CN104347793B - 微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置及其方法。该装置包括收卷系统、若干极化元件、直流高压电源。直流高压电源与每个极化元件电气连接。定义该微孔压电驻极体薄膜组件的长度方向、宽度方向分别为第一方向与第二方向。若干极化元件排布成若干极化元件排，每排极化元件排上的所有极化元件沿第二方向均匀排列。若干极化元件排相互平行且沿第一方向均匀排列而形成平行极化元件列，收卷系统驱动微孔压电驻极体薄膜组件匀速经过平行极化元件列下方，使微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化。本发明结构简单、效率更高、适合批量化生产。本发明还涉及该装置的卷对卷连续极化方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种极化装置及其极化方法，尤其涉及一种微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置及该微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置的卷对卷连续极化方法。
背景技术
微孔压电驻极体材料是近年来崛起的新一代非极性功能材料。微孔驻极体薄膜的极化方法有电晕充电、接触式充电或电子束充电，其中电晕充电法方法最为常见。电晕充电因其简单可靠，驻极时间较短，可控制极化温度、注入电荷密度及极化后电荷分布均匀等优点已成为目前驻极体研究中的主要充电方法。其原理是：通常在1个大气压和相对湿度(40-60)％条件下，放电针负电晕产生负离子CO3 2-；正电晕产生的将为不同湿度的质子(H2O)nH+，以及湿式的NO+和NO2 +，由于相对湿度的降低，后两者正离子将更为丰富，这些离子可以作为整体吸附在聚合物表面或表面层内。根据离子的极性，电子或空穴(离子型受主或施主)将引入聚合物表面态，因而使聚合物表面带电。通常利用尖端曲率半径很小的金属放电针或弦丝加上直流高压后，电晕针或弦丝端附近的空气产生局部电晕放电，从而在针端下的电介质表面沉积与放电针极性相同的真实电荷，通过沉积带电离子的能量态和样品表面的能量态产生电子交换转移，使微孔压电驻极体薄膜带电。
电晕充电通常采用针或弦丝——板(CN2081560和《功能材料》741,(38)卷,2007年增刊)和针或弦丝——导电辊(CN201355745和CN102738384)两种方式。针或弦丝——板电极主要应用于面积较小的片状薄膜的极化，不适合卷料微孔压电驻极体薄膜的极化，主要原因是电晕极化时板电极对薄膜的静电吸附作用力非常大，使得薄膜的缠绕张力非常大，甚至无法连续化操作。通常微孔驻极体薄膜卷料通常采用针或弦丝——辊电极方式，可以有效解决其张力过大问题。针或弦丝——辊电极的针或弦丝与辊的表面平行排布，使得电晕极化区域面积受到限制，为了保证薄膜一定极化时间，必需降低极化收卷速度，使得效率很难提高。
传统的卷对卷微孔压电驻极体薄膜的极化和使用步骤是：1)将微孔压电驻极体薄膜极化；2)复第一表面电极；3)复第二表面电极。在进行1)极化步骤后的微孔压电驻极体薄膜表面有大量静电荷，这些静电荷对于微小灰尘有很强的吸附作用，因此表面容易积灰；随后进行2)和3)两个步骤都要注意表面积灰问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种工艺简单、效率更高、适合批量化的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷极化方法，以及实现其方法的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷极化装置。
本发明是这样实现的，一种微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，其用于对微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化，该卷对卷连续极化装置包括收卷系统、若干极化元件、直流高压电源；该直流高压电源与每个极化元件电气连接；定义该微孔压电驻极体薄膜组件的长度方向为第一方向，定义该微孔压电驻极体薄膜组件的宽度方向为第二方向，该第一方向垂直于该第二方向，该若干极化元件排布成若干极化元件排，每排极化元件排上的所有极化元件沿第二方向均匀排列，该若干极化元件排相互平行且沿该第一方向均匀排列而形成平行极化元件列，该平行极化元件列用于极化位于该平行极化元件列下方的微孔压电驻极体薄膜组件，该收卷系统驱动该微孔压电驻极体薄膜组件匀速经过该平行极化元件列下方，使该微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化。
作为上述方案的进一步改进，该收卷系统包括若干导辊、放卷辊、收卷辊；该若干导辊用于传递该微孔压电驻极体薄膜组件，该微孔压电驻极体薄膜组件承载在该放卷辊上，且该微孔压电驻极体薄膜组件的一端通过该若干导辊传递至该收卷辊实现卷对卷。
作为上述方案的进一步改进，相邻两排极化元件排之间的距离为2～20cm。
作为上述方案的进一步改进，该极化元件为针，每排极化元件排中相邻两个极化元件之间的距离为0.5～6cm。
作为上述方案的进一步改进，每个极化元件的端部到该微孔压电驻极体薄膜组件垂直距离为1～10cm。
作为上述方案的进一步改进，该极化元件为针或弦丝。
本发明还提供一种微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化方法，其应用于上述任意微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，该连续极化方法包括以下步骤：
(1)复合：该微孔压电驻极体薄膜组件沿靠近极化元件的方向依次包括绝缘保护膜、金属电极层、微孔压电驻极体薄膜，将该绝缘保护膜、该金属电极层、该微孔压电驻极体薄膜复合成该微孔压电驻极体薄膜组件；
(2)接地：将该微孔压电驻极体薄膜组件中的金属电极层接地；
(3)极化：打开该直流高压电源调至固定的极化电压，开通该收卷系统使得该微孔压电驻极体薄膜组件匀速前进。
作为上述方案的进一步改进，在复合时：
将该金属电极层与该绝缘保护膜复合；
将上述复合好的复合层与该微孔压电驻极体薄膜进行复合，且该金属电极层的幅宽略小于该微孔压电驻极体薄膜的幅宽。
作为上述方案的进一步改进，该收卷系统包括若干导辊、放卷辊、收卷辊；该若干导辊用于传递该微孔压电驻极体薄膜组件，该微孔压电驻极体薄膜组件承载在该放卷辊上，且该微孔压电驻极体薄膜组件的一端通过该若干导辊传递至该收卷辊实现卷对卷；该收卷辊的收卷辊筒为金属收卷辊筒，在接地时，在该微孔压电驻极体薄膜组件的端头处，使该金属电极层的长度长于该微孔压电驻极体薄膜的长度以露出部分金属导电层，将露出的金属导电层与该金属收卷辊筒电气连接，再将该金属收卷辊筒接地。
作为上述方案的进一步改进，该收卷系统包括若干导辊、放卷辊、收卷辊；该若干导辊用于传递该微孔压电驻极体薄膜组件，该微孔压电驻极体薄膜组件承载在该放卷辊上，且该微孔压电驻极体薄膜组件的一端通过该若干导辊传递至该收卷辊实现卷对卷；该收卷辊的收卷辊筒为非金属收卷辊筒，在接地时，在该微孔压电驻极体薄膜组件的端头处用一个金属端子刺穿该微孔压电驻极体薄膜，使该金属端子与该金属电极层电气连接，再将该金属端子接地。
本发明整体上解决了以下问题：
1)现有微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷极化方法中，针或弦丝与导电辊的表面平行排布，针或弦丝的排列需要曲面设计，这样增加了其制做难度；
2)导电辊表面面积受到其直径的限制，使得电晕极化区域受到限制，为了保证薄膜充足的极化时间，必需降低极化收卷速度，使得效率降低了；
3)微孔压电驻极体薄膜先进行极化，然后进行复正负电极，增加了薄膜表面积灰的概率。
本发明的有益效果在于：
1)采用平行针列(或平行弦丝)，制做加工容易；
2)平行针列(或平行弦丝)的排数数量沿复合膜长度方向均匀排设，通过增加排设长度，以提高极化速度，提高生产效率；
3)先复合电极层和绝缘保护层，再极化，减少了薄膜表面积灰的概率。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式提供的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置的结构示意图。
图2为图1中微孔压电驻极体薄膜组件的结构示意图。
图3为本发明第一实施方式提供的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化方法的微孔压电驻极体薄膜组件的接地方式。
图4为本发明第二实施方式提供的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化方法的微孔压电驻极体薄膜组件的接地方式。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，其为本发明较佳实施方式提供的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置的结构示意图。该微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置用于对微孔压电驻极体薄膜组件1(以下简称复合膜)卷对卷连续极化。
请结合图2，复合膜包括微孔压电驻极体薄膜101、金属电极层102和绝缘保护膜103，由微孔压电驻极体薄膜101、金属电极层102和绝缘保护膜103复合而成。
金属电极层102的幅宽小于微孔压电驻极体薄膜101的幅宽，范围：1mm～10mm，这样做是为了防止极化时金属电极层在边缘形成的放电效应，减少打火花现象。
微孔压电驻极体薄膜101具有微孔结构的并且微孔内可以储存永久电荷的有机薄膜，其材料包含但不限于微孔聚丙烯薄膜，微孔聚四氟乙烯薄膜，优选厚度20um～180um。
金属电极层102的材料包含但不限铝箔、铜箔，优选厚度是1um～100um。绝缘保护膜103的材料包含但不限PET膜、PVC膜、PE膜，优选厚度是5um～300um。
该卷对卷连续极化装置包括若干导辊5、放卷辊3、收卷辊4、若干极化元件201、直流高压电源6。该极化元件201可为针或弦丝。该直流高压电源6与每个极化元件201电气连接。该直流高压电源的电压取值范围优选为－50kV～20kV。
该若干导辊5用于传递该微孔压电驻极体薄膜组件1，该微孔压电驻极体薄膜组件1承载在该放卷辊3上，且该微孔压电驻极体薄膜组件1的一端通过该若干导辊5传递至该收卷辊4实现卷对卷，该放卷辊3、该若干导辊5与该收卷辊4形成收卷系统。
定义该微孔压电驻极体薄膜组件1的传送方向为第一方向，定义该导辊5的轴向为第二方向，该第一方向垂直于该第二方向。即定义该微孔压电驻极体薄膜组件1的长度方向为第一方向，定义该微孔压电驻极体薄膜组件1的宽度方向为第二方向，该第一方向垂直于该第二方向。
该若干极化元件201排布成若干极化元件排，每排极化元件排上的所有极化元件201沿第二方向均匀排列，该若干极化元件排相互平行且沿该第一方向均匀排列而形成平行极化元件列2，该平行极化元件列2用于极化位于该平行极化元件列2下方的微孔压电驻极体薄膜组件1。该收卷系统驱动该微孔压电驻极体薄膜组件1匀速经过该平行极化元件列2下方，使该微孔压电驻极体薄膜组件1卷对卷连续极化。
相邻两排极化元件排之间的距离优选为2～20cm；当极化元件201为针时，每排极化元件排中相邻两个极化元件201之间的距离优选为0.5～6cm，当然如果极化元件201是弦丝，那么一排一根弦丝，就不存在这样的说法了。每个极化元件201的端部(如，当极化元件201为针时，该端部为针尖，当极化元件201为弦丝时，该端部为弦丝下方外缘)到该微孔压电驻极体薄膜组件1垂直距离优选为1～10cm。
微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置在极化时，该连续极化方法包括以下步骤。
(1)复合：将该绝缘保护膜103、该金属电极层102、该微孔压电驻极体薄膜101复合成该微孔压电驻极体薄膜组件1。
在复合时：可将该金属电极层102与该绝缘保护膜103复合；
将上述复合好的复合层与该微孔压电驻极体薄膜101进行复合，且该金属电极层102的幅宽略小于该微孔压电驻极体薄膜101的幅宽。
(2)接地：将该微孔压电驻极体薄膜组件1中的金属电极层102接地。接地的方式有两种。
第一种，如图3所示，该收卷辊4的收卷辊筒401为金属收卷辊筒，在接地时，在该微孔压电驻极体薄膜组件1的端头处，使该金属电极层102的长度长于该微孔压电驻极体薄膜101的长度以露出部分金属导电层102，将露出的金属导电层102与该金属收卷辊筒401电气连接，再将该金属收卷辊筒401接地。
第二种，如图4所示，该收卷辊4的收卷辊筒402为非金属收卷辊筒，在接地时，在该微孔压电驻极体薄膜组件1的端头处用一个金属端子104刺穿该微孔压电驻极体薄膜101，使该金属端子104与该金属电极层102电气连接，再将该金属端子104接地。
(3)极化：打开该直流高压电源6调至固定的极化电压，开通该收卷系统使得该微孔压电驻极体薄膜组件1匀速前进。
本发明整体上解决了以下问题：
1)现有微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷极化方法中，针或弦丝与导电辊的表面平行排布，针或弦丝的排列需要曲面设计，这样增加了其制做难度；
2)导电辊表面面积受到其直径的限制，使得电晕极化区域受到限制，为了保证薄膜充足的极化时间，必需降低极化收卷速度，使得效率降低了；
3)微孔压电驻极体薄膜先进行极化，然后进行复正负电极，增加了薄膜表面积灰的概率。
本发明的有益效果在于：
1)采用平行针列(或平行弦丝)，制做加工容易；
2)平行针列(或平行弦丝)的排数数量沿复合膜长度方向均匀排设，通过增加排设长度，以提高极化速度，提高生产效率；
3)先复合电极层和绝缘保护层，再极化。减少了薄膜表面积灰的概率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，其用于对微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化，微孔压电驻极体薄膜组件具有微孔压电驻极体薄膜和金属电极层；该卷对卷连续极化装置包括收卷系统、若干极化元件、直流高压电源；该直流高压电源与每个极化元件电气连接；其特征在于：定义该微孔压电驻极体薄膜组件的长度方向为第一方向，定义该微孔压电驻极体薄膜组件的宽度方向为第二方向，该第一方向垂直于该第二方向，该若干极化元件排布成若干极化元件排，每排极化元件排上的所有极化元件沿第二方向均匀排列，该若干极化元件排相互平行且沿该第一方向均匀排列而形成平行极化元件列，该平行极化元件列用于极化位于该平行极化元件列下方的微孔压电驻极体薄膜组件，该收卷系统驱动该微孔压电驻极体薄膜组件匀速经过该平行极化元件列下方，使该微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化。
2.如权利要求1所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，其特征在于：该收卷系统包括若干导辊、放卷辊和收卷辊；该若干导辊用于传递该微孔压电驻极体薄膜组件，该微孔压电驻极体薄膜组件承载在该放卷辊上，且该微孔压电驻极体薄膜组件的一端通过该若干导辊传递至该收卷辊实现卷对卷。
3.如权利要求1所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，其特征在于：相邻两排极化元件排之间的距离为2～20cm。
4.如权利要求1所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，其特征在于：每个极化元件的端部到该微孔压电驻极体薄膜组件垂直距离为1～10cm。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，其特征在于：该极化元件为针，每排极化元件排中相邻两个极化元件之间的距离为0.5～6cm。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，其特征在于：该极化元件为弦丝。
7.一种微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化方法，其应用于如权利要求1至4中任意一项所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化装置，其特征在于：该连续极化方法包括以下步骤：
(1)复合：该微孔压电驻极体薄膜组件沿靠近极化元件的方向依次包括绝缘保护膜、金属电极层和微孔压电驻极体薄膜，将该绝缘保护膜、该金属电极层、该微孔压电驻极体薄膜复合成该微孔压电驻极体薄膜组件；
(2)接地：将该微孔压电驻极体薄膜组件中的金属电极层接地；
(3)极化：打开该直流高压电源调至固定的极化电压，开通该收卷系统使得该微孔压电驻极体薄膜组件匀速前进。
8.如权利要求7所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化方法，其特征在于：在复合时：
将该金属电极层与该绝缘保护膜复合；
将上述复合好的复合层与该微孔压电驻极体薄膜进行复合，且该金属电极层的幅宽略小于该微孔压电驻极体薄膜的幅宽。
9.如权利要求7所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化方法，其特征在于：该收卷系统包括若干导辊、放卷辊和收卷辊；该若干导辊用于传递该微孔压电驻极体薄膜组件，该微孔压电驻极体薄膜组件承载在该放卷辊上，且该微孔压电驻极体薄膜组件的一端通过该若干导辊传递至该收卷辊实现卷对卷；该收卷辊的收卷辊筒为金属收卷辊筒，在接地时，在该微孔压电驻极体薄膜组件的端头处，使该金属电极层的长度长于该微孔压电驻极体薄膜的长度以露出部分金属导电层，将露出的金属导电层与该金属收卷辊筒电气连接，再将该金属收卷辊筒接地。
10.如权利要求7所述的微孔压电驻极体薄膜组件卷对卷连续极化方法，其特征在于：该收卷系统包括若干导辊、放卷辊和收卷辊；该若干导辊用于传递该微孔压电驻极体薄膜组件，该微孔压电驻极体薄膜组件承载在该放卷辊上，且该微孔压电驻极体薄膜组件的一端通过该若干导辊传递至该收卷辊实现卷对卷；该收卷辊的收卷辊筒为非金属收卷辊筒，在接地时，在该微孔压电驻极体薄膜组件的端头处用一个金属端子刺穿该微孔压电驻极体薄膜，使该金属端子与该金属电极层电气连接，再将该金属端子接地。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Room 313, Building 4, 45 Songbei Road, Suzhou Industrial Park, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou Beibei New Material Technology Co., Ltd. Address before: 200434 Shanghai city Yangpu District Yixian Road No. 13 Building 25 room 1701D4 Patentee before: New material technology (Shanghai) Co., Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |