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Ultrason® E – Ein Hochtemperatur-Werkstoff für Hightech-Anwendungen |
Technische Kunststoffe: Die Entwicklung geht weiter
Ultrason® E – Ein Hochtemperatur-Werkstoff für Hightech-Anwendungen
Ausführungen von Dr. Christian Maletzko, Marketing Ultrason®
22. Juni 2004, Fachpressekonferenz zur K 2004 in Ludwigshafen
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In kaum einer Industrie sind die Produktzyklen kürzer und der Konkurrenzdruck größer als in der Informations- und Unterhaltungsindustrie. Innovationsgetriebene Industrien sind auf hochwertige und leistungsfähige Werkstoffe angewiesen. Einer dieser Hochleistungswerkstoffe ist das Polyethersulfon, das die BASF unter dem Markennamen Ultrason® E herstellt und vertreibt. Aufgrund der stetig steigenden Nachfrage erhöhte die BASF bereits 2002 die Produktionskapazität für ihre Ultrason-Produktreihe deutlich auf eine Größenordnung von 5.000 Jahrestonnen.
Grund für den steigenden Bedarf ist die Fähigkeit von Ultrason in Gebiete vorzudringen, die bislang ausschließlich Metall, Keramik oder Glas vorbehalten schienen. Ein zukunftsweisendes Beispiel für eine solche Substitution konventioneller Werkstoffe ist der Einsatz von Ultrason E als Substratfolie für Liquid-Crystal-Displays (LCDs). In dieser Anwendung wird die in herkömmlichen LCDs als Träger eingesetzte Glasplatte durch eine Ultrason E-Folie ersetzt (Bild 1).
Die Substitution ist mit hohen Anforderungen an den Polymerwerkstoff verbunden. Dazu zählen vor allem eine sehr hohe Glasübergangstemperatur von mindestens 220 Grad Celsius, hohe Transparenz, geringe innere Spannungen, um eine optische Doppelbrechung der Folie zu vermeiden und eine sehr hohe Reinheit und Homogenität des Polymers. Erst diese Homogenität macht es möglich, Folien mit einer Rauhigkeit von weniger als zehn Nanometern herzustellen (Bild 2).
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Dünner, leichter und flexibler
Die Vorteile eines solchen Display-Aufbaus sind erheblich (Bild 3). Eine Polymerfolie ist im Vergleich zu Glas nicht nur bruchfest und zäh, sondern auch 50 Prozent dünner und 30 Prozent leichter. Aufgrund ihrer mechanischen Widerstandsfähigkeit ist die Folie auch einfacher weiter zu verarbeiten und günstiger in der Herstellung. Darüber hinaus ermöglicht sie prinzipiell den Aufbau von flexiblen und rollbaren Displays.
Mit Ultrason E 2010 Q28 ist es gelungen, einen Werkstoff zu entwickeln, der die Anforderungen in weitem Umfang erfüllt. So weist er nicht nur eine Glasübergangstemperatur von 225 Grad Celsius auf, die nicht so sehr in der Endanwendung als vielmehr bei den verschiedenen Schritten der Display-Fertigung gebraucht wird. Zusätzlich zeichnet er sich durch eine sehr hohe Transparenz über den gesamten sichtbaren Spektralbereich aus (Bild 4).
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Breites Temperaturfenster
Der amorphe Charakter des Polyethersulfons, in Kombination mit geringer Eigenfarbe, ermöglicht aber nicht nur hohe Transparenz. Amorphe Werkstoffe sind ganz allgemein durch eine ausgesprochene Konstanz ihrer mechanischen Eigenschaften bis hin zum Glasübergang gekennzeichnet. Aufgrund der Steifigkeit seiner chemischen Bausteine gilt dies für Polyethersulfon in besonderem Maße. Die Dauergebrauchs-temperatur reicht von –50 bis +200 Grad Celsius. So liegt zum Beispiel der Wärmeausdehnungskoeffizient des Ultrason E 2010 Q28 auf einem sehr niedrigen Niveau und ist praktisch temperaturunabhängig.
Teilkristalline Werkstoffe weisen dagegen oftmals deutliche Temperaturabhängigkeiten und Sprünge auf, wenn innerhalb des Temperaturfensters Änderungen der Morphologie wie Glasübergänge oder Kristallisationen auftreten. Solche Phasenübergänge gehen oftmals mit Verzug des betroffenen Werkstücks einher. Das wäre im Falle eines Präzisionsteils wie der Substratfolie für Displays nicht akzeptabel (Bild 5).
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Hohe Reinheit verhindert Doppelbrechung
Neben der Dimensionsstabilität ist vor allem auch die Oberflächengüte der Substratfolien von großer Bedeutung. Die in einem speziellen Ex- trusionsprozess hergestellten Folien können die geforderte Rauhigkeit von weniger als zehn Nanometern nur erfüllen, wenn der verwendete Werkstoff besonders rein, das heißt, stippen- und partikelarm ist. Diese Anforderung kann die spezielle Ultrason E-Type erfüllen. Verarbeitungsversuche zeigen, dass der limitierende Faktor für die erreichbare Rest-Rauhigkeit nur noch die Beschaffenheit der für die Folienproduktion eingesetzten Kühlwalzen ist. Aufgrund der hohen Materialreinheit kann der Walzenanpressdruck so klein gewählt werden, dass keine Spannungen auf die Folie aufgeprägt werden und daher nur eine minimale Doppelbrechung beobachtet wird (Bild 6).
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Südkoreanischer Partner - Produktionsreife
Dem südkoreanischen BASF-Projektpartner und Hersteller der Substratfolien, i-Components Co. Ltd., ist inzwischen auch die Entwicklung spezieller Beschichtungssysteme gelungen, die den Folien die nötige Kratzfestigkeit sowie Wasser- und Sauerstoff-Undurch-lässigkeit verleiht (Bild 7). Die letzte Hürde für den Einsatz von Ultrason E als Werkstoff bei der flexiblen LCD-Herstellung ist damit genommen. Zurzeit arbeiten die Partner an einer weiteren Verbesserung der Permeationswerte, um mit den Folien auch den rasch wachsenden Markt der Organischen Licht-Emittierenden Dioden (OLED) erschließen zu können.
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