DE10352752B3 - Continuous production of liquid crystal polymer film, as conductor paths or a barrier film, involves supplying powder to a heated calender roller and passing the melted mass between polishing and structured rollers - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung isotroper LCP-Folien durch Pulverkalandrierung und eine dadurch hergestellte isotrope LCP-Folie.The The present invention relates to a process for continuous Production of isotropic LCP films by powder calendering and a isotropic LCP film produced thereby.
Bei der Herstellung von LCP-Folien treten aufgrund der Molekularstruktur der flüssigkristallinen Polymere (LCP) bei Herstellung durch übliche Verfahren wie z.B. Blasfolienextrusion oder Flachfolienextrusion sehr starke Molekülorientierungen auf, die zu einer sehr starken Anisotropie der Eigenschaften der Folien führen. Diese Anisotropie ist verbunden mit einer sehr schlechten Reissfestigkeit der Folien senkrecht zur Orientierungsrichtung der Polymere. Zudem sind bei anisotropen Folien der thermische Ausdehnungskoeffizient und die Schwindung der Folien längs und quer zur Orientierungsrichtung der kristallinen Domänen unterschiedlich. Diese Eigenschaften sind von Nachteil bezüglich der Verwendung der Folien für z.B. flexible Leiterbahnen oder auch für Barrierefolien etc.at The manufacture of LCP films occur due to the molecular structure of liquid crystalline polymers (LCP) when manufactured by usual Processes such as Blown film extrusion or flat film extrusion very strong molecular orientations which leads to a very strong anisotropy of the properties of the Lead slides. This anisotropy is associated with very poor tensile strength of the films perpendicular to the orientation direction of the polymers. moreover are the thermal expansion coefficient for anisotropic films and the shrinkage of the foils lengthways and different across the orientation of the crystalline domains. These properties are disadvantageous with regard to the use of the films for e.g. flexible conductor tracks or also for barrier foils etc.
Da in der Regel jedoch ein Bedarf nach möglichst hoher Isotropie der Folieneigenschaften besteht, sind die gängigen Herstellverfahren nicht geeignet, um aus flüssigkristallinen Polymeren Folien mit gewünschten Eigenschaften herzustellen.There usually, however, a need for the highest possible isotropy Film properties exist, the usual manufacturing processes are not suitable to from liquid crystalline Polymer films with desired To produce properties.
Zwar
sind in der
Die
Außerdem wurde bereits beschrieben (WO 02/24791 A2), dass es möglich ist, eine isotrope Folie aus LCP (flüssigkristallinen Polymeren) herzustellen, indem man Pulver verwendet, die sich durch thermoplastisches Aufschmelzen verbinden und dadurch keine in eine Richtung orientierte Domänen von Flüssigkristallen ausbilden, wie dies z.B. bei der Extrusion der Fall ist.Besides, was already described (WO 02/24791 A2) that it is possible to make an isotropic film LCP (liquid crystalline Polymers) by using powders that are characterized by connect thermoplastic melting and therefore none into one Domains oriented towards of liquid crystals train how this e.g. is the case with extrusion.
Ein Nachteil des beschriebenen Verfahrens besteht jedoch darin, dass das Pulver zur Herstellung der Folie elektrostatisch auf einem Träger dosiert werden muss. Außerdem handelt es sich bei dem Verfahren um ein diskontinuierliches Verfahren, das nur einen sehr geringen Durchsatz erlaubt. Hinzu kommt ferner, dass das beschriebene Verfahren nur eine einseitige Strukturierung der Folie erlaubt. Zur Strukturierung der anderen Seite der Folie ist eine nachträgliche Bearbeitung der Folie notwendig.On However, the disadvantage of the described method is that the powder for producing the film can be metered electrostatically on a carrier got to. Moreover if the process is a batch process, that only allows a very low throughput. In addition, that the described method is only a one-sided structuring the slide allowed. For structuring the other side of the film is an ex post Processing of the film necessary.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die kontinuierliche Herstellung von Folien, enthaltend flüssigkristalline Polymere (LCP), mit isotropen Eigenschaften erlaubt.task the present invention was therefore to provide a method represent the continuous production of films containing liquid crystalline Polymers (LCP), with isotropic properties allowed.
Erfindungsgemäß wurde nun überraschenderweise gefunden, dass es möglich ist LCP-haltiges Pulver in einem kontinuierlichen Verfahren durch Walzen zu einer isotropen LCP-Folie zu verarbeiten. Das Aufbringen des Pulvers auf das Walzwerk kann hierbei alternativ zum elektrostatischen Aufdosieren auch einfach durch Aufstreuen mit Hilfe eines Dosiertrichters oder Rakels oder Aufblasen durch ein Dosiersieb erfolgen. Ein elektrostatisches Aufdosieren ist also nicht zwingend erforderlich.According to the invention now surprisingly found it possible is LCP-containing powder in a continuous rolling process to be processed into an isotropic LCP film. The application of the Powder on the rolling mill can be used as an alternative to electrostatic Dosing is also easy by sprinkling with the help of a dosing funnel or squeegees or inflation by means of a metering sieve. An electrostatic Dosing is not absolutely necessary.
Zur Formgebung wird ein mehrstufiges Walzwerk wie zum Beispiel eine Kalanderwalze verwendet.to Shaping becomes a multi-stage rolling mill such as one Calender roll used.
Aufgrund der kontinuierlichen Bearbeitung durch die Kalanderwalze, ist hierbei ein sehr viel höherer Durchsatz möglich als im Stand der Technik beschrieben. Außerdem können beide Seiten der Folien unmittelbar beim Herstellen der isotropen Folie in die gewünschte Form gebracht werden, entweder durch das Walzwerk selbst, sofern dieses wie bei der Kalanderwalze mehrstufig ist, oder aber durch nachgeschaltete Strukturwalzen.by virtue of the continuous processing by the calender roll is here a much higher one Throughput possible as described in the prior art. You can also use both sides of the slides immediately when producing the isotropic film into the desired shape brought, either by the rolling mill itself, if this as with the calender roll is multi-stage, or by downstream Structure rollers.
Das Pulver (Größe ca. 1-100 μm) wird hierbei durch Kontakt mit dem Walzwerk, das beheizt ist, aufgeschmolzen. Im Walzenspalt werden die Pulverpartikel dann aufgrund der erhöhten Temperatur und des sich einstellenden Druckes miteinander verbunden. Die Verwendung eines Kalanders ermöglicht es eine kontinuierliche Folienausbringung zu erzeugen. In besonderen Ausführungsformen kann zudem die Folienoberfläche durch nachgeschaltete Glätt- oder Strukturwalzen mit einer speziellen Oberflächen-Ruhigkeit oder Struktur versehen werden. Die Oberflächenstruktur ermöglicht es beispielsweise Leiterbahnen oder Flow-Fields beiderseitig auf der Folienoberfläche zu applizieren.The Powder (size approx. 1-100 μm) is used melted by contact with the rolling mill, which is heated. The powder particles are then in the nip due to the elevated temperature and the resulting pressure. The usage of a calender it to produce a continuous film application. In particular embodiments can also the film surface through downstream smoothing or structure rolls with a special surface smoothness or structure be provided. The surface structure allows for example, conductor tracks or flow fields on both sides the film surface to apply.
Die erfindungsgemäß durch das beschriebene Verfahren erhältlichen Folien zeichnen sich dadurch aus, dass aufgrund der isotropen Eigenschaften auch die zuvor genannten, mit der Anisotropie verbundenen ungünstigen Eigenschaften nicht anzutreffen sind. Die Folien besitzen entsprechend eine isotrope Reißfestigkeit. Des Weiteren sind die Folien z.B. für flexible Leiterbahnen oder auch für Barrierefolien verwendbar.The films obtainable by the process described according to the invention are distinguished in that, due to the isotropic properties, the aforementioned unfavorable properties associated with the anisotropy are also not encountered. The films accordingly have an isotropic tear strength. Furthermore, the foils are, for example, for flexible conductor tracks or for barriers films can be used.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von isotropen LCP-Folien, dadurch gekennzeichnet, dass ein LCP-haltiges Pulver durch ein mehrstufiges beheiztes Walzwerk kontinuierlich zu einer isotropen LCP-Folie verarbeitet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Aufbringen von LCP-haltigem Pulver auf eine Kalanderwalze,
- b) Aufschmelzen oder Vernetzen des Pulvers durch Beheizung,
- c) Scherung des Pulvers durch die Kalanderwalze.
- a) applying LCP-containing powder to a calender roll,
- b) melting or crosslinking the powder by heating,
- c) Shear the powder through the calender roll.
Die beiden Seiten der Folien werden hierbei entweder direkt durch die Kalanderwalzen auf eine gewünschte Art und Weise geformt, oder aber durch den zusätzlichen Schritt d), der eine bevorzugte Ausführungsform darstellt, wobei die Folie anschließend durch Glätt- und/oder Strukturwalzen gepresst wird, um der Folie die gewünschte Struktur oder Ruhigkeit zu verleihen.The Both sides of the foils are either directly through the Calender rolls to a desired one Shaped way, or by the additional step d), the one preferred embodiment represents, the film then by smoothing and / or Structural rollers are pressed to give the film the desired structure or to give calmness.
Vorzugsweise wird ein LCP-haltiges Pulver mit einer Partikelgröße von 1 bis 100 μm, eingesetzt.Preferably an LCP-containing powder with a particle size of 1 up to 100 μm, used.
Die LCP-haltigen Pulver sind kommerziell erhältlich oder können alternativ durch Vermahlen des Polymers oder durch einen NAD-Prozess (non-aqueous dispersion = nichtwässrige Polymerdispersion) gewonnen werden.The LCP-containing powders are commercially available or can alternatively by grinding the polymer or by an NAD process (non-aqueous dispersion = non-aqueous Polymer dispersion) can be obtained.
Die Herstellung der isotropen Folien erfolgt im allgemeinen bei einer Temperatur von 200 bis 380°C, vorzugsweise bei 240 bis 340°C.The The isotropic films are generally produced at a Temperature from 200 to 380 ° C, preferably at 240 to 340 ° C.
Gegebenenfalls werden die Kalanderwalzen durch Anlegen einer Spannung von 20 kV elektrisch aufgeladen, um durch die erzielte elektrostatische Aufladung eine homogenere Verteilung der Polymerpartikel im Walzenspalt herbeizuführen.Possibly the calender rolls by applying a voltage of 20 kV electrically charged to by the electrostatic charge achieved to bring about a more homogeneous distribution of the polymer particles in the nip.
Es können alle gängigen in der einschlägigen Fachliteratur beschriebenen Walzwerke bzw. Kalanderwalzen in allgemein üblicher Weise verwendet werden (Friedrich Johannaber, Kunststoff-Maschinenführer, Hanser Fachbuchverlag, Aufl. November 2003; Friedrich Johannaber, Klaus Stoeckhert, Kunststoff-Maschinenführer, 2. Aufl., 1984).It can all common in the relevant Rolling mills or calender rolls described in the specialist literature in a generally conventional manner Manner can be used (Friedrich Johannaber, plastics machine operator, Hanser Fachbuchverlag, edition November 2003; Friedrich Johannaber, Klaus Stoeckhert, plastic machine operator, 2. Ed., 1984).
Unter isotropen Folien werden erfindungsgemäß vorzugsweise Folien verstanden, die einen Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten (Testmethode ASTM D-696) in zwei Richtungen in der x/y-Ebene, die senkrecht zueinander sind, von weniger als 15 ppm (parts per million), besonders bevorzugt von weniger als 10 ppm, vor allem von weniger als 5 ppm besitzen.Under According to the invention, isotropic films are preferably understood to be films which have a difference in the coefficient of thermal expansion (Test method ASTM D-696) in two directions in the x / y plane, the perpendicular to each other, less than 15 ppm (parts per million), particularly preferably less than 10 ppm, especially less than 5 ppm.
Durch einen Zugversuch (IPC-TM 650, Methode 2.4.19) mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Folienabschnitten längs und quer zur Zugrichtung bei konstanter Dehnungsgeschwindigkeit kann gezeigt werden, dass die Zugfestigkeit in x- und y- Richtung etwa gleich ist und somit die Anisotropie deutlich reduziert ist.By a tensile test (IPC-TM 650, method 2.4.19) with the according to the inventive method obtained film sections along and transverse to the direction of tension at a constant rate of expansion can be shown that the tensile strength in the x and y direction is approximately the same and thus the anisotropy is significantly reduced.
Die Folienstärke beträgt im allgemeinen zwischen 5 und 100 μm, vorzugsweise 10 – 50 μm, und kann durch den Spalt des letzten Walzenpaares reguliert werden. Zu diesem Zweck wird dabei eine speziell korrigierte Walze verwendet, die geringste Spaltbreiten ermöglicht.The film thickness is generally between 5 and 100 microns, preferably 10-50 microns, and can be regulated by the gap of the last pair of rollers. To this A specially corrected roller is used for this purpose smallest gap widths possible.
Flüssigkristalline Polymere sind dem Fachmann bekannt. Hierbei kann es sich beispielsweise um lyotrope oder thermotrope LCPs handeln. Die flüssigkristallinen Polymere können thermoplastisch oder duroplastisch sein. Geeignete thermotrope Polymere umfassen beispielsweise flüssigkristalline Polyester, flüssigkristalline Polycarbonate, flüssigkristalline Polyetheretherketone, flüssigkristalline Polyetherketonketone und/oder flüssigkristalline Polyesterimide. Besondere Ausführungsformen an flüssigkristallinen Polymeren umfassen aromatische Polyester, Polyesteramide, Polyamidimide, Polyestercarbonate und/oder Polyazomethine.liquid crystalline Polymers are known to the person skilled in the art. This can be, for example trade lyotropic or thermotropic LCPs. The liquid crystalline polymers can be thermoplastic or be thermosetting. Suitable thermotropic polymers include, for example liquid crystalline Polyester, liquid crystalline Polycarbonates, liquid crystalline Polyetheretherketones, liquid crystalline Polyetherketone ketones and / or liquid crystalline Polyesterimides. Special embodiments on liquid crystalline Polymers include aromatic polyesters, polyester amides, polyamide imides, Polyester carbonates and / or polyazomethines.
Weitere detailliertere Beispiele für geeignete LCP-haltige Polymere sind der WO 02/24791 A2 zu entnehmen auf die ausdrücklich Bezug genommen wird.Further more detailed examples of Suitable LCP-containing polymers can be found in WO 02/24791 A2 to the expressly Reference is made.
Es können auch Mischungen von flüssigkristallinen Polymeren untereinander oder aber auch mit anderen nicht-flüssigkristallinen Polymeren verwendet werden.It can also mixtures of liquid crystalline ones Polymers with each other or with other non-liquid crystalline ones Polymers are used.
Die LCP-haltigen Polymeren können auch übliche Zusatzstoffe wie anorganische und organische Füllmaterialien und Stabilisatoren in allgemein üblichen Mengen enthalten (WO 02/24791 A2).The LCP-containing polymers can also usual Additives such as inorganic and organic fillers and stabilizers in common practice Contain quantities (WO 02/24791 A2).
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten LCP-haltigen Folien können beispielsweise als flexible Träger von Leiterbahnen oder auch als Barrierefolien verwendet werden.The by the method according to the invention LCP-containing films produced can be used, for example, as flexible carrier of conductor tracks or as barrier films.
Mit Hilfe des Pulvertrichters (P) wird das LCP-Pulver (L) gleichmäßig in den Spalt des beheizten Kalanders (K) eingefüllt. Das plastifizierte, gepresste und vorgeformte Material wird von den Glätt- und Strukturwalzen (W) zu einer Folie (F) mit der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit ausgewalzt.With the help of the powder funnel (P) the LCP powder (L) is heated evenly into the gap of the heated ten calender (K) filled. The plasticized, pressed and preformed material is rolled out by the smoothing and structure rollers (W) to a film (F) with the desired surface quality.
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