DE1025475B - Verfahren und Einrichtung zur Bestrahlung eines Kunststoffueberzeuges auf einem draht- oder bandfoermigen, elektrisch leitenden Traeger mit Ladungstraegerstrahlen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In den letzten· Jahren ist als Ergebnis zahlreicher Untersuchungen bekannt geworden, daß die physikalischen und chemischen Eigenschaften einer Reihe von hochmolekularen organischen Substanzen durch. Bestrahlung mit energiereichen Wellen- oder Korpuskularstrahlen beeinflußt werden, können und daß hierdurch eine Anpassung der für bestimmte Verwendungszwecke spezifischen Eigenschaften in weiten Grenzen möglich ist. Die Wirkung der Strahlung beruht im wesentlichen darauf, daß die einzelnen Makromoleküle des bestrahlten Stoffes, die im allgemeinen nur durch van der Waalsche Kräfte aneinander gebunden sind, durch Hauptvalenzbindungen miteinander verknüpft werden. Die Verknüpfung erfolgt durch chemische Reaktionen, die durch Energieabsorption — Ionisation und Anregung — ausgelöst werden. Dies führt z. B. zur Festigung des Stoffes gegen alle Beanspruchungen, die zu einer Verschiebung der ganzen Makromoleküle gegeneinander führen. So· tritt z. B. eine Verminderung der Löslichkeit, eine Erhöhung der Festigkeit gegenüber dem Schmelzen, eine Erhöhung der Zerreißfestigkeit und der Dehnbarkeit und eine Verminderung der Rißneigung usw. ein. Insbesondere werden bei Kunststoffen, die als Isoliermaterial in der Elektrotechnik Verwendung finden, die bei derartigen Anwendungen entscheidenden Eigenschaften dieser Stoffe erheblich verbessert. Es ist z. B. vorgeschlagen worden, die Isolation von Drähten oder Kabeln aus thermoplastischem Material durch Bestrahlung mit energiereicher Strahlung in einen zäheren und stärker elastischen Zustand zu überführen.

Zur Erzielung der oben dargestellten Wirkungen bei der Bestrahlung von Kunststoffen ist die Strahlungsart nur von sekundärer Bedeutung, entscheidend für die Wirkung ist allein die von dem Kunststoff absorbierte Energie. Hieraus ergeben sich allerdings für die Praxis gewisse Bedingungen, die durch die Forderung eines möglichst hohen Wirkungsgrades in bezug auf die primär aufgewendete Energie sowie auch hinsichtlich des gerätemäßigen Aufwandes für die Erzeugung der Strahlung gegeben sind. Diese Gesichtspunkte lassen die Verwendung von Elektronenstrahlen als am geeignetsten erscheinen. Bei den bisher bekannten Geräten dieser Art werden die Elektronen im Vakuum beschleunigt und treten durch ein Lenard-Fenster in den eigentlichen Bestrahlungsraum ein. Diese Lösung ist für die Praxis in verschiedener Hinsicht unbefriedigend, da das Lenard-Fenster einen En.ergieverlust und eine Energiebegrenzung mit .sich bringt.

Durch die Bestrahlung der Kunststoffe wird häufig ihre Verarbeitungsmöglichkeit für die vorgesehenen Verwendungszwecke in unangenehmer Weise einge-Verfahren und Einrichtung zur Bestrahlung eines Kunststoffüberzuges auf einem
draht- oder bandförmigen, elektrisch

leitenden Träger mit Ladungsträgerstrahlen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Karl Schumacher, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

schränkt, in gewissen Fällen sogar so weitgehend, daß die Bestrahlung erst als einer der letzten Arbeitsgängedurchgeführt werden kann. Dies gilt oft auch für Kunststoffisolierungen von elektrischen Leitern, z. B. bei Kabeln und Drähten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen Bestrahlung eines Kunststoffüberzuges auf einem draht- oder bandförmigen, elektrisch leitenden Träger mit Ladungsträgerstrahlen. Durch die Erfindung sind die vorgenannten Schwierigkeiten beseitigt; sie ist für die großtechnische Durchführung von Bestrahlungen mit Elektronen, besonders geeignet. Die Erfindung besteht darin, daß der Kunststoffträger durch eine kontinuierliche Vakuumschleuse hindurchgeschleust und in deren Hochvakuumraum der Bestrahlung mindestens einer Ladungsträgerstrahlungsquelle ausgesetzt wird und der Kunststoffträger dabei die Endelektrode des zugehörigen Beschleunigung.ssystems bildet. Dadurch, daß der Kunststoffträger die Endelektrode des Beschleunigungssystems bildet, tritt eine starke Fokussierung der Elektronen auf den Leiter hin ein. Da die Bestrahlung im Hochvakuum erfolgt, führt das in der LTmgebung des Leiters herrschende, verhältnismäßig starke elektrische Feld zu keinen Entladungserscheinungen. Die Bestrahlung im Hochvakuum hat darüber hinaus den für viele Anwendungsfälle wichtigen Vorteil, daß die bei Be-

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strahlung in Luft auftretenden und oft störenden Oxydationserscheinungen unterbleiben.

Durch steckenbleibende Elektronen tritt eine Aufladung des Isolierstoffes ein; diese hat eine Defokussierung und Abbremsung der Elektronenstrahlen zur Folge.. Um dies zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Beschleunigungsspannung so zu wählen, daß der überwiegende Teil der Ladungsträger den Leiter erreicht, vorzugsweise so, daß die Reichweite der Ladungsträger etwa den eineinhalbfachen Wert der Schichtdicke des Kunststoffüherzuges beträgt. Im allgemeinen kann man dieser Forderung mit einer einzigen Beschleunigungsstrecke gerecht werden.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung besteht die Hochvakuumschleuse aus einer Hochvakuumkammer, in der mindestens eine Ladungsträgerstrahlungsquelle angeordnet ist, und mindestens je einer Vorkammer auf der Ein- und Ausführungsseite der Hoclivakuumkammer. Die Durchführung zwischen den einzelnen Räumen und dem Außenraum besteht aus Schlitzen, deren effektive Schlitzweite klein ist gegenüber der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle in den angrenzenden Räumen.

In, der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Beispiel für die Anordnung der Ladungsträgerstrahlungsquellen.

In Fig. 1 ist die Elektronenquelle 1 mit der Steuerelektrode 2 und der Vorbeschleunigungselektrode 3 im Hochvakuumraum 4 der Vakuumschleuse 5 angeordnet. Die Hochvakuumschleuse 5 besteht außer der Hochvakuumkammer 4 aus den Vorkammern 6 und 7, die auf der Ein- und Ausführungsseite der Hochvakuumkammer angebracht sind. Die Durchführung zwischen den einzelnen Räumen und dem Außenraum besteht aus Schlitzen, deren effektive Schlitzweite klein ist gegenüber der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle in den angrenzenden Räumen; sie sind mit 8 bezeichnet. Unter effektiver Schlitzweite wird hier diejenige lichte Weite der Schlitze verstanden, die bei der Durchführung des zu bestrahlenden Trägers frei bleibt. Die Vakuumschleuse kann auch so ausgeführt sein, daß auf der Ein- und/oder Ausführungsseite mehrere Vorkammern angeordnet sind. Kontinuierliche Vakuumschleusen der hier verwendeten Art sind im einzelnen in der deutschen Patentanmeldung S 35514VIa/48b beschrieben.

Im allgemeinen kommt man, wie schon erwähnt, mit einer Beschleunigungsstrecke aus. Wenn dabei die Feidstärke an der Oberfläche des Kunststoffträgers zu groß wird — sie darf keinesfalls die Durchschlagsfeldstärke des Isolierstoffes erreichen —, so kann durch ein elektronenoptisches System, wie es z. B. in Fig. 1 durch die Beschleunigungselektrode 3 angedeutet ist. eine Vorbeschleunigung durchgeführt werden. Im übrigen richtet sich die Dimensionierung der Beschleunigungsstrecke und -spannung nach der Dicke der zu durchstrahlenden Kunststoffschicht.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung stellt an die Elektronenquellen selbst keine speziellen Anforderungen, so daß hierfür praktisch alle bekannten An-Ordnungen benutzt werden können. Als Elektronenquelle kann z. B. auch ein Glühdraht verwendet werden, der um den zu bestrahlenden Träger konzentrisch angeordnet ist. Es können, aber auch mehrere Quellen verwendet und gleichmäßig verteilt und konzentrisch in bezug auf die Führung des zu bestrahlenden Kunststoffträgers angeordnet sein. In Fig. 2 ist dieser Fall mit drei Elektronenquellen, die mit 21, 22 und 23 bezeichnet sind, dargestellt. Der zu bestrahlende Träger ist bei 24 angegeben.

Bei den durch die Ladungsträgerstrahlung ausgelösten chemischen Reaktionen im Kunststoff tritt stets eine Gasabspaltung auf. Im allgemeinen ist es möglich, mit den zu der Vakuumschleuse gehörigen Vakuumpumpen — sie sind in der Zeichnung der Übersicht halber nicht dargestellt; ihre Dimensionierung ist in der genannten deutschen Patentanmeldung angegeben — trotz dieser Gasabspaltung das erforderliche Vakuum aufrechtzuerhalten. In Sonderfällen, bei denen dies nicht der Fall ist, kann die Hochvakuumkammer durch einen in bezug auf die Führung des zu bestrahlenden Kunststoffträgers und die Ladungsträgerstrahlungsquellen konzentrisch angeordneten Mantel aus einem für die Ladungsträgerstrahlen hochdurchlässigen, gasdichten Material in einen Beschleunigungsraum und einen Bestrahlungsraum unterteilt werden.

Hierfür eignet sich z. B. ein Mantel aus einer Aluminiumoxydfolie von etwa 0,1 μ Dicke. Für beide Räume ist dann jeweils eine entsprechend dimensionierte Hochvakuumpumpe erforderlich. Das durch die Gasabspaltung im Bestrahlungsraum bedingte schlechtere Vakuum ist ohne praktischen Einfluß auf den Wirkungsgrad der Einrichtung. Der Druckunterschied in beiden Räumen kann in jedem Fall so gering gehalten werden, daß die vorgenannte geringe Mantelstärke eine hinreichende mechanische Stabilität aufweist.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Bestrahlung eines Kunststoffüberzuges auf einem draht- oder bandförmigen, elektrisch leitenden Träger mit Ladungsträgerstrahlen, insbesondere mit Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffträger durch eine kontinuierliche Vakuumschleuse hindurchgeschleust und in deren Hochvakuumraum der Bestrahlung mindestens einer Ladungsträgerstrahlungsquelle ausgesetzt wird und der Kunststoffträger dabei die Endelektrode des zugehörigen Beschleunigungssystems bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsspannung so gewählt wird, daß der überwiegende Teil der Ladungsträger den Leiter erreicht, vorzugsweise so, daß die Reichweite der Ladungsträger etwa den eineinhalbfachen Wert der Schichtdicke des Kunststoffüberzuges beträgt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochvakuumschleuse aus einer Hoclivakuumkammer, in der mindestens eine Ladungsträgerstrahlungsquelle angeordnet ist, und mindestens je einer Vorkammer auf der Ein- und Ausführungsseite der Hochvakuumkammer und die Durchführung zwischen den einzelnen Räumen und dem Außenraum aus Schlitzen besteht, deren effektive Schlitzweite klein ist gegenüber der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle in den angrenzenden Räumen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ladungsträgerstrahlungsquelle eine in bezug auf die Führung des zu bestrahlenden Kunststoffträgers konzentrisch ange-

■ordnete ringförmigeLadungsträgerstrahlungsquelle vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ladungsträgerstrahlungsquellen vorgesehen und vorzugsweise gleichmäßig verteilt und konzentrisch in, bezug auf die Führung des zu bestrahlenden Kunststoffträgers angeordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochvakuumkammer durch einen in bezug auf die Führung des zu bestrahlenden Kunststoffträgers und die Ladungsträgerstrahlungsquellen konzentrisch angeordneten Mantel aus einem für die

Ladungsträgerstrahlen hochdurchlässigen gasdichten Material in einen Beschleunigungsraum und einen Bestrahlungsraum unterteilt ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als LadungsträgerstrahlungsquellenElektronenquellen, z. B. Glühdraht-Elektronenquellen, vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorbeschleunigung der Elektronen ein elektronenoptisches System, z. B. eine Vorbeschleunigungseilektrode (3), vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1110587.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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