Man muß nicht alles wissen, nur, wo es steht

Fluorpolymer in Folienanwendungen

Fluorkunststoffe befinden sich auf dem Vormarsch. Das mag verwundern, denn die meisten Produkte gibt es bereits seit über 50 Jahren. Doch wegen ihres relativ hohen Preises wurden Sie früher trotz der Einbußen in der Performance durch günstigere Kunststoffe substituiert. Heute jedoch sind Eigenschaften wie Zuverlässigkeit und Lebensdauer wichtiger als „nur“ ein günstiger Preis.

Die meisten Fluorkunststoffe sind gegenüber anderen Thermoplasten (z.B. PVC, PA, PP, PE) deutlich chemikalienresistenter, widerstehen UV-Licht und Bewitterung, sind sehr gute elektrische Isolatoren (u.a. wegen geringer Wasseraufnahme <0,1%) und sind in einem weiteren Temperaturbereich einsetzbar. Dazu kommen je nach Typ weitere spezielle Eigenschaften, die den Fluorkunststoff für bestimmte Anwendungen prädestinieren. Die Dichte liegt bei etwa 1,7…1,78 gr/cm³, bei FEP und PTFE 2,12 g/cm³. Weiteres deutliches Unterscheidungsmerkmal ist die Weiterreißfestigkeit, vor allem von ETFE. 

Der mit Abstand größte Unterschied neben chemischer Resistenz und hoher Arbeitstemperaturen ist die extreme Alterungsbeständigkeit. Mechanische, optische und elektrische Eigenschaften verschlechtern sich selbst nach 20 Jahren Aussenbewitterung nicht wesentlich.
Etliche der Fluorpolymere (Thermoplasten, ausser PTFE) sind recyclefähig und damit mehrfach verwendbar.

Neben typischen Anwendungen in der Chemie (Resistenz gegen Chemikalien selbst bei aggressiven Substanzen und hohen Temerpaturen) zum Beispiel als Auskleidung von Rohren und Behältern werden Fluorpolymere als witterungsbeständige Beschichtungen verwendet (z.B. PVDF). Die Fluor-Thermoplaste können ähnlich wie z.B. Polyesterharze einbrennlackiert werden. Der geringe Reibwiderstand einiger Varianten prädestiniert sie als Gleitflächen oder als schmutzabweisende Oberfläche. PTFE und andere Fluorpolymere werden wegen ihrer großen chemischen Reinheit und geringen Interaktion (intert) in der Lebensmittelproduktion und Medizintechnik (u.a. gute Beständigkeit gegenüber Desinfektion) eingesetzt. Besonders ETFE, THV und PVF/PVDF finden Anwendung in der Solarindustrie als transparente Schutzfolie für Solarmodule sowie in der Architektur als flexible Foliendächer und ganze Gebäudehüllen (Tensionsbauten).
PTFE, FEP und PFA Folien können auch unter Flüssigstickstoff (z.B. Hochtemperatur-Supraleiter bei -196°C) eingesetzt werden. FEP ist dabei wegen der geringen Kaltflußneigung (im ungekühlten Zustand) besonders gut geeignet.

Da die allermeisten Fluorpolymere eine niedrige Dielektrizitätszahl (Epsilon r ~ 2) bei geringem Verlustfaktor tan delta haben, werden Sie insbesondere in der HF-Technik eingesetzt. Als Isolation von HF-Litzen (PTFE, ETFE, FEP) erreichen sie eine hervorragende Isolationsleistung über einen weiten Temperaturbereich bei nahezu frequenzunabhängigem Epsilon r.

U.a. die Firma Holscot, England bietet neben Fluorpolymerfolien auch Schläuche und Röhren an. FEP-Schläuche werden wegen ihrer UV-Durchlässigkeit z.B. zur Glasbruchsicherung von UV-Desinfektionslampen verwendet. Holscot bietet Fluorpolymere bis 1 mm Stärke an.

Diese kurze Übersicht beschreibt nur die jeweils wesentlichen Vorteile und beschränkt sich auf einige wenige technische Daten. Hersteller wie DuPont, 3M, Daikin, Maceplast, Nowofol und Solvay veröffentlichen in Ihren Datenblätter darüber hinaus gehende Daten.

PTFE (Polytetrafluorethylen)

Der Urvater aller industriell eingesetzten Fluorpolymere ist das Polytetrafluorethylen. Es zeichnet sich durch eine nahezu vollständige chemische Inertheit aus. Es reagiert mit nahezu keiner Chemikalie und wird daher gerne in der Chemiebranche als Dichtung und Auskleidung verwendet. Die hohe Schmelztemperatur erlaubt Anwendungen bis 250°C Dauertemperatur. PTFE hat zudem einen sehr geringen Reibungskoeffizienten, weswegen es als Gleitflächen, aber auch als abweisende Oberflächen (anti-adhäsive) eingesetzt wird.

PTFE ist mechanisch nicht allzu stark belastbar, das Material weist einen sogenannten Kaltfluss auf. Das bedeutet, dass PTFE auch bei Raumtemperatur unter Druck dazu neigt, diesem Druck auszuweichen (Kaltfluss). Auch ist PTFE selbst in geringen Wandstärken eher milchig, als gesintertes Material sogar nur weiß-transluzent. Die Schmelztemperatur liegt bei ca. 330°C.

PTFE kann sehr gut mit Füllstoffen auf unterschiedliche Eigenschaftsprofile getrimmt werden! Jedoch ist Polytetrafluorethylen nur schlecht mit den in der Kunststoffindustrie üblichen Methoden verarbeitbar.

Eigenschaften:

  • Chemisch extrem inert und beständig
  • Sehr gutes elektrisches Verhalten (cti=0, niedriges Epsilon r, Spannungsfestigkeit)
  • Gut geeignet für Hochfrequenzanwendungen (Dielektrizitätszahl 2,1 @ 1MHz)
  • Witterungsbeständig
  • Schwer entflammbar UL94 V0
  • Hochrein herstellbar (Lebensmittelindustrie, Medizintechnik)
  • Weiter Einsatzbereich von -200°C … 250°C Dauereinsatztemperatur (sehr gute kryogene Eigenschaften)


    Zwar nicht ganz so chemisch beständig wie PTFE, jedoch weitaus mechanisch stabiler ist der Werkstoff PEEK. Die Glasübergangstemperatur liegt bei 145°C (Thermoplast), die max. Einsatztemperatur über 200°C. PEEK ist extrem abriebfest und weicht unter Druck wesentlich weniger aus. PEEK wird sogar als Ersatz für z.B. Metallzahnräder eingesetzt. Es ist gegenüber sehr viele Säuren, Laugen, Kohlenwasserstoffe und Wasser beständg.


ETFE (Ethylentetrafluorethylen)

Ethylentetrafluorethylen ist extrem robust, lässt sich extrem dehnen und hat eine sehr geringe Weiterreißneigung (ähnlich z.B. PU). Darüber hinaus ist ETFE sehr chemikalienresistent und hat ebenfalls eine abweisende Oberfläche (Anti-Graffiti, schmutzabweisende Gebäudehüllen). Es kann in einem weiten Temeperaturbereich eingesetzt werden. Herausragende Eigenschaft ist die Durchlässigkeit für das gesamte Lichtspektrum bis hinein in das UV-Licht. Mit einer Lichtdurchlässigkeit von 92…94% liegt es an der Spitze der gängigen Fluorpolymere, ist extrem UV-beständig und thermoformbar bzw. thermoschweißbar. Die Schmelztemperatur liegt bei etwa 250°C.

ETFE wird auch gerne in MOF`s (Multilayer Optical Films) verwendet, bei denen man sich die Eigenschaften des Lichts zunutze macht, an Phasengrenzen optisch unterschiedlich dichter Materialien reflektiert zu werden. Auf diese Weise kann man z.B. IR-sperrende Folien ohne zusätzliche Pigmentierung herstellen.

Für hochtemperaturfeste thermische Folienschweißungen kann der Typ Fluon® LM-ETFE AH von AGC verwendet werden. Diese ETFE-Schweißfolie schmilzt 50°C unterhalb der üblichen ETFE-Folie und eignet sich dadurch excellent für eine prozesssicherere Verschweißung (z.B. Kederleisten, überlappende Verklebung von ETFE Folie).

ETFE-Folien gibt es von Nowofol, AGC, Maceplast, Holscot u.a.

Eigenschaften:

  • Sehr gute Transparenz (> 92)
  • Extrem alterungsbeständig
  • Extrem dehnbar, sehr geringe Einreiß- und Weiterreißneigung
  • Chemische gut Beständigkeit
  • Schwer entflammbar
  • Sehr UV- und witterungsstabil (Aussenanwendungen)
  • Thermoplastische Verarbeitung möglich
  • Hohe Dielektrische Konstante: ≤ 8,5 (1 MHz)
  • Dauereinsatz von -185°C … 150°C


ECTFE (Ethylenchlortrifluorethylen)

Teilkristallines Fluorpolymer mit sehr guter Transparenz, sehr guter Barriereeigenschaften (geringste Wasserdampf-Permeation) und ausgezeichneter Wetterbeständigkeit. Wie alle Fluorpolymer auch gut chemisch beständig. Wird auch als Alternative zu ETFE verwendet. ECTFE liegt von der Performance überwiegend etwas unter PVDF. Geringere Entzündbarkeit wie ETFE (LOI >52% statt ETFE LOI >32%). Produktname z.B. Halar von Solvay Plastics oder TEFKA von Denko und Aclar von Honeywell.

Eigenschaften:

  • Hohe Transparent und Klarheit (>94%)
  • Dielektrische Konstante: 2,5 (1 MHz)
  • Gut chemisch beständig
  • Hervorragende Bewitterungsbeständigkeit und UV-Resistenz
  • Dauereinsatz von -75°C … 150°C
  • Sehr gute Wasserdampfsperre (200µm, 100% RH: 0,05 gr/m² d; 50µm, 90% RH: 1,6 gr/m² d)
    Alternative: PCTFE: 150µm, 100% RH: 0,03 gr/m² d; 50µm, 100% RH: 0,1 gr/² d)


PVDF (Polyvinylidenfluorid)

Dieses Fluorpolymer vereinigt einige außergewöhnliche Eigenschaften in sich. Es ist nicht ganz so temperaturbeständig wie PTFE, hat dafür jedoch eine sehr viel geringere Kriechneigung (Kaltfluss). Es ist ähnlich chemisch beständig, kann jedoch wegen der geringen Schmelztemperatur (177°C) relativ einfach schmelztechnisch verarbeitet werden. Auch PVDF ist sehr gut beständig gegenüber energiereicher Strahlung, UV-Licht und Bewitterung (Beschichtung von Blechen für Gebäudeverkleidung) sowie Hydrolysebelastung.

PVDF wird als Schweißband für PTFE verwendet (Schmelzkleber). Es kann als Ersatz für PVF (Tedlar®) eingesetzt werden, z.B. auch als Deckfolie von Kunststoff-Fensterprofilen oder in der Solarindustrie. Wegen der hohen Polarität weniger gut geeignet für Hochfrequenzanwendungen. Produktname z.B. Kynar® von Arkema oder Novoflon® von Nowofol sowie Guarniflon von Maceplast und PVDF-Folien von Holscot.

Eigenschaften:

  • Gute elektrische Eigenschaften
  • Transparent erhältlich, Antihaftoberfläche
  • Gute mechanische Festigkeit
  • Sehr gute Antihaft-Eigenschaften (Oberflächenspannung)
  • Sehr niedriger Reibungskoeffizient
  • Gut thermoplastisch schmelzbar und verarbeitbar (z.B. Kabelisolation)
  • Sehr gute Biegewechselfestigkeit
  • Hervorragende Bewitterungsbeständigkeit und UV-Resistenz
  • Schwer entflammbar und selbstverlöschend
  • Geringe Rauchentwicklung im Brandfall
  • Gute Barriereeigenschaften gegenüber Gasen
  • Hohe Dielektrische Konstante: ≤ 8,5 (1 MHz)
  • Geringe Wärmeleitung von nur 0,11 W/m*K
  • Temperatureinsatz von -60°C … 150°C


FEP (Fluorethylenpropylen)

FEP ist ein transparentes (abhängig vom Kristallisationsgrad) Fluorpolymer mit ähnlichen Eigenschaften wie PTFE. Es hat jedoch eine niedrigere Schmelztemperatur von ca. 270°C und ist thermoplastisch verarbeitbar. FEP hat eine sehr gute Chemikalienbeständigkeit auch bei erhöhten Temperaturen (vergleichbar PTFE). Festigkeit und Steifigkeit ist jedoch geringer wie bei PTFE. Wie bei nahezu allen Fluorpolymeren hat FEP sehr gute elektrische Eigenschaften und eine hohe Schmelztemperatur von 270°C. FEP wird auch als Schweißfolie für PTFE verwendet oder als thermoplastischer Kleber in elektrotechnischen Anwendungen.

Eigenschaften:

  • Transparent erhältlich
  • Extrem niedriger Brechungsindex (niedrigster aller Fluorpolymere)
  • Chemisch inert und beständig
  • Sehr geringe Wasseraufnahme
  • Gut thermoplastisch verarbeitbar und weiche, flexible Folie
  • Gute Beständigkeit gegen Kaltfluß (Ausweichen unter Druck)
  • Sehr niedriger Reibungskoeffizient und Oberflächenspannung
  • Gute Flammfestigkeit, UL94 V0
  • Dielektrische Konstante: ≤ 2,15 (1 MHz) 
  • Dauergebrauch von -200°C … 205°C (sehr gute kryogene Eigenschaften)


PFA (Perfluoralkoxy)

Mechanisch vergleichbar PTFE, stellenweise (Kaltfluss) überlegen. Bei vergleichbarer chemischen Inertheit (chemische Beständigkeit) und geringem Reibungskoeffizienten ist die Folie etwas weicher wie PTFE. Da Perfluoralkoxy klarer ist wie PTFE, dennoch eine hohe Schmelztemperatur von 305°C hat, wird PFA da eigesetzt, wo hohe chemische Resistenz und gute Transparenz benötigt werden. Im Gegensatz zu PTFE gut thermoplastisch verarbeitbar. Produktnamen zum Beispiel Teflon® PFA von DuPont oder Hostaflon® PFA von 3M..

Eigenschaften:

  • Niedriger Reibungskoeffizient, Antihafteigenschaften
  • Niedrige Dielektrizitätszahl (2,1 @ 1 MHz)
  • Transparent, alterungsbeständig
  • Kann thermoplastisch verarbeitet werden
  • Gute Flammfestigkeit, UL94 V0
  • Gute elektrische Eigenschaften
  • Gute Barriereeigenschaften, geringe Permeation von Gasen und Flüssigkeiten
  • Weiter Dauergebrauchsbereich von -200°C … 225°C (sehr gute kryogene Eigenschaften)


THV (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid)

THV hat eine gute Transparenz, ist sehr biegewechselfest und dabei mechanisch stabil. Durch seine geringe Schmelztemperatur kann THV zur Herstellung mehrlagiger Verbünde eingesetzt werden (z.B. Versiegelung von Gewebelaminaten).

Eigenschaften:

  • Sehr gute Transparenz
  • Relativ hohe Dielektrizitätszahl (4,2 @ 1 MHz)
  • Alterungsbeständig
  • Gute chemische Beständigkeit, löslich in FCKW
  • Witterungsgeständig und UV-stabil
  • Selbstreinigende Oberfläche
  • Ausgezeichnete Biegewechselfestigkeit
  • Flexibelster aller Fluorpolymere
  • Dauergebrauchsbereich von -35°C … 120°C


PVF (Polyvinylfluorid)

Witterungsbeständige, diffusionsdichte und elastische Folie mit geringem spezifischen Gewicht von 1,37 gr/cm³. Die Dauergebrauchstemperatur liegt bei -70°C ... 110°C. PVF Folien werden als Trennfolie und als Oberflächenschutzfolie eingesetzt (Formenbau, Baugewerbe, Photovoltaik). Die Folien haben eine gut schmutz-abweisende Oberfläche. Durch den Ersatz des Chlors in der Polymermatrix durch Fluor ist das Material dem PVC überlegen.

Eigenschaften

  • Gute Transparenz
  • Schmutzabweisend
  • Chemisch gut beständig
  • UV- und witterungsbeständig
  • Gegenüber PVC höhere kurzfristige maximale Temperatur (200°C)


UHMW-PE (Ultra high molecular weigth Polyetyhlen)

Kein Fluorpolymer, jedoch in vielen Eigenschaften dem PTFE ähnlich. UHMW-PE ist extrem reibungsarm, schmutzabweisend, bietet eine gute Gleitoberfläche, ist abriebfest und chemisch sehr beständig. Hochmolekulare Polyethylene werden z.B. als Gleitringe anstelle von Kugellagern verwendet. Sie dichten hervorragend ab.

  • sehr geringe Wasseraufnahme (ähnlich Fluorpolymere)
  • hohe Schlagfestigkeit bis -200°C
  • gute Gleiteigenschaften (ähnlich PTFE)
  • Antiadhäsives Verhalten
  • sehr gute chemische Beständigkeit (jedoch schlechter wie PTFE)
  • Extrem gute Verschleißfestigkeit 
  • Sehr gute lektrische Isolationswerte (cti)
  • Einsatz in der Lebensmittelindustrie möglich
  • Dauereinsatz bis ca. +100°C

PPS (Polyphenylensulfid)

Ausgezeichnet chemikalienfester, mechanisch hoch belastbarer Hochtemperatur-Kunststoff mit sehr geringer Kriechneigung. Einsetzbar bis über 200°C. Gute elektrische Werte, geringe Wasseraufnahme (0,01%), sehr hohe Hydrolysebeständigkeit, Thermoplast, bedingt UV-stabil (nicht für Freibewitterung geeignet), gute Wärmeleitfähigkeit (0,25 W/mK)

  • gute Wärmeformbeständigkeit
  • beständig gegen energiereiche Strahlung
  • chemisch gut beständig
  • hohe Festigkeit und Steufigkeit
  • hohe Kriechfestigkeit
  • Geringe Wasseraufnahme, sehr gut hydrolysebeständig
  • gutes Frequenzverhalten des Verlustfaktors



Übersicht

Eigenschaften von einigen typ. Polymeren

PTFE

ETFE

ECTFE

PVDF

THV

FEP

PFA

PVC

HDPE

PP

PAI

UHMWE-PE

PPS

PEN

PI

PEEK
​​​​​

Dichte

2,12

~1,73

1,68

1,78

~2,1

2,15

2,15

1,42

0,95

0,91

1,41


1,36

1,36

1,46

1,32

Max. Dauertemperatur °C (Wärmeklasse)

260

155

150

150

130

200

250

(60)

85

100

250

80

230 (155)

180 (155)

300 (220)

240 (180)

Min Gebrauchstemperatur °C

-200

-190

-80

-40

-

-200

-200

-15

-50

-15

-200

-200



-270

-50

Schmelzpunkt °C

~330

250

255

175

-

~260

305

160

130

165


135

281

280

-

343

Brandklasse (UL 94)

V-0

V-0

V-0

V-0

V-0

V-0

V-0

(V-0)

V-2

V-2



V0

V-2

V0

V0(1)

Zugfestigkeit MPa

20-40

40-46


30-50

25-30

25-30

15-25

45-55

24-29

33



100

280


120

Reißdehnung %

140-500

300-500


20-200

300-500

300-350

300-400

20-30

100-1000

20-800



4




E-Modul (MPa)



900-1100


2200-2500

200-300

400-700

400-800

-

-

-



3300




CTI (IEC 60112)


>600 (0)

>600 (0)

>600 (0)

>600 (0)

>600 (0)

>600 (0)

>600 (0)



>600 (0)


>600

>600 wenn mod.

<600

<175

<175

Dieletrizitätszahl@10MHz


<2,1

<2,6

2,5 @ 1kHz

8,5

>4,2

<2,1

<2,1

3,0

2,3


3,9

3,0

(4,6)

2,9

3,3

3,5

Verlustfaktor tan delta @ 1MHz


0,0002

0,005


0,020


0,0007

0,0002




0,031

0,001

(0,001)

0,005

0,004

0,002

Wasserabsorbtion (meist bei 25°C/50% RH


<0,01

<0,03

<0,02

<0,04


<0,01

<0,01






<0,05

0,3

<2,8

0,04

WVTR @ 50 µm gr/m² d (Wasserdampfdurchlässigkeit)




1,6 (PCTFE 0,1)














Großhandelspreis
(PTFE =1)


1

3,5



6,4

2,5

7,7








10

12


Anmerkung zu der Liste: Die Eigenschaften einiger Polymere lassen sich in weiten Bereichen einstellen. Daher sind die Angaben eher als Tendenz