專利名稱：聚合物配混料及其采用該配混料制備的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型聚合物配混料，其包含完全氟化的熱塑性材料，特別是可熔融加工的PTFE(m-PTFE)，以及至少另一種與之不同的高性能聚合物的部分，所述高性能聚合物選自聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)和聚醚芳基酮(PEAK)以及共聚物和所述聚合物和共聚物的衍生物，其中所述配混料具有所述聚合物部分的均勻分布。
背景技術(shù)：
常規(guī)PTFE在具有聚醚醚酮的配混料中的應(yīng)用是本身已知的。通過混合各種粉末形式的聚合物并且依據(jù)主要組分的類型，通過隨后將它們加壓燒結(jié)或擠出而制備所述配混料。若PTFE為主要組分，則聚醚醚酮的量限制在最大約30重量％。在其中主要成分為聚醚醚酮的情況下，PTFE的量限制在最大20重量％。在第一種情況下，在PEEK量大于20重量％時，機械性能、例如斷裂應(yīng)力和斷裂伸長率顯著較差，因為在PTFE基質(zhì)中作為一種填料的高部分PEEK顯著干擾了 PTFE基質(zhì)的內(nèi)聚力。在第二種情況下，PTFE的較大部分首先導(dǎo)致具有PEEK主要成分的配混料，其不再能夠用熱塑性加工的常規(guī)方法來加工。如果使用所謂的熱壓成型法，則高達(dá)約30重量％的PTFE的稍高含量是可能的。具有更高部分的PTFE，PEEK基質(zhì)將受顯著干擾并且機械材料性能顯著降低。對于這些配混料，它們不能以均勻熔體結(jié)構(gòu)獲得的事實是不令人滿意的。以與其它聚合物成分配混的方法而追求的在相應(yīng)主要組分性質(zhì)上的改進(jìn)由此可以在很小的范圍內(nèi)最大化地實現(xiàn)。出于這些原因，具有位于其間的混合比的配混料是不可能獲得的。通常地，在具有主要成分PEEK的配混料的情況下，甚至在用所述方法熱塑性加工之后，PTFE微粒仍然作為可單獨識別的細(xì)粒保留。PTFE組分的微粒在對于PEEK常規(guī)的加工溫度，通常為370°C 士 10°C下完全熔融，但由于PTFE的高熔體粘度，在380°C下通常為101° 至IO13PaX s，用常規(guī)處理時間例如15至60分鐘熔融的兩種聚合物混合不充分。在具有主要成分PTFE的配混料的情況下，甚至在經(jīng)歷對PTFE的常規(guī)加工方法之后，PEEK微粒作為單獨微粒保留，盡管在對PTFE的常規(guī)燒結(jié)溫度，約為360至380°C下兩種組分熔融，但一方面由于PTFE的高熔體粘度，另一方面，由于在PTFE通常的加工方法期間不產(chǎn)生作用于聚合物熔體的剪切力這一事實，而不出現(xiàn)或僅出現(xiàn)輕微的相互混合效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供聚合物配混料，其一方面相對于常規(guī)的PTFE，另一方面相對于其它高性能聚合物，在性能方面得以改善。該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物配混料而實現(xiàn)。由于選擇PTFE組分作為完全鹵化的、尤其是完全氟化的熱塑性材料，可以獲得在微結(jié)構(gòu)中具有高均勻性的配混料。這特別是通過在本發(fā)明配混料的情況下通過熱塑性材料的常規(guī)方法，例如通過擠出或注模法處理之后，在凝固的終產(chǎn)物中各個組分不再能夠作為兩種粉末狀物質(zhì)原來的混合物而被識別的事實來顯示。與本發(fā)明的配混料相反，在常規(guī)配混料中的各組分的相可以作為特定方法、例如與光學(xué)顯微鏡相結(jié)合的或使用偏振光的著色技術(shù)的結(jié)果識別。根據(jù)所用PTFE的類型，在配混料中保留或大或小的PTFE島(island)結(jié)構(gòu)，在乳液聚合的PTFE情況下，通常尺寸為約 0. 2 μ m或更大，在懸浮聚合的PTFE情況下，通常尺寸為約15 μ m或更大。相比而言，本發(fā)明的配混料基本上沒有PTFE島結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明配混料的情況下，沒有如上所述在混合比上的限制，并且配混料的組成可以相對于完全氟化的熱塑性材料、特別是可熔融加工的PTFE的部分，以及其它高性能聚合物組分的部分而改變相當(dāng)大的程度。與常規(guī)PTFE配混料相比，本發(fā)明的配混料令人驚訝地顯示出顯著改善的機械性能，并因此開拓了大量的應(yīng)用可能性。特別地，可以制備包含高部分PEEK和低部分熱塑性可加工PTFE的本發(fā)明的的配混料，其可具有高的斷裂伸長率，即斷裂伸長率值為20%或更高、甚至更優(yōu)選30%或更高。 規(guī)定的斷裂伸長率值對應(yīng)于使用根據(jù)ASTM D-638的V型測試樣品，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 527-1 的測試得到的值。特別地，當(dāng)一方面需要純組分PEEK性質(zhì)的常規(guī)范疇，即高彈性模量、高變形抗力和高斷裂強度，但另一方面，PEEK的高脆性阻礙了其成功應(yīng)用的時候，需要這些性質(zhì)。具有該需求范圍的應(yīng)用例如為在用于提取油的系統(tǒng)中具有大尺寸的密封件，包括石油鉆塔或油船的或通常用于構(gòu)建化工設(shè)備的罐、軟管或管，其中由本發(fā)明材料構(gòu)成的密封件必須對鋼構(gòu)造的制造公差進(jìn)行補償以確保良好的密封并且這要求很好的適應(yīng)性。這些設(shè)備在使用期間經(jīng)受溫度、受力和壓力上的顯著波動，并伴隨由此產(chǎn)生的尺寸改變，其使得密封材料需要良好的柔韌性。也可以制備本發(fā)明的具有高部分完全氟化的熱塑性可加工的塑料材料、特別是可熔融加工的PTFE的配混料，其具有低介電特征值，例如相對介電常數(shù)ε為2.1且介電損耗因子tan δ = 0. 3X 10_3或更小(所有值都在25GHz下計算)。PTFE材料、特別是標(biāo)準(zhǔn)PTFE，本來就比PEEK具有高得多的斷裂伸長率。然而，在這種情況下，隨著在配混料中PEEK部分變大，也觀察到斷裂伸長率值的急劇下降。相比而言， 本發(fā)明的配混料在完全氟化的塑料材料的量與其它高性能聚合物的量等比的情況下，具有顯著更有利的斷裂伸長率值，這在大量應(yīng)用中是十分重要的。其特別適用于制備用于高頻技術(shù)，即例如在電纜中、特別是同軸電纜中，印刷電路板和插線板，或機動車和卡車中的遠(yuǎn)距雷達(dá)系統(tǒng)的天線，或在移動廣播和無線電通訊的傳送接收設(shè)備中的組件或結(jié)構(gòu)元件。基于本發(fā)明配混料的組件也優(yōu)選用于構(gòu)建用于無線電通訊、全球定位查找或特殊觀測任務(wù)的人造衛(wèi)星。另外，本發(fā)明的配混料適用于制造在高溫下穩(wěn)定的組件，其顯示出有利的耐火性 (fire behavior)。例如柔性電纜形式的這種組件在航空工業(yè)中是非常令人感興趣的。當(dāng)本發(fā)明的配混料用于制造電纜絕緣部時，其較好的電學(xué)性能以及特別是它們較高的介電強度開始起作用。本發(fā)明的配混料也極好地適用于制造注模部件，其中所獲得的組件的高的機械強度對于壓力負(fù)載和拉伸負(fù)載是特別有利的。對于制備軟管而言，較高的機械強度值、較高的耐壓性以及與之相關(guān)的較高的破裂壓力以及較高的壓力剛性對于不僅在室溫下而且在高達(dá)250°C溫度下的長期壓力負(fù)載而言是十分重要的。最后但也很重要的是，可以用本發(fā)明的配混料制備發(fā)泡材料，其中特別是在電纜絕緣部的情況下，較窄的孔徑分布、較低密度以及與之相關(guān)的較好的絕緣性是可能的。具體的電纜絕緣部包括，例如位于中心的內(nèi)導(dǎo)體的外絕緣部或者同軸電纜的絕緣電介質(zhì)，其同心地位于內(nèi)導(dǎo)體和包圍的外導(dǎo)體之間。另外，本發(fā)明的配混料易于制備具有高柔性的其它材料，例如薄膜，例如那些如制造柔性印刷電路板所需的薄膜。根據(jù)測試程序IPC-TM-650，2. 4. 3，厚度50μπι的Moldflon 薄膜通常具有> 120萬個測試周期的彎曲疲勞強度。根據(jù)本發(fā)明，使用其它高性能的聚合物可以增大強度值而不顯著損害彎曲疲勞強度。除了用于柔性印刷電路板，本發(fā)明的配混料也很好地適用于制備剛撓印刷電路板。另外，可以制備具有改善的滑動性能的本發(fā)明的配混料，其中一方面可以避免粘滑效應(yīng)，且另一方面摩擦系數(shù)很低，特別是對于具有高部分可熔融加工的PTFE的本發(fā)明配混料而言。在這種情況下，在滑動速度為V = O. 6m/秒且垂直于滑動方向的負(fù)載為0. 5至
1.5N/mm2時，摩擦系數(shù)可以在0. 1至0. 3的范圍內(nèi)。低摩擦系數(shù)的結(jié)果之一是本發(fā)明配混料的低磨損值。另外，由本發(fā)明配混料構(gòu)成的組件也適用于較高的比表面壓力，顯示出較少的磨損，并且因此具有較長的使用壽命。對于完全氟化的熱塑性聚合物材料，特別是具有m-PTFE的完全氟化的熱塑性聚合物材料與具有相同百分比組成，將標(biāo)準(zhǔn)PTFE或化學(xué)改性的、高分子量的PTFE用作完全氟化的組分的配混料的比較而言，適用如上所述的本發(fā)明配混料的優(yōu)點。優(yōu)選借助于熔融配混制備本發(fā)明的配混料。特別是，其中共聚單體含量低于3. 5mol%的TFE共聚物將被認(rèn)為是完全氟化的熱塑性材料，因為在這種情況下，很大程度上保留了 PTFE性能并且，盡管如此，可以熱塑性加工。更優(yōu)選將共聚單體的量限制在低于約3mol%、甚至更優(yōu)選共聚單體的量低于約
2.5mol%、例如Imol%或更低、或0. 5mol%或更低。一方面確保良好熱塑可加工性，另一方面使材料的性能相對于常規(guī)PTFE基本上不改變的優(yōu)選共聚單體為六氟丙烯、全氟烷基乙烯基醚、全氟-(2，2_ 二甲基-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯)和三氟氯乙烯。TFE與三氟氯乙烯的共聚物在本發(fā)明中也歸入完全氟化的塑料材料，因為不同于氟的鹵素部分相對低。優(yōu)選使用熱塑性可加工PTFE，特別是，可熔融加工的PTFE或簡稱為m_PTFE。大量該材料例如描述在WO 01/60911和WO 03/078481中。PFA也代表在本發(fā)明含義內(nèi)的合適的、完全氟化的熱塑性可加工塑料材料。除了 TFE共聚物，PTFE和一種或多種其它熱塑性可加工、氟化的塑料材料的聚合物共混物也可用作用于本發(fā)明的完全鹵化的、尤其是完全氟化的塑料材料。除這些外，完全鹵化的塑料材料特別選自PTFE微粉。在這種情況下，其為與高分子(標(biāo)準(zhǔn))PTFE相比具有低分子量和低熔體粘度的PTFE類型。其通常借助于乳液聚合、通過高分子量PTFE在擠出機中熱機械降解、或通過高分子量PTFE輻射降解，隨后通過研磨處理制備。常規(guī)或高分子(標(biāo)準(zhǔn))PTFE和低分子PTFE微粉在性能上的差異例如如下所示 (參見 S. Ebnesajjad, Fluoroplastics,第 1 卷，Non-Melt Processible Fluoro-plastics, William Andrew Publishing,2000)
權(quán)利要求
1.一種聚合物配混料，其包含完全氟化的熱塑性聚合物材料的部分以及至少另一種與之不同的高性能聚合物的部分，所述高性能聚合物選自聚醚酮、聚醚醚酮和聚醚芳基酮以及共聚物和所述聚合物和共聚物的衍生物，其中所述配混料表現(xiàn)出所述聚合物和聚合物材料的部分的均勻分布。
2.如權(quán)利要求1所述的配混料，其特征在于，所述完全氟化的熱塑性可加工聚合物材料包含可熔融加工的PTFE和/或PFA。
3.如權(quán)利要求2所述的配混料，其特征在于，所述完全氟化的熱塑性可加工聚合物材料包含約50重量％或更多的可熔融加工的PTFE。
4.如權(quán)利要求2或3所述的配混料，其特征在于，所述可熔融加工的PTFE為共聚單體含量為3. 5m0l%或更低的TFE共聚物。
5.如權(quán)利要求4所述的配混料，其特征在于，所述共聚單體選自六氟丙烯、全氟烷基乙烯基醚、全氟-(2，2- 二甲基-1，3-間二氧雜環(huán)戊烯)和三氟氯乙烯。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的配混料，其特征在于，借助于熔融配混制備所述配混料。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的配混料，其特征在于，完全氟化的熱塑性材料的部分與其它高性能聚合物、特別是PEEK的部分的比例為約20 80至約70 30。
8.如權(quán)利要求7所述的配混料，其特征在于，所述配混料的斷裂伸長率為約20%或更尚ο
9.如權(quán)利要求8所述的配混料，其特征在于，所述斷裂伸長率為30%或更高。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的配混料，其特征在于，所述配混料是基本無孔的。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的配混料，其特征在于，所述配混料包含添加劑， 特別是所述添加劑的量為所述配混料總重量的高達(dá)約60重量％。
12.如權(quán)利要求11所述的配混料，其特征在于，包含一種或多種填料作為添加劑。
13.如權(quán)利要求12所述的配混料，其特征在于，所述填料或材料選自PTFE、碳纖維、玻璃纖維、炭黑和石墨。
14.組件，特別是機械負(fù)載的組件，其采用根據(jù)權(quán)利要求1至13中一項或多項的配混料生產(chǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，其特征在于，所述組件被設(shè)計成管。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，其特征在于，所述組件為柔性的軟管。
17.—種電纜，特別是高頻電纜，其具有采用根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項的配混料制得的絕緣部。
18.如權(quán)利要求17所述的電纜，其特征在于，所述電纜為同軸電纜。
19.如權(quán)利要求17或18所述的電纜，其特征在于所述絕緣部具有泡沫結(jié)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求14所述的組件，其特征在于，所述組件制成為注模部件。
21.如權(quán)利要求14所述的組件，其特征在于，所述配混料是發(fā)泡的。
全文摘要
為提供這樣的聚合物配混料，其一方面相對于常規(guī)的PTFE，另一方面相對于其它高性能聚合物的配混料，在性能方面得以改善，提出一種聚合物配混料，其包含完全氟化的熱塑性聚合物材料的部分以及至少另一種與之不同的高性能聚合物的部分，所述高性能聚合物選自聚醚酮、聚醚醚酮和聚醚芳基酮以及共聚物和所述聚合物和共聚物的衍生物，其中所述配混料具有所述聚合物和聚合物材料的部分的均勻分布。
文檔編號F16L11/00GK102356128SQ201080012405
公開日2012年2月15日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者克勞迪婭·斯特恩, 邁克爾·施利普夫, 馬丁·邁爾 申請人:愛爾鈴克鈴爾股份公司