ES2210368T3 - Procedimiento para fabricar peliculas de fluoropolimero porosas. - Google Patents
Procedimiento para fabricar peliculas de fluoropolimero porosas.Info
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Abstract
METODO DE PREPARACION DE LAMINAS DE FLUOROPOLIMEROS (PTFE) DELGADAS; DICHO METODO GENERALMENTE CONSTA DE LAS ETAPAS: A) OBTENCION DE LAMINA DE FLUOROPOLIMERO NO SINTERIZADA; B) EXPANSION PRESINTERIZACION DE LA LAMINA; C) SINTERIZACION DE LA LAMINA EXPANDIDA CON RESTRICCIONES DIMENSIONALES PARA PREVENIR LA CONTRACCION; Y D) ESTIRAMIENTO POSTSINTERIZACION DE LA LAMINA HASTA UN ESPESOR FINAL PREFERIBLEMENTE MENOR DE 0,002 PULGADAS. EL ESTIRAMIENTO POST-SINTERIZACION DE LA LAMINA EN LA ETAPA D PUEDE REALIZARSE EN UNA ETAPA UNICA, O PUEDE CONSTAR DE UNA SERIE DE ETAPAS DE ESTIRAMIENTO POSTSINTERIZACION. LAS ETAPAS B Y C DEL METODO PUEDEN REALIZARSE PASANDO LA LAMINA CALANDRADA A TRAVES DE UN DISPOSITIVO DE DIRECCION DE LA MAQUINA, Y DESPUES, LA ETAPA D DEL METODO PUEDE REALIZARSE PASANDO DE NUEVO SUBSIGUIENTEMENTE LA LAMINA SINTERIZADA A TRAVES DEL DISPOSITIVO DE DIRECCION DE LA MAQUINA, UNA O MAS VECES.
Description
Procedimiento para fabricar películas de
fluoropolímero porosas.
La presente invención se refiere a películas de
fluoropolímero porosas del tipo que se usa como membranas, cintas y
similares. Más en particular, la presente invención se refiere a un
procedimiento para fabricar una película porosa de
politetrafluoretileno (a partir de ahora PTFE) o de cualquier otro
fluoropolímero similar.
Las películas de fluoropolímero porosas se han
utilizado anteriormente para una gran variedad de aplicaciones entre
las que se incluyen injertos vasculares, filtros de membrana, cintas
aislantes para hilos y cables eléctricos, membranas para diálisis,
sustratos porosos para crecimientos celulares biológicos, etc. En
particular, se sabe que las películas formadas con PTFE dilatado y
sinterizado muestran unas mejores propiedades de resistencia
mecánica, una excelente biocompatibilidad y una alta porosidad.
Las películas de PTFE porosas del estado de la
técnica se han fabricado normalmente mediante un proceso que
comprende habitualmente las fases de: a) extrudir la pasta, b)
dilatarla, y c) sinterizarla. Más específicamente, este proceso de
fabricación de películas de PTFE puede llevarse a cabo de la
siguiente manera:
Se mezcla una cantidad de polvo de PTFE con un
lubricante líquido, por ejemplo alcoholes minerales inodoros, para
formar una pasta de PTFE extrudible.
Posteriormente, se hace pasar la pasta de PTFE a
través de un troquel de extrusión para formar una extrusión de
película húmeda. La extrusión de película húmeda se enrolla después
normalmente alrededor de un soporte giratorio para formar un rollo
de extrusión de película húmeda.
La extrusión de película húmeda se desenrolla
después y se somete a una fase inicial de calandrado en frío
(<100ºC) en la que se hace pasar la película entre al menos un
juego de rodillos de calandrado de acero inoxidable opuestos con una
distancia entre superficies ajustable. Los rodillos de calandrado se
mantienen preferiblemente a temperaturas que oscilan entre la
temperatura ambiente y 60ºC. El grosor de la extrusión húmeda se
mantiene constante a medida que pasa a través de estos rodillos de
calandrado. El grosor de la extrusión de película húmeda se reduce a
su grosor final deseado (por ejemplo entre 0,1016 y 0,127 mm )
mientras que la anchura de la película se mantiene constante. Se
debe apreciar que como la película se mantiene con una anchura
constante, el proceso de calandrado hace que se produzca un
estiramiento longitudinal de la película. La cantidad de
estiramiento longitudinal que resulta del proceso de calandrado se
determina sustancialmente mediante la disminución del grosor de la
película que se produce cuando la película pasa entre los rodillos
de calandrado.
A continuación, la película húmeda se somete a
una fase de secado. Esta fase de secado se puede conseguir
permitiendo o haciendo que el lubricante líquido se evapore de la
matriz de la película. Tal evaporación del lubricante líquido puede
facilitarse haciendo pasar la película por un tambor o rodillo que
se mantiene a una temperatura elevada suficiente para hacer que el
lubricante líquido se evapore completamente de la matriz de la
película.
Por separado o al mismo tiempo que la fase de
secado, la película se somete a una fase de dilatación. Tal fase de
dilatación comprende estirar o dilatar la película de PTFE al menos
en una dirección (por ejemplo longitudinalmente). Tal dilatación de
la película sirve para: a) aumentar la porosidad de la película, b)
aumentar la resistencia de la película y c) orientar las fibrillas
de PTFE en la dirección de acrecentamiento de la dilatación. Esta
fase de dilatación se lleva a cabo normalmente a temperatura
ambiente, sin calentar de manera significativa la película durante
tal dilatación.
Después de que se han completado las fases de
secado y dilatación, la película se calienta hasta una temperatura
superior al punto de fusión cristalino del PTFE (327ºC) pero
inferior a su temperatura de degradación térmica (370ºC) para
conseguir que el polímero de PTFE se sinterice o quede amorfo. Esta
fase de sinterización puede llevarse a cabo haciendo pasar la
película por un tambor o rodillo que se mantiene a una temperatura
alta (por ejemplo >350ºC) para hacer que la película se caliente
hasta la temperatura de sinterización deseada por encima del punto
de fusión del polímero de PTFE, aunque por debajo de la temperatura
de degradación térmica, durante un periodo de tiempo suficiente para
efectuar la sinterización de la película.
Este proceso de sinterización hace que el
polímero de PTFE pase de un estado altamente cristalino a un estado
más amorfo. Así, el proceso de sinterización se denomina a veces
"trabado amorfo" del polímero de PTFE. Tal sinterización o
"trabado amorfo" del polímero hace que la película mejore de
manera sustancial sus propiedades de resistencia, aunque también
hace normalmente que la película se endurezca y sea menos
estirable.
El polvo fino de PTFE no sinterizado (que tiene
una cristalinidad de aproximadamente el 99%) muestra un pico
endotérmico de alrededor de 347ºC (a partir de ahora se denomina
pico endotérmico "inicial") cuando se mide con un calorímetro
de exploración diferencial (DSC). A medida que el PTFE se está
sinterizando (es decir, cuando se calienta a una temperatura
superior al punto de fusión cristalino del PTFE de 327ºC pero
inferior a su temperatura de degradación térmica de 400ºC) el pico
endotérmico inicial (alrededor de 347ºC) disminuye de tamaño, y
aparece posteriormente un pico endotérmico de unos 327ºC.
Se puede considerar que se ha producido la
sinterización sustancialmente completa del PTFE cuando el área que
está por debajo del pico endotérmico inicial (a unos 347ºC) ha
disminuido al menos un 90%.
En consecuencia, según se usa aquí, la frase
"sinterización sustancialmente completa" del fluoropolímero
(por ejemplo, PTFE) quiere decir que el área que está por debajo del
pico endotérmico inicial del fluoropolímero cristalino ha disminuido
al menos un 90%.
Las películas de PTFE dilatadas y sinterizadas
formadas mediante el proceso descrito antes, tienen normalmente una
microestructura que se caracteriza por la presencia de áreas densas
conocidas como "nódulos", interconectados mediante filamentos
que se conocen como "fibrillas". La orientación direccional de
las fibrillas se determina principalmente mediante la(s)
dirección(es) de calandrado y dilatación con la(s) que
se calandró y dilató la película antes de sinterizarla. Además, el
diámetro y separación de las fibrillas se determina principalmente
mediante la dinámica (es decir, la frecuencia y la cantidad) de la
dilatación que se produjo antes de la sinterización de la película.
La porosidad resultante de la película viene dada en función del
tamaño de los espacios que existen entre las fibrillas, después de
que se han completado las fases de dilatación y sinterización.
La fabricación de películas de PTFE con un grosor
inferior a 0,0508 mm ha sido problemática, y se sabe que los
esfuerzos para alcanzar un grosor tan pequeño durante la dilatación
antes de la sinterización de la película han dado como resultado la
rotura o desgarramiento de la película. También se han hecho algunos
esfuerzos para crear procedimientos mediante los cuales se pueda
dilatar o tratar posteriormente un material de PTFE extrudido
después de la sinterización para conseguir películas finas con unas
características de porosidad deseables.
La patente U.S. 4.440.392 (de Yamazaki) describe
un procedimiento mediante el cual se fabrica una pieza de trabajo de
PTFE extrudida (por ejemplo una película) mediante un proceso que
comprende las fases de: a) extrusión, b) estiramiento de la pieza de
trabajo extrudida no sinterizada, c) "libre" sinterización de
la pieza de trabajo estirada, y d) más estiramiento de la pieza de
trabajo sinterizada. La fase de "libre" sinterización del
proceso de Yamazaki necesita la sinterización de una pieza de
trabajo sin dilatación restringida de manera que se permita que la
pieza de trabajo se repliegue o arrugue de manera natural durante el
proceso de sinterización. Como resultado de ello, la pieza de
trabajo puede arrugarse hasta obtener un tamaño que es casi el mismo
que el que tenía antes del proceso de estiramiento o dilatación
antes de la sinterización. Además, tal arrugamiento durante la
sinterización ayuda a que se produzcan "arrugas" en la
superficie de la pieza de trabajo sinterizada. Así, debido a la
cantidad de contracción o arrugamiento que se produce durante la
fase de "libre" sinterización del proceso, una parte del
estiramiento o dilatación después de la sinterización sirve
únicamente para recuperar el tamaño que perdió previamente debido al
arrugamiento de la pieza de trabajo durante el proceso de
"libre" sinterización. Yamazaki describe específicamente
procesos en los que el estiramiento de la pieza de trabajo después
de la sinterización se utiliza para aumentar la longitud de la pieza
de trabajo sinterizada entre un 100% y un 1000%.
La patente U.S. 5.167.890 (de Sasshofer y otros)
describe un proceso para producir un artículo de PTFE estirado
monoaxialmente que tiene una densidad que oscila entre 1,80 y 2,30
g/cm^{3}, comprendiendo el proceso a) extrusión de la pasta de
polvo de PTFE para formar una extrusión; b) sinterización de la
extrusión sin dilatación previa de la misma y c) estiramiento
posterior del artículo sinterizado mientras que está a una
temperatura de entre 327 y 450ºC.
La patente US 5.234.751 (de Harada y otros)
describe un procedimiento para formar PTFE poroso mediante: a) una
extrusión inicial de pasta de PTFE no sinterizado; b) secado y
calandrado del artículo extrudido; c) tratamiento térmico de la
pieza de trabajo calandrada para efectuar una sinterización parcial
de PTFE; y c) estiramiento posterior de la pieza de trabajo
parcialmente sinterizada.
La US 5.234.739 describe una película de PTFE
porosa con un tamaño de poro pequeño y una pérdida de presión
pequeña. Esta película se puede utilizar como material filtrante
para atrapar partículas ultrafinas.
La US 5.234.751 describe un proceso para producir
un material de PTFE poroso extrudiendo pasta de PTFE en polvo,
sometiéndola a un tratamiento térmico de manera que aparece como
mínimo un pico endotérmico en un diagrama DSC entre la posición de
pico endotérmico del polvo fino y la posición de pico endotérmico
del producto sinterizado, y el artículo tratado térmicamente se
estira después en al menos una dirección.
La EP 0 113 869 B1 describe un material de PTFE
poroso sinterizado que se produce sinterizando y dilatando un polvo
fino de PTFE a una temperatura alta en presencia de un lubricante y
dilatando después el material en al menos una dirección.
La JP 5 751 450 describe hojas de PTFE porosas,
estiradas, laminadas y tratadas térmicamente, formadas con PTFE en
polvo no tratado térmicamente en combinación con un lubricante.
Todavía existe la necesidad de desarrollar nuevos
procedimientos para fabricar películas de fluoropolímero
extremadamente delgadas (es decir, con un grosor < 0,0508 mm) que
demuestren unas buenas propiedades de solidez, porosidad y
resistencia a la corrosión.
La presente invención proporciona un
procedimiento para fabricar películas de fluoropolimeros (por
ejemplo PTFE) delgadas (es decir <0,0508 mm de grosor) que
demuestran unas buenas propiedades de solidez, porosidad y
resistencia a la corrosión. El procedimiento de la presente
invención comprende normalmente las fases de: a) extrusión de la
pasta de una extrusión de película, b) dilatación de la extrusión no
sinterizada para formar una película dilatada, d) sinterización del
fluoropolímero restringiendo al mismo tiempo la película para evitar
el arrugamiento o encogimiento longitudinal de la misma, y e)
estiramiento de la película del fluoropolímero sinterizada. La fase
d) del procedimiento resumido, se puede llevar a cabo en una única
fase, o puede comprender una serie de estiramientos repetidos de la
película de fluoropolímero PTFE sinterizada. Además, la fase d) del
procedimiento puede llevarse a cabo a cualquier temperatura
adecuada, y preferiblemente a una temperatura que oscile entre 100ºC
y 326ºC.
La(s) fase(s) de dilatación
postsinterización del proceso de la presente invención
puede(n) reducir el grosor de la película hasta un grosor
final que oscila entre 0,0001 y 0,0009 mm. sin que se desgarre o
rompa la película. La película delgada resultante muestra unas
buenas propiedades de solidez, porosidad y resistencia a la
corrosión.
La figura 1, es un organigrama que muestra las
fases básicas del proceso de fabricación de película de
fluoropolímero de la presente invención.
La figura 2, es un esquema de un dispositivo
orientador de dirección de máquina utilizable para procesar
películas de fluoropolímero de la presente invención.
La siguiente descripción detallada y los dibujos
que se acompañan se proporcionan únicamente con el fin de describir
e ilustrar la(s) realización(es) preferida(s)
de la invención, y no de limitar el objeto de la invención.
El modo en el que se puede utilizar el
procedimiento de la presente invención para fabricar una película
fina de PTFE se muestra en el organigrama de la figura 1. Lo que
viene a continuación es una descripción detallada de las fases
específicas del procedimiento que se ilustra en el organigrama de la
figura 1:
Fase
A
La fase inicial 10 del procedimiento es la
preparación de una parte de PTFE extrudible. En esta fase, se mezcla
un polvo fino de PTFE no sinterizado con una cristalinidad superior
al 90% (por ejemplo, polvo fino de PTFE virgen F103 ó 104, Dakin
America, 20 Olympic Drive, Orangebury, New York 10962) con una
cantidad de lubricante líquido tal como alcoholes minerales inodoros
(por ejemplo, Isopar®, Exxon Chemical Company, Houston, Texas
77253-3272) en un porcentaje en peso
lubricante/polvo aproximadamente del 25%, proporcionando así una
pasta de PTFE con una consistencia extrudible.
Fase
B
La dispersión de la pasta de PTFE preparada en la
fase 10 se extruye, fase 12, posteriormente para formar una
extrusión de película húmeda. Esto se consigue normalmente haciendo
pasar la dispersión de la pasta de PTFE a través de una máquina de
extrudir a temperaturas que oscilan entre 18 y 50ºC con un enrollado
o devanado posterior de la película extrudida alrededor de un
soporte, para formar así un rollo de extrusión de película
húmedo.
Fase
C
La extrusión de película húmeda se desenrolla
después y se calandra, fase 14, haciendo pasar la película no
sinterizada a través de al menos un juego de rodillos de calandrado
de acero inoxidable opuestos que tienen una distancia entre
superficies ajustable. Los rodillos de calandrado se mantienen
preferiblemente a temperaturas de entre temperatura ambiente y 60ºC.
El grosor de la extrusión de película no sinterizada se mantiene
constante a medida que pasa entre los rodillos de calandrado, aunque
se permite que aumente la longitud de la extrusión de película
sinterizada a medida que se reduce el grosor de tal extrusión debido
a la compresión entre los rodillos de calandrado. Normalmente, esta
fase de calandrado 14 hace que disminuya el grosor de la extrusión
no sinterizado hasta entre 0.1016 y 0,127 mm. Además, después de la
fase de calandrado 14, la extrusión no sinterizada puede tener una
densidad que oscila entre 1,4 y 1,7 g/cm^{3}.
Un ejemplo de máquina calandradora asequible
comercialmente y que se puede utilizar para este propósito es la
pequeña Killion 2 roll stack (Killion Extruders, Inc., Ceder Grove,
New Jersey 07009.
Fase
D
Después de la fase de calandrado 14, la extrusión
de película no sinterizada se somete a una fase de secado 16
mediante la cual se retira el lubricante líquido de la extrusión.
Esto se puede conseguir haciendo pasar la extrusión calandrada sobre
un rodillo o tambor calentado que se mantiene a una temperatura que
normalmente oscila entre 100 y 300ºC, para que se evapore
rápidamente el lubricante líquido de la matriz de PTFE de la
película.
Fase
E
Al mismo tiempo o después de la fase de secado
16, la película no sinterizada se somete a una fase de dilatación 18
antes de la sinterización. En esta fase de dilatación 18 antes de la
sinterización, la película no sinterizada se dilata o estira por al
menos un eje. Esta fase de dilatación 18 antes de la sinterización
da como resultado: a) una mejora del estiramiento, b) una alineación
de fibrillas y c) un aumento de la porosidad de la película según la
tecnología de dilatación de PTFE previamente conocida. Esta fase de
dilatación 18 antes de la sinterización puede llevarse a cabo al
mismo tiempo que la fase de secado. Por ejemplo, se puede hacer
pasar la película sobre un primer tambor o rodillo calentado para
realizar la evaporación del lubricante líquido (es decir, secado) y
arrastrar o hacer avanzar la película al mismo tiempo para que salga
de dicho tambor o rodillo a una velocidad mayor que la velocidad con
la que avanzaba la película por el primer tambor o rodillo,
estirando o dilatando así longitudinalmente la película a medida que
pasa sobre el primer rodillo o tambor calentado.
Fase
F
Después de la fase de dilatación antes de la
presinterización 18, la película se somete a una fase de
sinterización 20. En esta fase de sinterización 20, la película se
dilata de manera restringida para evitar que se arrugue por
termoinducción cuando se está calentando hasta una temperatura que
sobrepasa el punto de fusión del PTFE cristalino (por ejemplo, por
encima de 327ºC) aunque por debajo de la temperatura de degradación
térmica del PTFE (por ejemplo, por debajo de 400ºC). Tal
calentamiento y dilatación restringida de la película se mantienen
durante un periodo de tiempo suficiente para que se sinterice
completamente el PTFE, (es decir, una disminución de al menos el 90%
del área que está por debajo del pico endotérmico inicial del PTFE
no sinterizado medido con DSC).
Esta fase de sinterización 20 puede llevarse a
cabo haciendo pasar la película previamente dilatada por encima de
un tambor o rodillo calentado a una temperatura suficientemente alta
como para hacer que la película se caliente hasta una temperatura
que oscila entre 327 y 360ºC. Después, la película sinterizada se
puede recoger o enrollar en un rodillo para proporcionar un rollo de
película de PTFE sinterizada y seca. Normalmente, a medida que se
enfría la película después de la fase de sinterización 20, la
película se estira ligeramente. Así, la velocidad de enrollado o
devanado en el rodillo después de que termina la fase de
sinterización 20 puede ser mayor que la velocidad de avance de la
película sobre el tambor o rodillo, para evitar que la película de
PTFE sinterizada y seca se afloje o arrugue cuando se está
enrollando o devanando en el rodillo final.
Después de que termina esta fase de sinterización
20, la película dilatada y sinterizada puede tener una densidad de
entre 0,9 y 0,01 g/cm^{3}.
Fase
G
Después de que se ha completado la fase de
sinterización 20, la película de PTFE sinterizada y seca se somete a
una o más fases de estiramiento postsinterización 22 en las que la
película de PTFE sinterizada y seca se estira por al menos un eje.
El número de fases de estiramiento postsinterización 22 y/o el grado
de estiramiento de cada fase de estiramiento postsinterización 22
puede ajustarse para proporcionar una película de PTFE sinterizada
final con el grosor deseado. De manera preferible, la película
sinterizada se calienta a una temperatura inferior a 327ºC (por
ejemplo entre 100 y 326ºC) durante esta fase de estiramiento
postsinterización. Además, se prefiere que cada fase de estiramiento
postsinterización individual 22 se lleve a cabo con una relación de
dilatación inferior a 2,5:1, y que el número de fases de
estiramiento postsinterización consecutivas aumente o disminuya
según el resultado deseado y el grosor de la película sinterizada.
Por ejemplo, una película con un grosor que oscile entre 0,003 y
0,002 mm, al final de la fase de sinterización 20 se puede someter a
una serie de tres (3) fases de dilatación postsinterización 22. Cada
una de tales fases de dilatación postsinterización 22 puede
conseguir un estiramiento longitudinal uniaxial de la película con
una relación de 2:1, para conseguir un grosor de película final que
oscile entre 0,0003 y 0,0006 mm. La densidad de la película final
puede oscilar entre 0,1 y 0,01 g/cm^{3}.
Se debe apreciar que el procedimiento preferido
descrito para fabricar películas delgadas de PTFE sinterizado se
puede realizar utilizando cualquier dispositivo o maquinaria
disponible actualmente o que se describe a partir de ahora.
En particular, el proceso de la presente
invención puede llevarse a cabo haciendo pasar varias veces la
película de PTFE previamente calandrada a través de un dispositivo
orientador de dirección de máquina o dispositivo dilatador de
película del tipo descrito en las patentes estadounidenses
3.962.153 (de Gore), 3.953.566 (de Gore) y 4.096.227 (de Gore). El
paso inicial de la película previamente calandrada a través del
dispositivo orientador de dirección de máquina realiza las fases de
secado 16, dilatación antes de la sinterización 18 y sinterización
20 del procedimiento. Después, se ajustan las temperaturas de
funcionamiento de la máquina y se hace pasar la película sinterizada
a través del dispositivo orientador de dirección de máquina al menos
una vez más para llevar a cabo la fase de dilatación
postsinterización deseada 22. Este procedimiento específico de
realizar el proceso de la presente invención haciendo pasar
repetidas veces la película previamente calandrada a través del
dispositivo orientador de dirección de máquina se ilustra de forma
esquemática en la figura 2.
La figura 2 muestra esquemáticamente un
dispositivo orientador de dirección de máquina 30 utilizable para
llevar a cabo las fases de secado 16, dilatación antes de la
sinterización 18, sinterización con dilatación restringida 20 y
estiramiento postsinterización 22 del procedimiento de la presente
invención.
El dispositivo 30 comprende una serie de
rodillos guía 32, rodillos de enfriamiento 34, un único rodillo de
secado 36, y un único rodillo de sinterización/calentamiento 38. Los
rodillos guía 32 y/o los rodillos de enfriamiento 34 y/o el rodillo
de secado 36 y/o el rodillo de sinterización/calentamiento 38 están
conectados a un sistema de accionamiento motorizado (no se muestra)
que es operativo para accionar los rodillos seleccionados con
diferentes velocidades para efectuar el transporte y dilatación
deseados de la película, como se describe después.
Los rodillos guía 32 pueden estar provistos de
medios para controlar la temperatura de manera que sus superficies
se puedan mantener a temperaturas que mantengan la película 40 a
temperaturas de trabajo deseadas a medida que atraviesa el
dispositivo 30.
El rodillo de secado 36 está provisto de un
sistema de control de temperatura de modo que su superficie puede
calentarse hasta una temperatura de entre 200 y 300ºC para que
cualquier lubricante líquido que esté dentro de la película 40 se
evapore cuando ésta pasa sobre la superficie del rodillo de secado
36.
El rodillo de sinterización/calentamiento 38
también está provisto de un sistema de control de temperatura que
puede mantener la superficie del rodillo a temperaturas que oscilan
entre 327 y 400ºC para hacer que la película 40 se caliente hasta
una temperatura por encima del punto de fusión cristalino del PTFE
(es decir 327ºC) pero por debajo de su temperatura de degradación
térmica (es decir, 400ºC) cuando la película 40 pasa sobre la
superficie del rodillo de sinterización/calentamiento 38.
Los rodillos de enfriamiento 34 situados en cada
lado del rodillo de sinterización/calentamiento 38 normalmente no se
enfrían activamente sino que más bien se deja que permanezcan a
temperatura ambiente. Así, se deja que la temperatura de la
película 34 se equilibre a medida que se acerca a y aleja de el
rodillo de sinterización/calentamiento 38 que está a una temperatura
alta.
Primero, un carrete o rodillo 42 que contiene la
película no sinterizada húmeda 40 extrudida (fase 12) y calandrada
(fase 14) se coloca en el extremo de entrada del dispositivo 30. La
película pasa desde el carrete o rodillo 42 sobre los rodillos guía
iniciales 32, como se muestra. Después de pasar sobre el tercer
rodillo guía 32, la película 40 avanza sobre la superficie del
rodillo de secado 36. El rodillo de secado 36 se mantiene primero a
una temperatura superficial de 300ºC para efectuar rápidamente la
fase de secado 16 del proceso. La velocidad de avance de la película
40 desde el carrete o rodillo inicial 42 hasta el rodillo de secado
36 se mantiene a una primera velocidad que oscila normalmente entre
0,15 y 1,52 metros por minuto.
Después de que la película ha pasado por la
superficie del rodillo de secado 36, pasa por tres rodillos guía
adicionales 32, como se muestra, antes de pasar por uno de los
rodillos de enfriamiento 34 y por la superficie del rodillo de
sinterización/calentamiento 38. La velocidad con la que se mueve la
película 40 desde la superficie del rodillo de secado hasta la
superficie del rodillo de sinterización/calentamiento 38 se mantiene
en velocidad 2, normalmente entre 1,52 y 15,2 metros por minuto.
Como la velocidad 2 es mayor que la velocidad 1, la fase de
dilatación antes de la sinterización 18 se efectúa al mismo tiempo
que la fase de secado 16 a medida que la película pasa por el
rodillo de secado 36. El grado de dilatación en la fase de
dilatación antes de la sinterización 18 se controla controlando la
relación 2 a 1. Después, la película dilatada y seca 40 pasa por el
primer rodillo de enfriamiento 34 hacia la superficie del rodillo de
sinterización/calentamiento 38. A medida que la película pasa por la
superficie del rodillo de sinterización/calentamiento 38, se eleva
la temperatura de la película por encima del punto de fusión
cristalino del PTFE (es decir, 326ºC) pero por debajo de la
temperatura de degradación térmica (es decir, 400ºC). Además,
mientras que la película 40 está en contacto con la superficie del
rodillo de sinterización/calentamiento 38, la película se mantiene
tensa en su dirección longitudinal, evitando así que cambien las
dimensiones de la película y también que se arrugue
longitudinalmente a medida que pasa por el rodillo de
sinterización/calentamiento 38. Así, el paso de la película 40 por
la superficie del rodillo de sinterización/calentamiento 38 sirve
para llevar a cabo la fase de sinterización con dilatación
restringida 20 del proceso.
Cuando la película se aleja de la superficie del
rodillo de sinterización/calentamiento 38, pasa por un segundo
rodillo de enfriamiento 34, y después por una serie de rodillos guía
32. Normalmente, la película de PTFE 40 se estira un poco
longitudinalmente como resultado del proceso de enfriamiento que
tiene lugar cuando la película se aleja del rodillo de
sinterización/calentamiento 38 y pasa por el segundo rodillo de
enfriamiento 34. Así, la velocidad de avance de la película 40
cuando se aleja del rodillo de sinterización/calentamiento 38 y pasa
por el segundo rodillo de enfriamiento 34 y después por los rodillos
guía 32 se mantiene con una tercera velocidad de avance que oscila
entre 1,8 y 18,3 metros por minuto. Normalmente, la tercera
velocidad de avance es ligeramente mayor que la segunda velocidad de
avance para evitar que la película se afloje o arrugue debido al
estiramiento longitudinal que se produce cuando la película se
enfría después de que pasa por el rodillo de
sinterización/calentamiento 38. Cuando la película 40 sinterizada,
dilatada y seca pasa por el extremo de salida OE del dispositivo
30, es recogida en un carrete o rodillo final 44.
Después, la película de PTFE 40 sinterizada,
dilatada y seca puede atravesar el dispositivo 30 una o más veces
para llevar a cabo la fase de estiramiento postsinterización 22 de
la presente invención. Las temperaturas del rodillo de secado 36 y
el rodillo de sinterización/calentamiento 38 se ajustan para que la
película 40 sufra menos calentamiento que producido durante el
primer paso a través del dispositivo. A este respecto, durante el
segundo paso y los pasos posteriores de la película 40 a través del
dispositivo 30, la temperatura superficial del rodillo de secado 36
se mantiene preferiblemente en un campo comprendido entre 200 y
300ºC y la temperatura superficial del rodillo de
sinterización/calentamiento 38 se mantiene preferiblemente en un
campo comprendido entre 300 y 340ºC. El campo de temperaturas del
rodillo de sinterización/calentamiento 38 es menor durante el
segundo paso y los pasos posteriores que durante el primer paso de
la película 40 por el dispositivo 30. Este campo de temperaturas
menor del rodillo de calentamiento/sinterización 38 evita que la
película 40 se arrugue o se tense durante su segundo paso o pasos
posteriores por el dispositivo 30. Tal arrugamiento o tensión de la
película 40 durante su segundo paso o pasos posteriores por el
dispositivo 30 es más preocupante que durante el primer paso,
debido a la disminución del grosor de la película que se produce
durante el segundo paso o pasos posteriores.
Además, durante el segundo paso o pasos
posteriores de la película 40 a través del dispositivo 30, su
velocidad de avance a través de las zonas primera, segunda y tercera
del dispositivo 30 se ajusta para realizar la fase 22 de
estiramiento postsinterización deseada. A saber; la diferencia de
velocidad de avance entre la zona 1 y la zona 2 será suficiente para
realizar la fase 22 de estiramiento postsinterización deseada para
ese a través del dispositivo 30. La diferencia entre la velocidad
de avance de las zonas 2 y 3 será suficiente para evitar cualquier
tensión o arrugamiento de la película 40 cuando ésta se enfría antes
de ponerse en contacto con el rodillo de sinterización/calentamiento
38.
A continuación se da un ejemplo del modo en el
que una película previamente extrudida y calandrada 40 pasa a través
del dispositivo 30 de la figura 2 tres veces diferentes para
efectuar una reducción del grosor de la película 40 desde 0,127 mm
a 0,0127 mm sin que se desgarre o rompa.
Como puede verse en la tabla anterior del ejemplo
1, el paso inicial de la película calandrada extrudida 40 a través
del dispositivo 30 hace que se completen las fases de secado 16, la
fase de dilatación antes de la sinterización 18 y la fase de
sinterización 20. Los siguientes pasos, segundo a cuarto, de la
película 40 a través del dispositivo 30 efectúan la fase de
estiramiento postsinterización 20 en tres subfases distintas, para
reducir más el grosor de la película previamente sinterizada 40
hasta 0,0076 mm. La densidad de la película resultante puede oscilar
entre 0,1 y 0,001 g/cm^{3}.
La película 40 con el grosor resultante de 0,0076
mm, muestra unas propiedades de resistencia excelentes y una gran
porosidad al gas o a líquidos.
La descripción detallada y los ejemplos
anteriores se proporcionan únicamente con el fin de describir e
ilustrar las realizaciones preferidas de la invención. Con esta
descripción detallada y estos ejemplos no se pretende describir cada
una de las posibles realizaciones de la invención. Se debe apreciar
que se pueden hacer varias modificaciones, adiciones y alteraciones
en las realizaciones preferidas descritas y en los ejemplos, sin
alejarse del objeto de la invención. En consecuencia, se pretende
que tales adiciones, modificaciones y alteraciones queden incluidas
en el campo de las siguientes reivindicaciones.
Claims (18)
1. Procedimiento para fabricar una película de
fluoropolímero porosa con un grosor inferior a 0,051 mm, que
comprende las fases de:
a) proporcionar una película de fluoropolímero no
sinterizada;
b) dilatar la película de fluoropolímero no
sinterizada por al menos un eje a una temperatura inferior a la del
punto de fusión cristalino de la película de fluoropolímero
poroso;
c) sinterizar la película de fluoropolímero
dilatada restringiendo la película en al menos una dimensión para
evitar que se arrugue en la dimensión en la que se ha restringido;
y
d) estirar la película previamente dilatada y
sinterizada por al menos un eje a una temperatura inferior a la del
punto de fusión cristalino de la película de fluoropolímero porosa
para hacer que el grosor de la película se reduzca a menos de 0,051
mm.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
donde la fase a) comprende:
preparar una pasta de fluoropolímero
extrudible;
extrudir dicha pasta de fluoropolímero para
formar dicha película de fluoropolímero no sinterizada; y
secar dicha película de fluoropolímero no
sinterizada.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en
donde la fase a) comprende además:
calandrar la película de fluoropolímero extrudido
antes de secarla.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
donde la fase de "calandrar la película de fluoropolímero
extrudido antes de secarla" comprende:
calandrar dicha película de fluoropolímero
extrudido hasta un grosor no inferior a 0,051 mm.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en
donde dicho calandrado de dicha película de fluoropolímero se
realiza para hacer que dicha película de fluoropolímero tenga un
grosor comprendido entre 0,051 mm y 0,127 mm.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde dicho fluoropolímero es
PTFE.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
donde la fase a) comprende: preparar una pasta de PTFE mezclando una
cantidad de polvo fino de PTFE que tenga una cristalinidad superior
al 90% con una cantidad de lubricante líquido para proporcionar una
pasta de PTFE extrudible;
extrudir dicha pasta para formar un extrusión de
película no sinterizada;
calandrar la película no sinterizada; y
secar la extrusión de película no sinterizada
para proporcionar una película de PTFE seca y no sinterizada.
8. Procedimiento según la reivindicación 2, en
donde la fase de secado comprende calentar la película hasta una
temperatura suficiente para realizar el secado pero que no
sobrepase la del punto de fusión cristalino del fluoropolímero.
9. Procedimiento según la reivindicación 1, en
donde la fase b) comprende dilatar uniaxialmente la película no
sinterizada con una relación de dilatación comprendida entre 2:1 y
100:1.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde la fase c) comprende calentar
la película de fluoropolímero hasta una temperatura superior a la
del punto de fusión cristalino del fluoropolímero sin llegar a la
temperatura de degradación térmica del fluoropolímero, y mantener
tal calentamiento durante un periodo de tiempo suficiente para
producir una sinterización sustancialmente completa del
fluoropolímero, caracterizado porque se produce una
disminución de al menos el 90% del área por debajo del pico
endotérmico inicial del fluoropolímero no sinterizado medido con un
calorímetro de exploración diferencial.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde la fase d) comprende: un único
estirado de la película después de la sinterización.
\newpage
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde la fase d) comprende una
serie de estiramientos de la película después de la
sinterización.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en donde la fase d) comprende estirar
la película por los mismos ejes de dilatación por los que se dilató
la película durante la fase e) de dilatación antes de la
sinterización.
14. Procedimiento según la reivindicación 1, en
donde las fases b) y c) del procedimiento se realizan haciendo
pasar la película a través de un dispositivo orientador de dirección
de máquina que dilata y sinteriza la película mientras aplica una
tensión longitudinal suficiente sobre la película para evitar el
arrugamiento longitudinal de la película durante su
sinterización.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, en
donde la fase d) comprende hacer pasar posteriormente la película
dilatada y sinterizada a través de un dispositivo orientador de
dirección de máquina al menos una vez más, controlando al mismo
tiempo las velocidades con las que avanza la película a través del
dispositivo orientador de dirección de máquina para llevar a cabo la
fase d) de estiramiento después de la sinterización.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, en
donde la película seca, dilatada y sinterizada se pasa a través del
dispositivo orientador de dirección de máquina entre una y cinco
veces más para llevar a cabo la fase d) de estiramiento después de
la sinterización.
17. Procedimiento según la reivindicación 15, en
donde el dispositivo orientador de dirección de máquina comprende:
un rodillo de secado por el cual pasa la película para que se seque;
y un rodillo de sinterización/calentamiento por el cual pasa la
película para que se sinterice y caliente; y en donde:
durante el primer paso de la película a través
del dispositivo orientador de dirección de máquina, la temperatura
superficial del rodillo de secado es de aproximadamente 300ºC y la
temperatura superficial del rodillo de sinterización/calentamiento
es de aproximadamente 365ºC; y
durante el segundo paso y los posteriores pasos
de la película a través del dispositivo orientador de dirección de
máquina, la temperatura superficial del rodillo de secado es de
aproximadamente 300ºC y la temperatura superficial del rodillo de
sinterización/calentamiento es de aproximadamente 330ºC.
18. Película de fluoropolímero porosa obtenida
con el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones
anteriores.
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