DD233443A1 - METHOD FOR PRODUCING POLYMER CAPACITORS HAVING A HIGH LOAD STABILITY - Google Patents
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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.The invention relates to a process for the preparation of polymer capacitors with a high charge stability, which remains constant over long periods of time and only slightly decreases even at relatively high temperatures. The process according to the invention is based on the fact that polymer film provided on both sides with firmly adhering electrode layers is aftertreated at high temperatures in the range of 100 to 300 ° C. and high electrical voltages which produce field strengths in the range of 10% to 90% of the breakdown field strength of the polymer film, and is subsequently cooled to room temperature , Capacitors produced in this way can be used everywhere where stored charge quantities have to be preserved for a long time, eg. As for data storage or as measuring capacitors in circuits for charge measurement.
Description
Dr. Wolfgang StarkDr. Wolfgang Stark
Dr. Rudi DanzDr. Rudi Danz
Dr. Manfred PinnowDr. Manfred Pinnow
Verfahren zur Herstellung von Polymerkondensatoren mit hoher LadungsstabilitätProcess for the preparation of polymer capacitors with high charge stability
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.The invention relates to a process for the preparation of polymer capacitors with high charge stability. Such capacitors may be used where stored amounts of charge must not undergo change over long periods of time, e.g. for data storage or as measuring capacitors in circuits for charge measurement.
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 ihrerFor the production of capacitors, a number of dielectric materials are used. Polymer films have a particularly wide spread because of their technologically favorable machinability, but also because of their
hohen Durchschlagfestigkeit und sehr guten Isolationseigenschaften gefunden.high dielectric strength and very good insulation properties found.
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.Most commonly used are polypropylene films, e.g. DE-OS 2619260, DE-OS 4367511 and polystyrene films, e.g. DE-OS 2649070, 2343857, used. In addition, the use of a range of other polymers for capacitor production is known. Thus, e.g. in DE-AS 2634389 also called films based on polytetrafluoroethylene, polycarbonate and polyethylene terephthalate.
Der überwiegende Teil der zur Kondensatorherstellung eingesetzten Polymere weist von latur aus einen hohen Isolationswiderstand auf.The majority of the polymers used for capacitor production has a high insulation resistance from nature.
Die typischen Werte der am besten isolierenden Polymere sind z.B. Polypropylen - 1017 bis 1018ücmThe typical values of the best insulating polymers are eg polypropylene - 10 17 to 10 18 μcm
Polystyrol - 1018 Sicm Polystyrene - 10 18 Sicm
1 81 8
Polytetrafluorethylen - 10 .iicmPolytetrafluoroethylene - 10 .iicm
1 Pi 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.Polychlorotrifluoroethylene - 10-Clem (see C. Rint, Handbook for High Frequency and Electrical Engineering). Purely the normal use of capacitors, these isolation properties are far enough. The long-term storage of cargoes, however, sets narrow limits. For example, with a specific conductivity of 10 "(item), the charge time constant is only about 50 hours. Each time the initial charge has dropped to about 1/3.
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.The object of the invention is to develop a technologically simple process, with which it is possible to produce polymer capacitors with high charge stability, which is maintained over long periods.
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.The invention is based on the task of treating the existing of a polymer dielectric so that the discharge time constant is increased by at least two orders of magnitude and decreases only slightly at higher temperatures.
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.The essence of the invention is to provide on both sides with adherent electrode layers capacitor films based on the polymers polytetrafluoroethylene (PTPE), polychlorotriloethylene (PCTPE) or the copolymer of hexafluoropropylene and tetrafluoroethylene (PEP) at high temperatures by applying high electrical voltages, the field strengths, which is up to 10% below the breakdown field strength of the respective film, to be post-treated. Cool down to room temperature after switching off the voltage. In the following, the method will be explained in detail.
Es werden PTFE, PCTFE oder FEP-Folien, deren beidseitige Kondensatorelektroden durch Aufdampfen einer dünnen Metallschicht realisiert wurden, verwendet.There are PTFE, PCTFE or FEP films whose two-sided capacitor electrodes were realized by vapor deposition of a thin metal layer used.
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.The upper and lower electrodes are connected to a voltage source. Uachdem the film was heated to a temperature in the range 100 0 C to 300 0 C, is applied for a period of several minutes to hours such a high voltage that the internal field strength in the film reaches values of 10 to 90% of the breakdown electric field strength , After that, the voltage is regulated to Hull and. The condenser is cooled to room temperature over a period of 10 seconds to 30 minutes.
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.In order to make the capacitors in use independent of the voltage polarity , it is favorable to apply the high voltage during the after-treatment in a positive and in a negative direction over a same period of time.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei sowohl auf die bereits mi-t Elektroden versehene unkonfektionierte Kondensatorfolie, als auch auf den fertigen Kondensator angewendetThe method according to the invention can be applied both to the unassembled capacitor foil already provided with electrodes and to the finished capacitor
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.become. However, the application to the starting film offers the advantage that no problems arise with regard to the heat resistance of the materials used for the assembly of the capacitor (eg sheaths, connecting wires, contacts).
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 %. It has been found that by using the method according to the invention, the discharge time constant increases by at least two orders of magnitude. Capacitors produced in this way, which were stored well encapsulated, in fact showed no measurable charge loss after 3000 hours. A further advantage of the applied method, is that even at elevated operating temperatures of the capacitor shows a significantly improved charge stability · At 70 to 80 ° G over 500 hours stored capacitors showed only a charge loss of about 5 %.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1Exemplary embodiments Example 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.The starting material used was PTFE film, 20 μm thick, on which nickel-chromium electrodes were vapor-deposited on both sides. According to the method of the invention, the PTPE-Polie is heated in an oven at 250 0 C and exposed for 30 min to a voltage of 1000 V. Thereafter, the electrodes are short-circuited and the film is cooled within 10 min to room temperature. The capacitor film is then provided with lead wires and encapsulated.
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.Capacitors produced in this way were charged to a voltage of 50 V for test purposes and stored in a shielded manner. Over a period of 3000 hours, even at 70 0 G no decrease in the capacitor voltage could be measured.
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 vonΡστΙΈ-Polie the thickness of 25, to, which has both sides vapor-deposited electrodes, is heated on a hot plate to 150 0 C and over a period of 60 min a voltage of
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.1300 7 suspended. Thereafter, the electrodes are short-circuited and the film is cooled to room temperature within 10 minutes. So treated capacitors were charged to 50 7 and stored shielded. They showed in the 7erlauf of 2400 hours at 70 0 C no measurable decrease in the condensate οrspannung.
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.FEP-3 oil of 12.7 μm thick with electrodes vapor-deposited on both sides is exposed to a voltage of 500 7 at 200 ° C. The duration is 10 min. Thereafter, the voltage is set to full and the polie is cooled to room temperature within 60 s.
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 .The treated capacitors showed no measurable decrease in the capacitor voltage at a boot to 50 7 and shielded storage over a period of 2400 hours at 70 0 C.
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- 1984-12-28 DD DD27203684A patent/DD233443A1/en unknown
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