JPH10130419A - 発泡フルオロポリマー - Google Patents

発泡フルオロポリマー

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JPH10130419A
JPH10130419A JP9144512A JP14451297A JPH10130419A JP H10130419 A JPH10130419 A JP H10130419A JP 9144512 A JP9144512 A JP 9144512A JP 14451297 A JP14451297 A JP 14451297A JP H10130419 A JPH10130419 A JP H10130419A
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foamed
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発泡フルオロポリマー。 【解決手段】 フルオロポリマーの加工品を変形可能状
態に加熱し、この加熱した製品を超臨界CO2で加圧
し、この加熱して加圧した製品がまだ発泡可能状態にあ
る間に圧抜きを行うことで上記CO2で上記製品を発泡
させ、そして結果として生じた発泡製品を冷却すること
により、フルオロポリマーの加工品を発泡させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】本発明はフルオロポリマー類を発泡させ
ることそしてそれらを発泡させた構造物に関する。
【0002】
【発明の背景】高い間隙率を有していて小さい孔サイズ
を有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製品
を製造しようとして、これの発泡がいくつかの方法で行
われてきた。米国特許第3,664,915号には、微
粉タイプのPTFE製品を延伸加工して多孔質フィルム
を製造する方法が開示されており、その場合の間隙は節
(nodes)とフィブリル(fibrils)で限定
されていて、その節は上記フィブリルより少なくとも1
000X太く、そして孔サイズは少なくとも0.2ミク
ロメートルである。更に小さい孔サイズ、即ち0.01
ミクロメートルの如き小さい孔サイズが米国特許第4,
110,392号に報告された。国際特許PCT 93
/12332には、微粉または粒状タイプ、例えばビレ
ット(billet)形態のPTFEを有機もしくは無
機液体の如き流体またはアンモニア、窒素、二酸化硫黄
および二酸化炭素の如き気体で膨張させる方法が開示さ
れている。その膨張段階は加圧下高温で実施されてお
り、次にその膨張させた製品をゆっくりと調節して冷却
している。次に、その冷却段階に続いて圧力を解放した
後、そのPTFEから上記流体を除去することにより、
相互連結したフィブリルの塊から成っていて空隙含有量
が15から35%の多孔質(膨張)PTFE構造物を得
ている。その膨張させた製品を引き伸ばすと、空隙含有
量が少なくとも40%にまで上昇しかつ孔サイズが10
ミクロメートル未満(0.1ミクロメートルの如き小さ
いサイズ)にまで低下する。
【0003】溶融加工可能フルオロポリマー類の発泡は
それらを加工しながら行われており、例えばそれらを発
泡剤の存在下で溶融押出し加工することなどで行われお
り、その発泡剤は、押出し加工機に送り込むフルオロポ
リマーに添加されているか、或は押出し加工機内のフル
オロポリマーに注入する気体に添加されており、この場
合、その押出し加工品が押出される時にそれの発泡が起
こる。このようなフルオロポリマーに、気泡(foam
cell)をより小さくしかつ空隙含有量をより高く
するための気泡核形成剤(foam cell nuc
leatingagent)、例えば米国特許第5,0
23,279号に開示されている如き気泡核形成剤を入
れることも可能である。このようなアプローチの欠点
は、押出し加工中に発泡を起こさせる場合には溶融粘度
が高い樹脂(溶融粘度が高ければ高いほど押出し加工品
の溶融強度が高くなりかつ物性が良好になる)ではなく
溶融粘度が低い樹脂の使用が好まれる点である。
【0004】PTFEの発泡を効率よくかつ経済的に行
うことができるようにすること、そして溶融加工可能フ
ルオロポリマーを加工した後にそれを発泡させることが
できる(その結果として、加工に関して、発泡過程で負
わせられる制限が存在しなくなる)ようにすることが要
求されている。
【0005】
【発明の要約】本発明は、既に加工されているフルオロ
ポリマー製品を発泡させる方法を用いて上記要求を満足
させるものであり、この方法に、(a)該製品を発泡可
能状態(foamable state)に加熱し、
(b)この加熱した製品を超臨界(supercrit
ical)二酸化炭素で加圧し、(c)この加熱して加
圧した製品がまだ発泡可能状態にある間に圧抜きを行う
ことにより、上記二酸化炭素で上記製品を発泡させ、そ
して(d)上記発泡させた製品を冷却する、ことを含め
る。段階(a)と(b)は、この示した順または逆の順
でか或は同時に実施可能である。
【0006】本方法の1つの態様において、上記フルオ
ロポリマーはポリテトラフルオロエチレンであり、これ
は未焼結品(unsintered)または焼結品であ
ってもよく、未焼結品の場合、発泡可能状態で上記製品
を加熱することにより、発泡を起こさせながら焼結を受
けさせることができる。結果として生じる発泡ポリテト
ラフルオロエチレン製品に新規な構造を持たせることが
でき、このような構造は本質的にフィブリルで出来てい
て節を含まない三次元網状組織であり、このフィブリル
網状組織(fibrillar network)はは
しご状外観を有する。
【0007】本方法の別の態様におけるフルオロポリマ
ーは溶融加工可能であり、この態様でもまた発泡製品内
に新規な構造を生じさせることができる。押出し加工中
に発泡させたフルオロポリマーの場合に通常の発泡構造
は、空隙として働く比較的丸い気泡が発泡製品内に存在
する構造であり、その気泡は薄いフルオロポリマー気泡
壁で分離されている。本発明の方法で生じさせる新規な
構造の場合、気泡の壁それ自身が隣接する気泡間に通じ
る開口を有する、即ちこの気泡の壁はスイスチーズの外
観を有する。本発明の方法で製造した溶融加工可能フル
オロポリマーが有する別の新規な構造は、該フルオロポ
リマーが相互連結フィブリルの三次元網状組織形態であ
ることを特徴とする。このようないろいろな構造を得る
変法を本明細書の以下に記述する。
【0008】ポリテトラフルオロエチレン(溶融加工可
能でないフルオロポリマー)および溶融加工可能フルオ
ロポリマーの場合にフィブリル構造を得ることを、ま
た、上記フルオロポリマー類を膨張させて多孔質構造物
を得ると呼ぶことも可能である。しかしながら、本明細
書では簡潔さの目的で、フィブリル構造をもたらす膨張
ばかりでなく気泡壁で限定されている気泡をもたらす膨
張も、集合的に、製品を構成するフルオロポリマーの発
泡と呼ぶ。同様に、本明細書では、気泡壁で限定されて
いる気泡、およびフィブリル構造を形成する膨張で作り
出される孔、の両方を同一視する目的で用語「気泡」を
用いる。
【0009】上記製品を超臨界CO2で加圧すると上記
製品にCO2が溶解すると考えている。上記製品を構成
するフルオロポリマーとCO2は、このように溶解した
状態で均一な混合物を形成し、その中に存在するCO2
は上記ポリマー内の個別相として存在しない。両方の態
様において、発泡可能状態に加熱した製品の圧抜きを行
う速度は、該ポリマー中のCO2が溶液から出た後にそ
のポリマーから出て拡散する(これは、圧抜きの速度が
遅い場合にか、或は圧力を維持した状態で上記製品がも
はや発泡可能状態でない所まで製品が冷えた場合にか、
或は両方の場合に起こる)のではなく上記製品の発泡を
起こさせるほど速い速度である。
【0010】このフルオロポリマーが発泡可能状態であ
ると、CO2が溶液から出て気泡(孔)を形成すること
によって、ポリマーが内部変形を起こし得る。この製品
自身もそれと同時に発泡するが、それの元の形状を失わ
ない、即ちこの製品は膨張して大きさは変化する(膨張
が物理的に制限されていない場合)が形状は変化しな
い。
【0011】本質的に溶融流れを示さないポリテトラフ
ルオロエチレンは発泡可能状態で長期間加熱してもそれ
の形状を保持し得るが、それにも拘らず、CO2が溶液
から出ることで内部変形を起こし得る。溶融加工可能フ
ルオロポリマーの場合、これを加熱する温度を、好適に
は製品形状の変形を避ける目的で、それの結晶融点より
低くするが、充分に高い粘度を有するフルオロポリマー
の場合には、また、それの形状を失うことなく、CO2
を製品の中に押し込んでいる期間それの融点より高い温
度に加熱することができる。
【0012】
【発明の詳細な記述】本発明の方法で用いるに有用なフ
ルオロポリマー類には、溶融加工可能でないフルオロポ
リマー類および溶融加工可能なフルオロポリマー類が含
まれる。このようなフルオロポリマー類はフッ素を一般
に少なくとも35重量%含有する。溶融加工可能でない
フルオロポリマーが372℃で示す溶融粘度は一般に少
なくとも1X108Pa.sでありそして溶融加工可能
なフルオロポリマーが示す溶融粘度は一般に1X102
Pa.sから1X105Pa.sであり、この溶融粘度
は、ASTM D1238に従って各樹脂の標準条件を
用いて行ったメルトフロー測定から得た溶融粘度であ
る。溶融加工可能フルオロポリマー類の場合に選択され
る溶融粘度は、使用する個々のフルオロポリマー、製造
する製品、および利用する加工方法に依存する。
【0013】溶融加工可能でないポリマー類の例には、
微粉樹脂タイプおよび粒状樹脂タイプのポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)が含まれる。微粉樹脂の製造
は、典型的に、水系分散重合でPTFE粒子が入ってい
る分散液を生じさせそしてそれを凝固させた後に乾燥さ
せて微粉樹脂を得ることで行われる。この種類のPTF
Eはフィブリル化可能(fibrillatible)
であり、これの加工は、典型的に、これを滑剤と一緒に
ブレンドしそしてそのブレンド物をペースト押出し加工
して所望の形状、例えばワイヤーの被膜(絶縁体)、管
材、棒材および他のビード形状およびフィルムなどにし
た後にそれに焼結を受けさせることで行われる。米国特
許第3,664,915号の場合のように、未焼結の押
出し加工品を迅速に引っ張ると膨張したPTFEが生じ
る。粒状樹脂タイプの製造は典型的に懸濁重合で行わ
れ、これはフィブリル化可能でなく、そしてこれの加工
は典型的にラム押出し加工(ram extrusio
n)または冷圧縮固化に続く焼結で行われる。その加工
品はビレット(billet)形態であってもよく、こ
れを裂くことでフィルムまたはテープの如き製品が作ら
れる。いずれの種類のPTFEにもテトラフルオロエチ
レン(TFE)のホモポリマーおよび改質PTFE(こ
れは、溶融温度がホモポリマーのそれよりも実質的に低
くなるように、TFEと少量の少なくとも1種の他のコ
モノマーから作られるコポリマーである)が含まれる。
この改質PTFEもまた溶融加工可能でない。上記コモ
ノマー類にはクロロトリフルオロエチレン、パーフルオ
ロブチルエチレン、炭素原子数が3から8のパーフルオ
ロオレフィン、および炭素原子数が3から8のパーフル
オロ(アルキルビニルエーテル)(PAVE)が含ま
れ、パーフルオロ(エチルもしくはプロピルビニルエー
テル)が好適なPAVEコモノマーである。溶融加工可
能でない改質PTFEの場合のコモノマー含有量は一般
に0.2モル%以下である。
【0014】溶融加工可能フルオロポリマー類の例に
は、(i)クロロトリフルオロエチレン(CTFE)の
ホモポリマーおよびフッ化ビニリデンのホモポリマー、
(ii)TFEと(i)のモノマーから作られたコポリ
マー類、および(iii)(i)または(ii)のモノ
マー類の少なくとも1つとエチレン(E)、炭素原子数
が3から8のパーフルオロオレフィン、パーフルオロ
(アルキルビニルエーテル)(PFA)[炭素原子数が
3から12のパーフルオロ(アルコキシアルキルビニル
エーテル)が含まれる]および炭素原子数が3から8の
パーフルオロアルキルエチレンから成る群から選択され
る少なくとも1種のモノマーから作られたコポリマー類
が含まれる。特に好適な上記フルオロポリマー類はテト
ラフルオロエチレンのコポリマー類であり、これには、
TFE/ヘキサフルオロプロピレンのコポリマー(FE
P)、TFE/パーフルオロ(メチル、エチルもしくは
プロピルビニルエーテル)のコポリマー(TF4)、E
TFE、ECTFE、およびTFE/フッ化ビニリデン
/ヘキサフルオロプロピレンのコポリマーが含まれる。
このコポリマーに追加的コモノマーを存在させることも
可能であり、例えばE/TFE/パーフルオロブチルエ
チレンのコポリマーなども可能である。また、ポリフッ
化ビニルも使用可能である。この溶融加工可能フルオロ
ポリマー類は結晶性もしくは非晶性であり得る。
【0015】上記フルオロポリマー類から製品を加工す
る時、その加工を受けさせる個々のフルオロポリマーに
応じて如何なる公知方法も使用可能である。溶融加工可
能でないフルオロポリマー類の場合の加工方法に関して
はこの上で述べた。溶融加工可能フルオロポリマー類に
典型的な加工方法には、押出し加工(溶融)、射出成形
およびブロー成形が含まれる。成形品は、ワイヤーおよ
びケーブル用の絶縁体およびジャケット、管材、棒材ま
たは他のビード形状、フィルム、テープおよび容器など
の如き形態であってもよい。本発明に従って発泡させる
製品は、発泡に先立って既にそれの最終形状に加工され
ている、即ちその製品の形状は加熱/加圧/発泡段階で
変化しない。
【0016】製品に加工されているフルオロポリマー樹
脂は、気泡核形成剤、例えば米国特許第4,764,5
38号に開示されている如き窒化ホウ素などを含有する
組成物の形態であってもよい。また、上記特許に開示さ
れているように、熱安定性無機塩を窒化ホウ素と一緒に
存在させることも可能である。無機塩の例には、四ホウ
酸カルシウム、四ホウ酸ナトリウム、四ホウ酸カリウ
ム、炭酸カルシウム、四ホウ酸亜鉛および硝酸バリウム
などが含まれる。窒化ホウ素を単独で用いる場合の濃度
は0.5から2重量%であってもよく、これを上記塩と
一緒に用いる場合の濃度は0.05から1重量%であっ
てもよい。上記フルオロポリマー組成物で他の気泡核形
成剤、例えば米国特許第5,023,279号に開示さ
れているフッ素化スルホン酸およびホスホン酸および
塩、および式F(CF2nCH2CH2SO3H[式中、
nは6から12の整数である]で表される如きテロマー
Bスルホン酸およびそれの塩[個々のテロマーBは主に
整数「n」の値で識別され、例えばBaS−10は、存
在する主要な鎖長としてn=10の場合のスルホン酸バ
リウム塩である]を用いることも可能である。追加的塩
には、KS−8[主要な鎖長としてn=8の場合のテロ
マーBのカリウム塩である]、KS−10、BaS−8
およびZrS−10が含まれる。このような気泡核形成
剤を用いる場合、これを0.005から0.8重量%の
濃度で用いる。上記窒化ホウ素および無機塩は上記フッ
素化スルホン酸もしくはホスホン酸もしくはそれの塩と
一緒に使用可能である。また、他の気泡核形成剤、例え
ばタルクまたは金属酸化物、例えばMgO、Al23
よびSiO2なども使用可能である。上記フッ素化スル
ホン酸もしくはホスホン酸もしくはそれの塩は上記気泡
核形成剤として窒化ホウ素を存在させないで上記熱安定
性塩と一緒に使用可能である。上記気泡核形成剤を用い
ると、本発明の方法に従ってCO2で発泡させた製品内
に生じる気泡がより小さくなる。気泡核形成剤を用いる
場合には溶融加工可能フルオロポリマー類が好適なフル
オロポリマー類である。
【0017】該フルオロポリマー中に気泡核形成剤を存
在させてもよいが、未発泡のフルオロポリマーで出来て
いる製品を基にして本発明の方法を実施する。溶融加工
可能フルオロポリマーを溶融押出し加工する場合、製品
の製造で行う押出し加工を発泡剤の存在なしに実施す
る。空気がフルオロポリマー供給材料と一緒に入り込む
ことで押出し加工機内に空気が存在している可能性があ
り、この空気が押出し加工品で最終的に空隙になる可能
性があるが、空気が含まれることに由来する空隙含有量
は5%未満、好適には3%未満であり、これは未発泡状
態であると見なされる。PTFE微粉のペースト押出し
加工を行う場合、押出し加工品を200℃に加熱すると
通常その滑剤は押出し加工品から追い出され、次にその
押出し加工品をより高い温度に加熱して焼結を受けさせ
ると、本質的に間隙を含まない製品が生じる。しかしな
がら、未焼結PTFEに関して本発明の方法を実施する
ことも可能であり、そして本方法の実施で使用する温度
に応じて、本方法を実施している間に焼結を起こさせる
ことも可能である。
【0018】本発明の方法に従い、フルオロポリマーで
出来ている未発泡の形状品(類)を加圧容器に入れる。
このフルオロポリマーで出来ている製品はそれ自身で出
来ていてもよいか或は複合構造物の部分であってもよ
く、本明細書における製品の製造はそれのフルオロポリ
マー部分のみを指す。次に、例えば上記加圧容器を加熱
することなどで、上記製品を、この製品のポリマーが発
泡状態になる温度にまで加熱してもよい。CO2は、上
記加熱を行う前に導入可能であるか、或はそれの導入を
上記製品が加熱されるまで遅らせることも可能である。
CO2を上記容器が冷えている時に導入する場合、その
後に加熱を行うと、上記容器内のCO2圧力が上昇する
ことになる。この加熱と加圧は同時または逐次的に実施
可能である。如何なる場合でも、臨界温度である約31
℃以上のCO2、即ち超臨界CO2を用いて上記製品の加
圧を行うことにより、CO2を上記製品の中に浸透させ
る。上記製品はフルオロポリマーで出来ていることか
ら、これは比較的高い溶融温度を有するか、或は非晶質
フルオロポリマーの場合には比較的高い軟化点を有し、
それによって、発泡可能状態が達成される温度は一般に
200℃以上である。この使用する温度は該製品中に存
在する個々のフルオロポリマーに依存し、溶融加工可能
フルオロポリマーの場合には、粘度、およびCO2を該
製品の中に完全に浸透させるための加熱時間に依存す
る。この加熱を所望温度で該製品全体が均一に加熱され
そして超臨界CO2が浸透するに有効な時間維持する。
上記容器内のCO2圧力を一般に少なくとも1070p
si(7.4MPa)、即ち臨界圧力に到達させる。こ
の圧力を高くすればするほど、ピーク温度において該製
品が均一に加熱されそしてCO2がそれに飽和する時間
が短くなる。また、製品の厚みも加熱時間および加熱温
度に関する要因である。上記容器の圧抜きを行う時点で
該製品が発泡可能状態にありながらそれの形状を失わな
いで所望の発泡が起こるように個々の条件を選択する。
例えば、このフルオロポリマーがFEPである場合、こ
のコポリマーの融点が260℃であるのに比較して、典
型的には、加熱温度を220から250℃にする。この
フルオロポリマーがPFA(融点310℃)である場合
には典型的に加熱温度を280から325℃にし、そし
てPTFE(融点327℃)の場合には典型的に加熱温
度を310から350℃にする。本明細書で言及する融
点は、標準的DSC分析法で測定した融点であり、また
これはCO2を存在させていない樹脂の融点を指す。発
泡が樹脂の融点でか或はそれより低い温度、例えば融点
から融点より50℃低い温度の範囲で起こり得ることは
特に予想外である。勿論、また、この上で述べたよう
に、非晶質フルオロポリマーの場合にも、このフルオロ
ポリマーで出来ている製品がそれの形状を失わない温度
で発泡を実施することができる。
【0019】圧抜きを、好適には、例えば簡単にCO2
を排出させることにより、上記容器に入っている製品が
2分以内に大気圧に到達するように迅速に実施する。こ
の圧抜きを該製品のフルオロポリマーが発泡可能状態の
ままで行うと、この製品に浸透していたCO2が気体状
になって製品内に気泡または孔を形成することで、この
製品が発泡する。CO2は上記製品の内部全体に渡って
浸透していることから、この製品の内部全体に渡って発
泡が起こる、言い換えれば、この製品の発泡はそれの内
部において実質的に均一である。この気泡のサイズは極
めて小さく、例えば100−500ミクロメートル以下
である。図3に示す気泡壁に存在する開口は一般に10
から40ミクロメートルであるが、実施例4に示すよう
に、2から20ミクロメートルの如き小さい気泡サイズ
を得ることも可能である。特にPTFEの場合、気泡サ
イズを2ミクロメートル以下にすることができる。溶融
加工可能フルオロポリマーで出来ている製品において、
発泡構造が球形気泡でなくフィブリル形態である場合に
も、同じことが当てはまる。この発泡構造が球形気泡で
なくフィブリル状である場合、このようなフィブリルの
長さ対直径の比率は、10,000X倍率のSEMで代
表的なフィブリルを測ることで測定して、一般に少なく
とも10:1である。溶融加工可能フルオロポリマーか
ら作られた製品の場合、実施例6(c)および(d)に
示すように、発泡を起こさせる温度を低くすることによ
って発泡構造を球形気泡とフィブリル構造の間で変化さ
せることができる。本発明の方法では、空隙含有量が少
なくとも70%で平均気泡サイズが20ミクロメートル
以下の発泡構造物を製造することができる。
【0020】次に、この発泡製品を冷却することで発泡
形状と気泡構造を安定化させるが、これは、圧抜きを行
って発泡させた後にその加圧容器を開けて大気にさらす
ことで実施可能である。
【0021】本発明の方法の結果は、幅広く多様な形状
を有していて空隙含有量が一般に少なくとも15%、よ
り頻繁に少なくとも40%の発泡製品を製造することが
できることである。従来技術の発泡方法の場合、通常、
気泡サイズを小さくすればするほど空隙含有量が低くな
る。本発明を用いると、小さい気泡サイズと高い空隙含
有量の両方を得ることができる。
【0022】本発明の方法を用いると、使用する製品の
加工方法に関係なく、溶融加工可能でないフルオロポリ
マーで出来ている製品を発泡させることができることか
ら特に有利である。加うるに、後で発泡させる製品を製
造しようとして加工方法を変える必要もない。溶融加工
可能フルオロポリマーの場合に本発明の方法が示す利点
の1つは、発泡操作によって押出し加工が遅くならない
ことから該製品の押出し加工をより高い生産率で行うこ
とができる点である。押出し加工した樹脂をワイヤーの
上に溶融延伸加工することでワイヤー上の絶縁体を成形
する場合には、その溶融延伸加工領域で起こる発泡によ
ってその樹脂の溶融強度が低くなり、そのことから、押
出し加工速度を高くしようとして溶融粘度が低い樹脂を
用いた場合でも押出し加工速度を低くする必要がある。
例えば管材の場合、これを通常の押出し加工/発泡過程
で製造しようとすると、その発泡した管材の外側直径
(OD)のサイズ合わせを真空下で行う必要がある。こ
のように真空下でサイズ合わせを行うと、気泡が崩壊し
て圧縮されて空隙含有量が低くなる傾向がある。本発明
に従う管材は押出し加工された固体であり、この管材の
O.D.のサイズ合わせを真空下で行うとしても、本発
明の方法を実施する時(この時点ではもはや真空下のサ
イズ合わせを行う必要はない)まで発泡段階を実施しな
いことから、気泡に対する影響は全く生じない。例え
ば、後で発泡させるフルオロポリマーと一緒にフルオロ
ポリマーの固体状外皮を共押出し加工することなども可
能である。この固体状外皮は発泡せず、それによって、
この外皮は、発泡過程中、該管材のODのサイズ合わせ
を行う組み込み型サイズ合わせ器(built−in
sizer)を形成する。加うるに、押出し加工を容易
にするには溶融粘度が低い樹脂の方が好適であるが、こ
のような樹脂は、固化して管材の形状になる前にたわむ
か或は捩れる傾向があると言った欠点を有する。溶融粘
度が高い樹脂を用いると、より良好な管材押出し加工結
果が得られるが、所望の発泡を得る時の困難さが増大す
る。本発明の方法を用いると、押出し加工管材の製造で
好適に高い溶融粘度を有する樹脂を使用することがで
き、かつその結果として得た管材の発泡を望まれる度合
の容易さで行うことができる。従って、一般に溶融押出
し加工の場合、本発明の方法では発泡過程が後に来るこ
とで、個々の用途で最良の押出し加工用樹脂を用いるこ
とが可能になる。
【0023】
【実施例】
一般的手順 特に明記しない限り下記の一般的手順を用いた。フルオ
ロポリマーのペレットを圧縮成形(PTFEの場合冷圧
縮成形)して厚みが約0.4mmで約12.5mm平方
のフィルムにすることにより、試験品の成形を行った。
使用した加圧容器はMonel耐食金属製でそれの容積
は1リットルであった。これに加圧CO2用入り口、圧
力ゲージおよび排気用バルブを取り付けた。この加圧容
器の内部に入れた上記製品を加熱する目的でこの容器の
周囲にヒーターバンドを取り付けた。この容器内に小さ
い受け台を入れ、この受け台上に、試験すべき製品を位
置させた。この容器を冷CO2で加圧した、即ち上記製
品は容器内に入っているが、これはまだ加熱されていな
い。この容器を所望温度に加熱してその温度(均熱温
度)に1時間保持したが、ここで、温度が上昇するに伴
って圧力が上昇することを観察し、この間に超臨界CO
2が上記フィルムの中に均一に浸透しかつこのフィルム
は均一に加熱される。このように加熱時間を長くしたこ
とからフィルムの温度は容器の温度になったと考えた
が、また、より短い加熱時間も使用可能でありそしてそ
れでも浸透が均一に起こりかつ温度が均一になると考え
ている。この実施例に示した圧力はゲージ圧力である。
約1分間かけてCO2を排出させることで容器の圧抜き
を行った後、この容器を冷却して、発泡した製品を取り
出した。ASTM D 792の手順を用いて上記発泡
製品のかさ密度を測定して、このかさ密度を2.15
(特に明記しない限りフルオロポリマー類全部の真の密
度として)で割り、そして下記の式: 空隙含有量(分数)=1−かさ密度/2.15 に従うことにより、上記発泡製品の空隙含有量を測定し
た。発泡構造の拡大断面図を検査することで気泡サイズ
を見積もった。
【0024】実施例1 Ausimontから入手可能なHalar(商標)5
00樹脂として入手可能で融点が260℃のECTFE
樹脂をフィルムに成形して加圧容器に入れた。この容器
をCO2で加圧して1000psi(6.9MPa)に
した後、220℃に加熱して、その温度で均熱を1時間
受けさせた(soaked)。CO2圧力を高くして2
600psi(18MPa)にした。次に、排気を行っ
てCO2圧力を解放して上記容器を室温に冷却した後、
フィルムを取り出した。この処理を受けさせる前には透
明であったフィルムが不透明になり、これの空隙含有量
は56%であった(真の密度は1.674で、かさ密度
は0.7308であった)。
【0025】実施例2 ECTFEに気泡核形成剤、即ちKS−8を0.25重
量%および四ホウ酸カルシウム(CTB)を0.01重
量%配合する以外は実施例1を繰り返した。発泡後の空
隙含有量は60%であった。
【0026】実施例1および2の発泡フィルムの断面を
150X倍率のSEMを用いて目で検査した結果は、実
施例1の発泡フィルムに比較して実施例2のフィルムの
場合には空隙含有量が増すに伴ってこのフィルムの発泡
構造の気泡サイズが小さくなることを示していた。
【0027】実施例3 ポリマーをデュポン社(DuPont)からTeflo
n(商標)FEPフルオロポリマー樹脂グレード410
0として入手可能な融点が260℃のTFE/HFPコ
ポリマーにする以外は実施例1を繰り返した。均熱温度
を240℃にし、そして結果として発泡したフィルムの
空隙含有量は77%であった(かさ密度0.487
9)。
【0028】実施例4 上記ポリマーに気泡核形成剤、即ちBNを0.25重量
%、CTBを0.011重量%およびBaS−10を
0.007重量%配合する以外は実施例3を繰り返し
た。発泡したフィルムの空隙含有量は47%であった
(真の密度は2.18で、かさ密度は1.1619)。
実施例3のフィルムの場合の平均気泡サイズは約50ミ
クロメートルでありかつ実施例3のフィルムの場合の直
径は5から10ミクロメートルであった。
【0029】実施例5 ポリマーをETFEにしそして製品を厚みが0.4mm
の押出し加工シートにする以外は実施例1を繰り返し
た。発泡したシートの空隙含有量は47%であった(真
の密度は1.678で、かさ密度は0.8755)。
【0030】実施例6 (a)ポリマーをTeflon(商標)FFAフルオロ
ポリマー樹脂グレード340として入手可能な融点が3
05℃のTFE/PPVEコポリマーにし、CO2によ
る加圧を1200psi(8.3MPa)にし、均熱温
度を300℃にし、この温度における容器内のCO2
力を4200psi(30MPa)にする以外は実施例
1を繰り返した。上記フルオロポリマーに気泡核形成
剤、即ちBNを0.25重量%、CTBを0.011重
量%およびBaS−10を0.018重量%含有させ
た。発泡したフィルムの空隙含有量は72%(かさ密度
は0.613)であり、平均気泡サイズは10ミクロメ
ートルであった。
【0031】(b)CO2の代わりに窒素を用いると、
加熱前の容器を最初に2000psi(13.8MP
a)にまで加圧しても発泡が起こらなかった。
【0032】(c)均熱温度を325℃(圧力4000
psi、27MPa)にする以外は実施例6(a)の手
順を繰り返した。結果として発泡した製品は、図3の気
泡構造を有していて気泡の壁に開口があり、スイスチー
ズの外観を与えた。平均気泡サイズは約100ミクロメ
ートルであった。
【0033】(d)均熱温度を280℃(圧力3500
psi、24MPa)にする以外は実施例6(a)の手
順を繰り返した。結果として発泡した製品は図4に示す
フィブリル状発泡構造を有していた。
【0034】発泡を起こさせる時の均熱温度を変えるこ
とで完全に異なる形態の発泡構造を得ることができるこ
と、そして樹脂の溶融温度より低い温度でもずっと高い
間隙率を有する構造物を得ることができることが、実施
例6(c)と(d)の結果を比較することで分かる。
【0035】実施例7 フィルムをPTFE粒状樹脂で製造した後に焼結を行
い、このPTFEにPPVEコモノマー改質剤を含有さ
せ、このPTFEの融点が327℃であり、そして均熱
温度を310℃にする以外は実施例1を繰り返した。均
熱温度における容器内のCO2圧力を高くして3500
psi(24.2MPa)にした結果、発泡したフィル
ムの空隙含有量は40%を充分に越えていた。
【0036】実施例8 製品がTeflon(商標)フルオロポリマー樹脂グレ
ード62として入手可能な融点が327℃のPTFE微
粉からペースト押出し加工で得た管材でありそして均熱
温度を330℃にする以外は実施例7を繰り返した。こ
の管材の空隙含有量は15.7%であった。この管材の
発泡構造は、10,000X倍率で見た時(図1)、は
しご状形態を含むフィブリルの三次元網状組織として見
ることができ、そのフィブリルが示すL/Dは10以上
であった。
【0037】実施例9 製品がTeflon(商標)62微粉からペースト押出
し加工で得た管材である以外は実施例7を繰り返した。
この管材の寸法はO.D.が19mmで壁厚が0.4m
mであり、この管材を12.5mmの長さで切断してそ
れを発泡させた。1つの組の実験では、この管材サンプ
ルに焼結を受けさせず、そして別の組の実験では、この
管材サンプルに焼結を375℃で30分間そして400
℃で1分間受けさせたが、これを行う前に最初に、上記
ペースト押出し加工品に存在している滑剤を除去する目
的でサンプルを約95℃で乾燥させておいた。各組のサ
ンプルにいろいろな均熱温度を受けさせ、その結果を下
記の表に示す。
【0038】 注:焼結を受けさせそして330℃で均熱を受けさせた
サンプルは実施例8の管材と同じである。
【0039】実施例10 この実験で用いた製品は、改質剤がパーフルオロ(プロ
ピルビニルエーテル)(PPVE)である改質PTFE
粒状樹脂から成形したビレットであった。このビレット
は未焼結品であり、それによって、この樹脂の融点(第
一)は340℃であった。この樹脂に焼結を受けさせる
には上記ビレットを340℃より高い温度に加熱する必
要があり、この加熱は通常400℃で実施される。焼結
後の樹脂が示す融点(第二)は327℃より若干低くな
るであろう。PTFE樹脂の第二融点は327℃である
が、PPVEコモノマー改質剤が少量存在していると、
この融点が若干低くなる。
【0040】この実験では、上記ビレットを325℃で
4時間加熱した(均熱を受けさせた)。この加熱中、実
施例1と同様に実施したCO2加圧が1000psi
(6.9MPa)の初期圧力から4200psi(29
MPa)にまで上昇した。次に、このビレットを25分
かけてゆっくりと250℃に冷却した後、CO2を加圧
容器から排出させた。このビレットを裂くことで得たテ
ープの空隙含有量は33%であった。
【0041】この裂くことで得たテープに関して実施し
たDSCスキャンはただ1つの溶融ピークを約326℃
に示し、このことは、340℃の第一融点に到達させて
いなくてもビレット(樹脂)が焼結を受けたことを示し
ている。
【0042】本発明の特徴および態様は以下のとおりで
ある。
【0043】1.既に加工されているフルオロポリマー
含有製品を発泡させる方法であって、(a)該製品を発
泡可能状態に加熱し、(b)この加熱した製品を超臨界
CO2で加圧し、(c)この加熱して加圧した製品がま
だ発泡可能状態にある間に圧抜きを行うことにより、上
記CO2で上記製品を発泡させ、そして(d)上記発泡
させた製品を冷却する、ことを含む方法。
【0044】2.上記フルオロポリマーがポリテトラフ
ルオロエチレンである第1項の方法。
【0045】3.上記ポリテトラフルオロエチレンが未
焼結品である第2項の方法。
【0046】4.上記フルオロポリマーが溶融加工可能
である第1項の方法。
【0047】5.上記フルオロポリマーが、エチレン、
炭素原子数が3から8のパーフルオロオレフィン、炭素
原子数が3から12のパーフルオロ(アルキルビニルエ
ーテル)および炭素原子数が3から8のパーフルオロア
ルキルエチレンから成る群から選択される少なくとも1
種のモノマーとテトラフルオロエチレンのコポリマーで
ある第4項の方法。
【0048】6.上記フルオロポリマーがクロロトリフ
ルオロエチレン/エチレンのコポリマーである第4項の
方法。
【0049】7.上記製品がワイヤーの絶縁体、管材、
棒材またはフィルムの形態である第1項の方法。
【0050】8.上記加熱が上記フルオロポリマーの融
点の50℃以内である第1項の方法。
【0051】9.上記フルオロポリマーが気泡核形成剤
を含有する第4項の方法。
【0052】10.ポリテトラフルオロエチレンを含む
製品であって、フィブリルを含む三次元網状組織の発泡
構造を有していて上記網状組織がはしご状形態に配列し
ているフィブリルを含む製品。
【0053】11.溶融加工可能フルオロポリマーを含
む製品であって、球形気泡の発泡構造を有していて上記
気泡を限定している壁がその中に開口を複数有する製
品。
【0054】12.溶融加工可能フルオロポリマーの製
品であって、相互連結しているフィブリルを含む三次元
網状組織の発泡構造を有する製品。
【0055】13.溶融加工可能フルオロポリマーの製
品であって、発泡構造を有していて上記発泡構造が空隙
を少なくとも70%有しそして20ミクロメートル以内
の平均気泡サイズを有する製品。
【0056】14.上記フルオロポリマーがテトラフル
オロエチレンと炭素原子数が3から12のパーフルオロ
(アルキルビニルエーテル)のコポリマーである第13
項の製品。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例8で実施した如き本発明の方法を用いて
ポリテトラフルオロエチレンで製造した製品の断面を1
0,000X倍率で撮った走査電子顕微鏡写真(SE
M)である。この図で、相互連結しているフィブリルが
はしご状外観を有することそして節が存在していないこ
とを見ることができる。
【図2】図1の一部を30,000X倍率で撮ったSE
Mであり、これは、破面(SEMを撮る目的で液体窒素
で冷却した後に破壊させた面)にフィブリルではなく塊
として見える最も明るい色の領域が存在していることを
示しているが、この領域は、そのように、発泡構造の特
徴ではなく破壊技術による人工物である。
【図3】実施例6(c)で実施した如き本発明の方法を
用いて溶融加工可能フルオロポリマーで製造した製品の
断面を40X倍率で撮ったSEMである。この図で、気
泡壁がスイスチーズの外観を有することを見ることがで
きる。
【図4】実施例6(d)で実施した如き本発明の方法を
用いて製造した溶融加工可能フルオロポリマー製品の断
面を10,000X倍率で撮ったSEMである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 既に加工されているフルオロポリマー含
    有製品を発泡させる方法であって、(a)該製品を発泡
    可能状態に加熱し、(b)この加熱した製品を超臨界C
    2で加圧し、(c)この加熱して加圧した製品がまだ
    発泡可能状態にある間に圧抜きを行うことにより、上記
    CO2で上記製品を発泡させ、そして(d)上記発泡さ
    せた製品を冷却する、ことを含む方法。
  2. 【請求項2】 ポリテトラフルオロエチレンを含む製品
    であって、フィブリルを含む三次元網状組織の発泡構造
    を有していて上記網状組織がはしご状形態に配列してい
    るフィブリルを含む製品。
  3. 【請求項3】 溶融加工可能フルオロポリマーを含む製
    品であって、球形気泡の発泡構造を有していて上記気泡
    を限定している壁がその中に開口を複数有する製品。
  4. 【請求項4】 溶融加工可能フルオロポリマーの製品で
    あって、相互連結しているフィブリルを含む三次元網状
    組織の発泡構造を有する製品。
  5. 【請求項5】 溶融加工可能フルオロポリマーの製品で
    あって、発泡構造を有していて上記発泡構造が空隙を少
    なくとも70%有しそして20ミクロメートル以内の平
    均気泡サイズを有する製品。
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