DD233443A1

DD233443A1 - Verfahren zur herstellung von polymerkondensatoren mit hoher ladungsstabilitaet

Info

Publication number: DD233443A1
Application number: DD27203684A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Stark; Rudi Danz; Manfred Pinnow
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1984-12-28
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1986-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymerkondensatoren mit einer hohen Ladungsstabilitaet, die ueber grosse Zeitraeume konstant bleibt und auch bei hoeheren Temperaturen nur wenig absinkt. Das erfindungsgemaesse Verfahren beruht darauf, dass beidseitig mit festhaftenden Elektrodenschichten versehene Polymerfolie bei hohen Temperaturen im Bereich von 100 bis 300C und hohen elektrischen Spannungen, die Feldstaerken im Bereich von 10% bis 90% der Durchschlagsfeldstaerke der Polymerfolie hervorrufen, nachbehandelt und anschliessend auf Zimmertemperatur abgekuehlt wird. So hergestellte Kondensatoren koennen ueberall dort eingesetzt werden, wo gespeicherte Ladungsmengen ueber lange Zeit erhalten bleiben muessen, z. B. zur Datenspeicherung oder als Messkondensatoren in Schaltungen zur Ladungsmessung.

Description

Dr. Wolfgang Stark

Dr. Rudi Danz

Dr. Manfred Pinnow

Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von Polymerkondensatoren mit hoher Ladungsstabilität

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polymerkondensatoren mit hoher Ladungsstabilität. Solche Kondensatoren können dort eingesetzt werden, wo gespeicherte Lauungsmengen über große Zeiträume keine Änderung erfahren dürfen, wie z.B. zur Datenspeicherung oder als Meßkondensatoren in Schaltungen zur Ladungsmessung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Herstellung von Kondensatoren werden eine Reihe von dielektrischen Materialien eingesetzt. Eine besonders weite Verbreitung haben dabei Polymerfolien wegen ihrer technologisch günstigen Bearbeitbarkeit, aber auch wegen ihrer

hohen Durchschlagfestigkeit und sehr guten Isolationseigenschaften gefunden.

Am häufigsten werden dafür Polypropylenfolien, z.B. DE-OS 2619260, DE-OS 4367511 und Polystyrolfolien, z.B. DE-OS 2649070, 2343857, verwendet. Darüber hinaus ist der Einsatz einer Palette weiterer Polymere zur Kondensatorherstellung bekannt. So werden z.B. in der DE-AS 2634389 auch Folien auf der Basis von Polytetrafluorethylen, Polycarbonat und Polyethylenterephthalat genannt.

Der überwiegende Teil der zur Kondensatorherstellung eingesetzten Polymere weist von latur aus einen hohen Isolationswiderstand auf.

Die typischen Werte der am besten isolierenden Polymere sind z.B. Polypropylen - 10¹⁷ bis 10¹⁸ücm

Polystyrol - 10¹⁸ Sicm

1 8

Polytetrafluorethylen - 10 .iicm

1 Pi

Polychlortrifluorethylen - 10 -Clem (s. C. Rint, Handbuch für Hochfrequenz- und Elektro-Technik). Pur den normalen Kondensatoreinsatz sind diese Isolationseigenschaften bei weitem ausreichend. Der Langzeitspeicherung von Ladungen setzt sie allerdings enge Grenzen. Bei einer spezifischen Leitfähigkeit von 10" (item)" beträgt die Sntladezeitkonstante beispielsweise nur ca. 50 Stunden. Each dieser Zeit ist die Anfangsladung bereits auf etwa 1/3 abgefallen.

Ziel der Erfindung;

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein technologisch einfaches Verfahron zu entwickeln, mit dem es möglich wird, Polymerkondensatoren mit hoher LadungsStabilität herzustellen, die über lange Zeiträume erhalten bleibt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu gründe, das aus einem Polymer bestehende Dielektrikum so zu behandeln, daß die Entladezeitkonstante um mindestens zwei Größenordnungen erhöht wird und auch bei höheren Temperaturen nur wenig absinkt.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, beidseitig mit festhaftenden Elektrodenschichten versehene Kondensatorfolien auf der Basis der Polymere Polytetrafluorethylen (PTPE), Polychlortriluorethylen (PCTPE) oder des Copolymers aus Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen (PEP) bei hohen Temperaturen durch Anwendung hoher elektrischer Spannungen, die Feldstärken hervorruft, die bis zu 10 % unter der Durchschlagfeldstärke der jeweiligen Folie liegt, nachzubehandeln. Die Abkühlung auf Zimmertemperatur erfolgt nach Abschalten der Spannung. Im folgenden soll das Verfahren detailliert erläutert v/erden.

Es werden PTFE, PCTFE oder FEP-Folien, deren beidseitige Kondensatorelektroden durch Aufdampfen einer dünnen Metallschicht realisiert wurden, verwendet.

Die obere und untere Elektrode werden mit einer Spannungsquelle verbunden. Uachdem die Folie auf eine Temperatur im Bereich 100 ⁰C bis 300 ⁰C temperiert wurde, wird für einen Zeitraum von einigen Minuten bis zu Stunden eine so hohe Spannung angelegt, daß die innere Feldstärke in der Folie Werte von 10 bis 90 % der Durchschlagfeldstärke erreicht. Danach wird die Spannung auf Hull geregelt und. der Kondensator innerhalb einer Zeitspanne von 10s bis 30 min auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Um die Kondensatoren im Einsatz unabhängig γοη der Spannungspolarität zu machen^ ist es günstig, bei der nachbehandlung die hohe Spannung über einen gleichen Zeitraum in positiver und in negativer Richtung anzulegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei sowohl auf die bereits mi-t Elektroden versehene unkonfektionierte Kondensatorfolie, als auch auf den fertigen Kondensator angewendet

werden. Die Anwendung auf die Ausgangsfolie bietet jedoch den Vorteil, daß hinsichtlich der Wärmebeständigkeit der zur Konfektionierung des Kondensators eingesetzten Materialien (z. B. Umhüllungen, Anschlußdrähte, Kontakte) keine Probleme entstehen.

Es hat sich gezeigt, daß durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Entladezeitkonstante um mindestens zwei Größenordnungen ansteigt. So hergestellte Kondensatoren, die gut gekapselt gelagert wurden, zeigten faktisch nach 3000 Stunden keinen meßbaren Ladungsverlust. Bin weiterer Vorteil des angewandten Verfahrens,, besteht darin, daß sich auch bei erhöhten Arbeitstemperaturen des Kondensators eine wesentlich verbesserte LadungsStabilität zeigt· Bei 70 bis 80 °G über 500 Stunden gelagerte Kondensatoren zeigten lediglich einen Ladungsverlust von etwa 5 %.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Als Ausgangsmaterial diente PTFE-Folie, 20 jam dick, auf die beidseitig Mickel-Chrom-Elektroden aufgedampft wurden. Uach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die PTPE-Polie in einem Ofen auf 250 ⁰C aufgeheizt und während 30 min einer Spannung von 1000 V ausgesetzt. Danach werden die Elektroden kurzgeschlossen und die Folie innerhalb von 10 min auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Kondensatorfolie wird danach mit Anschlußdrähten versehen und gekapselt.

So hergestellte Kondensatoren wurden zu Testzwecken auf eine Spannung von 50 V aufgeladen und abgeschirmt gelagert. Über einen Zeitraum von 3000 Stunden konnte selbst bei 70 ⁰G keine Abnahme der Kondensatorspannung gemessen werden.

Beispiel 2

ΡστΙΈ-Polie der Dicke von 25 ,um, die beidseitig aufgedampfte Elektroden besitzt., wird auf einer Heizplatte auf 150 ⁰C erwärmt und über einen Zeitraum von 60 min einer Spannung von

1300 7 ausgesetzt. Danach werden die Elektroden kurzgeschlossen und die Folie wird innerhalb von 10 min auf Zimmertemperatur abgekühlt. So behandelte Kondensatoren wurden auf 50 7 aufgeladen und abgeschirmt gelagert. Sie zeigten im 7erlauf von 2400 Stunden bei 70 ⁰C keine meßbare Abnahme der Kondensat οrspannung.

Beispiel 3

FEP-3?olie von 12,7 jum Dicke mit beidseitig aufgedampften Elektroden wird bei 200 ⁰C einer Spannung von 500 7 ausgesetzt. Die Zeitdauer beträgt 10 min. Danach wird die Spannung auf Full geregelt und die Polie innerhalb von 60 s auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Die so behandelten Kondensatoren zeigten bei einer Aufladung auf 50 7 und abgeschirmter Lagerung über einen Zeitraum von 2400 Stunden bei 70 ⁰C keine meßbare Abnahme der Kondensatorspannung .

Claims

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Herstellung von Polymerkondensatoren mit hoher Laaungsstabilität auf der Basis von Fluorpolymeren, gekennzeichnet dadurch, daß eine Fluorpolymer-Konaensatorfolie bei Temperaturen im Bereich von 100 ⁰C bis 300 ⁰C einer elektrischen nachbehandlung mit hohen Spannungen, die Feldstärken im Bereich von 10 % bis 90 % der Durchschlagsfeldstärke in der Folie hervorrufen, unterzogen wird, wobei die Einwirkdauer der Spannung im Bereich von 1 min bis zu 2 Stunden liegt, und nach Abschalten der Spannung die Kondensatorfolie innerhalb von 10 s bis 30 min auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.
2. Verfahren naah Punict 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach der Hälfte der Spannungseinwirkdauer die Polarität der Spannung gewechselt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Fluorpolymer Polytetrafluorethylen, Polychlortrifluorethylen oder ein Copolymer aus !Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen eingesetzt wird.