Verfahren zur Herstellung eines polymerisierten Kunststoffbandes unter Bildung eines polymerisierten Belages auf einem Unterlagsstreifen und nach dem Verfahren hergestelltes
Kunststoffband
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines polymerisierten Kunststoffbandes unter Bildung eines polymerisierten Belages auf einem Unterlagsstreifen, dadurch gekennzeichnet, dass dieser letztere kontinuierlich längs einer Bahn vorgeschoben wird, die sich längs eines evakuierten Reaktionszwi- schenraumes erstreckt, in den gasförmiger Ausgangsstoff eingeführt wird,
und dass innerhalb diesem zwischen der dem Reaktionszwischenraum zugewendeten Seite des Unterlagsstreifens und einer zweiten Fläche eine Gasglimmentladung aufrechterhalten wird zur Bildung eines festen Belages von polymerisiertem Material aus dem gasförmigen Ausgangsstoff auf dem Unterlagsstreifen, wobei die dem Reaktionszwischenraum und der zweiten Fläche zugewendete Fläche des Unterlagsstreifens gegen diese zweite Fläche hin konvex gekrümmt ist.
Gegenstand des Patentes ist auch ein nach diesem Verfahren erhaltenes polymerisiertes Kunststoffband.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer nicht zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Einrichtung, die aber durch Abänderung gewisser Teile brauchbar gemacht werden kann.
Fig. 2 ist ein schematisierter Aufriss eines Unter lagsstreifen-Vorschubmechanismus, der bei Verwendung in einer Einrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ermöglicht.
Fig. 3 ist ein Diagramm der Beschichtungsvertei lung in Abhängigkeit von Drücken bei einer Elektrodenausbildung gemäss Fig. 3A.
Fig. 4, 5 und 6 zeigen den Charakter der Glimmentladung bei verschiedenen Drücken, die in Fig. 3 angeführt sind.
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Unterlagsstreifen-Vorschubmechanismus.
Fig. 8 ist ein schematischer Aufriss einer Einrichtung, in welcher der Belag unter Anwendung von zwei aufeinanderfolgenden Glimmentladungen gebildet wird, und
Fig. 9 ist ein schematischer Aufriss einer Einrichtung, die dazu dient, auf einem Paar von Unterlagsstreifen Beläge zu bilden und diese nachher von den Unterlagsstreifen abzulösen.
Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung eignet sich zur Bildung eines polymerisierten Belages auf biegsamen Unterlagsstreifen, ist aber so ausgebildet, dass letztere im Bereich sich der Gasglimmentladung längs Bahnen bewegen, die zueinander parallel sind, anstatt gemäss vorliegender Erfindung gekrümmt zu sein.
Diese Einrichtung weist einen im Schnitt rechteckigen Behälter 6 auf, der den Träger 4 des Unterlagentransportmechanismus umgibt, Seitenwände 301 und 302, eine Oberwand 303, eine Basisplatte 2, eine Rückwand 304 und eine in der Zeichnungsebene gelegene, wegnehmbare Stirnwand 305 hat. Eine Dichtung dichtet die Fuge zwischen der wegnehmbaren Stirnwand und den flachen Frontseiten von 301, 302, 303 und 2 hermetisch ab, so dass der ganze Behälter auf Unterdruck gehalten werden kann. Anschlussstutzen 12 und 14 in den Seitenwänden 301 und 302 stehen mit einer Auslassleitung 16 bzw. einer Leitung 18 zur Einführung des Ausgangsstoffes in Verbindung.
Die Auslassleitung 16 steht über ein Absperrorgan 20 mit einer \'akuumpumpe 22 in Verbindung und die Einführungsleitung 18 ist über ein Steuerabsperrorgan 24 mit dem Behälter 26 des Ausgangsstoffes verbunden. Die Absperrorgane 20 und 24 können als Nadelventile ausgebildet sein, welche eine stetige Veränderung der Durchflussmenge zulassen. Der Vorratsbehälter 26 enthält die gasförmige polymerisierbare Substanz und kann mit Heiz- oder Kühlmitteln versehen sein zur Ermöglichung einer Regulierung des Dampfdruckes dieser Substanz. Der Stutzen 310 ist mit einem Manometer 19 verbunden, der den Druck innerhalb des Behältrs anzeigt.
Die eiektrische Energie für die Polymerisationsentladung wird in den evakuierten Behälter eingeführt über Anschlussklemmen 28 und 30, die bei ihrem Durchtritt durch die Seitenwand 301 durch Isolationsscheiben 32 und 34 hermetisch abgedichtet sind. Die äussere Energiequelle 36 ist mit den Klemmen 28 und 30 durch einen Widerstand 37 und ein Amperemeter 39 mittels Leiter 38 und 40 verbunden. Zwischen den Klemmen 28 und 30 ist ein Voltmeter 3 angeordnet zur Ermöglichung der Steuerung der Spannung, die zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung erforderlich ist. Innerhalb des Behälters 6 wird die Energie zur Entladung wurde Verbindungsleiter 43 und 44 geführt.
Wie leicht einzusehen ist, kann eine grosse Vielfalt von elektrischen Verbindungsarten angewendet werden, je nach Ausbildung des Transportmechanismus und der Beschaffenheit der Unterlagen, auf welche Schichten aufzupolymerisieren sind.
Der Träger 4 kann zweckmässig aus elektrisch isolierendem Material bestehen zur Erleichterung der Isolierung der verschiedenen Teile des Transportmechanismus. Der Transportmechanismus hat einen oberen und einen unteren Transportabschnitt, in jedem von welchen eine längliche flexible Unterlage durch die aktive Entladungsröhre hindurchbewegt wird. Die Unterlagen können z. B. aus Metallbändern bestehen oder anstatt dessen aus einem Kunststoffband, das eine exponierte elektrisch leitende Oberfläche hat; es kann sich aber anstatt dessen um ein nichtleitendes Material handeln. Die Unterlagebänder werden von Vorratsspulen 52 bzw. 54 abgewickelt und verlaufen dann über die einander gegen überliegenden Flächen 68 und 60 hinweg zu einer Aufnahmespule 70 bzw. 72.
Im Betrieb der Einrichtung wird die Polymerisa- tionsentladung gewöhnlich in der Region gebildet, in welcher der Spalt zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Unterlagebänder am kleinsten ist.
Tn der Einrichtung gemäss Fig. 1 sind die Unterlage-' bänder bei ihrem Durchgang durch diese Entladungs- zone in ebenen, parallelen Bewegungsbahnen gelegen, deren Abstand gleichmässig ist. Der minimale Abstand ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung, solange der Abstand einen kleineren Wert hat als jener, bei welchem anstatt Oberflächenpolymerisation eine unerwünschte Volumenpolymerisation stattfindet. Abstände in der Grössenordnung von 1,0 cm haben sich als zufriedenstellend erwiesen.
Handelt es sich um die Bildung von Polymerisatschichten auf Unterlagen, welche in irgendeiner Weise durch Hitzeeinwirkung beschädigt werden können, und auch dann, wenn die Schichten selber durch Hitzeeinwirkung beschädigt werden können, so kann der Betrieb der Einrichtung nach Fig. 1 verbessert werden durch Kühlmittelzufuhren zu jeder der Elektroden 58 und 60 über Anschlüsse 59, die mit in den Elektroden untergebrachten Kühlschlangen verbunden sind. Auf diese Art und Weise können durch übliche Mittel Kühlmittel zugeführt und wieder weggeführt werden und dadurch die Temperatur der Unterlagen herabgesetzt werden durch Berührung mit den Elektrodenoberflächen beim Durchgang durch die Entladungszone.
Die Kühlmittelleitungen können elektrisch von der Masse abisoliert werden durch Verwendung von Gummileitungen zur Vermeidung von Kurzschlüssen bei der Zuleitung der benötigten Energie.
Im Spalt zwischen den Oberflächen der Unterlagen 66 und 68 wird eine Polymerisationsgasentladung hervorgerufen durch Anlegen einer Potentialdifferenz in der Grössenordnung von 300 bis 400 Volt oder mehr, je nach der gasförmigen polymerisierbaren Substanz, dem Betriebsdruck, dem Abstand der Flächen in der Schichtbildungsentladungszone und der gewünschten Entladungsstromdichte. Zur Vervollständigung der Verbindungen zwischen den Oberflächen der Elektroden 58 und 60 und der Energiequelle 36 sind Anschlüsse 88 und 90 mit Anschlussleitern 42 bzw. 44 vorgesehen.
Werden leitende Unterlagen 66 und 68 behandelt, so erfolgt die Energiezufuhr durch direkte Berührung mit den Elektroden 58 und 60. Werden hingegen Unterlagebänder 66 und 68 behandelt, die nichtleitend sind, so geschieht die Energiezufuhr zur Fläche durch kapazitive Kupplung von den Elektroden 58 und 60 her.
Für Fachleute ist es nahelielgend, dass auch andere Kontakte, wie z. B. Rollkontakte, anstelle der Elektroden 58 und 60 verwendet werden können, wenn die Unterlagebänder 66 und 68 eine leitende Oberfläche haben.
In einem typischen Beispiel, bei welchem dielektri- sche Schichten aus Perfluorkohlenstoff auf einem Paar von etwa 0,005 mm dicken Aluminiumbändern aufgebracht wurden, hat man diese Auflagebänder von den Vorratsspulen 52 und 54 über die Elektroden 58 und 60 hinweg zu den Aufnahmespulen 70, 72 geführt.
Danach hat man die wegnehmbare Wand 305 in Wirklage gebracht und die Vakuumpumpe 22 in Betrieb gesetzt, um das Behälterinnere durch das geöffnete Absperrorgan 20 hindurch zu evakuieren. Nach Erreichen eines zufriedensteilenden Vakuums hat man das Absperrorgan 24 geöffnet und dadurch eine Mischung von monomeren Fluoräthylenen aus dem Rohmaterialbehälter 26 in die Behandlungskammer 1 eingelassen. Durch Einstellen der Absperrorgane 20 und 24 kann eine kontinuierliche Zufuhr von polymerisierbarer Substanz unter Aufrechterhalten eines geeigneten Druckwertes in der Behandlungskammer erreicht werden. Wenn etwa ein Minimalabstand von 1 cm zwischen den Oberflächen der Unterlagebänder besteht, kann so ein Druck von etwa 0,7 bis 0,9 mm Quecksilberhöhe aufrechterhalten werden, welcher Druckwert ungefähr dem Paschen Minimum entspricht.
Ein zusätzlicher Steuerfaktor kann in Wirkung gebracht werden, wenn beispielsweise der gasförmige polymerisierbare Fluorkohlenstoff durch Pyrolyse eines Polymers im Vorratsbehälter 26 abgeleitet wird, da in diesem Fall die Geschwindigkeit der Pyrolyse und somit der Druck im Behälter 26 durch Steuerung der zugeführten Wärme gesteuert werden kann.
Die Polymerisierspannung wird sodann den Unterlagebändern 66 und 68 durch die vorerwähnten elektrischen Verbindungen zugeführt und die zur Aufrechterhaltung der Glimmentladung erforderliche Potentialdifferenz zwischen den Unterlageflächen hergestellt. Nun wird der Vorschubmechanismus in Tätigkeit gesetzt, um die beiden Unterlagebänder im gleichen Sinne vorzuschieben.
Die schlussendliche Dicke der auf beiden Unterlagebändern abgelagerten Schichten kann gesteuert werden durch Veränderung des Druckes der gasförmigen polymerisierbaren Substanz innerhalb des angegebenen Bereiches, durch Einstellen der an die Unterlagebandober- flächen angelegten Spannung in der Weise, dass der in der Entladung fliessende Strom unabhängig gesteuert wird, und durch Verändern der Bewegungsgeschwindigkeit der Unterlagebänder durch die Entladungszone. Wie schon erwähnt, sind die Stromdichte und die Vorlaufgeschwindigkeit begrenzt durch das Auftreten von Funken an der Unterlageoberfläche. In gewissen Fällen wird eine minimale Funkenbildung erreicht durch einen Betrieb mit einem Druck des Monomers, der geringfügig unter dem Paschen-Minimum liegt, wogegen in anderen Fällen der Druck über dem Paschen-Minimum liegen sollte.
Bei im wesentlichen parallelen Laufbahnen der Unterlagebänder gemäss Fig. 1 wird der Druck eingestellt, um die Funkenbildung nach Möglichkeit zu verringern.
Fig. 2 veranschaulicht eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. In dieser Einrichtung leiten Elektroden mit gekrümmter Oberfläche zwei Unterlagestreifen durch die Glimmentladungszone so, dass diese Streifen gekrümmten Bahnen folgen.
Flexible Unterlagsstreifen 98 und 100 werden von Vorratsspulen 102 bzw. 104 abgenommen und auf Aufnahmespulen 106 bzw. 108 aufgewickelt. Zwischen der Abnahme- und der Aufnahmestelle läuft jedes der Unterlagebänder über eine zugehörige zentrale Rolle 110 bzw. 112 in der Weise, dass die zu beschichtenden Flächen einander im Entladungsspalt gegenüberliegen.
Die kleinste Spaltweite zwischen den Oberflächen beträgt vorzugsweise etwa 6 mm. Die Rolletachsen werden zueinander parallel gehalten mittels nicht dargestellten Spindeln, die in der Rückwand 114 gelagert sind, so dass in der Entladungszone die Bänder im Querschnitt zueinander parallel sind.
Zur Vermeidung des Anlegens einer unerwünschten Spannung an die Unterlagebänder während deren Behandlung ist es vorteilhaft, besonders wenn es sich um Unterlagebänder handelt, die streckempfindlich sind, nicht nur die Aufnahmespulen 106 und 108, sondern auch die Rollen 110 und 112 anzutreiben. Da die Winkelgeschwindigkeiten der Vorrats- und Aufnahmespulen zu jedem Zeitpunkt von der Menge des darauf aufgewickelten Bandes abhängen, wird man vorzugsweise die Rollen 110 und 112 mit konstanter Geschwindigkeit antreiben und mittels Variatoren die Umfangsgeschwindigkeit der Wickel an der Abnahmestelle und der Aufnahmestelle in bekannter Art und Weise konstant halten.
Kühlmittel wird in die Nähe der Mantelflächen der Rollen 110 und 112 gebracht mittels Leitungen 111, 113, welche das Kühlmittel beispielsweise durch eine zentrale Bohrung der Rollenachszapfen zuführen und dann durch die Rückwand 114 auch wieder abführen. Die elektrischen Verbindungen zur Zuführung des elektrischen Potentials an die exponierten Unterlagebänderoberflächen in der Entladungszone über die Metallrollen 110 weisen Zuleitungsdrähte 103 und 105 auf, die an den Kühlmittelzufuhrleitungen 111 bzw.
113 angebracht sind. Viele verschiedene Arten von Unterlagen können mit dieser Einrichtung behandelt werden, unter anderem solche, deren elektrische Leitfähigkeit gering ist (Isolatoren), solche mit mittelmässiger und auch solche mit hoher Leitfähigkeit. Wenn ein isolierendes Kunststoffband oder ein isolierendes Kunststofflageband mit stromleitendem Belag behandelt wird, so kann die zur Aufrechterhaltung der Entladung er forderliche Spannung zwischen den ! exponierten Flächen erhalten werden mittels einer hochfrequenten Wechselspannung zwischen den Rollen 110 und 112, mit kapazitiver Kupplung durch die Kunststoffbänder zu den exponierten dielektrischen Oberflächen.
In Fig. 3 ist ein Diagramm, welches den mit der Ausführung nach Fig. 2 gewonnenen Vorteil zeigt, der sich aus der Fähigkeit ergibt, mit höheren stabilen Strömen zu arbeiten als Ausführungen, bei denen planparallele Elektrodensysteme verwendet werden. Vorausgesetzt ist eine Elektrodenanordnung nach Fig. 3A mit zwei halbzylindrischen, mit ihren konvexen Oberflächen einander gegenüberliegenden Elektroden mit einem Krümmungsradius r von etwa 75 mm und einer kleinsten Spaltweite von etwa 6,1 mm. Die Aussenoberfläche dieser Elektroden trägt ein Kunststoffunterlageband mit einer exponierten leitenden Oberfläche. Der Kunststoff des Bandes besteht aus dem Markenprodukt Mylar (Polyäthylenterephthalat) mit einer Dicke von etwa 0,0063 mm, und die eine Oberfläche hat einen aufgedampften Aluminiumbelag.
In Fig. 3 ist in der Ordinate die Dicke (in 25,4/1000 mm) der erhaltenen Polymerbeschichtung und in der Abszisse die von der Stelle geringster Spaltweite ausgehend gemessene Länge 1 der Bänder aufgetragen, wobei eine Längeneinheit gleich 25,4 mm (1 Zoll ist. Die polymerisierbare Substanz besteht aus einer monomeren Mischung, die erhalten wurde durch Pyrolyse von Polytetrafluoräthylen.
Es wurden Versuche bei drei verschiedenen Drücken ausgeführt: der erste betrug zwischen 2,8 und 3 mm Hg, der zweite zwischen 0,8 und 0,9 mm Hg und der dritte zwischen 0,25 und 0,3 mm Hg. Diese Werte wurden so ausgewählt, dass sie über, bei bzw. unter dem Paschen-Minimum für die gewählte Elektroden- spaltweite und das gewählte Gas lagern, also dem Druck, bei welchem die zur Aufrechterhaltung der Entladung erforderliche Spannung ihren Minimalwert erreicht.
Die halbzylindrischen Stützelektroden wurden mit Spannungen gespiesen von etwa 350, 300 bzw. 310 V bei einer Frequenz von 200 kHz. Bei Strömen von 85 ma, 50 ma und 20 ma für diese drei Drücke wurden Schichten mit der gezeigten Schichtverteilung während Betriebszeiten von 0,75 Minuten, 4 Minuten bzw.
8 Minuten erhalten. Die Eignung der drei Betriebsdrücke kann beurteilt werden durch die Ablagerungswirksamkeitsziffern von 0,65, 0,3 und 0,2 für die Versuche mit hohem, mittlerem bzw. niedrigem Druck, welche Ziffern ermittelt wurden als Quotient des abgelagerten Volumens (in Mikrozoll für konstante Bandweite) durch die zugeführte elektrische Ladung. Letztere wurde errechnet als Produkt aus dem Speisestrom in Milliampere und der Zeit in Minuten. Diese Werte sind gültig für das gezeigte geschlossene System ohne Durchfluss von Monomersubstanz, wobei die bedeutungsvolle Erkenntnis in der Verteilung der Ablagerungen über den Elektroden bei verschiedenen Drücken besteht.
Die während diesen Versuchen erhaltenen Schichten hatten alle spezifische Widerstände, die ihre Eignung für dielektrische Schichten in Kondensatoren zeigen, wobei der spezifische Widerstand der Schicht, die beim Versuch mit der höchsten Stromdichte erhalten wurde, etwa 1017 Ohm-Zentimeter betrug.
Die Glimmentladung zwischen dem Elektroden hatte während diesen Versuchen den in den Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichten Charakter. Für die Darstellung wurden nicht die wahren Proportionen innegehalten. Beim Versuch gemäss Fig. 5, bei welchem der Betriebsdruck sehr nahe beim Paschen-Minimum lag, stellt man zwei Bänder von sichtbarem Glimmen längs der Unterlageoberflächen fest, welche sich in der Region der klein sten Elektrodenspaltweite überlappten und die Form eines X oder von zwei Rücken an Rücken liegenden und sich berührenden Halbmonden hatten. Bei der Anwendung einer grösseren Spaltweite zwischen den Elektroden treffen die Glimmregionen in der Mitte nicht zusammen; sie erscheinen dann als zwei Halbmonde, die Rücken an Rücken, aber voneinander getrennt liegen.
Fig. 6 gilt für einen Druck, der unter dem Paschen Minimum liegt und zeigt den dunklen Raum, der vorkommt, wenn Teile der Elektrodenoberflächen voneinander in einem Abstand liegen, der kleiner ist als die wirksame mittlere freie Weglänge, die erforderlich ist zur Aufrechterhaltung einer ionisierten leitenden Bahn und in dem die Entladung und die grundsätzliche Ablagerung der Schicht somit an Stellen auftritt, bei denen die Elektroden weiter voneinander entfernt sind.
Die Ablagerung etwaigen Materials in der zentralen dunklen Region (Fig. 3) ist offensichtlich auf Diffusion von der aktiven Entladungsregion aus zurückzuführen.
Es sei also nochmals darauf hingewiesen, dass, wenn eine weitere Elektrodenspaltweite zur Anwendung gelangt, die Glimmregionen nicht an einen Scheitel zusammenkommen zur Bildung eines V-ähnlichen Gebildes, sondern an der Stelle grösster Annäherung voneinander getrennt bleiben. Fig. 4 zeigt die eher lokale Ent ladungsform, die auftritt bei einem Druck, der etwas überhalb dem Minimum der Paschen-Kurve liegt. Hier war die Entladung eher eng und auf die Region der geringsten Spaltweite beschränkt. Mit planparallelen Elektroden, die in gleichmässigem Abstand voneinander angeordnet sind, konnte keine stabile Entladung bei diesem hohen Druck aufrechterhalten werden infolge Kontraktion der Entladung auf einen engen Kanal, der sich unregelmässig über die ganze Fläche bewegte.
Mit der ungleichmässigen Elektrodenseparation hingegen sucht die Hochdruckentladung die Stelle mit geringster Elektrodentrennung auf und bleibt in der Längsrichtung der Bewegung feststehen, wobei eine stabile Entladung hoher Wirksamkeit stattfindet. Eine Erhöhung der Spannung hatte die Wirkung, die wirksame Entladung geringfügig auf Regionen von grösserer Elektrodentrennweite auszudehnen. Die wirksamsten Faktoren bei der Steuerung der Glinnnentladungsverteilung waren bei allen Fällen der Druck und der sich geometrisch verändernde Abstand der Oberflächen.
Bei Anwendung von Drücken, die höher als die oben diskutierten waren, bei der Einrichtung nach Fig. 2, wurde die Weite der Entladung geringer als erforderlich wäre, zur gleichzeitigen Bedeckung der 25 mm Breite der verwendeten Unterlagebänder. Jedoch glättet sich der Schichtaufbau unter diesen Umständen aus wegen dem Verhalten der Entladung, die bevorzugt solche Regionen der entladungstragenden Fläche aufsucht, welche dem Fluss von gasentladungsleitendem Strom die niedrigste Impedanz entgegenstellen.
Fig. 3 lässt auch erkennen, dass es unter gewissen Umständen erwünscht sein kann, mit einem Druck zu arbeiten, der unter dem Paschen-Minimum liegt, zur Ausnützung des Effektes einer Zunahme an Entladungszonenfläche. Dieser Flächenzuwachs ermöglicht einen Zuwachs des Entladungsstromes ohne Überschreitung der kritischen Stromdichte für Funkenbildung, somit eine Beschleunigung der Produktion. In der Einrichtung nach Fig. 2 z. B. konnte der Druck so eingestellt werden, dass die Entladung veranlasst wurde, sich über die Unterlagenflächen auszubreiten, bis beinahe die Hälfte der einander gegenüberliegenden Mantelflächen der kreisförmigen Elektroden 110, 112 bedeckt waren.
Fig. 7 zeigt eine weitere Variante der Ausführung der Einrichtung, in welcher gekrümmte, mit ihren konvexen Oberflächen einander gegenüberliegende, aus feststehenden Platten bestehenden Elektroden Verwendung finden zur Führung eines Paares von flexiblen Unterlagebändern durch die aktive Entladungszone hindurch mit einer gleichmässigeren Krümmung als in der Ausführung nach Fig. 2. Der Verwendung findende Bandtransportmechanismus weist Vorratsspulen 120, 122 auf, von welchen flexible Unterlagebänder 121 bzw. 123 abgenommen werden, um den Aufnahmespulen 124 bzw.
126 in solcher Weise zugeführt zu werden, dass die exponierten Flächen der Unterlagebänder sich einander allmählich nähern bis zum Durchtritt durch eine zentrale Zone geringsten Abstandes, um sich dann wieder voneinander zu entfernen. Die einander gegenüberlie genden gekrümmten metallischen Stützplatten 128 und 130 ergeben somit nicht nur einen Aufbau mit gesteuerter Veränderung des Abstandes zwischen den Unterlageflächen, sondern auch Flächen, über welchen die Unter- lagebänder während der Behandlung hinweggezogen und flachgehalten werden können. In diesem anschaulichen Beispiel besteht jedes der Unterlagebänder 121, 123 aus dem Markenprodukt Mylar mit einer Dicke von beispielsweise 0,0062 mm.
Die exponierte Fläche jedes Unterlagebandes ist vorgängig in bekannter Art und Weise mit einem dünnen Belag 125 bzw. 127 aus Aluminium versehen worden. Die metallischen Stützplatten 128, 130 dienen als zweckmässige Wärmesenken, die gekühlt werden können, zur Abführung von Wärme aus den Unterlagebändern während deren Durchgang durch die aktive Entladungszone, was die Anwendung von höheren Strömen in der Polymerisationsentladung ermöglicht. Zu diesem Zweck sind nichtsichtbare Längskanäle innerhalb den Stützplatten 128, 130 mit einem geeigneten Kühlmittelkreislauf verbunden durch Einlassstutzen 136 und Auslassstutzen 138.
Die Zufuhr elektrischer Energie zu den Stützplatten erfolgt hier durch Leiter 140 bzw. 142, wobei die notwendige Spannung zwischen den Unterlageflächen erzeugt wird durch kapazitive Kupplung durch die Mylar-Unterlagen hindurch zu den darauf befindliehen leitenden Schichten.
Der Vorschub der Unterlagebänder erfolgt durch einen Elektromotor 154 mittels einer Welle 152 und Schneckengetrieben 144, 148 bzw. 146, 150, wobei die Motordrehzahl variabel ist zur Steuerung der Vorschubbewegungsgeschwindigkeit der Bänder durch die Polymerisationsentladung. Rückhaltebremsen wie 141 sorgen für die notwendige Zugspannung der Bänder 121 und 123.
Der Krümmungsradius der Führungsplatten 128 und 130 und die geringste Spaltweite sind so gewählt, dass die Länge der wirksamen Entladungszone zur erforderlichen Verweilzeit der zu beschichtenden Bänder passt, unter Berücksichtigung des maximalen Entladengsstro- mes, der zugeführt werden kann, und der höchstzulässigen Temperatur der Bänder bei in Betrieb befindlicher Kühlung. Da die Platten gekrümmt sind, kann der Apparat mit einem Druck betrieben werden, der über oder unter dem Paschen-Minimum liegt, und die Entladung wird an Ort und Stelle gehalten in der Region, in der der geringste Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Bändern vorliegt. Wie vorhin erwähnt wurde, wird vorzugsweise mit den unteren Druckwerten gearbeitet.
Wenn von den eben diskutierten Einzelheiten abgesehen wird, ist der Betrieb der Einrichtung nach Fig. 7 gleich demjenigen der Einrichtung nach Fig. 2.
Die Form der Glimmentladungsregion wird bestimmt durch Steuerung der von den Bändern durchlaufenen Bahnen. Wenn diese Bahnen bestimmt sind, werden die Vorratsspulen mit dem geeigneten Unterlagematerial geladen und jedes Unterlageband wird über Führungsmittel zur entsprechenden Aufnahmespule geführt. Nach dem der Transportmechanismus so mit dem beschichteten Material versehen worden ist, wird die Rückwand am Behälter 6 angebracht und das Behälterinnere mittels der Pumpe 22 evakuiert. Danach wird das Ventil
20 geschlossen und das Ventil 24 geöffnet zwecks Einlasses des gasförmigen, zur Glimmentladung polymerisierbaren Stoffes aus dem Vorratsbehälter 26 in den Behälter.
Offensichtlich könnte das Ventil 20 durch zwei an die Vakuumleitung angeschlossene Ventile ersetzt werden, wovon eines zur raschen anfänglichen Entleerung der Luft aus dem Behälter und das andere zum Ausströmenlassen von überschüssigem Monomergas mit niedriger feingesteuerter Geschwindigkeit dienen würde.
Viele gasförmige polymerisierbare Substanzen haben sich als geeignet erwiesen für die Herstellung von dielektrischen Polymeirfolien durch Glimmentladungspolymerisation, so zum Beispiel gasförmiges Styrol, Tetrafluoräthylen, Benzol, Siliziumtetrafluorid, Dimethylsilikon, Dimethyldichlorsilan. Viele andere Stoffe kommen in Frage, besonders wenn die Güte der dielektrischen Eigenschaften beim Fertigprodukt keine grosse Bedeutung hat. Mittels des Manometers 19 und des Vakuumsteuerventils 20 kann der Druck im Behälter auf den Wert reguliert werden, der sich durch Versuche als der zur Aufrechterhaltung der geeigneten Art von Glimmentladung für die jeweiligen Ausgangsmaterialien als am besten herausgestellt hat.
Die Ionisationsspannung wird an die an der Entladung teilnehmenden Flächen der Unterlagen durch die Energiequelle 36 angelegt. Es kann sich dabei um eine gleichstrom- oder eine Wechselstromspaunung handeln; immerhin ist zu beachten, dass viele Materialien mit Gleichstrom schwer zu polymerisieren sind und dass in vielen Fällen hoch- frequenter Wechselstrom vorzuziehen ist. Wo die Kupplung durch die Kapazität der Unterlagen verwendet wird zur Zuführung der notwendigen Potentialdifferenz zu den Unterlageflächen, sollte die Frequenz hoch genug sein, um die Verluste in den Unterlagen möglichst zu reduzieren. Die Grösse der zugeführten Leistung wird dann so eingestellt, dass sich der Entladungsstrom auf dem gewünschten Wert hält.
Da der zulässige Entladungsstrom in Funktion von vielen Veränderlichen ändert, zu denen die Geometrie der Aufbauten gehört, müssen die optimalen Betrisbsbedingungen durch Versuch für jede gasförmige polymerisierbare Substanz und für Unterlagen verschiedenen Charakters bestimmt werden.
Faktoren, welche die benützbare Strommenge beeinflussen, sind die unerwünschten Funkenbildungen an den Unterlageoberflächen, die tolerierbare Degradation des abgelagerten Polymerisates, der zulässige Abfall von gasförmiger polymerisierbarer Substanz, der entsteht durch die Bildung von unverwendeten Polymerisaten im Raum zwischen den Unterlageoberflächen anstatt auf diesen Oberflächen, die Grösse der Unterlageoberfläche innerhalb der wirksamen Entladungszone, die Vorschubgeschwindigkeit der Unterlageoberflächen durch die Entladungszone, der Dampfdruck der gasförmigen poly merisierbaren Substanz und die Temperatur, welche die
Unterlage aushält.
Sobald die Entladung eingeleitet und so gesteuert ist, dass sich die gewünschten Eniladungseigenschaften eingestellt haben, wird der Vorschubmotor in Betrieb gesetzt, um die Unterlagebänder durch die aktive Zone zu befördern.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, in welcher das Aufpolymerisieren einer Schicht auf nichtleiteiide oder leitende Flächen eines Paares von bewegten Unterlagen ausgeführt wird durch das Hindurchbefördern dieser
Unterlagen durch eine Folge von Glimmentladungs zonen. Dieser Aufbau eignet sich in Erweiterung zur
Erzeugung einer beliebigen Dicke der abgelagerten
Schichten durch Vervielfachen der Einzelschichten.
In der Apparatur nach Fig. 8 sind enge Spälte zwi schen den behandelten Unterlageoberflächen erhalten bei aufeinand ladung ausgenützt und dadurch eine hohe Produktionsrate erzielt werden.
Der Betrieb der Einrichtung nach Fig. 8 erfolgt in ähnlicher Weise wie derjenige der Einrichtung nach Fig. 7.
Die Anzahl von aufeinanderfolgenden Polymerisationen, die in einer Einrichtung des in Fig. 12 gezeigten Typs durchgaführt werden können, hängt nur von der Anzahl von gebildeten Glühentladungsregionen ab und die schlussendliche Dicke des Endproduktes hängt von der Menge von Polymerisat ab, die in jeder Zone abgelagert werden kann und von der Anzahl der einander überlagerten Schichten.
Fig. 9 zeigt eine Ausführung, bei welcher ein Paar von Unterlagebändern von der in Fig. 3A gezeigten Art ähnlich behandelt wird wie in der Ausführung nach Fig. 2, um anschliessend durch ein Lösungsmittelbad hindurchgeführt zu werden zwecks Entfernung der Schicht von der Unterlage. Ein flexibles Unterlageband, z. B. ein 0,038 mm dickes Polyäthylenband, ist auf Vorratsspulen 256 und 258 aufgewickelt, welche die Unterlagebänder 252, 254 an die Oberflächen der Rollen 260 bzw. 262 abgeben, zwischen denen die Glimm- entladungspolymerisation erfolgt. Die Unterlagebänder werden dann in ein Lösungsmittelbad 264 eingeführt, das in einem Behälter 266 enthalten ist; damit die Bänder beim Verlassen der Rollen 260, 262 voneinander divergieren, ist das Band 252 über eine Umlenkrolle 280 geführt.
Das verwendete Lösungsmittel soll natürlich die Zusammensetzung der abgelagerten Schicht nicht stören. Besteht diese Schicht aus Perfluorkohlenstoff, der den meist verwendeten Lösungsmitteln widersteht, so steht eine grosse Auswahl an verwendbaren Lösungsmitteln zur Verfügung. In anderen Fällen kann z. B. gewöhnliches Polystyrol oder Polypropylen als Unterlage für Perfluorkohlenstoffschichten oder für durch Glimmentladung polymerisiertes, vernetztes Styrol dienen, wobei zur Ablösung der Unterlage Toluol verwendet wird.
Bei ihrem Durchgang durch das Lösungsmittel werden die beschichteten Unterlagebänder 252, 254 über Führungsrollen 268, 270 bzw. 272, 274 hinweggeführt.
Nach Abtrennung und Wegführung der Polyäthylenunterlagen im Lösungsmittel werden die durch Glimmentladungspolymerisation gebildeten und von der Unterlage befreiten Folienbänder separat abgeführt und auf Spulen 276, 278 aufgewickelt.
Wegen der Wahrscheinlichkeit einer Vermischung der gasförmigen polymerisierbaren Substanz mit vom Lösungsmittel abgegebenen Dämpfen und unerwünschten Effekten auf die Zusammensetzung der durch Glimmentladungspolymerisation erhaltenen Folien ist in der Einrichtung nach Fig. 9 eine Dampfbarriere vorgesehen zur Verhinderung des Durchganges von nennenswerten Mengen von Dampf zur Entladungsregion.
Die Barriere besteht einfach aus einem den Dämpfen widerstehenden Glied 286, das mit geeignet abgedichteten Öffnungen 288, 290 versehen ist, aus welchem die Unterlagebänder 252, 254 von dem die Entladungsregion enthaltenden Teil des Behälterinnenraumes in den für die Ablösung dienenden Teil übertritt. Die Ränder der Barriere sind auch, wie bei 292 angedeutet, gegen über der Innenoberfläche des Behälters abgedichtet.
Es ist leicht einzusehen, dass anstelle der in Fig. 9 gezeigten Mittel zur Glimmentladungspolymerisation solche gemäss Fig. 8 vorgesehen werden könnten.
Es ist leicht einzusehen, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung mannigfache Anwendungen haben. Verschiedenartigste gasförmige Substanzen eignen sich zur Glimmentladungspolymerisa- tion von dünnen Folien bzw. Schichten und die verschiedenartigsten Unterlagen können diese Folien bzw.
Schichten aufnehmen. Beispielsweise können zusätzlich zu den gasförmigen Substanzen, die sich eignen zur Herstellung von Hochqualitätsdielektriken mit hohem Isolationswiderstand und niedrigem Leistungsfaktor, viele anderen Materialien verwendet werden, die für andere Zwecke nutzbar sind. Beispielsweise kann ein siliziumhaltiges Material bzw. ein Silicon als solches verwendet werden zur Bildung einer Oberfläche mit guter Wasserabstossfähigkeit auf einem Träger aus Me tall oder Kunststoff, der diese Eigenschaft nicht besitzt.
In ähnlicher Weise kann ein Perfluorkohienstoff, wie z. B. Polytetrafluoräthylen, auf einer Metall- oder Kunststoffoberfläche aufgebracht werden zum Schutz dieser Oberfläche gegen Chemikaliep, gegenüber welchen sich der Perfluorkohlenstoff neutral verhält. Weiterhin hat sich ein dünner Belag von Polymerisat aus monomerem Akrylsäuredampf geeignet erwiesen als Träger mit guter Haftfähigkeit für Tinten und polymeren Latex.
Diese Eigenschaften hingen nicht von der Unterlage ab, da die Haftung an der aufpolymerisierten Schicht erfolgte. Typische Unterlagen waren Polyäthylen und Polypropylen.
Obwohl in der obigen Beschreibung weitgehend Gewicht auf die Herstellung von Folien und Schichten von gleichmässiger Dicke zur Verwendung in elektrischen Elementen Gewicht gelegt wurde, bei denen eine gleichmässige Dicke erwünscht ist, ist leicht einzusehen, dass Folien und Schichten mit gesteuerten Dickenänderungen in modifizierten Ausführungen hergestellt werden können. Beispielsweise kann eine gleichmässige Dickenveränderung der Folie bzw. Schicht erhalten werden durch Schrägstellen der Unterlage oberflächen in der Entladungszone.
Ausserdem sind die Lehren der Erfindung auch anwendbar in Aufbauten zur Bildung von Belägen auf beiden Seiten einer Unterlage, etwa mittels eines zweiten Durchganges durch eine Entladungszone mit um gekehrte Unterlage oder durch Verwendung von ge trennten Glimmentladungen, die in Abstand voneinander längs der Bahn der Unterlage auf entgegengesetzten Seiten dieser letzteren angeordnet sind.