DE69830573T2

DE69830573T2 - Aus polytetrafluorethylen geformter gegenstand und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69830573T2
Application number: DE69830573T
Authority: DE
Inventors: Shoji Kawachi; Kunihiko Settsu-shi HONJI; Tatsuro Settsu-shi UCHIDA; Osamu Settsu-shi SHIRASAKI; Masahiko Settsu-shi YAMADA
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2018-03-18
Also published as: KR100441808B1; DE69830573D1; KR20000075899A; DE69830573T3; EP0970799B2; EP0970799B1; EP0970799A4; WO1998041386A1; CN1090081C; EP0970799A1; US6287497B1; CN1250410A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen geformten Gegenstand aus Polytetrafluorethylen (nachfolgend auch bezeichnet als "PTFE") sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein großer Block aus einem aus PTFE geformten Gegenstand erzeugt, der weniger Verzerrungen und einen nur kleinen Druckverformungsrestwert aufweist.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen blockartigen Formgegenstand (gewöhnlich bezeichnet als groß dimensionierter Block) aus PTFE, welcher bei einer Höhe (d.h. Länge) von 800 mm oder mehr weniger verzerrt ist. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Film und/oder eine Folie und/oder einen Bogen, welche durch Herausschneiden aus dem Block erhalten werden und weniger Verzerrungen und einen nur niedrigen (bleibenden) Druckverformungsrest aufweisen.
Stand der Technik
PTFE weist eine sehr hohe Schmelzviskosität von ca. 10¹¹ Poise bei 380°C auf, weshalb Formungsverfahren wie Extrusion und Schmelzguss, die sich für allgemeine thermoplastische Harze (mit einer Schmelzviskosität von 10³ bis 10⁴ Poise bei Formung) eignen, nicht angewandt werden können.
Aus diesem Grund ist, als Formungsverfahren für PTFE, das folgende Kompressiongsformungsverfahren am meisten bevorzugt, und Block-förmige Gegenstände können mit diesen Verfahren geformt werden.

(a) Eine Form wird einheitlich mit Rohmaterialpulver befüllt, und die Form wird in einer Presse mit einem Druck von 100 bis 1000 kg/cm² zusammengedrückt.
(b) Die sich ergebende vergleichsweise spröde Vorform wird in einen Ofen gegeben und auf eine Backtemperatur von 360 bis 380°C erhitzt und dann bei dieser Temperatur gehalten, bis die Sinterung einheitlich beendet ist.
(c) Die Ofentemperatur wird auf Raumtemperatur als solche erniedrigt, um einen Block-förmigen Formgegenstand zu erhalten.

Der so erhaltene Block wird geschnitten, um einen Film mit einer Dicke von ca. 25 μm zu erhalten. Der entstandene PTFE-Film kann in hitzebeständigen elektrischen Drähten, hitzebeständigen Isolierbändern für Fahrzeugmotoren und Generatoren und dgl. verwendet werden.
Allerdings treten die folgenden Probleme auf, wenn insbesondere große Block-förmige Formgegenstände mit diesem Verfahren hergestellt und erzeugt werden sollen:

(1) Die innere Spannung, die durch das Eigengewicht des Rohmaterialpulvers erzeugt wird, bleibt im Block-förmigen Formgegenstand nach dem Backen zurück.
(2) Wird insbesondere modifiziertes PTFE als Rohmaterialpulver verwendet, wird der Block-förmige Gegenstand beim Backen deformiert.

Beim Schneiden eines derartigen Block-förmigen Formgegenstandes werden ein großer Verlust an teurem PTFE-Material sowie eine Verkräuselung des entstandenen Films verursacht.
JP 06 015 663 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Formgegenstands aus Fluorharz, wobei eine runde Stabform und eine zylindrische Gummiform koaxial in eine untere Form eingepasst werden. Der Zwischenraum zwischen den Formen wird mit Pulver aus Fluorharz befüllt, danach wird durch Anpassung einer oberen Form das Ganze versiegelt und in eine Druckvorrichtung gegeben, um durch ein Druckmedium unter Druck gesetzt zu werden, das durch eine Rinne eingespritzt wird. Das Pulver wird axial und vertikal unter Druck gesetzt, um zu einen Zylinder vorgeformt zu werden. Die Vorform wird entnommen, erhitzt und calciniert, um einen zylindrischen Formgegenstand aus Fluorharz zu bilden.
US 5,207,960 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dünnwandigen Rohrs aus fluoriertem Harz, insbesondere aus Polytetrafluorethylen, wobei ein Band aus fluoriertem Harz, das durch geschmierte Extrusion und Kalandern erhalten wird, zu einem Rohr auf einem Dorn gewickelt wird, wobei die Wickung des Bandes in einer Vielzahl von Schichten erfolgt und das so gewickelte Band auf dem Dorn auf eine Temperatur oberhalb der Sintertemperatur des fluorierten Harzes eine genügende Zeit lang gebracht wird, um eine Sinterung durchzuführen. Das gewickelte Rohr und der Dorn werden gekühlt, während auf dem Dorn das dünnwandige Rohr gewalzt wird, um das Rohr zu verlängern, die Dicke des Rohrs zu verringern und den Innendurchmesser des Rohrs zu erhöhen; und dann wird der Dorn innerhalb des Rohrs herausgezogen.
DE 43 36 175 C betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Teflon-Versiegelungen zur Anwendung in der chemischen Industrie. Diese Versiegelungen sind durch einen U-förmigen Querschnitt gekennzeichnet. Dieses Verfahren umfasst die Stufen, in denen man ein Rohr schneidet, bis zum Erreichen der gewünschten Wanddicke walzt und den Gegenstand umformt, um die gewünschte Form zu erhalten.
JP 04 185 426 A offenbart ein Verfahren, wobei ein durch Extrusion geformtes Erzeugnis aus einer PTFE-Harzpaste in eine Brennform eingebracht wird, die in einen Heizofen transportiert wird, wobei beide Enden der genannten Brennform mit blanken Flanschen abgeblockt werden, die auf horizontal rotierenden Sockeln montiert sind.
DE 1 504 174 A offenbart ein Verfahren zum Sintern poröser Rohre mit einem Pulver oder Granulat, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ausgangsmaterial, das in der Form eines Pulvers vorliegt, in einer sich axial drehenden Kühl-Form gesintert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen großen geformten Block zu erzeugen, der frei von Verzerrung und bleibender Druckverformung ist.
Durch die vorliegende Erfindung werden Polytetraethylen-Formgegenstände, -Filme und -Folien bzw. -Bögen bereitgestellt sowie Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung gestellt, wie es spezifisch in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektive, die eine Vorform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Querschnitt, der eine erste Ausgestaltung darstellt, worin die Vorform rotiert wird.
3 ist ein Querschnitt, der eine zweite Ausgestaltung darstellt, worin die Vorform rotiert wird.
4 ist ein Querschnitt, der eine dritte Ausgestaltung darstellt, worin die Vorform rotiert wird.
5 ist eine Perspektive, die eine vierte Ausgestaltung darstellt, worin die Vorform rotiert wird.
6 ist ein Querschnitt, der die Form eines Schaftes darstellt.
7 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung von Verfahren zur Messung des Deformationsgrads, des Rundheitsgrads und der Biegung (bezogen auf die Höhe des Formgegenstands).
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Das Polytetrafluorethylen-Pulver ist vorzugsweise ein Pulver, das mit einer Suspensionspolymerisation erhalten wird. Es kann aber auch ein Pulver sein, das durch andere Polymerisationsverfahren (z.B. eine Emulsionspolymerisation) erhalten wird. Der Durchschnittspartikeldurchmesser des Polytetrafluorethylen-Pulvers kann 10 bis 1000 μm betragen.
Das Polytetrafluorethylen-Pulver ist ein Homopolymer aus Tetrafluorethylen oder ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und einem weiteren Fluormonomer. In dem Copolymer kann das Molverhältnis von Tetrafluorethylen zum Fluormonomer 95:5 bis 99,999:0,001 betragen. Das Copolymer kann ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorvinylether (d.h. ein Vinylether-modifiziertes Polytetrafluorethylen) sein. Der Perfluorvinylether kann eine Verbindung der Formel sein: CF₂ = CF – OR_f (I),worin R_f eine organische Gruppe ist, die im Wesentlichen Kohlenstoff und Fluoratome und keine Wasserstoffatome und gegebenenfalls Sauerstoffatome aufweist.
Die R_f-Gruppe im Perfluorvinylether (I) kann eine Perfluoralkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine Perfluor(alkoxyalkyl)gruppe mit 4 bis 9 Kohlenstoffatomen, eine Gruppe der Formel (II):
worin m eine Zahl von 0 bis 4 ist,
oder der Gruppe der Formel (III) sein:
worin n eine Zahl von 1 bis 4 ist.
Bei der Kompressionsformung kann der Kompressionsdruck im Allgemeinen 100 bis 1.000 kg/cm² betragen. Die Rückhaltezeit zur Kompression kann im Allgemeinen 1 min bis 5 h betragen.
Die Form der sich ergebenden Vorform ist nicht eingeschränkt, kann aber säulenartig oder zylindrisch sein. Die säulenartige Vorform kann entlang der Symmetrieachse der Säule ein Loch aufweisen, in das ein Drehschaft eingeführt wird. Die Vorform kann eine Minimallänge von 10 bis 100 cm und eine Maximallänge von 50 bis 500 cm aufweisen.
Ein Block-förmiger Formgegenstand ist durch Backen der entstandenen Vorform unter Drehung erhältlich.
Im Allgemeinen wird die Säule kontinuierlich um ihre Symmetrieachse unter einem Zustand gedreht, wobei die Säule so angeordnet wird, dass die Symmetrieachse der Säule in horizontaler Richtung verläuft. Alternativ dazu, wird die Säule in senkrechter Richtung zur Symmetrieachse aus einem Zustand gedreht, wobei die Säule so angeordnet wird, dass ihre Symmetrieachse in senkrechter Richtung verläuft, um einen Zustand zu ergeben, bei dem die Säule von oben nach unten gedreht wird, worauf die Säule dann weiter gedreht werden kann, um in die Ursprungsorientation zurückzukehren. Bei Drehung der Säule in senkrechter Richtung zur Symmetrieachse kann die Rotation kontinuierlich oder intermittierend erfolgen (beispielsweise lässt man die Säule an einer Position, in welcher die Symmetrieachse der Säule in senkrechter Richtung verläuft, eine festgelegte Zeit lang (z.B. 1 bis 60 min lang) stehen). Die Rotationsgeschwindigkeit kann gewöhnlich 1 bis 300 Umdrehung/h betragen.
Beim Backen wird die Vorform auf eine Temperatur erhitzt, die um 10 bis 100°C, z.B. um 15 bis 50°C, höher als der Schmelzpunkt der Vorform ist. Die Erhitzungszeit beträgt gewöhnlich 1 bis 500 h. Es ist notwendig, die Vorform beim Backen zu drehen, und es wird mit der Rotation vorzugsweise begonnen, bevor die Temperatur der Oberfläche der Vorform eine Temperatur erreicht, die um 100°C niedriger als der Schmelzpunkt der Vorform ist, weil sich die Vorform sogar schon zu deformieren beginnt, wenn sie auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts erwärmt wird. Die Rotation wird vorzugsweise unterbrochen, nachdem die Kristallisation durch Kühlung der Vorform vollständig beendet ist.
Ein Schaft wird durch ein Loch der Vorform eingeführt. Der Schaft kann aus SUS (Edelstahl) oder aus Ni-plattiertem Metall (z.B. Eisen) hergestellt sein.
Der Polytetrafluorethylen-Formgegenstand ist durch Backen erhältlich. Die Größe des Polytetrafluorethylen-Formgegenstandes nach dem Backen ist annähernd die gleiche wie die der Vorform.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Polytetrafluorethylen-Formgegenstand bereitgestellt, worin der Gewichtsverlust, der sich bis zum Herausschneiden eines Films oder einer Folie einstellt: [(Gewicht des Gesamt-Formgegenstands) – (Gewicht bei minimalem Außendurchmesser)]/(Gewicht des Gesamt-Formgegenstands) × 100,nicht mehr als 0,7 Gew.-% beträgt.
Der Formgegenstand der vorliegenden Erfindung weist eine nur geringere Deformation auf. Der Begriff "Deformation" soll für einen geformten Gegenstand, dessen Durchmesser schwankt, für einen geformten Gegenstand, dessen Rundheit nicht gut ist, oder für einen geformten Gegenstand mit einer in 7 dargestellten Biegung gelten. Der Formgegenstand aus Polytetrafluorethylen weist einen Rundheitsgrad von nicht mehr als 0,3 % und insbesondere von nicht mehr 0,2 %, einen Deformationsgrad von nicht mehr als 1,0 % und insbesondere von nicht mehr als 0,8 % und eine Biegung (bezogen auf die Höhe des geformten Gegenstands) von nicht mehr als 0,1 % und insbesondere von nicht mehr als 0,07 % auf. Rundheitsgrad = (maximaler Außendurchmesser (D) – minimaler Außendurchmesser (C))/(minimaler Außendurchmesser) × 100, Deformationsgrad = (maximaler Außendurchmesser (B) – minimaler Außendurchmesser (A))/(minimaler Außendurchmesser) × 100, Biegung = (Differenz zwischen der Mittelpunktsposition der Unterseite des geformten Gegenstandes und der Mittelpunktsposition der Oberseite des geformten Gegenstands (E))/(Höhe des geformten Gegenstands) × 100.
Die Streuung des spezifischen Gewichts in Richtung der Höhe bezüglich einer Position der Dicke des geformten Gegenstands beträgt nicht mehr als 0,005, und die Streuung des spezifischen Gewichts des Gesamt-Formgegenstands beträgt nicht mehr als 0,01.
Ein Film aus Polytetrafluorethylen (Dicke: z.B. 5 bis 10000 μm) ist durch Schleifen des entstandenen gebackenen Formgegenstands erhältlich. Der entstandene Film ist einheitlich und weist weniger Verzerrung (insbesondere Kräuselung) und bleibende Druckverformung auf.
Verzerrung eines geschnittenen Films oder einer Folie bedeutet eine Verzerrung, wobei die beim Formen und Backen erzeugte Verzerrung durch Schneiden eines Blocks in die Form eines Films oder einer Folie verursacht wird, was zu gekräuselten oder geknitterten Filmen oder Folien führt. Die bleibende Druckverformung in einem geschnittenen Film oder einer Folie bedeutet eine Spannung, die uneinheitliche Dimensionsveränderungen verursacht, weil sich der geschnittene Film oder die Folie wegen ihrer bleibenden Druckverformung, die bei Fertigungsvorgängen wie Schweißen und Schmelzschweißen erzeugt wird, nicht einheitlich ausdehnen oder schrumpfen können.
Durch die vorliegende Erfindung werden ein Film oder eine Folie mit weniger Verzerrung (insbesondere Kräuselung), wie spezifisch in den beigefügten Ansprüchen angegeben, bereitgestellt, wobei die Filme oder Folien aus einem Polytetrafluorethylen-Formgegenstand herausgeschnitten werden. Die Länge der Filme oder Folien, die durch Schneiden der geschnittenen Filme oder Folien bei 600 mm in der Längsrichtung (der Richtung von D in 1) (der Längsrichtung der Folie) und bei einer Breite von 50 mm in Richtung der Höhe (der Richtung von L in 1) (der Querrichtung der Folie) erhalten werden, ist vorzugsweise innerhalb ±5 mm, bezogen auf die Länge von 600 mm, an jeder Position des Formgegenstandes konstant (d.h., verglichen unter allen geschnittenen Filmen oder Folien).
Sogar wenn ein Film oder eine Folie, die aus dem Formgegenstand herausgeschnitten werden, der durch Backen erhalten wird, in der Hitze behandelt werden, ist die sich ergebende Verzerrung klein (d.h., Ausdehnung und Schrumpfung sind einheitlich). Bezüglich der Verzerrung eines Films oder einer Folie, die durch Schneiden der geschnittenen Filme oder Folien zu einem Quadrat mit einer Länge von 200 mm sowohl in der Längs- als auch der Höhenrichtung, durch Behandlung bei 360°C über 2 h und dann durch Abkühlen um 25°C pro h erhalten werden, beträgt die Differenz zwischen der Maximal- und der Minimallänge vorzugsweise höchstens 5 mm sowohl in der Längsrichtung (der senkrechten Richtung zur Verlängerungsrichtung des Lochs eines Formgegenstands) als auch in Richtung der Höhe (der Verlängerungsrichtung des Lochs des Formgegenstands) an jeder Position des Formgegenstands (d.h., verglichen unter allen Schnittfilmen oder -folien).
Die entstandenen Filme oder Folien aus Polytetrafluorethylen können in hitzebeständigen elektrischen Drähten, hitzebeständigen Isolierbändern für Fahrzeugmotoren und Generatoren, Korrosionsschutzauskleidungen für Chemie-Anlagen, Leitungsdichtungen und dgl. verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun auch noch im Detail unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Perspektive, die eine Vorform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Vorform 10 weist eine zylindrische oder säulenartige Form sowie ein Loch 12 auf. Das Loch 12 stimmt mit der Symmetrieachse der Säule überein. Die Vorform 10 ist so angeordnet, dass ihre Symmetrieachse horizontal verläuft. Die Vorform 10 weist einen Durchmesser (Durchschnittsdurchmesser) D und eine Länge (Durchschnittslänge) L auf, wie diese in der Zeichnung dargestellt sind. Gewöhnlich betragen der Durchmesser 20 bis 150 und z.B. 30 bis 70 und die Länge 30 bis 300 und z.B. 60 bis 150 cm. Der Lochdurchmesser ist um z.B. 5 bis 100 cm kleiner als D. Die Vorform 10 weist annähernd die gleiche Form und Größe wie diejenigen des Formgegenstandes nach dem Backen auf. Die Vorform 10 weist eine Symmetrieachse (nämlich die Mittelpunkts- oder Rotationssymmetrieachse) 14 auf, die durch den Mittelpunkt des Lochs 12 verläuft. Die Vorform 10 wird um die Symmetrieachse 14 gedreht.
2 ist ein Querschnitt, der eine erste Ausgestaltung darstellt, worin die Vorform rotiert wird. Der Schaft 20, der durch das Loch 12 der Vorform eingeführt ist, wird in Pfeilrichtung gedreht. Die Rotation des Schafts 20 wird auf die Vorform 10 übertragen, um dadurch die Vorform 10 rotieren zu lassen. Der Durchmesser D₁ des Lochs 12 nach dem Backen und der Durchmesser D₂ des Schafts 20 können das Verhältnis D₁/D₂ = 1 bis 1,5 erfüllen. Der Durchmesser des Schafts 20 ist vorzugsweise nahezu gleich dem Durchmesser des Lochs 12. Der Schaft wird mit einem Heizgerät zum Erhitzen und einer Bohrung, durch die ein Kühlmedium fließt, ausgestattet, um den Schaft zu erhitzen oder abzukühlen, um die Temperatur des Lochs der Vorform der Temperatur ihrer Außenoberfläche anzugleichen. Es ist wirkungsvoll, den Schaft mit den Erhitzungs- und/oder Kühlmitteln auszustatten, wenn der Lochdurchmesser der Vorform klein ist.
3 ist ein Querschnitt, der eine zweite Ausgestaltung dargestellt, worin die Vorform rotiert wird. Zwei Walzen 30 und 32 rotieren in Richtung der beiden Pfeile. Die Rotation der Walzen 30 und 32 wird auf die Vorform 10 übertragen, um dadurch die Vorform 10 rotieren zu lassen. Der Effekt, dass die Außenumkreisoberfläche des Formgegenstandes mit guter Präzision vervollständigt wird, ist durch die Anwendung der Walzen 30 und 32 erzielbar.
4 ist Querschnitt, der eine dritte Ausgestaltung darstellt, worin die Vorform rotiert wird. Eine Metallröhre 34 (z.B. eine SUS-Röhre) liegt in der Außenseite der Vorform 10 vor. Zwei Walzen 30 und 32 rotieren in Richtung der beiden Pfeile. Die Rotation der beiden Walzen 30 und 32 wird auf die Röhre 34 übertragen, um dadurch die Vorform 10 rotieren zu lassen. Gemäß dieser Ausgestaltung ist der Effekt erzielbar, dass die Vorform 10 mit der Metallröhre 34 in einer breiteren Fläche in Kontakt gelangt.
5 ist eine Perspektive, die eine vierte Ausgestaltung darstellt, worin die Vorform rotiert wird. Die Vorform 10 wird in senkrechter Richtung zur Symmetrieachse der Säule (in Richtung des Pfeils in der Figur) rotiert. Die Rotation wird wie folgt durchgeführt. Die Säule wird aus einem Zustand, worin die Säule so angeordnet ist, dass die Symmetrieachse der Säule senkrecht steht, in einen Zustand gedreht, so dass die Säule umgedreht wird, worauf die Säule dann in den Anfangszustand zurückgedreht wird. Die Rotation kann kontinuierlich durchgeführt werden, sie wird aber vorzugsweise intermittierend durchgeführt.
6 ist ein Querschnitt, der die Formgestalt des Schafts darstellt. Der Schaft 20 wird durch das Loch der Vorform 10 eingeführt. Der Schaft 20 weist Krägen 22 und 24 auf. Die Krägen 22 und 24 verhindern, dass der Schaft 20 aus der Vorform 10 entfernt wird. Der Abstand L' vom Kragen 22 zum Kragen 24 ist vorzugsweise um das ca. 1, 2-Fache länger als die Länge der Vorform 10. Dadurch wird die Länge der Vorform nicht länger als der Abstand zwischen den Krägen, sogar wenn sich die Vorform 10 ausdehnt. Der Kragen 24 ist entfernbar.
7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Messverfahren für den Deformationsgrad, den Rundheitsgrad und die Biegung (bezogen auf die Höhe des Formgegenstands) der Formgegenstände.
7(a) und (b) sind Aufrisse des Polytetrafluorethylen-Formgegenstands zur Veranschaulichung des Messverfahrens für den Deformationsgrad. Der Deformationsgrad kann aus der folgenden Formel bestimmt werden: Deformationsgrad = (maximaler Außendurchmesser (B) – minimaler Außendurchmesser (A))/(minimaler Außendurchmesser (A)) × 100.
Der Deformationsgrad beträgt vorzugsweise nicht mehr als 1,0 %.
7(c) ist eine Draufsicht des Polytetrafluorethylen-Formgegenstands zur Veranschaulichung des Messverfahrens für den Rundheitsgrad. Der Rundheitsgrad kann aus der folgenden Formel (wobei der Rundheitsgrad an der Position mit der größten Differenz zwischen dem maximalen Außendurchmesser (D) und dem minimalen Außendurchmesser (C) auf konzentrischen Kreisen des Formgegenstands gemessen wurde) bestimmt werden: Rundheitsgrad = (maximaler Außendurchmesser (D) – minimaler Außendurchmesser (C))/(minimaler Außendurchmesser) × 100.
Der Rundheitsgrad beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,2 %.
7(d) ist ein Längsschnitt des Polytetrafluorethylen-Formgegenstands zur Veranschaulichung des Messverfahrens der Verbiegung, bezogen auf die Höhe des Formgegenstands. Die Biegung kann aus der folgenden Formel bestimmt werden: Biegung = (Differenz zwischen der Mittelpunktsposition des Bodens des Formgegenstands und der Mittelpunktsposition der Oberseite des Formgegenstands (E))/(Höhe des Formgegenstands) × 100.
Die Biegung (bezogen auf die Höhe des Formgegenstands) beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,1 %.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die vorliegende Erfindung
Beispiel 1
Ein Pulver aus einem Tetrafluorethylen/Perfluorpropylvinylether-Copolymer (Gewichtsverhältnis von Tetrafluorethylen zu Perfluorpropylvinylether: 1000/1) (Schmelzpunkt des Copolymer: 340°C) (Durchschnittspartikeldurchmesser: ca. 30 μm), erhalten durch Suspensionspolymerisation, wurde durch Kompression unter einem Druck von 200 kg/cm² bei 25°C über 120 min geformt, um eine in 1 dargestellte Vorform zu ergeben. Die Länge (L) betrug 150 cm, und der Durchmesser (D) betrug 70 cm. Der Lochdurchmesser betrug 25 cm. Ein Schaft (Durchmesser von 23 cm) wurde durch die Vorform eingeführt. Die Vorform und der Schaft wurden in einem Erhitzungsofen in Stellung gebracht und die Temperatur des Erhitzungsofens erhöht. Als die Temperatur der Oberfläche der Vorform den Schmelzpunkt des Copolymer erreichte, wurde mit der Rotation des Schafts begonnen (Rotationsgeschwindigkeit: 90 Umdrehungen/h). Die Vorform wurde durch Erhitzen der Vorform bei einer Temperatur von 340 bis 380°C über 50 h unter Rotation der Vorform mit 90 Umdrehungen/h gebacken. Ein Block-förmiger Formgegenstand wurde durch den Backvorgang erhalten. Der Block-förmige Formgegenstand wies eine Länge von 159 cm, einen Durchmesser von 67 cm und einen Lochdurchmesser von 24 cm auf.
Ein Film mit einer Dicke von 25 μm wurde durch Schleif-Verarbeitung des Block-förmigen Formgegenstands erhalten. Der Film war frei von Verzerrung und wies keine Kräuselung oder Knitterung auf.
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1
In Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1 wurde ein Pulver aus einem Tetrafluorethylen/Perfluorpropylvinylether-Copolymer (Gewichtsverhältnis von Tetrafluorethylen zu Perfluorpropylvinylether: 1000/1) (Schmelzpunkt des Copolymer: 340°C) (Durchschnittspartikeldurchmesser: ca. 30 μm), erhalten durch Suspensionspolymerisation, durch Kompression unter einem Druck von 200 kg/cm² bei 25°C über 120 min geformt, um eine in 1 dargestellte Vorform zu erhalten. Betreffend die Abmessungen der Vorform, betrugen ihr Außendurchmesser 400 mm, der innere Lochdurchmesser 150 mm und die Länge 1000 mm. Die Vorform wurde in einer Metallröhre (Innendurchmesser von 500 mm) angeordnet.
Im Beispiel 2 wurde der folgende Rotationsbackvorgang durchgeführt (siehe 4).
Die Vorform und die Metallröhre wurden in einem Erhitzungsofen angeordnet, und es wurde mit der Rotation (Rotationsgeschwindigkeit: 60 Umdrehungen/h) der Metallröhre sowie mit der Erhöhung der Temperatur des Erhitzungsofen begonnen. Der Backvorgang wurde durch Erhitzen der Vorform bei einer Temperatur von 340 bis 380°C über 25 h unter Rotation der Vorform mit 75 Umdrehungen/h durchgeführt. Ein Block-förmiger Formgegenstand wurde durch den Backvorgang erhalten.
In Vergleichsbeispiel 1 wurde der Backvorgang unter Anwendung eines herkömmlichen Verfahrens (Backen in Längsrichtung) durchgeführt. D.h., die Vorform wurde in einem Ofen so angeordnet, dass die Längsrichtung der Vorform in Richtung der Schwerkraft verläuft, wobei ebenfalls bei 340 bis 380°C 25 h lang erhitzt wurde.
1) Außendurchmesserdeformationsmenge (Schnittverlust)
Der Gewichtsverlust bis zu dem Zeitpunkt; bei dem ein stabiler Film oder eine Folie geschnitten werden können, wurde bestimmt. Der Schnittverlust betrug 0,6 % für Beispiel 2 (Rotationsbacken) und 4 % für Vergleichsbeispiel 1 (Längsbacken). Der Schnittverlust im Beispiel 2 war deutlich verringert, und zwar um das ca. 7-Fache gegenüber Vergleichsbeispiel 1.
2) Verteilung des spezifischen Gewichts im Block
Die Verteilung des spezifischen Gewichts des Außenteils, Zwischenteils und des Innenteils in einem Block-förmigen Formgegenstand (Polytetrafluorethylen-Formgegenstand) wurde gemessen, wobei die Verteilung des spezifischen Gewichts in der gemessenen Position und im Gesamtblock bestimmt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben: Tabelle 1
3) Verzerrung in einer Schnittfolie mit einer Dicke von 1 mm
Eine Schnittfolie mit einer Dicke von 1 mm wurde bei einer Länge von 600 mm geschnitten, und es wurde die Verzerrung jedes Teilbereichs (Außenteil und Innenteil des Blockförmigen Formgegenstands) gemessen, als diee Folie mit einer Breite von 50 cm aus dem Bodenteil des Blocks herausgeschnitten wurde (das bloße Schneiden der Folie führt zu einer Veränderung der Folienlänge wegen der bleibenden Druckverformung, wodurch die Verformungsmenge gemessen wurde). Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben: Tabelle 2
4) Verzerrung in einer Schnittfolie mit einer Dicke von 3 mm
Eine Folie von 200 mm² wurde aus einer Schnittfolie mit einer Dicke von 3 mm herausgeschnitten, und es wurde die Verzerrung jedes Teilbereichs (Außenteil, Zwischenteil und Innenteil des Block-förmigen Formgegenstands) gemessen, als diese erneut gebacken wurde.
Bedingung des erneuten Backvorgangs: 50°C/h Temperaturerhöhung, Erhitzen bei 360°C 2 h lang und 25°C/h Abkühlung
Die Verzerrung in der Längsrichtung der Folie ist in Tabelle 3 angegeben, und die Verzerrung in Richtung der Höhe der Folie ist in Tabelle 4 angegeben: Tabelle 3
Tabelle 4
Der Rundheitsgrad, der Deformationsgrad, die Biegung und der Gewichtsverlust für die Blöcke des Beispiels 2 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben: Tabelle 5
Deformation (ein Zustand wie ein Elefantenfuß) tritt auf, wenn ein modifiziertes PTFE geschmolzen wird, und eine Verbiegung tritt auch bei Kühlung wegen der Differenz der Geschwindigkeiten der Abkühlung des Blocks auf. Deformation tritt nicht nur im Außendurchmesser, sondern auch im Innendurchmesser in Abhängigkeit von der Größe des Blocks auf.
Im Fall der Durchführung des Backvorgangs in Längsrichtung des Polytetrafluorethylen-Formgegenstands tritt die Deformation (ein Zustand wie ein Elefantenfuß) auf, und wenn die Blockhöhe ansteigt, treten Deformationen und Verbiegungen auf. Ein Backverfahren, mit dem alle diese Probleme gelöst sind, stellt das Rotationsbackverfahren dar. Mit dem Rotationsbackverfahren werden gute Ergebnisse in allen Ausführungsformen erzielt.
Die Vorteile des Rotationsbackens sind die folgenden:
Der entstandene Formgegenstand weist einen guten Rundheitsgrad, keine Verbiegung, einen niedrigeren Außendurchmesser-Schnittverlust und eine gute Dimensionsstabilität des Innendurchmessers auf;
die Verteilung des spezifischen Gewichts im Block ist sehr einheitlich, die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen spezifischen Gewicht ist klein, und sie beträgt nur 1/3 bis 1/4 derjenigen eines durch Längsbacken erhaltenen Formgegenstands an der gleichen Position und nur 2/3 beim jeweiligen Gesamtblock.
Die Verzerrung einer Schnittfolie stellt beim Längsbacken ein Problem dar, insbesondere im Innenteilbereich. Beim Rotationsbacken tritt keine Differenz an irgendeiner Position auf, so dass die Verzerrung sehr klein ist.
Sogar wenn erneut gebacken wird, ist die Verzerrungsänderung an jeder Position klein. Dies ist beim Glasbacken und Schweißen sehr vorteilhaft.
Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Formgegenstand nicht deformiert, weil der Formgegenstand beim Backen eine einheitliche Last seines Eigengewichts aufweist und ausübt. Der Materialverlust bei Bildung und Fixierung der Formgestalt des Blocks des Formgegenstands ist drastisch verringert im Vergleich mit demjenigen eines mit einem herkömmlichen Verfahren geformten Blocks. Ferner wird im Allgemeinen eine Verzerrung im Block durch Schleif-Verarbeitung des Blocks ausgelöst, weshalb die Länge an jedem Teilbereich schwankt und der entstehende Film geknittert wird, da aber die Spannung in einem mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geformten Block einheitlich verteilt wird, sind Kräuselungen oder Knitterungen nach einer Schleif-Verarbeitung des Formgegenstands drastisch verringert.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines geformten zylindrischen Polytetrafluorethylenartikels, umfassend das Formpressen eines Polytetrafluorethylenpulvers unter Bildung einer Vorform (10) und anschließendes Backen der resultierenden Vorform unter Rotation.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Polytetrafluorethylenpulver aus Vinylether-modifiziertem Polytetrafluorethylen gemacht ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Vorform (10) um eine Symmetrieachse (14) der Vorform (10) rotiert wird in der Form, dass die Vorform (10) so angeordnet ist, dass die Symmetrieachse (14) der Vorform (10) in einer horizontalen Richtung verläuft.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Vorform (10) auf zwei Rotationsrollen (30, 32) rotiert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin eine Röhre für die Rotation (34) auf zwei Rotationsrollen (30, 32) platziert ist, und die Vorform (10) in der Röhre für die Rotation (34) rotiert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Vorform (10) intermittierend rotiert wird in einer Richtung vertikal zu der Symmetrieachse (14) der Vorform (10).
Das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Rotation begonnen wird bevor die Oberfläche der Vorform (10) eine Temperatur erreicht, die um 100°C niedriger ist als deren Schmelzpunkt.
Das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Rotation unterbrochen wird nachdem die Kristallisation des geformten Artikels während des Abkühlens vollendet ist.
Das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Rotationsgeschwindigkeit der Vorform (10) von 1 bis 300 Umdrehungen/h beträgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, worin die Vorform (10) ein Loch (12) aufweist, durch das ein Rotationsschaft (20) eingeführt wird, wobei der Schaft (20) aus SUS oder vernickeltem Metall gebildet ist, und der Schaft (20) eine Heiz- und/oder Kühl-Vorrichtung aufweist, um so Temperaturdifferenzen entlang der Durchmesserrichtung der Vorform (10) zu eliminieren und um in einer kurzen Zeit zu erhitzen oder zu kühlen.
Verfahren zur Herstellung eines Polytetrafluorethylenfilms oder -bogens, umfassend das Schneiden des gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10 erhältlichen geformten Polytetrafluorethylenartikels.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, worin eine Hitzebehandlung durchgeführt wird nach dem Schneiden des geformten Polytetrafluorethylenartikels.
Polytetrafluorethylenfilm oder -bogen, erhältlich mit dem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin die Streuung in der spezifischen Dichte des Films oder Bogens nicht mehr als 0,01 beträgt.
Zylindrischer geformter Polytetrafluorethylenartikel, bei dem der Gewichtsverlust beim Schneiden eines stabilen Films oder Bogens nicht mehr als 0,7 Gew.-% beträgt und die Höhe des Artikels zumindest 800 mm ist, worin der Gewichtsverlust definiert ist als: [(Gewicht des gesamten geformten Artikels) – (Gewicht bei dem minimalen äußeren Durchmesser)]/(Gewicht des gesamten geformten Artikels) × 100.
Der geformte Polytetrafluorethylenartikel gemäß Anspruch 14, welcher einen Rundheitsgrad von nicht mehr als 0,2 %, einen Deformationsgrad von nicht mehr als 1,0 % und eine Biegung (basierend auf der Höhe des geformten Artikels) von nicht mehr als 0,1 % aufweist, worin der Rundheitsgrad definiert ist als: Rundheitsgrad = (maximaler äußerer Durchmesser (D) – minimaler äußerer Durchmesser (C))/(minimaler äußerer Durchmesser) × 100,worin der Deformationsgrad definiert ist als: Deformationsgrad = (maximaler äußerer Durchmesser (B) – minimaler äußerer Durchmesser (A))/(minimaler äußerer Durchmesser) × 100,worin die Biegung definiert ist als: Biegung = (Differenz zwischen dem Mittelpunkt der unteren Fläche des geformten Artikels und dem Mittelpunkt der oberen Fläche des geformten Artikels (E))/(Höhe des geformten Artikels) × 100.
Der geformte Polytetrafluorethylenartikel gemäß Anspruch 14 oder 15, worin die Streuung der spezifischen Dichte in der Höhenrichtung bezogen auf eine Position in der Dicke des geformten Artikels nicht mehr als 0,005 beträgt und die Streuung der spezifischen Dichte im gesamten geformten Artikel nicht mehr als 0,01 beträgt.