DE3047153A1 - Verfahren zur herstellung einer rauhen elektroisoliermehrschichtfolie aus polypropylen und nach dem verfahren hergestellte folie - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer rauhen elektroisoliermehrschichtfolie aus polypropylen und nach dem verfahren hergestellte folieInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung einer rauhen Elektroisolier-
- mehrschichtfolie aus Polypropylen und nach dem Verfahren hergestellte Folie Verfahren zur Herstellung einer rauhen Elektroisoliermehrschichtfolie aus Polypropylen und nach dem Verfahren hergestellte Folie Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer biaxial orientierten Mehrschichtfolie aus Polypropylen, wobei wenigstens eine Schicht eine rauhe Oberfläche aufweist.
- Die Folie eignet sich infolge ihrer Rauhigkeit für Anwendungsgebiete, in denen die Folien getränkt werden müssen, z.B. bei der Herstellung getränkter Kondensatoren und bei der Kabelummantelung.
- Neben der Verwendung von siegelfähigen Polypropylenfolien im Verpackungssektor (DE-AS 16 94 547) werden biaxial gestreckte Polypropylenfolienauch für elektrische Anwendungen, z.B. in metallisierter Form, bei der Herstellung von Kondensatoren eingesetzt.
- Ein weithin bekanntes Problem bei der Weiterverarbeitung von glatten Polypropenlenfolien besteht darin, daß die Folien, z.B. beim Metallisieren, Schneiden und Wickeln zum Blocken neigen.
- Insbesondere bei der Weiterverarbeitung an den schnelllaufenden Kondensatorwickelmaschinen können diese Folien nicht eingesetzt werden.
- Um diesem Problem zu begegnen, stellt man deshalb Poly- propylenfolien mit rauhen Oberflächen her, die sich gut weiterverarbeiten lassen.
- So ist aus der DE-OS 27 40 237 ein Verfahren zur Herstellung einer Polypropylenfolie mit rauhen Oberflächen bekannt, bei dem man die Rauhigkeit durch Einstellung bestimmter Kristallisationstemperaturen und Abkühlungszeitspannen erzielt.
- In der DE-OS 25 53 693 ist ein Verfahren zur Herstellung von rauhen Polypropylenfolien beschrieben, bei dem durch durch das Einhalten bestimmter Strecktemperaturen und -verhältnisse eine fibrillenartige Netzstruktur auf der Oberfläche aufgebaut wird. Diese Netzwerkstruktur dient dem Zweck, daß bei der Herstellung von Kondensatoren die dabei eingesetzten isolieröle besser aufgesaugt werden.
- Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von rauhen Elektroisolierfolien ist aus der DE-OS 27 22 087 bekannt. Auch hier werden durch spezielle Streckbedingungen und -temperaturen in der Oberfläche Kristalle derp -Form mit einem mittleren Durchmesser von mehr als 7 um erzeugt, wobei die Verteilungsdichte der Kristalle größer als 5 000 g/cm2 (bei Sphärolithen) bzw. größer als 1 000 g/cm2 (bei stabförmigen Kristallen) betragen muß.
- Die Aufrauhung der Oberfläche dient ebenfalls zur Erhöhung der Aufsaugfähigkeit für isolierende öle, wodurch Störungen bzw. Ausfall infolge Koronaentladungen im Kondensator vermieden werden.
- Auch die DE-OS 26 01 810 beschäftigt sich mit der Verbesserung der Imprägnierung von Kondensatorwickeln, wobei man durch eine bestimmte Temperaturführung bei der Her- stellung von Schlauchfolien diese aufrauht, d.h. es werden Sphärolithe der Typ III Kristallstruktur erzeugt.
- Den genannten Verfahren haftet jedoch wegen der steilen Charakteristik der Kristallisationskinetik der gemeinsame Mangel an, daß das Einhalten ganz spezieller Verfahrensbedingungen technisch recht aufwendig und durch äußere Einflüsse, z.B. durch Luftkonvektion, sehr störanfällig ist. Außerdem sind die nach den Verfahren hergestellten Folien lediglich auf die Saugwirkung für isolierende Öle, weniger jedoch auf die elektrischen Eigenschaften der Folien ausgelegt.
- Es ist nämlich bekannt, daß die elektrischen Eigenschaften von biaxial gestreckten Polypropylenfolien stark von der Oberflächenstruktur abhängen. Die idealen elektrischen Eigenschaften werden einerseits bei Polypropylenfolien mit sehr glatten und planparallelen Oberflächen beobachtet, wobei jedoch das eingangs geschilderte Problem des Blockens bei der Weiterverarbeitung auftritt.
- Andererseits nehmen die guten elektrischen Eigenschaften von Polypropylenfolien mit der Steigerung der Rauhigkeit der Oberfläche ab. Vor allem der sogenannte Lebensdauertest, d.h. der Kapazitätsverlust eines Kondensators als Funktion der Zeit Ct C/C = f(t) zeigt eine eindeutige Abhängigkeit von der Oberflächenrauhigkeit.
- Es stellte sich somit die Aufgabe durch eine einfache Verfahrensweise eine rauhe Folie aus Polypropylen zu schaffen, in der gute Verarbeitungs- und Tränkeigen- schaften mit guten elektrischen Werten vereint sind.
- Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer biaxial orientierten Folie aus Polypropylen mit rauher Oberfläche, wobei man die Rauhigkeit durch gezielte Beeinflussung der Umwandlung dere3 - in-Kristallite erzeugt, dessen kennzeichnendes Merkmal darin besteht, daß man bei der Herstellung einer Zweischichtfolie einen Polymerrohstoff, bei der Herstellung einer Folie mit wenigstens drei Schichten den Polymerrohstoffen für die Aussenschichten ß -Kristallisation fördernde Keimbildungsmittel zusetzt und die Schichten einem an sich bekannten Flachfolienstreckprozess unterwirft.
- Es war überraschend, daß trotz des Zusatzes an Keimbildungsmittel die elektrischen Eigenschaften der Folie sich nicht derart verschlechtern, daß sie nicht mehr für Elektroisolierungszwecke eingesetzt werden können, wie dies gemäß dem allgemeinen Fachwissen (DE-OS 27 22 087) eigentlich hätte erwartet werden müssen.
- Außer den guten elektrischen Eigenschaften besitzen die Folien auch ausgezeichnete Verarbeitungs- und Tränkeigenschaften, d.h. hohe und schnelle Aufnahme des Tränkmittels. Sie blocken auch bei hohen Kondensatorwickelgeschwindigkeiten bis 250 m/60 s nicht und zeigen keinen seitlichen Verlauf und keine Faltenbildung beim Schneiden.
- Durch die Zugabe des Keimbildungsmittels konnte die erwünschte Oberflächenrauhigkeit einfacher und gleichmäßiger erzielt werden als nach den Verfahren nach dem Stand der Technik.
- Die biaxiale Orientierung der erfindungsgemäßen Folie erfolgt nach den herkömmlichen Methoden, wobei eine ngs-Querstrecung, eine Quer-Längsstreckung oder eine Simultanstreckung, bevorzugt mit anschließender Thermofixierung, durchgeführt werden kann. Auch eine mehrmalige Streckung in den beiden Richtungen ist möglich und ist vor allem dann angebracht, wenn in der einen oder anderen Richtung bestimmte mechanische Parameter, wie z.B. eine bestimmte Reißfestigkeit, eingestellt werden soll.
- Die Extrusion des Polypropylens erfolgt bei 240 bis 3000 C,bevorzugt bei 250 bis 2700 C.
- Der erste Streckschritt wird bei einer Temperatur von 120 bis 1600 C, bevorzugt bei 135 bis 1500 C, durchgeführt.
- Das Längsstreckverhältnis beträgt 1 : 4,0 bis 6,5, bevorzugt 1 : 4,5 bis 6,0.
- Das Querstreckverhältnis beträgt 1 : 8,0 bis 12,0, bevorzugt 1 : 8,5 bis 10,5.
- Die Thermofixierung des biaxial gestreckten Films wird bei 150 bis 180° C, bevorzugt bei 155 bis 1650 C durchgeführt.
- Unter Zwei- oder Dreischichtfolien sind auch solche zu verstehen, bei denen die kein Keimbildungsmittel enthaltende Schichten aus mehreren Schichten aufgebaut sind Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man die das Keimbildungsmittel enthaltende Schicht(en) auf eine Stärke von 2 bis 5 /um einstellt, unabhängig von der Gesamtstärke der Mehrschichtfolie.
- Beispielsweise beträgt eine günstige Schichtdickenaufteilung bei einer Dreischichtfolie von 12 /um Außen -Innen - Außen = 3:6:3 /um und bei einer Zweischichtfolie Außen - Innen = 4:8 /um.
- Bei den Mehrschichtfolien können die Schichten aus dem gleichen Polypropylenrohstoff bestehen, jedoch ist für die Einstellung spezieller Rauhigkeitswerte oder Orientierungsgrade auch vorgesehen, die Schichten aus unterschiedlichen Polypropylenrohstoffen aufzubauen; wobei die Rohstoffe einen Aschegehalt 4 50 ppm aufweisen und keine Antistatik- oder Antiblockmittel enthalten sollen.
- Die Gesamtdicke der Kondensatorfolien liegt zwischen 2,0 und 50 /um, bevorzugt zwischen 4,0 und 30 /um, wobei insbesondere die dünneren Folien bevorzugt werden, da die Kondensatoren wegen dem Trend zu immer kleineren Einheiten bei elektrischen Bauteilen zwangsläufig immer kleiner gehalten werden müssen.
- Allgemein werden Folien bis einschließlich 10 /um als Zweischichtfolien hergestellt, da sonst die erfor- derlichen Rauhtiefen nicht erreicht werden können, während Folien oberhalb von 10-/um je nach Einsatzgebiet als Zwei- oder Dreischichtfolien ausgebildet werden.
- Wenn auch alle die d -Kristallitke imbildung fördernden Mittel erfindungsgemäß eingesetzt werden können, so haben sich in der Praxis besonders Natriumchlorid und insbesonders p-tert. -Butylbenzoesäure, Natriumbenzoat, Chinacridonfarbstoffe und hochmolekulares Polypropylen mit einem Molekulargewicht von 400 000 bis 2 000 000 als besonders günstig erwiesen.
- Um die elektrischen Eigenschaften nicht zu ungünstig zu beeinflussen, werden vorzugsweise bei Verwendung von Natriumchlorid, Natriumbenzoat, p-tert. Butylbenzoesäure in Konzentrationen von 0.01 bis 1,0, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5, Gew.%, bei Verwendung von hochmolekularem Polypropylen mit einem Molekulargewicht von 400 000 bis 2 000 000 in Konzentrationen von 0.5 bis 5,0 Gew.%, bei Verwendung von Chinacridonfarbstoffen in Konzentrationen von 10-3 bis 10-6, vorzugsweise in Konzentrationen von 10-4 bis 10-5, Gew. % zugesetzt.
- Es hat sich auch ein Verfahren als ausgezeichnet erwiesen, bei dem man einen Polymerrohstoff zusammen mit dem Keimbildungsmittel einsetzt, der ein niedrigeres Molekulargewicht aufweist als der Rohstoff, der die anderen Schichten bildet. Die Mehrschichtfolie kann durch Schmelzbeschichtung einer dickeren Basisfolie hergestellt werden, sie wird bevorzugt jedoch durch Coextrusion über einen Adapter oder mit Hilfe einer Mehrschichtdüse produziert. Das letztere Verfahren ist deshalb bevorzugt, weil hierbei dünnere Außenschichten erhalten werden können.
- Die Verfahrensführung soll derart durchgeführt werden, daß die Oberflächenrauhigkeit Rz der rauheren Schicht(en) 0,5 bis 6,0 /um beträgt.
- Der Rauhigkeitswert Rz bedeutet das arithmetische Mittel aus 5 Rt-Messungen, wobei Rt den Wert zwischen dem höchsten Maximum und dem niedrigsten Minimum innerhalb einer Meßstrecke von 10 mm angibt.
- Die Rauhigkeitswerte können bei Dreischichtfolien in den beiden Außenschichten gleich sein, was aber nicht Bedingung ist. So kann man beispielsweise auf einer Seite eine für die Verarbeitung optimale Rauhigkeit und auf der anderen Seite die für das Tränkverhalten optimalen Eigenschaften einstellen.
- Neben der vorzugsweisen Verwendung für Kondensatoren ist die erfindungsgemäße Folie jedoch auch für Kabelummantelungen anwendbar, wenn die Kabel imprägniert werden.
- Selbstverständliche Voraussetzung für die erfindungsgemäßen Folien ist, daß man einen Rohstoff einsetzt, der für Elektroanwendungen optimal ist, d.h.
- der einen sehr geringen Restaschegehalt aufweist, keine organischen bzw. anorganischen Gleitmittel enthält und frei ist von ionogenen Bestandteilen.
- Die Erfindung wird nunmehr anhand der folgenden Beispiele nochmals näher erläutert, ohne daß jedoch eine Einschränkung hierauf bestehen soll.
- Es wurden zwei 12 /um starke Folien hergestellt, wobei Polypropylenrohstoffe Verwendung fanden, die - bezogen auf das reine Polymere- einen Restaschegehalt von v 50 ppm aufwiesen.
- Dabei wurden in allen Folien folgende Herstellungsbedingungen eingehalten: Extrusionstemperatur 2600 C Abkühltemperatur durch Kühlwalze 950 C Längsstrecktemperatur 1500 C Längsstreckverhältnis 5.0 Querstrecktemperatur 1700 C Querstreckverhältnis 10.0 Thermofixiertemperatur 1700 C Beispiel 1 Es wurde eine Monofolie aus einem Polpropylenrohstoff mit einem MFI-Wert von 8 g/6x102s unter Zusatz von 10-5 Gew.% Chinacridonfarbstoff E 3 B hergestellt.
- Beispiel 2 Es wurde durch Coextrusion über einen Adapter eine Dreischichtfolie (ABA) hergestellt. Für die B-Schicht wurde der Rohstoff nach Beispiel 1 ohne Zusatz, für die A-Schichten ein Polypropylenrohstoff mit einem-MFI-Wert von 15 g/6 x 102. s verwendet, wobei dieser mit 10-5 Gew.% des Keimbildungsmittels nach Beispiel 1 versetzt war.
- Die Schichtstärken der A-Schichten betrug jeweils 2,5/um, die Stärke der B-Schicht 7,0 /um. Die gemessenen Werte sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
- Bspl. 1 Bspl.2 Reißfestigkeit (längs/quer) N/mm2 170/300 160/280 Schrumpf längs/querl) % 2.-7/O.4 2.2/0.1 Trübung % 75+5 75t5 Rz-Wert /um Schicht 1 Walzenseite 1,25 1,16 Schicht 2 0,98 0,88 Gleichspannungsfestigkeit V//um 620 650 spez. Durchgangswiderstand2)JL x cm 2x1018 5x1018 dielektrischerVerlustfaktor3) tan g 1.6x10-4 O.9x10-4 1) gemessen bei 1200 C, 9 x 102 s, Luft 2) gemessen bei 1000 C, 3) gemessen bei 1000 C, 10 KHz Wie die Werte in der Tabelle für die einzelnen Folien zeigen, sind die Reißfestigkeiten der Folien der Bei- spiele 1 und 2 nahezu gleich. Die erfindungsgemäßen Folien besitzen jedoch einen deutlich niedrigeren Schrumpf in beiden Richtungen.
- Die Folie nach Beispiel 1 wäre zwar vom Verarbeitungs-und Trnkverhalten als gut anzusehen, jedoch sind die ele.ktrischen Eigenschaften in bezug auf Gleichspannungsfestigkeit, Durchgangswiderstand und dielektrischen Verlustfaktor gegenüber Folien nach dem Stand der Technik derart verschlechtert, daß sie für einen Einsatz auf dem Elektroisoliergebiet nicht brauchbar ist.
- Die erfindungsgemäße Folie nach Beispiel 2 ist im Hinblick auf ihre Rauhigkeitswerte gut zu verarbeiten und auch vorzüglich tränkbar, wobei die elektrischen Eigenschaften gegenüber der Folie nach Beispiel 1 deutlich verbessert und so die Folien im Elektroisoliergebiet ausgezeichnet eingesetzt werden können.
Claims (8)
- Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer biaxial orientierten Folie aus Polypropylen mit rauher Oberfläche, wobei man die Rauhigkeit durch gezielte Beeinflussung der Umwandlung derß - indt ob -Kristallite erzeugt,dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Herstellung einer Zweischichtfolie einem Polymerrohstoff, bei der Herstellung wenigstens einer Dreischichtfolie den Polymerrohstoffen für die Außenschichten ß -Kristallisation fördernde Keimbildungsmittel zusetzt und die Schichten einem an sich bekannten Flachfolienstreckprozess unterwirft.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Keimbildungsmittel Natriumchlorid, p-tert.-Butylbenzoesäure, Natriumbenzoat, Chinacridonfarbstoffe oder hochmolekulares Polypropylen mit einem Molekulargewicht von 400 000 bis 2 000 000 zusetzt.
- 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymerrohstoff, dem man das Keimbildungsmittel zusetzt, einen Rohstoff verwendet, der ein niedrigeres Molekulargewicht aufweist, als der, der die anderen Schichten bildet.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mehrschichtfolie durch Coextrusion herstellt.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mehrschichtfolie durch Schmelzbeschichtung herstellt.
- 6. Folie hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
- 7. Folie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit Rz der rauhen Schicht(en) 0,5 - 6,0 /um beträgt.
- 8. Verwendung einer Folie nach einem der Ansprüche 6 oder 7 zur Herstellung imprägnierter Kondensatoren.
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