DD141881A1 - METHOD AND DEVICE FOR POLARIZING POLYMERFORMKOERPERN - Google Patents
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- DD141881A1 DD141881A1 DD78210275A DD21027578A DD141881A1 DD 141881 A1 DD141881 A1 DD 141881A1 DD 78210275 A DD78210275 A DD 78210275A DD 21027578 A DD21027578 A DD 21027578A DD 141881 A1 DD141881 A1 DD 141881A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die bei der Polarisierung vor. Polymerformkörpern von Wichtigkeit sindDie nach dem. erfindungsgemäßen Verfahren polarisierten Polymer-formkörper finden in elektroakustischcn Wandlern und beim Nachweis von I-arerstrahlang effektive /ktwendung’,, Durch das erfindungsgemäße' Verfahren bzvz. die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, Polymerformkörper mit überdurchsc4uiitt3.ichen piezo- und/oder ■ pyroelektrischen Koeffizienten zu erhalten« Die·beschriebene Vorrichtung bzw. das beschriebene Verfahren sind durch die Verwendung eines hochspannungsfesten variablen Reihenkondansators charakterisiert, der während der Polarisierung mit dem. Polymerformkörper in Reihe geschaltet ist.The invention relates to a method and a device which in the polarization front. Polymer moldings of importance are the after this. inventive method polarized polymer molding found in electroacoustic transducers and in the detection of I-beam radiation effective / use 'According to the invention' Method bzvz. the device according to the invention makes it possible Polymer moldings with above-average piezoelectric and / or ■ to obtain pyroelectric coefficients «The described Device or the method described are by the use a high voltage resistant variable series capacitor characterized during the polarization with the. Polymer moldings is connected in series.
Description
Prof. Dr. Christian RuscherProf. Dr. Christian Ruscher
Titel der Erfindung Tite l the invention
Verfahren und Vorrichtung zur Polarisierung von PolymerformkörpernMethod and device for polarizing polymer moldings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die eine optimale Polarisierung von Poiymerformkörpern ermöglichen. Polymerformkörper, die in ihrer Primärstruktur polare Molekülgruppen enthalten, wie z.B. Polyvinylidenfluorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylchlorid, Polyamid-11, -7» -55 oder Polyester, Polyurethane, Polyharnstoffe, Polyacrylnitril, Polycarbonate, zeichnen sich nach einer Polariaierung im elektrischen Feld durch piezo- und/oder pyroelektrieche Eigenschaften aus und finden deshalb als elektroakusti-Bche Wandler sowie Temperaturmeßelemente eine immer breitere Anwendung. Sie werden z.B. mit Erfolg in Mikrofonen, Lautsprechern, Ultraschallwandlern und beim Nachweis von laserstrahlung eingesetzt..The invention relates to a method and a device which allow optimum polarization of polymer moldings. Polymer moldings containing polar molecular groups in their primary structure, e.g. Polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polyvinyl chloride, polyamide-11, -7 »-55 or polyesters, polyurethanes, polyureas, polyacrylonitrile, polycarbonates, are characterized by a polariization in the electric field by piezoelectric and / or pyroelectric properties and therefore find as electro-acoustic batches Transducers and Temperaturmeßelemente an ever wider application. They are e.g. used successfully in microphones, loudspeakers, ultrasonic transducers and in the detection of laser radiation.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Characteristic of the known technical solutions
Der Polarisierung von Polymerformkörpern wurde bisher eine .The polarization of polymer moldings has been a.
große Anzahl von ErfindungßbeSchreibungen und Publikatio- . ηen gewidmet (DE-OS 26 57 536, DE-OS 2? 38 220, DB-OS 27 42 977,.DE-OS .27 43 016; Re G, Kepler9 JU A4 Andersons Ferroelectricity in polyvinylidene fluoride0Je Appl« .Pbys· 49 (1978) 3, S0 1232| M6 H, Litt-, C, Hsu,'.P.-Baeu: Pyroelectricity and piezoelectricity in nylon 11e J5, Apple ?kys· i§ (1377) 6,-.S· 2208)« Bei der Polarisierung'von .Polymerformkörpen). kommt es darauf an? mit einem vertretbaren technischen Aufwand eine optimale Polarisation au erreichen» In diesem Zusammenhang ist es von Wichtigkeit, während des.Polarisierungsprosesseβ starke elektrische Felder, (nahe der Durchbruchfeldstärko) bei erhöhten Temperaturen auf die Polymerformkörper einwirken zu' lassen, ohne daß elektrische Durchschlage auftreten·. In den Erfindung sbeschreibxmgen DE-OS 27 19 880"und DE-OS 27 19 881 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren beschrieben, die auf der kombinierten-.Anwendung eines elektrischen Gleichfeldes mit einem impulsförmig angelegten elektri-.sehen PeId. beruhen« Dieses Verfahren t>zvu die entsprechende Vorrichtung haben die Nachteilef daß si© erstens einen komplizierten technisehen Aufbau (ζ *B. aufwendige Versor» gungsgeräte sur Erzeugung der Spannungsimpulse.» kompliziertes Polarisierungsregime) aufweisen und zweitens nur mittlere pyroelektrisch^ "Koeffizienten erzeugen» Bei der in der ErfindungsbeSchreibung DE-OS 27 19 881 beschriebenen Vorrichtung zur Polarisierung von Polymerformkörpern in starken elektrischen Peldem wird.eine aufwendige Geräte- 'technik benötigte Zur Erzeugung der Polarisierungsspann.-uiig werden drei Gerätesysteme eingesetzt^ wobei z»B6 das dritte Geräte system aus zwei 'Hochspannungscsuellen und einer komplizierten hochspannungsfesten Schalteinrichtung besteht. Bei anderen Verfahren (DE-OS 26 11 047? DB-AS 26 11 047) · ist es prinzipiell unmöglich, mit hohen Feldstärken ohne Dur chbrüchser scheinung on zu polarisieren 'und. neben einer zu geringen Polarisation sind, relativ große Polarisie-'rungszeiten von Nachteil* Um die Kacliteile der bekaiintenlarge number of invention descriptions and publications. DE-OS 26 57 536, DE-OS 2, 38 220, DB-OS 27 42 977, DE-OS .27 43 016, R e G, Kepler 9 JU A 4 Anderson's Ferroelectricity in polyvinylidene fluoride 0 J e Appl «Pbys · 49 (1978) 3, S 0 1232 | M 6 H, Litt-, C, Hsu, 'P.-Baeu: Pyroelectricity and piezoelectricity in nylon 11 e J 5 , Apple? kys · i§ (1377) 6, -. S · 2208) "In the Polarization" of .Polymerformkörpern). does it matter ? Optimum polarization can be achieved with reasonable technical effort. In this context, it is important to allow strong electric fields (near the breakdown field strength) to act on the polymer moldings at elevated temperatures during the polarization process, without electric breakdown occurring. In the invention XMG en DE-OS 27 19 880 "and DE-OS 27 19 881 an apparatus and a process are described, with a pulse shape applied electrical-.see PEiD. Based on the combined-.Use a DC electric field sbeschreib" this method t> ACR the corresponding apparatus have the disadvantages f that si © ( "ζ * B. consuming versor supply units sur generation of the voltage pulses." complicated polarization regime) have firstly a complicated technisehen structure and secondly generate only medium pyroelectric ^ "coefficients" In the device described in the invention DE-OS 27 19 881 for the polarization of polymer moldings in strong electrical Peldem wird.eine expensive device 'technology required to produce the Polarisierungsspann.-uiig three device systems are used ^ where z »B 6, the third device system from two high-voltage cuvettes and a complicated high-voltage resistant switchgear exists. In other methods (DE-OS 26 11 047 ? DB-AS 26 11 047) · it is in principle impossible to polarize with high field strengths without Dur chbrüchser appearance on 'and. in addition to a too low polarization, relatively large polarization times are disadvantageous * To the Kacliteile of bekaiinten
Verfahren und Vorrichtungen zu überwinden, ist es erforderlieh, eine Lösung zu finden, mit der eine optimale Polarisierung in kurzen Zeiten unter Verwendung einfacher technischer Mittel realisiert werden kann.To overcome methods and devices, it is necessary to find a solution with which optimum polarization can be realized in short times using simple technical means.
Die Erfindung stellt sich zum Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine effektive Polarisierung von Polymerformkörpern gestatten. Dabei soll eine optimale Polarisierung mit hoher Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit gewährleistet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren sollen mit einfachen technischen Mitteln realisierbar sein.The invention has as its object to provide a method and an apparatus which allow an effective polarization of polymer moldings. Optimum polarization with high reliability and reproducibility should be ensured. The device according to the invention or the method according to the invention should be feasible with simple technical means.
Darlegung des Wesens der Erfindung Dar Legun g of the essence of the invention
- Aufgabenstellung- Task
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen unter Anwendung relativ großer Feldstärken eine optimale Polarisation der Polymerformkörper erreicht wird, ohne daß elektrische Durchschläge auftreten. Das erfindungsgemäße Verfahren soll sich dadurch auszeichnen, daß während des Polarisierungsprozesses die Messung der Polarisation möglich ist und damit eine Kontrolle und Steuerung seines Ablaufes realisiert werden kann. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung polarisierten Polymerformkörper sollen überdurchschnittlich große piezo- und/oder pyroelektrische Koeffizienten aufweisen.According to the invention, the object is to develop a method and a device with which, using relatively large field strengths, an optimal polarization of the polymer moldings is achieved without electrical breakdowns occur. The inventive method should be characterized in that during the polarization process, the measurement of the polarization is possible and thus control and control of its sequence can be realized. The polymer moldings polarized by the method according to the invention or with the device according to the invention should have above-average piezoelectric and / or pyroelectric coefficients.
- Merkmale der ErfindungFeatures of the invention
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem bei der Polarisierung ein hochspannungsfester Reihenkondensator verwendet wird. Die Kapazität Cp des Reihenkondensators wird so gewählt, daß Cg"^. C.. (mindestens eine Zehnerpotens) gilt, wobei Cj die Kapazität des beidseitig metalli-According to the invention, the object is achieved by using a high-voltage-resistant series capacitor during polarization. The capacitance Cp of the series capacitor is chosen such that Cg "^. C .. (at least one power of ten), where Cj is the capacitance of the metallized metal on both sides.
sierten Polymerformkörpere bedeutet« Unter dieser Voraussetzung fällt zu Beginn der' Polarisierung nahezu die gesamte Polarisierungsspannung U13f deren Ausgangswert einer Feldstärke von mindestens 4000 kVcm .entsprechen soll, am Polymerformkörper ab und bewirkt eine Orientierung der polaren Molekülgruppen im Polymerformkörper in Richtung des angelegten elektrischen Feldes« Im Verlauf der Polarisierung findet bei optimaler Wahl der Kapazität Co des Reihenkondensators eine Umverteilung der- Polarisierungsspanmxng Up von dem Polymerformkörper auf ö.en .Reihenkondensator statt, so daß selbst bei -extrem : großen Werten für Up am Polymerformkörper kein elektrischer Durchschlag auftreten kann«, Die Polarisierung wird vorzugsweise "bei Temperaturen'T^, für dieUnder this condition, at the beginning of the polarization, almost the entire polarization voltage U 13f whose initial value corresponds to a field strength of at least 4000 kVcm, is deposited on the polymer molding and effects an orientation of the polar molecular groups in the polymer molding in the direction of the applied electric field. In the course of the polarization takes place with optimal choice of the capacitance Co of the series capacitor, a redistribution of Polarisierungsspanmxng Up of the polymer molded body on ö.en .Rhehenkondensator instead, so that even with -extrem: large values for Up on the polymer molding no electrical breakdown can occur, The polarization is preferably "at temperatures " T ^, for the
2 χ2 χ
Tp >;·» 1T (T - Schmelztemperatur des entsprechenden Polymerformkörpers} gilt, durchgeführt, wobei aber U-^ solange angelegt bleibt, bis der Polymerformkörper 1 mit Hilfe der Kühlung'8 auf ' Zimmertemperatur- oder mindestens 20 bis 30 0C unterhalb Tp abgekühlt wurde. Die Zeit für den Polarisierungsprozeß- beträgt 10 bis 300 s.Tp> · »1 T (T - melting temperature of the corresponding polymer molding} applies performed, but U- ^ remains asserted until the polymer molded body 1 by means of Kühlung'8 on 'Zimmertemperatur- or at least 20 to 30 0 C below The time for the polarization process is 10 to 300 s.
Gemäß Fig» 1 ist der beidseitig metallisierte Polymerform» körper 1 mit einem spannung sfe. st en Reihenkondensator 2 in Reihe geschaltet und wird durch einen -Gleichspajinungsreg-ler 3 mit der Polarisierung; β spannung Up versorgt« Während die Metallisierung 4 mit dem heißen Pol. an dem Gleichspannung srogler 3 liegtg ist die Metallisierung 5 mit dem Roi~ henkondensator 2 verbunden« Zur Messung dor am Reihenkon- densator 2 abfallenden Spannung lU wird ein hochohmiger Spanniing-smesser 6 eingesetzt, der gemeinsam mit .dem Reihenkondensator 2 .und'dem Gleichspamrungsregler 3 einseitig auf Masseροtential liegt»According to FIG. 1, the bilaterally metallised polymer mold body 1 is subjected to a stress. series capacitor 2 is connected in series and is polarized by a equalization regulator 3; β voltage Up powered «While metallization 4 with the hot pole. the metallization 5 is connected to the capacitor capacitor 2 ". For measuring the voltage I.sub.U dropping across the series capacitor 2, a high-impedance voltage measuring device 6 is used which, together with the series capacitor 2 .and the equalization regulator 3 one-sided on mass potential »
Der Polymerformkörper 1 ist von dem Heizsystem 7 und der Kühlung 8 durch-eine Quarz- oder Glimmerplatte- 9 elektrisch, isoliert«, Zur-Temperaturmessung ist auf der Quarzplatte 9 ein Thermoelement 10 angeordnet«The polymer molding 1 is electrically insulated from the heating system 7 and the cooling 8 by a quartz or mica plate 9. For temperature measurement, a thermocouple 10 is arranged on the quartz plate 9.
Hachdem der Polymerformkörper 1 mit Hilfe des Heiz systems 7 (Strahlungsheizung, Hochfrequenz- oder-Widerstandsheizung, Heizung durch Temperierflüssigkeit) auf die ,Polarisierung stemperatur gebracht wurde, legt man mit dem Gleichspannungsregler 3' sprungartig oder linear ansteigend die Polarisierungsspannung Up an das System Reihenkondensator - Polymerformkörper 1 an. Durch die Reihenschaltung des Polymerformkörpers 1 und des Reihenkondensators 2 fällt zunädhst nahezu die.gesamte Spannung Up am Polymerformkörper 1 ab, da im Ausgangszustand Cg^ CL gilt. Palls Up genügend groß ist (Feldstärke mindestens 4OOO kVcm ) und die PoIarisierungstemperatur Tp so gewählt wird (oberhalb -^T ), daß eine genügend große Dipolbeweglichkeit in dem Polymerformkörper 1 gewährleistet ist, orientieren sich die entsprechenden Dipolgruppen.in Richtung des angelegten elektrischen Feldes. Infolge dieser Dipolorientierung im Polymerformkörper 1 steigt die Kapazität C-, je nach der Polarisation szunahme im Polymerformkörper 1 während des Polarisierung sproz esses, stark an, und es gilt im Verlaufe der Polarisierung C2 - Cj, wenn C2 entsprechend der zu erwartenden Kapazitätsänderung im Polymerformkörper 1 optimal gewählt wurde. D.h. aber, daß die zunächst hauptsächlich am Polymerformkörper 1 abfallende Spannung Up im Verlauf der Polarisierung auf den Reihenkondensator 2 übergeht und auf diese V/eise die elektrische Belastung des Polymerformkörpers 1 stark reduziert wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, die Polarisierung bei Feldstärken ablaufen zu lassen, die mindestens doppelt so groß sind wie die bei den bisher bekannten Verfahren. Wenn z.B. die Kapazität C- des Polymerformkörpers 1 die Kapazität C2 des Reihenkondensators 2 erreicht hat, dann gibt es eine Gleichverteilung der Spannung Up, und am Polymerformkörper 1 liegt nur noch die Hälfte von Up an. Um eine optimale Abstimmung zwischen der Kapazität C2 des Reihenkondensators und der Kapazität C. des Polymerformkörpers 1 zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, einen variablen ReihenkondensatorHachdem the polymer molding 1 with the help of the heating system 7 (radiant heating, high-frequency or resistance heating, heating by Temperierflüssigkeit) was brought to the, polarization temperature, one sets with the DC voltage regulator 3 'abruptly or linearly increasing the polarizing voltage Up to the system series capacitor - Polymer molding 1 on. As a result of the series connection of the polymer molded body 1 and the series capacitor 2, almost the entire voltage Up on the shaped polymer body 1 initially drops off, since in the initial state Cg 1 CL applies. Palls Up is sufficiently large (field strength at least 4OOO kVcm) and the PoIarisierungstemperatur Tp is chosen (above - ^ T) that a sufficiently large Dipolbeweglichkeit is ensured in the polymer molded body 1, orient the corresponding Dipolgruppen.in direction of the applied electric field. As a result of this dipole orientation in the polymer molding 1, the capacitance C-, depending on the polarization increase in the polymer molding 1 during the polarization sproz esses, increases sharply, and it applies in the course of polarization C 2 - Cj, if C 2 in accordance with the expected capacity change in Polymer molding 1 was optimally chosen. That is, however, that the initially falling mainly on the polymer molded body 1 voltage Up passes in the course of polarization on the series capacitor 2 and on this vee iron the electrical load of the polymer molding 1 is greatly reduced. With the method according to the invention it is thus possible to run the polarization at field strengths which are at least twice as large as those in the previously known methods. For example, if the capacitance C- of the polymer molded body 1 has reached the capacitance C 2 of the series capacitor 2 , then there is an equal distribution of the voltage Up, and the polymer shaped body 1 is only half of Up at. In order to ensure optimum matching between the capacitance C 2 of the series capacitor and the capacitance C of the polymer molding 1, it is advantageous to use a variable series capacitor
einzusetzen» dessen Kapazität Cp selbst während des Polarisier ungsprοζ esses auf einen optimalen Ablauf der Polarisierung eingestellt werden kann«, .can be use "whose capacity Cp even during the polarizing ungsprο esses ζ to an optimal sequence of polarization set".
Durch die Spezifität des Verfahrens ist es möglich, selbst in der iahe von T mit überdurchschnittlich großen Feldstärken zu polarisieren., Zwischen dem Reihenkondensator 2 und dem Polymerformkörper 1 findet eine kybernetische Wechsel- wirkung statt. Je schneller die Polarisation im Polymer·» . formkörper 1 anwächst, desto kürzer ist die Zeit, während der die gesamte Spannung Up am Polymerformkörper 1 anliegt, Y/enn die Polarisation ihren Maximalwert erreicht hat» ist , die Umverteilung der Spannung auf den Reihenkondensator a.bgeschlossen, und am Polymerformkörper 1 liegt eine Spannung, bei der sich kein elektrischer·Durchbruch ereignen kann« Es ist daher möglich, auch bei !Temperaturen Tp? bei denen bisher mit Sicherheit elektrische Durchschlage bei Anwendung relativ großer Spannungen Up auftraten, mit großen Feldstärken zu polarisieren? ohne daß - wegen der Kürze des wirkenden Spannungsimpulses - elektrische Durchschläge zu erwarten sind«, Zum anderen- hat der Reihenkondensator eine strombegrenzende Wirkung, wenn es im Verlauf der Polarisierung an Schwachsteilen des PolymerformkÖrpere 1 zu mikroskopischen Durchschlägen kommen sollte. Für den Falls daß Durchschläge dieser Art kurzzeitig auftreten, fängt der Reihenkondensator 2 die gesamte Polarisierungs~ spannung Up solange ab, bis die entsprechende Schwachstelle durch Ausheilung wieder -spannung sfest ist und verhindert auf diese Weise einen makroskopischen Durchschlag auf dom gesamten.: Bolymerformkör,p.ett? "U, .Der .Reihenkondensator'2 hat in Verbindung mit dem. Spannung saue s se r 6 noch eine andere Punktion,. Aus der am Reihenkondensator 2 gemessenen Spannung Uj/läßt sich bei bekannter Kapazität C2 und Spannung Up die Polarisation des Polymerformkörpers 1 ermitteln. Es ist daher möglich, den Polarisierungsprozeß' zu verfolgen und ihn so zu steuern., daß eine vorgegebene Polarisation erreicht wird. Zum ande-Due to the specificity of the method, it is possible to polarize even in the vicinity of T with above-average field strengths. Between the series capacitor 2 and the polymer molding 1, a cybernetic interaction takes place. The faster the polarization in the polymer · ». mold body 1 increases, the shorter is the time during which the entire voltage Up is applied to the polymer molding 1, when the polarization has reached its maximum value, the redistribution of the voltage to the series capacitor a is closed, and the polymer molding 1 is one Voltage at which no electrical breakdown can occur «It is therefore possible, even at temperatures Tp? in which so far certainly electric breakdowns occurred with application of relatively high voltages Up to polarize with large field strengths ? on the other hand, the series capacitor has a current-limiting effect if microscopic breakdowns should occur in the course of polarization on weak parts of the polymer molding body 1. For the case that breakdowns of this kind occur briefly, the series capacitor 2 catches the entire polarization voltage Up until the corresponding weak point is again fixed by annealing and thus prevents a macroscopic breakdown on the entire dom .: Bolymerformkör, p .ett? The "series capacitor" 2 has a different punctuation in connection with the voltage-sensitive line 6. From the voltage Uj / measured at the series capacitor 2, the polarization of the polymer molded article 1 can be determined with known capacitance C2 and voltage Up It is therefore possible to follow the polarization process and to control it in such a way that a predetermined polarization is achieved.
ren werden makroskopische Kurzschlüsse, die im Polymerformkörper 1 infolge von Materialfehlern auftreten können, dadurch angezeigt, daß die Polarisierungsspannung Up in ihrer Gesamtheit sofort am Reihenkondensator 2 anliegt. Der PoIarisierungsprözeß kann dann sofort unterbrochen und mit einer neuen Probe fortgeführt werden. Darüber hinaus ist eine nachfolgende Kontrolle der polarisierten Polymerformkörper nicht nötig, da aus dem angezeigten Spannungswert Ujt am Reihenkondensator 2 unmittelbar auf die Piezo- und Pyroelektrizität des polarisierten Polymerformkörpers 1 geschlossen werden kann. Die Messung von Ujt ist unbedingt hochohmig (mindestens im Teraohm-Bereich) vorzunehmen, um eine Entladung des Reihenkondensators 2 während des Abkühlvorganges nach erfolgter Polarisierung zu vermeiden.ren macroscopic short circuits that may occur in the polymer molding 1 due to material defects indicated by the fact that the polarization voltage Up in its entirety immediately applied to the series capacitor 2. The polarization process can then be interrupted immediately and continued with a new sample. In addition, a subsequent control of the polarized polymer moldings is not necessary since it is possible to deduce the piezoelectric and pyroelectricity of the polarized polymer molded body 1 directly from the indicated voltage value Ujt at the series capacitor 2. The measurement of Ujt is necessarily high impedance (at least in teraohm range) make to avoid discharge of the series capacitor 2 during the cooling process after polarization.
Das erfindungßgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung haben den Vorteil, daß mit extrem großen Feldstärken ohne Durchschläge polarisiert werden kann. Die polarisierten Polymerformkörper 1 zeichnen sich durch überdurchschnittliche Werte der piezoelektrischen und/oder pyroelektrisch en Koeffizienten aus. Das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung sind mit einfachen Mitteln zu realisieren» Die Polarisierungszeit liegt im Bereich von einigen Sekunden bis Minuten. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung sind vorzugsweise bei der Polarisierung von als Film oder Folie vorliegenden Polymerformkörpern 1, die in ihrer Primärstruktur polare Molekülgruppen aufweisen, effektiv anwendbar. Als Beispiel für solche Polymere seien halogenierte Vinylpolymere, Polyester und Polyamide, Polyurethane, Polyharnstoffe sowie Polyacrylnitril und Polycarbonate genannt.The erfindungßgemäße method and the device according to the invention have the advantage that it can be polarized with extremely large field strengths without breakdowns. The polarized polymer moldings 1 are distinguished by above-average values of the piezoelectric and / or pyroelectric coefficients. The method and the corresponding device can be realized with simple means »The polarization time is in the range of a few seconds to minutes. The method according to the invention or the device according to the invention are preferably effective in the polarization of polymer moldings 1 in the form of films or films which have polar molecular groups in their primary structure. Examples of such polymers include halogenated vinyl polymers, polyesters and polyamides, polyurethanes, polyureas and also polyacrylonitrile and polycarbonates.
Polarisierung von Fluorpol-y-meren:Polarization of fluoropoly-y-mers:
Ein vorwiegend in der Modifikation I vorliegender uniaxial orientierter Polyvinylidenfluorid-Film der Dicke von 0,01 mm wird beidseitig durch Bedampfen mit Aluminium me-A uniaxially oriented polyvinylidene fluoride film with a thickness of 0.01 mm, which is predominantly present in modification I, is coated on both sides by vapor deposition with aluminum.
2 tallisiert (1,0 cm kreisrunde Fläche) und auf eine PoIa-2 tallisiert (1.0 cm circular area) and on a PoIa-
risierungstemperatur von 140 C gebracht* Der bei der Polarisierung verwendete Reihenkondensator hat eine Kapazität von 10 nFj die mehr als eine Größenordnung über der Kapazität des« xmbehandelten Polymerfilms liegt. Hach Einschaltung der Polarisierungsspanming von 5 kV steigt die Spannimg Ujt am Reihenkondensator innerhalb einer Minute auf über 2,5 kV an, so daß während des weiteren Tolarisierungspr.ozesses weniger als 2,5 kV an der Probe anliegen«, Zu Beginn der Polarisierung dagegen liegt fast die gesamte Polarisierungsspannung an'der"Probe an und bewirkt die Orientierung der Dipole« Mach einer Polarisierungszeit von fünf Minuten wird die Probe unter Beibehaltung des Feldes auf Zimmertemperatur abgekühlt. Fach dem aufgezeigten Polarisierungsprozeß erhält dor Polyvinylidenfluorid-Pilm einen piezoelektrischen Koeffizienten von 8«, 10 egs«,eeiu undThe series capacitor used in the polarization has a capacitance of 10 nFj, which is more than an order of magnitude greater than the capacitance of the x-treated polymer film. After switching on the 5 kV polarization chip, the voltage across the series capacitor rises to over 2.5 kV within one minute so that less than 2.5 kV are applied to the sample during the further tolarization test With a polarization time of five minutes, the sample is cooled to room temperature while maintaining the field, and the polyvinylidene fluoride-pilm has a piezoelectric coefficient of 8 "given the polarization process shown. 10 egs, eeiu and
' 2 2
einen pyroelektrischen Koeffizienten von 8 nC/cai K, Bei der Polarisierung eines biaxial orientierten Polyviny-a pyroelectric coefficient of 8 nC / cai K, in the polarization of a biaxially oriented polyvinyl
lidenfluorid-Pilms (metallisierte Fläche 0,8 cm ) der Dicke von 0s006 mm wird unter Verwendung desselben Reihenlcpnden™ sators eine Polarisierungsspaniiurig von 2$ 5 kV bei einerOxide fluoride pillows (metallized area 0.8 cm) of thickness 0 sec. 006 mm, using the same series clamp, will have a polarization span of 2 $ 5 kV at
Temperatur von 130 C angelegt* Auch hier kann die Poläi'isierung ohne elektrischen Durchschlag durchgeführt γ/erden (piezoelektrische!' Koeffizient 5*10*"' cgsoesu, pyroelektri-Temperature of 130 C applied * Again, the polarization can be carried out without electrical breakdown γ / ground (piezoelectric! 'Coefficient 5 * 10 * "' cgs o esu, pyroelectric
p scher Koeffizient 4- nC/cm'K)«,p shear coefficient 4 nC / cm'K) «,
Die Pblarisierung von Polyvinylfluorid-Folien der Dicke von 0^015 mm (metallisierte Fläche Ί ,cm ) erfordert eineca Reihenkondensator mit einer Kapazität von 1 nF. Die 3PoIarisierungstemperatur beträgt 110 0C. Es'v/ird mit einer Polarisierungsspannung von 6 kV gearbeitete Im Ergebnis der Polarisierung wurde bei diesem. Beispiel ein pyroelektrisch^The polarization of polyvinyl fluoride films of the thickness of 0 ^ 015 mm (metallized area Ί, cm) requires a series capacitor with a capacitance of 1 nF. The 3PoIarisierungstemperatur is 110 0 C. Es'v / ill with a polarizing voltage of 6 kV worked As a result, polarization was carried out at this. Example a pyroelectric ^
2 Koeffizient von 2 nC/cm K erhalten«,2 coefficient of 2 nC / cm K,
Polarisierung von PolyacrylnitrilϊPolarization of polyacrylonitrileϊ
Bei der Polarisierung von Polyacrylnitril wird von hochorientierten Filmen .(uiiiaxial orientiert) der Dicke von Oj01 mm ausgegangen (metallisierte Fläche 1 ei.), Die KapaIn the polarization of polyacrylonitrile, highly oriented films (uiiiaxially oriented) are assumed to have the thickness of Oj01 mm (metallized area 1 ei.), Kapa
zität des Reihenkondensators beträgt in diesem Fall 5 die Polarisierungsspannung 5 kV. Die IPolarisierung wird bei 120 C nach dem bereits beschriebenen Regime durchge führt. Der erhaltene pyroelektrische Koeffizient beträgt 4 nC/cm-2K.The capacity of the series capacitor in this case is 5, the polarization voltage 5 kV. The IPolarisierung is carried out at 120 C after the regime already described Runaway. The obtained pyroelectric coefficient is 4 nC / cm 2 K.
Ausführungsbeispiel 3 Polarisierung von Polyamiden: Embodiment 3 Polarization of polyamides:
Ein uniaxialer Polyamid-Film auf der Basis von Polyamid-11 der Dicke 0,010 mm wird beidseitig mit Aluminium metallisiert (metallisierte Fläche 1 cm ). Die Polarisierungstemperatur beträgt 120 0C, und es wird eine Polarisierungsspannung von 5 kV angelegt. Die Kapazität des Reihenkondensators beträgt 5 nF. Der Film wird.5 Minuten polarisiert und anschließend im elektrischen Feld auf Zimmertemperatur abgekühlt.A uniaxial polyamide film based on polyamide-11 with a thickness of 0.010 mm is metallized on both sides with aluminum (metallized area 1 cm). The polarization temperature is 120 0 C, and it is applied a polarizing voltage of 5 kV. The capacity of the series capacitor is 5 nF. The film is polarized for 5 minutes and then cooled in the electric field to room temperature.
Mit demselben Polarisierungsregime wurden auch aus einer 2%igen Lösung in Ameisensäure -erhaltene Filme (Dicke 0,010 mm) auf der Basis von Polyamid-7 und Polyamid-55 polarisiert. Die Filme wurden vor der Polarisierung vierfach gereckt und anschließend ebenfalls mit Aluminium metallisiert (Fläche 0,8 cm2).The same polarization regime also polarized formic acid-preserved films (0.010 mm thick) based on polyamide-7 and polyamide-55 from a 2% solution. The films were stretched four times before polarization and then likewise metallized with aluminum (area 0.8 cm 2 ).
2 Die pyroelektrisehen Koeffizienten betragen 2 nC/cm K für Polyamid-11 und 3 nC/cm K für die Polyamide-55 und -7.2 The pyroelectric coefficients are 2 nC / cm K for polyamide-11 and 3 nC / cm K for polyamides-55 and -7.
Claims (2)
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