Biaxial verstreckte Nanokompositfolien

Herstellung biaxial verstreckter Folien

Durch das biaxiale Verstrecken können Polymerfolien im unteren Mikrometerbereich in großem industriellen Maßstab und mit hoher Wirtschaftlichkeit hergestellt werden. Durch den Verstreckprozess können die mechanischen, dielektrischen, optischen Eigenschaften und das Gaspermeationsverhalten entscheidend beeinflusst werden. Hierfür ist die erzeugte Mikrostruktur der Polymerfolie ausschlaggebend. Insbesondere bei teilkristallinen Polyolefinen wie LDPE und PP wird hier die typische Sphärolithstruktur in eine fibrillenartige Morphologie umgewandelt. Durch Zugabe geeigneter Füllstoffe können diese Eigenschaften weiter verbessert werden. Am LSP Erlangen steht neben der Möglichkeit zur Blasfolienherstellung die komplette Prozesskette zur Herstellung von bixial gereckten Flachfolien zur Verfügung.

Ausgehend von der Additivierung und Compoundierung ist zudem die Verarbeitung zum Castfilm über Doppelschneckenextruder und Breitschlitzdüse bis zur Verstreckung auf einem Karo IV Streckrahmen der Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG möglich. Für jeden dieser Prozessschritte stehen am LSP umfangreiche Analysemethoden zur Verfügung. So kann beispielsweise neben der Foliendicke auch die Folienrauigkeit mittels Laser-Scanning Mikroskopie oder Laserprofilometrie bestimmt werden. Die mechanischen Eigenschaften sind mittels Zugversuch, die dielektrischen Eigenschaften mittels Durchschlagsfestigkeitsmessung und Impedanzspektroskopie zugänglich. Zudem kann die Morphologie mittels Differenzkalorimetrie und Rasterelektronenmikroskopie sowie die prozessbedingte Degradation mittels (Hochtemperatur-) Gelpermeationschromatographie analysiert werden.

Nanokomposite als innovatives Dielektrikum für Folienkondensatoren

Biaxial verstrecktes Polypropylen ist aktuell wegen seiner niedrigen dielektirschen Verluste und hohen Durchschlagsfestigkeit einer der meistverwendeten polymeren Werkstoffe für Dielektrika in großtechnischen Folienkondensatoren. Die Durchschlagsfestigkeit konnte in den letzten Jahren durch die Entwicklung hoch isotaktischer Polypropylen Grades auf über 700 kV/mm gesteigert werden. Polymer Nanokomposite haben das Potential diese bei unverändert niedrigen Verlusten weiter zu steigern. Durch Wechselwirkung der Polymerketten mit der Nanopartikeloberfläche oder einer aufgebrachten Funktionalisierung ist die Polymermatrix in einem Bereich um die Nanopartikel herum gestört, eine sog. „Interphase“ wird erzeugt. Defektstellen in der elektronischen Struktur des Polymers am Übergang zwischen Interphase und Matrix können freie Ladungsträger einfangen und lokal fixieren. Dadurch können diese keine Energie mehr aus dem elektrischen Feld des Kondensators beziehen. Ein Ausfall des Kondensators durch elekektrischen Durchschlag wird somit bei gleicher Foliendicke erste bei höheren Spannungen ausgelöst.

Die industrielle Anwendung wird jedoch durch die starke Agglomerationsneigung und die schwierige Dispergierung von Nanopartikeln, sowie ihre nukleierende Wirkung und eine damit veränderte Mikrostruktur erschwert. Da am LSP die gesamte Prozesskette von der Compoundierung bis zur biaxialen Verstreckung vorhanden ist, werden hier aktuell in einem Förderprojekt mit Industriebeteiligung geeignete Polymer-Nanofüllstoff Kombinationen ermittelt und die Einflüsse der einzelnen Prozessschritt auf die endgültigen Folieneigenschaften  untersucht.