AT501770A1

AT501770A1 - Verfahren zur herstellung von flächenförmigen formkörpern aus fluorpolymeren und verwendung dieser formkörper

Info

Publication number: AT501770A1
Application number: AT0058505A
Authority: AT
Original assignee: Michel Wolfgang Ing
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-11-15
Also published as: WO2006105976A8; EP1866131A1; WO2006105976A1; AT501770B1

Description

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Ing. Wolfgang Michel Berggasse 12 A 2380 Perchtoldsdorf

Verfahren zur Herstellung von flächenförmigen Formkörper aus Fluorpolymeren und Verwendung dieser Formkörper

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von profilierten flächenförmigen Polytetrafluorethylen-Formkörpem durch Schälen von gesintertem Polytetrafluorethylen. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung dieser Formkörper.

Aus Polytetrafluorethylen ( PTFE ) bestehende vorgeformte flächige Formkörper werden wegen ihrer hervorragenden thermischen sowie witterungs-und chemischen Stabilität in zunehmenden Masse u.a. als korrosionsbeständige Hochleistungsfüllkörper beispielsweise in Absorptionskolonnen zur Abgasreinigung oder in Destillalions-und Extraktk>nsanlagen,als Isoliermaterial für Hitzeschilder und als Hitzeschutz bei der Kabelisolation verwendet. Dabei ist es -besonders in der Kabelindustrie und für Hitzeschilder - notwendig, Formteile zB.gewellt geformte Folien, formstabil auch über den kristallinen Zustand zu erhalten.

Die Herstellung von flächenförmigen PTFE-Formkörpern, die eine für den jeweiligen Einsatz gewünschte Profilform aulweisen und diese Form auch in der Folge unter Verwendung bei hohen Temperaturen beibehaiten,erfolgt nach dem Stand der Technik in zwei Schritten. So werden zunächst aus gesintertem PTFE in Form von Hohlzylindem oder Blöcken unter Einsatz von profillosen Schälmessern glatte Schälfolien hergestellt.Diese rein flachen, unprofilierten PTFE-Folien werden in einem weiteren Arbeitsschritt im Temperaturbereich um den Kristalütschmelzpunkt auf ein Profil geformt, im allgemeinen durch Tiefziehen oder Prägen.Die bekannten Verfahren haben den Nachteil,dass die so hergestellten profilierten Formkörper ihr Profil verlieren und damit ihren rein flachen - 2 - • · · - 2 - ···♦ ♦♦♦♦ ♦♦ • · • ··· • · · • · · · ·· ··# « ·♦··

Ausgangszustand wieder einnehmen, wenn sie wieder mit der Verformungstemperatur beaufschlagt werden.Beim Tiefziehen oder Prägen wird das Ausgangsmaterial gewissermassen biaxial verstreckt, die Molekülketten erfahren dann eine Rückorientierung.

Gesucht wird demnach ein Verfahren, mit dem verformte flächenhafte PTFE-Gebilde erhalten werden, die ihre Formstruktur beibehalten auch wenn sie bei ihrem Einsatz ein- oder mehrmals oder auch andauernd Temperaturen über dem Kristallitschmelzpunkt ausgesetzt sind.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von profilierten flächenförmigen Polytetrafluorethylen-Formkörpem durch Schälen von gesintertem Polytetrafluorethylen ist dadurch gekennzeichnet,dass die Schälung mit einem profilierten Schälmesser durchgeführt wird.

Bei der erfindungsgemässen Behandlung von gesintertem PTFE, vorzugsweise in Form eines vorgesintertem PTFE-Blocks, wird demnach ein Profil- Schälmesser eingesetzt und dadurch ein PTFE-Formkörper mit der gewünschten Oberflächenstruktur schon im Schälschritt erhalten. Dar erfindungsgemäss geschälte, herausgeschnittene Formkörper, vorzugsweise Folie, erfährt keine Molekülkettenveränderung , weil keine Verstreckung stattfindet.Das erfindungsgemäss erhaltene, vorzugsweise flächenhafte Gebilde verhält sich wie ein gepresstes Pulvermaterial.

Da Polytetrafluorethylen nicht schmilzt, sondern bei hohen Temperaturen in einen hartgummiartigen Gelzustand übergeht und die Form beibehält,ergeben sich nach diesem Verfahren neuartige Anwendungsmethoden. So können erfindungsgemäss hergestellte flächenartige profilierte Formkörper mit partiell schweissfähigen Zonen Verbindungen mit PTFE-Formkörpem eingehen,bei Temperaturen die weit über dem Kristallitschmelzpunkt liegen.

Der Schälvorgang ist an sich mit dem bekannten Fumierschälverfahren vergleichbar. Die folgende Arbeitsweise ist bevorzugt: Ein gesinterter PTFE-Rundblock dreht sich um seine eigene Achse an einem tangential hegenden erfindungsgemäss zu verwendenden Schälmesser vorbei, das sich allmählich der Drehachse radial nähert, so dass sehr lange Folienbahnen durch Abschälen auf der Spiralschneidemaschine entstehen. Möglich ist auch, Zuschnitte derartiger flächenhafter profilierter Gebilde auf einer Hobelvorrichtung zu erzeugenNach Abheben einer Lage wird der Block um die Fumierdicke wieder angehoben. Das Hobelschälmesser ist vorzugsweise aus Formstahl.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders interessant,wenn es um dünne flächenhafte Gebilde geht, also um Dickenbereiche von 0,01 bis 1,00 mm, weil - 3 - • · • · • · ··♦♦ ♦·#· ···# ··«# • · · · • ··· · · • ♦ · 4 ·« ♦♦ - 3 - darüber Pressverfahren für grössere Gebilde von der Handhabung her schwierig sind. Dicke flächenhafte Gebilde liegen im Bereich von über 1,00 Ins etwa S mm.

Die erfindungsgemäss hergestellten flächenartigen Formkörper weisen demnach eine Dicke von im allgemeinen 0,01 bis 5mm au£ vorzugsweise von 0,01 bis 3 mm

Die Schäl- oder Schnittgeschwindigkeit kann beim erfindungsgemässen Verfahren innerhalb weiter Grenzen variieremSie liegt im allgemeinen bei 2 bis 150 Meter pro Minute, vorzugsweise 5 bis 100 Meter pro Minute. Im Falle von dicken flächenhaften Gebilden und von solchen aus Ausgangsmaterial mit Füllstoffen ist eine Schnittgeschwindigkeit von 5 bis 20 m/min vorteilhaft und im Falle von dünnen flächenhaften Gebilden von 25 bis 100 m/min.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann bei Zimmertemperatur oder einer vergleichsweise höheren Temperatur durchgeführt werden, im allgemeinen im Bereichvon 15° bis 250°C, vorzugsweise 20° bis 200°C. Die höheren Schältemperaturen sind im Falle von Ausgangsmaterial mit Füllstoffen vorteilhaft.

Durch die Erfindung gelingt es in einfacher Weise Formkörper aus PTFE unterschiedlicher geometrischer Form herzustellen, zum Beispiel wellenförmig ( klein oder grosswellig), rillenförmig,spitzwinkelig,zickzackförmig, viereckförmig und trapezförmig.Ebenso ist es möglich geradlinige mit vereinzelten versetzt angeordneten Wellen struktuierte Gebilde zu schälen.

Die erfindungsgemäss hergestellten Formkörper sind vielseitig verwendbar,vor allem als Hitzeschutz bei der Kabelummantelung, als Hitzeschild in der Elektroindustrie, als struktuierte Packung in Destillationskolonnen in der chemischen Industrie.

Die erfindungsgemäss hergestellten Formkörper stellen auch ein vorteilhaftes Ausgangsmaterial dar zur Herstellung weiterer Ausführungsformen ,wie Stegplatten und flexiblen Isolierbahnen zur Rohrisolation.

Durch die Stabilität der Profile sind Verbindungstechniken im oberen Temperaturbereich , also über dem Kristallitschmelzpunkt machbar,in Bereichen ,in denen PTFE mit PFA oder mit sich selbst verschweissbar wird.

Polytetrafluorethylen ( PTFE ) wird im Rahmen dieser Erfindung als Sammelbegriff für Fluorpolymere verstanden. Bevorzugte Fluorpolymere sind Fluorpolymere ,wie PTFE, und Fluorcopolymere ,wie PFADies ist ein Copolymer aus vorzugsweise 90 bis 99,5 Gewichtsprozent Tetrafluorethylen und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent von einem Perfluoralkyl-perfluorvinylether der Formel CF2=CF-OR, worin R eine Perfluoralkylkette mit vorzugsweise 1 bis 10 C-Atomen bedeutet.Bevorzugte Fhiorpolymere sind auch die sogenannten modifizierten Polymere des Polytetrafluorethylen(TFM ). Diese sind ebenso wie PTFE ( Kristallitschmelzpunkt: 327°C ) nicht aus der Schmelze verarbeitbar, weil auch sie beim Erreichen des - 4 - 1 <r 1 <r

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kristallinen Schmelzpunktes nicht in einen fliessfähigen Zustand übergeheaDie Fluorpolymeren TFM enthalten ein oder mehrere modifizierende Monomere in einer so geringen Menge - meist gleich oder weniger 2 Mol%,vorzugsweise gleich oder weniger 0,5 Mol%, dass der Charakter als nicht aus der Schmelze verarbeitbar erhalten bleibt. Solche Cononomere sind insbesondere Perfluor(alkyl-vinyl)ether mit einem Perfluoralkylrest von 1 bis 5 C-Atomen, insbesondere Perfluor(n-propyl-vinyl) ether und niedere Perfluorolefine wie HexafluorpropeaDie im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Fluorpolymeren können auch Farbstoffe,Pigmente und/oder Füllstoffe wie Glasfasem,Kohlepulver,Grafitpulver und Bronzepulver enthalten,in einer Menge von 0,1 bis 30 Gewichtsprozenten, vorzugsweise 1 bis 20 Gewichtsprozenten.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand einer Zeichnung und durch Beispiele noch näher erläutert.

Fig.l. zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Schälvorgang.

Fig.2. zeigt eine perspektivische Ansicht eines profilierten Schälmessers.

In Fig. 1. ist (1) der PTFE-Hohl2ylinder,(2) das profilierte Schälmesser, (3) Schälmesserhalter mit Schälmesseraufhahme (4), und (5) der geschälte flächenhafte profilierte Formkörper.

In Fig.2 ist das Schälmesser (2) mit dem wellenförmigen Profil(6) und mit der unter 45 Winkelgraden geneigten Schnittfläche (7) dargestellt.

Beispiel 1

Es wurde ein gesinterterHohlzylinder aus reinem PTFE, der nach Fig.l um seine eigene Achse sich dreht an einem tangential liegenden profilierten Schälmesser mit Wellenschliff , fixiert unter 60Gradwinkel Schräge im Schälmesserhalter und Messeraufhahme ,unter einem Anstellwinkel von45 Gradwinkel, mit einer Schnittgeschwindigkeit von 25m/min bei Raumtemperatur in der Dicke von 0,5mm und einer Wellenhöhe von 6mm spiralförmig abgeschält.Die so erhabene profilierte Wellfolie, hat bei einer Temperaturbeaufschlagung von 350°C einem Bereich der über dem Kristallitschmelzpunkt liegt, keine Rückverfbrmung bei Prüfung gezeigt.

Beispiel 2

Wie im Beispiel 1 beschrieben wird ein Hohlzylinder aus reinem PTFE ebebfalls bei Raumtemperatur im Zickzackprofil geschält, mit einer Schnittgeschwindigkeit von 60 m/min mit einer Foliendicke von 0,05mm. Auch in diesem Falle war das Profil stabil bei einer Temperatur von 360°C über einen gemessenen Zeitraum von 2 Stundea . - 5 - - 5 -

Beispiel 3

Wie im Beispiel 1 beschrieben wird ein mit 20 Gew.% Kohle gefüllter PTFE-Hohlzylinder bei einer Eigentemperatur von 200°C zu einer 1,5mm dicken wellenförmigen Profilfolie geschält,bei einer Schnittgeschwindigkeit von 15 m/min.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von profilierten flächenförmigen Po lytetrafluorethylen-Fonnkörpem durch Schälen von gesintertem Polytetrafluorethylen, dadurch gekennzeichnet,dass die Schälung mit einem profilierten Schälmesser durchgeführt wird.
2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schälmesser mit einer im wesentlichen wellenförmigen, rillenförmigen, spitzwinkeligen, zickzackförmigen, viereckförmigen oder trapezförmigen Schnittfläche eingesetzt wird
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass die Schälung bei einer Temperatur von 15 °C bis 250°C durchgeführt wird.
4 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,dass die Schälung mit einer Schälgeschwindigkeit von 2 bis 150 Meter pro Minute durchgeführt wird.
5 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ,dass profilierte flächenförmige Formkörper mit einer Dicke von 0,1 bis 5 mm abgeschält werden.
6 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet,dass ein gesinterter Polytetrafluorethy len- Hohlzylinder eingesetzt wird,der um seine Achse drehend vom tangential anliegenden Schälmesser abges^hält wird.
7 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein copolymerisiertes Polytetrafluorethylen eingesetzt wird.
8 Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass ein Polytetrafluorethylen mit Füllstoffen eingesetzt wird.
9 Verwendung der Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 als Hitzeschutz bei der Kabelummantelung,als Hitzeschutzschild in der Elektroindustrie^ Füllkörper in Form einer struktuierten Packung in Absorptionskolonnen zur Abgasreinigung oder in Destillations-und Extraktionsanlagen
10 Verwendung der Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Stegplatten