DE69102063T2

DE69102063T2 - Verarbeitungszusätze für tetrafluorethylenpolymere.

Info

Publication number: DE69102063T2
Application number: DE69102063T
Authority: DE
Inventors: Young Kim
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1994-10-13
Anticipated expiration: 2011-03-01
Also published as: JPH05506045A; CA2077909A1; EP0521063A1; WO1991014735A1; EP0521063B1; DE69102063D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Ein Gemisch aus Tetrafluorethylen-Polymeren und Polymeren aus ausgewählten Poly(2,2-dialkylpropiolactonen) und Mischungen solcher Gemische mit einem oder mehreren anderen Materialien, insbesondere teilchenförmigem Kohlenstoff, werden offenbart. Ebenfalls offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung der Gemische und Mischungen. Solche Gemische und Mischungen sind zur Verbesserung der Verarbeitung von Tetrafluorethylen-Polymeren von Nutzen und erleiden ohne weiteres eine Pyrolyse unter Bildung von Tetrafluorethylen-Polymer-Teilen mit verbesserten physikalischen Eigenschaften.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Fabrikation von Polytetrafluorethylen (PTFE) und einiger Copolymerer des Tetrafluorethylens, darunter solcher, die teilchenförmigen Kohlenstoff und andere Materialien enthalten, ist oft schwierig aufgrund der Tatsache, daß sie selbst oberhalb ihres Schmelzpunktes nur wenig, wenn überhaupt, fließen. Dementsprechend sind typische Techniken der Kunststoff-Verarbeitung in der Schmelze oft bei solchen Polymeren unbrauchbar. Frühere Versuche wurden von anderen unternommen, um diese Polymeren besser verarbeitbar zu machen, um verwendbare Teile herzustellen. Es ist in der Fachwelt wohlbekannt, teilchenförmigen Kohlenstoff einzusetzen, um die physikalischen Eigenschaften von Polymeren und Polymer-Teilen zu verbessern und solchen Polymeren und Teilen elektrische Leitfähigkeit zu verleihen.
So berichten das US-Patent 2 685 707 und J.F. Lontz et al., Ind. Eng. Chem. Vol. 44, Seiten 1805-1810, daß viele niedermolekulare organische Verbindungen wie Kohlenwasserstoffe und Ester als "Gleitmittel" zur Unterstützung bei der Bildung von Teilen aus teilchenförmigem PTFE eingesetzt werden können. Die Gleitmittel werden typischerweise durch Verflüchtigung und/oder Sinterung entfernt, und ein festes Teil wird durch Sintern des verbleibenden PTFE erzeugt.
Die US-Patente 3 407 249 und 3 679 614 berichten, daß poröse PTFE-Teile durch Vermischen von teilchenförmigem PTFE mit Poly(methylmethacrylat) (PMMA) und anderen Verbindungen produziert werden. Das PMMA und die anderen Verbindungen können durch den Einsatz von Lösungsmitteln für das PMMA wie Aceton entfernt werden.
Die US-Patente 2 985 918 und 3 054 761 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer PTFE und PMMA umfassenden Zusammensetzung. Diese Mischung kann gesintert werden, um das PMMA zu verflüchtigen und zu zersetzen und das PTFE zu sintern, so daß ein poröser Gegenstand aus PTFE erzeugt wird.
Das Britische Patent 1 390 100 beschreibt eine Mischung aus einem Polyolefin, wie Polyethylen, PTFE und, beispielsweise Ruß oder Bronze-Pulver. Es wird angenommen, daß das Polyolefin als Verarbeitungshilfsmittel wirkt.
Die Japanische Patentanmeldung 49/039642 offenbart PTFE, das gepulverten Graphit enthält.
Die Japanische Patentanmeldung 49/11912 offenbart eine Dispersion in Wasser einer Mischung aus PTFE und leitfähigem Kohlenstoff, die zur Herstellung einer leitfähigen Beschichtung verwendet werden kann.
Die Japanische Patentanmeldung 58/25368 beschreibt eine Paste, die neben anderen Bestandteilen eine wäßrige PTFE-Dispersion und ein elektrisch leitfähiges Pulver wie Graphit oder Ruß enthält.
Diese kann ebenfalls zur Herstellung elektrisch leitfähiger Beschichtungen verwendet werden.
US-A-4 505 982, entsprechend EP-A-0 053 778, offenbart einen geformten Körper, von dem berichtet wird, daß er eine gute thermische Langzeit-Stabilität hat, und der wenigstens ein Fluorkohlenwasserstoff-Polymer, das durch Schmelzen verarbeitet werden kann, und wenigstens ein wärmebeständiges thermoplastisches Polymer umfaßt, worin wenigstens das Fluorkohlenwasserstoff-Polymer eine Phase bildet, die kohärent oder wenigstens weitgehend kohärent ist. Das Gewichts-Verhältnis des Fluorkohlenwasserstoff-Polymers zu dem thermoplastischen Polymer variiert vorzugsweise-zwischen etwa 80 : 20 und 20 : 80. Der geformte Körper ist vorzugsweise ein Film, der als Isolierschicht verwendet wird.
Zu den erwünschten Eigenschaften, die ein Material dem PTFE verleihen sollte, um bei einer Bildung von PTFE-Teilen zu helfen, gehören das leichte Vermischen der Komponenten, eine gute Grünfestigkeit der Mischung, so daß sich Teile aus der Mischung nicht leicht verformen, insbesondere unter Sinterbedingungen, und ein sauberes Sintern des Verarbeitungshilfsmittels (Gleitmittels), so daß das verbleibende PTFE-Teil frei von Verunreinigungen (z.B. Asche und künstliche Kohle) ist und einen minimalen Betrag der Porosität hat. Es ist das Ziel der Erfindung, eine solche Zusammensetzung und ein Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben bereitzustellen. Keine der obigen Literaturstellen lehrt die Verwendung von Poly(2,2-dialkylpropiolactonen) als Verarbeitungshilfsmitteln oder Gleitmitteln für PTFE.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Gemisch aus Polymeren, die Tetrafluorethylen-Polymer (TFEP) und ausgewählte Poly(2,2-dialkylpropiolactone) (PDAP) enthalten, und eine Mischung eines solchen Gemischs mit anderen Materialien, insbesondere teilchenförmigem Kohlenstoff, wird bereitgestellt. Solche Polymer-Blends oder Mischungen sind von Nutzen bei der Herstellung von Formteilen und Extrusionsteilen aus PTFE, die verbesserte physikalische Eigenschaften haben und elektrisch leitend sein können. Nach der Bildung eines Formpreßteils oder Extrusionsteils kann das PDAP aus dem Teil durch Pyrolyse entfernt werden; das PDAP wird ohne weiteres und sauber aus dem TFE enthaltenden Polymer oder Polymer-Gemisch pyrolysiert. Ebenfalls bereitgestellt wird ein Verfahren zum Herstellen, und gegebenenfalls zum Pyrolysieren, des Gemischs und von Teilen aus demselben.

EINZELHEITEN DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung -macht ein Polymer-Gemisch verfügbar, das
5 bis 50 Gew.-% eines ersten Polymers mit Repetiereinheiten der Formel CH&sub2;CR¹R²-C(O)O und
95 bis 50 Gew.-% eines Tetrafluorethylen-Polymers umfaßt,
worin R¹ und R² unabhängig ausgewählte Alkyl-Gruppen sind, mit der Maßgabe, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoff-Atome in R¹ und R² 20 oder weniger beträgt.
Die vorliegende Erfindung macht auch eine Zusammensetzung verfügbar, die
5 bis 50 Gew.-% eines ersten Polymers mit Repetiereinheiten der Formel CH&sub2;CR¹R²-C(O ,
95 bis 50 Gew.-% eines Tetrafluorethylen-Polymers und
1 bis 233 Gew.-%, des Tetrafluorethylen-Polymers, teilchenförmigen Kohlenstoff umfaßt,
worin R¹ und R² unabhängig ausgewählte Alkyl-Gruppen sind, mit der Maßgabe, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoff-Atome in R¹ und R² 20 oder weniger beträgt.
Unter dem Begriff "Tetrafluorethylen-Polymer" (hierin TFEP) ist ein Polymer des Tetrafluorethylens zu verstehen, in dem bis zu 20 Mol-% des Tetrafluorethylen-Monomers durch andere fluorierte Monomere substituiert sein können. Zu geeigneten fluorierten Monomeren zählen - jedoch ohne Beschränkung auf die genannten - Hexafluorpropylen, Perfluor(methylvinylether), Vinylidenfluorid und Chlortrifluorethylen.
Polymere der Formel CH&sub2;CR¹R²-C(O)O (hierin PDAP) werden vorzugsweise durch anionische Polymerisation (unter Verwendung von Tetraalkylammoniumcarboxylaten als Initiatoren) 2,2-dialkylsubstituierter β-Propiolactone hergestellt, wie in W.H. Sharkey in Ring Opening Polymerization, J.E. McGrath, Hrsg., ACS Symposium Series 286, American Chemical Society, Washington, D.C., Seite 373, und den darin zitierten Literaturstellen offenbart ist. Die monomeren β-Propiolactone werden nach Verfahrensweisen hergestellt, die von D.B. Johns et al. in Ring- Opening Polymerization, Vol. 1, K.J. Ivin and T. Saegura, Hrsg., Elsevier Applied Science Publishers, New York, NY, 1984, Kapitel 7, beschrieben sind. Zusätzlich zu der Polymerisation 2,2-dialkylsubstituierter β-Propiolactone können die Polymeren der vorliegenden Erfindung auch durch die Polymerisation des cyclischen Carbonats der 2,2-dialkylsubstituierten 3-Hydroxypropionsäure oder der freien Hydroxysäure selbst hergestellt werden. Solche Polymeren werden oft als Poly(2,2-dialkylpropiolactone) bezeichnet. In bevorzugten PDAPs beträgt die Gesamtzahl der Kohlenstoff-Atome in R¹ und R² 10 Kohlenstoff- Atome oder weniger. In einem besonders bevorzugten PDAP ist R¹ Methyl, und R² ist n-Propyl. Es wird auch bevorzugt, wenn das PDAP einen Schmelzpunkt unterhalb von 200 ºC hat. Das Molekulargewicht des PDAP sollte nicht zu hoch und nicht zu niedrig sein. Der Grad der Polymerisation sollte wenigstens 70 betragen, um dem Gemisch eine hinreichende Grünfestigkeit zu verleihen. Wenngleich für das Molekulargewicht des PDAP keine obere Grenze bekannt ist, erhöhen sehr hohe Polymerisationsgrade (> 10 000) in unnötiger Weise die Viskosität der (geschmolzenen) Gemische. Ein bevorzugter Bereich für den Polymerisationsgrad des PDAP ist 100 bis 5 000.
In bevorzugten Gemischen macht das PDAP 10 bis 30 Gew.-% aus, und das TFEP macht 90 bis 70 Gew.-% aus. In besonders bevorzugten Gemischen macht das PDAP 15 bis 25 Gew.-% aus, und das TFEP macht 85 bis 75 Gew.-% aus.
Diese Gemische und Mischungen sind nützlich als Formpreßharze, die eine hohe Grünfestigkeit haben und (für diejenigen, die leitfähigen Kohlenstoff enthalten) elektrisch leitfähig sind. Die elektrische Leitfähigkeit macht diese Zusammensetzungen besonders brauchbar bei elektrischen Anwendungen, wie zur Abschirmung elektrischer und magnetischer Felder, und für Teile, wo Leitfähigkeit ein Vorteil ist, etwa zur Herstellung einer elektrischen Erdung. Es ist in der Fachwelt wohlbekannt, daß viele TFEPs (einschließlich ihrer PC enthaltenden Zusammensetzungen) schwierig zu verarbeiten sind, da sie sehr hohe Schmelzpunkte zeigen und selbst oberhalb ihrer Schmelzpunkte sehr schlechte Fließeigenschaften haben. Diese Gemische und Mischungen erlauben die Verarbeitung von TFEPs zu nützlichen Objekten durch Arbeitsweisen wie Extrusion und Spritzguß (siehe unten). Außerdem wird, gewünschtenfalls, das PDAP in der Mischung leicht und sauber pyrolysiert, wodurch Objekte erhalten werden (siehe unten), die TFEP als alleiniges Polymer enthalten. Die Mischungen können mittels der unten beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Andere Stoffe, die gewöhnlich in den Polymeren anwesend sind oder diesen zugesetzt werden, können ebenfalls vorhanden sein, wie etwa - jedoch ohne Beschränkung auf die genannten - Füllstoffe und Verstärkungsmittel wie "teilchenförmiger Kohlenstoff" (PC), Pigmente und Antioxidationsmittel, solange die obigen Verhältnisse von TFEP und PDAP eingehalten werden. Wenn Pc zugesetzt wird, bis zu 20 Gew.-% (der kombinierten TFEP und PC) der anderen Stoffe, wie Füllstoffe, Pigmente und Antioxidationsmittel, solange die obigen Verhältnisse von TFEP, PDAP und PC eingehalten werden.
Unter dem Begriff "teilchenförmiger Kohlenstoff" (PC) werden hierin die Typen des Kohlenstoffs, gewöhnlich in Form kleiner Teilchen oder Fasern verstanden, die typischerweise als Füllstoffe und/oder Verstärkungsmittel für Polymere verwendet werden. Zu solchen Materialien zählen - jedoch ohne Beschränkung auf die genannten - Ruß, Acetylenruß, pulverisierter Graphit und Kohlenstoffasern. Eine besonders bevorzugte Form des teilchenförmigen Kohlenstoffs ist eine, die "leitfähiger Kohlenstoff" ist. Unter dem Begriff "leitfähiger Kohlenstoff" werden hierin kleine Kohlenstoff-Teilchen verstanden, die elektrisch leitend sind. Zu solchen Teilchen zählen - jedoch ohne Beschränkung auf die genannten - ausgewählte Ruße, pulverisierter Graphit und Kohlenstoffasern (CF). Kohlenstoffasern sind die bevorzugte Form des teilchenförmigen Kohlenstoffs. Besonders bevorzugt sind Kohlenstoffasern oder deren Fragmente, die in Anspruch 1 des US-Patents 4 861 653 folgendermaßen beschrieben sind:
"1. Fadenwickel aus statistisch angeordneten Kohlenstoffasern, die überwiegend im Querschnitt eine Breite von weniger als etwa 12 um und eine Bruch-Oberfläche haben, die eine lamellare Mikrostruktur hat, die aus Lamellen aufgebaut ist, die in isokliner Relation angeordnet und in einer Richtung verteilt sind, die im allgemeinen zu einer Achse des Faser- Querschnitts parallel ist, wobei die Lamellen sich bis zur Peripherie der Faser-Quetschnitte erstrecken.
Diese und andere besonders bevorzugte Kohlenstoffasern haben eine lamellare Mikrostruktur und eine Verteilung der Durchmesser von 1 um bis zu mehr als 10 um, mit einem Zahlenmittel des Durchmessers von 8 um, und sind elektrisch leitend. Diese Fasern werden in einer inerten Atmosphäre auf mehr als 1600 ºC, mehr bevorzugt bei 2400 ºC, hitzebehandelt. Es wird bevorzugt, wenn die anwesende PC-Menge 5 bis 100 Gew.-% des TFEP, meistbevorzugt 10 bis 67 Gew.-% des anwesenden TFEP, beträgt. Die Berechnung der PC-Menge in der Mischung basiert auf der Menge TFEP in der Mischung. Beispielsweise bedeuten 233 % PC in der Mischung, daß die Menge PC das 2,33-fache derjenigen des TFPE beträgt, und 1 % bedeutet, daß die Menge PC das 0,01-fache derjenigen des TFPE beträgt.
Ebenfalls bereitgestellt wird in der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung polymerer Teile, umfassend
(a) das Vermischen von 5 bis 50 Gew.-% eines ersten Polymers mit Repetiereinheiten der Formel CH&sub2;CR¹R²-C(O) mit 95 bis 50 Gew.-% eines Tetrafluorethylen-Polymers, worin R¹ und R² unabhängig ausgewählte Alkyl-Gruppen sind, mit der Maßgabe, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoff-Atome in R¹ und R² 20 oder weniger beträgt, zur Bildung eines Gemischs;
(b) das Vermischen dieses Gemischs in der Schmelze bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangs-Temperatur und des Schmelzpunkts des ersten Polymers, jedoch unterhalb von 270 ºC; und
(c) das Formen des Gemischs zu einem Formteil.
Die Definition des Tetrafluorethylen-Polymers ist die gleiche, wie sie oben angegeben ist. Bevorzugte PDAPs und bevorzugte Anteile von TFEP und PDAP sind die, die oben aufgezählt sind.
Das Vermischen der Polymeren kann auf mehrere Weisen erfolgen. Beispielsweise kann das einfache Mischen trockener Pulver angewandt werden, obwohl dafür Sorge getragen werden sollte, daß ein einheitliches Gemisch erhalten wird. Eine bevorzugte Arbeitsweise des Vermischens besteht darin, das PDAP in einem Lösungsmittel wie Methylenchlorid zu lösen und diese Lösung zu einer gerührten Aufschlämmung des TFEP hinzuzufügen. Die zur Herstellung der TFEP-Aufschlämmung verwendete Flüssigkeit sollte mit dem Lösungsmittel für das PDAP mischbar sein, sollte jedoch ein Nichtlösungsmittel für das PDAP sein. Während die resultierende Aufschlämmung gerührt wird, werden die Lösungsmittel abgedampft, wodurch ein Gemisch der Polymeren erhalten wird.
Es wurde gefunden, daß manche Typen von TFEP-"Pulvern" Gemische ergeben, die an diesem Punkt agglomeriert werden. Sie können durch Verreiben bzw. Vermahlen in eine besser brauchbare Form (Pulver) überführt werden, etwa mit Mörser und Pistill, einer Kugelmühle oder einer Hammermühle. Bestimmte PC-Typen- wie Kohlenstoffasern, können durch Verreiben bzw. Vermahlen abgebaut werden; sie können nach dem Arbeitsgang des Mahlens durch Vermischen der trockenen Pulver zugesetzt werden. Es wurde gefunden, daß sogenannte granulare TFEPs" Gemische geben, die an diesem Punkt Pulver (oder granular) ohne die Notwendigkeit eines Vermahlens sind. Solche granularen TFEPs werden bevorzugt und können nach den Verfahren hergestellt werden, die in dem US-Patent 2 936 301 oder dem US-Patent 3 766 133 beschrieben sind, worauf eine Desagglomeration in einer mechanischen Mühle erfolgt. Solche Polymeren werden auch von der American Society for Testing Material Specification D-4894-89, Type 3 Grade 1 and Type 2, beschrieben.
Das Schmelzvermischen des Gemischs oder der Mischung kann mittels einer Vielfalt von Verfahrensweisen bewerkstelligt werden, die Fachleuten auf dem Gebiet der Polymer-Verarbeitung bekannt sind. Beispielsweise kann das Formpressen, das heißt, die Anwendung von Druck und Hitze in einer hydraulischen Presse, eingesetzt werden. Eine bevorzugte Arbeitsweise ist eine Schnecken-Schmelzeinrichtung, etwa in einem Schneckenextruder. Dieser bewirkt ein gutes Vermischen zur Bereitstellung einer einheitlichen Mischung. Das Vermischen in der Schmelze sollte bei einer Temperatur vorgenommen werden, die genügend hoch ist, um das PDAP zu schmelzen, oberhalb des Schmelzpunktes desselben oder, falls das Polymer nicht kristallin ist, oberhalb der Glasübergangs-Temperatur desselben. Die Temperatur sollte unterhalb von 270 ºC gehalten werden, um eine Zersetzung des PDAP und/oder eine grobe Trennung des PDAP und TFEP zu vermeiden. Nachdem die Mischung in der Schmelze gemischt worden ist, kann das Produkt in herkömmlicher Weise zur weiteren Verarbeitung in ein geformtes Teil pelletisiert werden, oder es kann direkt aus dem Schmelzzustand zu einem Formteil geformt werden, etwa durch Formpressen, Extrusion durch eine Düse und Spritzgießen. Die weitere Verarbeitung zu einem Formteil zu einem späteren Zeitpunkt kann auch mittels dieser Arbeitsweisen erfolgen, obwohl ein Schmelzen des PDAP nicht nötig zu sein braucht, um ein Formteil zu bilden. Beispielsweise können mäßige Hitze und hoher Druck bewirken, daß das Gemisch durch plastische Verformung zu einem Formteil fließt. Ein Schmelzverfahren wird jedoch zur Bildung des geformten Teils bevorzugt.
Nachdem das geformte Teil gebildet worden ist, kann es so eingesetzt werden, wie es ist, mit den "Verbundstoff"-Eigenschaften der Gemische oder der Mischungsbestandteile. Zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften, wie Lösungsmittel-, chemischer und Hochtemperatur-Beständigkeit, kann es erwünscht sein, das PDAP zu entfernen, so daß im wesentlichen reines TFEP (plus irgendwelche anderen, nichtflüchtigen Bestandteile, wie Füllstoff und Pigmente) zurückbleibt. Dies läßt sich durch den wahlweisen, zusätzlichen Schritt der Pyrolyse eines geformten Teils aus dem Gemisch erreichen. Dieser umfaßt den zusätzlichen Schritt des Pyrolysierens des geformten Teils bei 275 ºC bis 400 ºC, vorzugsweise bei 300 ºC bis 350 ºC, bis das PDAP in flüchtige Produkte umgewandelt worden ist.
Die Pyrolyse kann in Luft oder in einer inerten Atmosphäre wie Stickstoff durchgeführt werden. Luft wird bevorzugt. Wie Fachleuten bekannt ist, können Pyrolysen wie diese in dem resultierenden TFEP-Teil Porosität verursachen. Diese Porosität kann dadurch minimiert werden, daß die Temperatur des geformten Teils langsam erhöht wird, wenn man sich dem Zersetzungspunkt des PDAP (> 275 ºC) nähert und diesen passiert. Die Porosität, die auftritt, kann durch Verdichten des pyrolysierten Teils reduziert werden. Das Verdichten des Teils kann durch Erhitzen des Teils auf 350 ºC bis 400 ºC während einer zusätzlichen Zeitspanne nach der Beendigung der Pyrolyse erfolgen. Solche Arbeitsweisen sind in der Fachwelt wohlbekannt. In der Fachwelt ist auch bekannt, daß die Eigenschaften des resultierenden pyrolysierten Teils durch die Art und Weise beeinflußt werden können, in der das Teil nach der Pyrolyse oder Verdichtung abgekühlt wird.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. In diesen Beispielen wurden verschiedene Güteklassen Teflon Fluorocarbon Resin (Warenzeichen von und erhältlich bei E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, DE) verwendet. Diese Güteklassen, ausgenommen die anderweitig bezeichneten Fälle, sind Homopolymere von Tetrafluorethylen und sind sogenannte granulare Materialien. Tests des Schmelzindex wurden gemäß ASTM D-1238 unter Einsatz eines Gewichts von 15 kg vorgenommen und, ausgenommen anderweitig bezeichnete Fälle, bei 200 ºC durchgeführt. Die Zugfestigkeit (TS), der Zugmodul (TM) und prozentuale Reißdehnung (EB) wurden auf einem Instron-Prüfgerät mit einer Kreuzkopf-Geschwindigkeit von 2,54 cm/min bei etwa 25 ºC durchgeführt, sofern nichts anderes angegeben ist. Unter Grünfestigkeit werden die Eigenschaften des unpyrolysierten Gemischs verstanden. Das Spritzgießen erfolgte auf einer Ein-Unzen(28 g)-Ram-Spritzguβ-Maschine mit einer Zylinder-Temperatur von 150 ºC unter Einsatz einer Hohlform für Biegestäbe von 3,2 mm x 12,7 mm x 127 mm. In sämtlichen Beispielen bezeichnet PDAP Poly(2-methyl-2-n-propylpropiolacton). Die Verhältnisse der Komponenten der Mischungen der Gemische mit Kohlenstoff sind auf das Gewicht bezogen.

BEISPIEL 1

Zu 80 g Teflon 7A wurde genügend Methanol hinzugefügt, so daß das Teflon knapp bedeckt war. Hierzu wurde über einen Zeitraum von 30 bis 60 min ein Viertel einer Lösung von 80 g PDAP in Methylenchlorid hinzugefügt. Die Teflon-Aufschlämmung wurde während der Zugabe der PDAP-Lösung gerührt. Die Aufschlämmung wurde gerührt, während das Lösungsmittel dann in einem Stickstoffstrom abgedampft wurde. Ein feines Pulver wurde erhalten.

BEISPIELE 2 - 11

Unter Anwendung ähnlicher Arbeitsweisen wie in Beispiel 1 wurden verschiedene Gemische von Teflon mit PDAP hergestellt. Die Verhältnisse des PDAP zu Teflon wurden durch Einstellen der Mengen der verwendeten Mengen der PDAP-Lösung und des Teflons variiert. Diese Mischungen und einige ihrer Schmelzindices sind in der Tabelle 1 angegeben. Die Tests des Schmelzindex lieferten Stäbe mit einem Durchmesser von etwa 2 mm, die weiter geprüft wurden (siehe Beispiel 12). Tabelle 1 Beispiel Eingesetztes Teflon * PDAP Schmelz-Index g/min sehr klein

BEISPIEL 12

Dieses Beispiel erläutert das Pyrolysieren (Sintern) der Polymer-Gemische. Stäbe aus den Beispielen 2, 6 und 7 (alle enthalten 20 % PDAP) wurden kombiniert und in diesem Beispiel verwendet.
Diese Stäbe wurden in einem Ofen mit einer Geschwindigkeit von 2 ºC/min in einer Luft-Atmosphäre auf 275 ºC erhitzt und 3 h auf der Temperatur gehalten. Die Temperatur wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 1 ºC/min auf 380 ºC erhöht und 3 h auf 380 ºC gehalten. Die zurückerhaltenen Stäbe zeigten einen Gewichtsverlust von 19,2 ± 0,27 % (9 Proben), eine Schrumpfung in Maschinenrichtung von 31,0 ± 3,0 % (6 Proben) und wenig oder keine Veränderung in der Querrichtung.
Andere Stäbe wurden auch dadurch bei 325 ºC in Luft pyrolysiert, daß sie in einen Ofen gebracht wurden, der sich auf 325 ºC befand. Die Stäbe wurden in etwa 5 min braun und schienen nach (insgesamt) 10 min ein schwarzes kohleartiges Material zu sein. Die Farbe begann in 2 bis 3 h zu verblassen, und weiße Materialien wurden in 4 bis 70h erhalten. Die Proben, die nicht vollständig pyrolysiert waren, hatten überall schwarze Flecken, besonders jedoch an der Oberfläche.
Die physikalischen Eigenschaften der grünen (unpyrolysierten) Stäbe und der bei 380 ºC und 325 ºC pyrolysierten Stäbe sind in der Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Keine Pyrolysiert* Pyrolisier bei * Kreuzkopf-Geschwindigkeit 0,51 cm/min.

BEISPIEL 13

Nach einer Arbeitsweise ähnlich derjenigen des Beispiels 1 wurden 200 g eines Gemischs aus PDAP (20 %) und Teflon 7A (80 %) hergestellt. Diese Probe wurde zur Herstellung von Biegestäben spritzgegossen. Streifen von etwa 10 um Dicke wurden entlang der Maschinenrichtung aus diesen Stäben geschnitten. Einige Streifen wurden unter einer Luft-Atmosphäre in einen Ofen von 325 ºC oder 345 ºC gebracht. Bei 325 ºC pyrolysierten die Streifen sauber in 12 h. Bei 345 ºC waren die Streifen in weniger als 6 h sauber pyrolysiert, jedoch hatten Kanten einiger Steifen Fibrillen gebildet. Gute intakte pyrolysierte Streifen wurden bei 325 ºC erhalten, wobei diese Streifen in Maschinenrichtung etwa 30 % geschrumpft waren. Die physikalischen Eigenschaften der grünen (unpyrolysierten) Streifen und der bei 325 ºC pyrolysierten Streifen sind in der Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3 Unpyrolysiert Pyrolysiert

BEISPIEL 14

Zu 270 g Teflon 7A, suspendiert in 500 ml Methanol, wurde eine Lösung von 91,3 g PDAP (logarithmische Viskositätszahl 0,32 in Methylenchlorid) hinzugefügt. Die Teflon-Aufschlämmung wurde kräftig gerührt, als die PDAP-Lösung im Laufe von 10 min hinzugefügt wurde. Die Aufschlämmung wurde gerührt, während das Lösungsmittel mit einem Stickstoff-Strom abgedampft wurde. Ein weißes pulverförmiges Material im Gewicht von 357,7 g wurde erhalten.
Das Polymer-Gemisch wurde durch ein 80 mesh-Sieb geführt, und dann wurden 15 g des gesiebten Pulvers mit 10 g Kohlenstoffschnittfasern (wie sie in dem US-Patent 4 861 653, Anspruch 1, beschrieben sind) vermischt und 24 h auf einem Walzenmischer vermischt. Dies ergibt eine Mischung mit 83 % (der anwesenden Teflon-Menge) Kohlenstoffasern. Eine andere Mischung, die 31 % (der anwesenden Teflon-Menge) Kohlenstoffasern und 20 Gew.-% PDAP (bezogen auf die Gesamt-Menge des anwesenden PDAP und Teflons) enthielt, wurde in ähnlicher Weise hergestellt. Die Mischungen wurden aus einem Kapillarrheometer bei Temperaturen zwischen 120 ºC und 180 ºC zu Stäben extrudiert. Die Viskosität fiel mit steigender Temperatur. Die Fließeigenschaften bei 150 ºC sind in der Tabelle 4 angegeben. Die physikalischen Eigenschaften der Extrudate, gemessen bei 25 ºC, sind in der Tabelle 5 angegeben. Tabelle 4 Scherrate Scherbeanspruchung kPa (psi) Tabelle 5 % Kohlenstoffasern
Die Stäbe wurden 24 bis 60 h an der Luft auf 325 ºC erhitzt, um das PDAP zu pyrolysieren. Die Änderungen des Gewichts und der Abmessungen und die physikalischen Eigenschaften sind in der Tabelle 6 zusammengefaßt. Tabelle 6 % Kohlenstoffasern Gewicht vor dem Pyrolysieren nach Länge vor
Die Leitfähigkeiten wurden mittels der Vier-Punkt-Meßmethode unter Anwendung von Strömen von 1 bis 30 uA gemessen. Sie sind
Frisch extrudiert
31 % Kohlenstoffasern Nichtleitend
83 % Kohlenstoffasern 2,76 x 10&supmin;³ Ohm&supmin;¹cm&supmin;¹
Nach dem Erhitzen (Pyrolysieren):
31 % Kohlenstoffasern 1,94 x 10&supmin;² Ohm&supmin;¹cm&supmin;¹
83 % Kohlenstoffasern 1,17 x 10&supmin;² Ohm&supmin;¹cm&supmin;¹

Claims

1. Polymer-Gemisch, umfassend

5 bis 50 Gew.-% eines ersten Polymers mit Repetiereinheiten der Formel CH&sub2;CR¹R²-C(O)O und

95 bis 50 Gew.-% eines Tetrafluorethylen-Polymers, das ein Polymer des Tetrafluorethylens ist, worin bis zu 20 Mol-% des Tetrafluorethylen-Monomers durch andere fluorierte Monomere substituiert sein können,

worin R¹ und R² unabhängig ausgewählte Alkyl-Gruppen sind, mit der Maßgabe, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoff-Atome in R¹ und R² 20 oder weniger beträgt.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin 1 bis 233 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Tetrafluorethylen-Polymers, teilchenförmiger Kohlenstoff zugesetzt worden sind.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, worin der teilchenförmige Kohlenstoff ein leitfähiger Kohlenstoff ist.

4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, worin das erste Polymer in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-% vorliegt und das Tetrafluorethylen-Polymer in einer Menge von 90 bis 10 Gew.-% vorliegt.

5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, worin das erste Polymer in einer Menge von 15 bis 25 Gew.-% vorliegt und das Tetrafluorethylen-Polymer in einer Menge von 85 bis 75 Gew.-% vorliegt.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, worin die Gesamtzahl der Kohlenstoff-Atome in R¹ und R² 10 oder weniger beträgt.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 4 oder Anspruch 6, worin R¹ Methyl ist und R² n-Propyl ist.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 1, Anspruch 3 oder Anspruch 5, worin das erste Polymer einen Schmelzpunkt von 200 ºC oder weniger hat.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, worin das erste Polymer einen Polymerisationsgrad von 70 bis 10 000 hat.

10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, worin das erste Polymer einen Polymerisationsgrad von 100 bis 5 000 hat.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 3 oder Anspruch 7, worin der leitfähige Kohlenstoff in einer Menge von 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Tetrafluorethylen-Polymer, vorliegt.

12. Zusammensetzung nach Anspruch 11, worin der leitfähige Kohlenstoff in einer Menge von 10 bis 67 Gew.-%, bezogen auf das Tetrafluorethylen-Polymer, vorliegt.

13. Zusammensetzung nach Anspruch 3, Anspruch 5 oder Anspruch 12, worin der leitfähige Kohlenstoff eine Kohlenstoffaser ist.

14. Zusammensetzung nach Anspruch 13, worin der leitfähige Kohlenstoff eine Kohlenstoffaser oder Fragmente derselben in Form

"eines Wickels statistisch angeordneter Kohlenstoffasern, die überwiegend im Querschnitt eine Breite von weniger als 12 um und eine Bruchfläche haben, die eine lamellare Mikrostruktur zeigt, die aus Lamellen besteht, die in isokliner Beziehung angeordnet und in einer Richtung ausgestellt sind, die im allgemeinen zu einer Achse des Faser-Querschnitts parallel ist, wobei die Lamellen zu dem Umfang der Faser-Querschnitte verlaufen",

ist.

15. Verfahren zur Herstellung polymerer Teile, umfassend

(a) das Vermischen von 5 bis 50 Gew.-% eines ersten Polymers mit Repetiereinheiten der Formel

CH&sub2;CR¹R²-C(O)O mit 95 bis 50 Gew.-% eines Tetrafluorethylen-Polymers, das ein Polymer des Tetrafluorethylens ist, worin bis zu 20 Mol-% des Tetrafluorethylen-Monomers durch andere fluorierte Monomere substituiert sein können, worin R¹ und R² unabhängig ausgewählte Alkyl-Gruppen sind, mit der Maßgabe, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoff-Atome in R¹ und R² 20 oder weniger beträgt, zur Bildung eines Gemischs;

(b) das Vermischen dieses Gemischs in der Schmelze bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangs-Temperatur und des Schmelzpunkts des ersten Polymers, jedoch unterhalb von 270 ºC; und

(c) das Formen des Gemischs zu Formteilen.

16. Verfahren nach Anspruch 15, worin das erste Polymer in einer Menge von 10 bis 30 Gew.-% vorliegt und das Tetrafluorethylen-Polymer in einer Menge von 90 bis 10 Gew-% vorliegt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, worin das erste Polymer in einer Menge von 15 bis 25 Gew.-% vorliegt und das Tetrafluorethylen-Polymer in einer Menge von 85 bis 75 Gew .-% vorliegt.

18. Verfahren nach Anspruch 15, worin die Gesamtzahl der Kohlenstoff-Atome in R¹ und R² 10 oder weniger beträgt.

19. Verfahren nach Anspruch 15, Anspruch 16 oder Anspruch 17, worin R¹ Methyl ist und R² n-Propyl ist.

20. Verfahren nach Anspruch 15, Anspruch 16 oder Anspruch 17, worin das erste Polymer einen Schmelzpunkt von 200 00 oder weniger hat.

21. Verfahren nach Anspruch 15, worin das erste Polymer einen Polymerisationsgrad von 70 bis 5 000 hat.

22. Verfahren nach Anspruch 15, worin das Formen durch Schmelzformen erfolgt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, worin das Schmelzformen mittels eines Schnecken-Schmelzgeräts erfolgt.

24. Verfahren nach Anspruch 22, worin das Schmelzformen mittels eines Verfahrens erfolgt, das aus Formpressen, Extrudieren durch eine Düse und Spritzgießen ausgewählt ist.

25. Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 19, weiterhin umfassend das Pyrolysieren des Formteils bei 275 ºC bis 400 00, bis das erste Polymer verflüchtigt worden ist..

26. Verfahren nach Anspruch 25, worin die Pyrolyse bei 300 ºC bis 350 ºC durchgeführt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 19, worin das Mischen durch Schritte erfolgt, die

(a) das Auflösen des ersten Polymers in einem Lösungsmittel zur Bildung einer Lösung,

(b) das Aufschlämmen des Tetrafluorethylen-Polymers in einem Nicht-Lösungsmittel für das erste Polymer zur Bildung einer Aufschlämmung,

(c) unter Rühren der Aufschlämmung das Hinzufügen der Lösung zu der Aufschlämmung und

(d) das Abdampfen des Lösungsmittels und des Nicht- Lösungsmittels

umfassen.

28. Verfahren nach Anspruch 27, worin das Tetrafluorethylen- Polymer ein granulares Material ist.

29. Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 18, worin das Mischen durch Vermischen der trockenen Pulver erfolgt.