss entweder der Barren vor jeder Folgeschäloperation über das
bestehende Muster neu geprägt
werden oder die Vorsprünge
des Prägewerkzeugs
sollten sich nicht verjüngen.
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Durch Steuern der Prozesse des Prägens und
Schälens
des Barrens kann ein geprägtes
Flachmaterial mit einem Gitter von beliebiger geeigneter Dicke erzeugt
werden, wie im Vorstehenden beschrieben. So kann zum Beispiel über die
Steuerung des Prägeschrittes
die Gitterdicke beeinflusst werden. Die Verdrängung von Barrenmaterial durch
die Vorsprünge
bewirkt ein Schwellen der Oberfläche des
Barrens, da das Gesamtvolumen des Barrens während des Prägeschrittes
nicht wesentlich verändert
wird. Durch Variieren der Abmessungen der Prägewerkzeugvorsprünge sowie
der Prägetiefe
kann also der Grad beeinflusst werden, in dem sich der Barren während des
Prägeschrittes
ausdehnt. Ferner kann über
die Steuerung des Schälprozesses
das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
geprägte Flachmaterialien
mit variabler Gitterdicke oder gleichmäßiger Gitterdicke erzeugen.
Schälen
mit veränderlicher
Tiefe kann ein geprägtes
Flachmaterialgitter erzeugen, welches an manchen Stellen dicker ist
als an anderen, wobei die Variationen entweder graduell oder unregelmäßig sind.
Ferner kann die Gestalt der Klinge ( z. B. sägeartig ausgezackt oder auf
eine andere Weise unregelmäßig) die
Dicke des geprägten
Flachmaterials oder Netzgitters beeinflussen. Es versteht sich,
dass durch Steuerung des Schälprozesses
das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
geprägte
Flachmaterialgitter erzeugen kann, welche durchweg eine annähernd gleichmäßige Dicke
aufweisen, und sogar Gitter mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke.
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Neben den im Vorstehenden erwähnten Schritten,
welche als ersten Schritt das Prägen
und als nachfolgenden Schritt das Schälen des Polymerbarrens beinhalten,
kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren auch andere Schritte
umfassen. So kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren eine geeignete
Vorbehandlung des Barrens aus polymerem Material umfassen. Die Art
der gewünschten
Vorbehandlung ist in großem
Umfang abhängig
von der Zusammensetzung des Polymers, wobei diese Vorbehandlungen
auf dem Fachgebiet bekannt sind. Beispielsweise kann der Barren
oder ein Teil des Barrens vor dem Prägeschritt oder während des
Prägeschrittes
erwärmt
werden, um das polymere Material empfänglicher für das Eindrücken während des Prägeschrittes
zu machen. So kann zum Beispiel der Barren vor dem Prägen in einem Ofen
auf eine gleichmäßige Temperatur
erwärmt werden.
Alternativ kann das Prägewerkzeug
ein Heizelement zum Erwärmen
einer Oberfläche
des Barrens während
des Prägeschrittes
aufweisen. Die Temperatur, auf die der Barren erwärmt wird,
hängt von
dem Polymer ab. Für
thermoplastische Polymere wird die Oberfläche des Barrens auf eine Temperatur nahe
der Glasübergangstemperatur
erhitzt. Ein PTFE-Barren wird bevorzugt auf eine Temperatur erhitzt,
die in einem Bereich von oberhalb Raumtemperatur (z. B. oberhalb
ca. 25°C)
bis hin zu ca. 185°C, noch
bevorzugter von ca. 135°C
bis ca. 165°C
(z. B. 150°C)
liegt. Ähnlich
kann die Oberfläche
eines Barrens, welcher UHMWPE enthält, bevorzugt auf eine Temperatur
erwärmt
werden, welche in einem Bereich von oberhalb Raumtemperatur bis
hin zu ca. 60°C
liegt, noch bevorzugter von ca. 50°C bis ca. 60°C (z. B. ca. 55°C), während die
Oberfläche
eines Barrens, welcher PFA enthält,
bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich von oberhalb Raumtemperatur
bis hin zu ca. 185°C,
noch bevorzugter von ca. 135°C
bis ca. 165°C
(z. B. ca. 150°C)
erhitzt wird.
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Das geprägte Flachmaterial aus Polymermaterial
kann nach dem Schälen
vom geprägten
Barren modifiziert werden. Die Art der erwünschten Modifikation hängt in hohem
Grade von der Zusammensetzung des Polymers und der vorgesehenen
Verwendung des geprägten
Flachmaterials ab. Derartige Modifikationen sind auf dem Fachgebiet
bekannt. So kann bzw. können
zum Beispiel eine oder beide Oberflächen des geprägten Flachmaterials
geglättet, wärme behandelt,
spannungsfrei gemacht, beschichtet etc. werden. Ferner kann ein
geprägtes
Flachmaterial, welches durch Schälen
des Barrens bei einer Tiefe, welche die Tiefe der Ausnehmungen überschreitet,
gewonnen wird, nach dem Schälen
verstreckt werden, um die dünnen
Bereiche in den Gebieten der geprägten Vertiefungen aufzureißen und sie
dadurch zu gefensterten Strukturen (d. h. integralen Netzmaterialien)
zu machen. Es versteht sich, dass das geprägte Flachmaterial aus Polymermaterial
auf beliebige andere geeignete Weise modifiziert werden kann.
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Für
einige Anwendungen umfasst das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
ferner das Kontaktieren des integralen Netzmaterials mit einer zweiten
Prägeeinrichtung
(oder sogar zwei oder mehr Prägeeinrichtungen,
Klingen, sägeartig
ausgezackten Kanten etc.), um – wie
in 7 gezeigt – lokale Vertiefungen 74 oder
Rillen 74 in eine Oberfläche des Gitters 72 des
geprägten
Flachmaterials zwischen einigen der einander benachbarten Löchern oder
Ausnehmungen 73 einzudrücken.
Die Rillen 74 oder Vertiefungen 74 müssen nicht
zwischen allen benachbarten Löchern
vorhanden sein. Für
manche Anwendungen mag es wünschenswert
sein, dass die Rillen 74 das Gitter 72 durchbrechen,
so dass zwischen einigen der einander benachbarten Löchern oder
Ausnehmungen 73 Spalte entstehen.
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In der vorliegenden Erörterung
sind Mittel angegeben, mit denen ein Barren geprägt werden kann; das vorliegende
erfindungsgemäße Verfahren
muss aber den ersten Schritt des Prägens nicht verwenden. Für manche
Anwendungen zum Beispiel kann ein Barren aus Polymermaterial bereits
eine geeignete Anordnung von Ausnehmungen enthalten, so etwa die
im vorliegenden Text beschriebenen Ausnehmungen. Es versteht sich,
dass derartige Barren keiner weiteren Prägung bedürfen, um für das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren
Verwendung finden zu können.
In derartigen Ausführungsformen
stellt die vorliegende Erfindung also ein Verfahren bereit zum Herstellen
eines geprägten
Flachmaterials von einem geprägten
Barren aus Polymermaterial (d. h. einem Barren, welcher eine Oberfläche mit
einer oder mehreren Ausnehmungen aufweist, welche vertieft in der
Oberfläche
des Barrens angeordnet sind) durch Schälen des geprägten Barrens
wie im vorliegenden Text beschrieben. Nach diesem Verfahren wird
ein geprägtes
Flachmaterial aus Polymermaterial von dem Barren entfernt.
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Das vorliegende Verfahren kann ein
polymeres geprägtes
Flachmaterial erzeugen, welches im Wesentlichen frei von extrahierbarem
Material ist. Möglich
wird dies, weil das geprägte
Flachmaterial ohne den Einsatz von Manipulationen hergestellt wird,
durch welche bekanntermaßen
mit dem geprägten
Flachmaterial assoziiertes extrahierbares Material erzeugt oder
eingeführt
wird. Zwar wird der Barren, wie hierin beschrieben, mit dem Prägewerkzeug
und der Klinge in Kontakt gebracht; durch diese Manipulation werden
kontaminierende Substanzen jedoch höchstens oberflächlich in
das geprägte Flachmaterial
eingebracht, ohne dass diese Substanzen in das geprägte Flachmaterial
integriert werden. Daraus ergibt sich, dass das geschälte geprägte Flachmaterial
in ein geeignetes Fluid getaucht oder in einem geeigneten Fluid
gewaschen werden kann, um spurenweise vorhandene Materialablagerungen von
der Oberfläche
des geprägten
Flachmaterials zu entfernen.
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Alle hierin angeführten Referenzen, einschließlich Patente,
Patentanmeldungen und Veröffentlichungen,
werden hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden
Text aufgenommen.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme
auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben; für
den Durchschnittsfachmann wird erkennbar sein, dass Varianten der
bevorzugten Ausführungsformen
verwendet werden können
und dass die Erfindung auch auf andere als die speziell hierin beschriebene
Weise umgesetzt werden kann. Demgemäß umfasst die vorliegende Erfindung
alle Modifikationen, welche in den Bereichs der Erfindung fallen,
wie er in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.