DE1934612C3 - Verfahren zur Herstellung einer einseitig metallisierten Elektretfolie - Google Patents

Description

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werden können. Damit ergibt sich eine wesentliche Einsparung an Herstellungskosten, da der Formierungsprozeß neben den Materialkosten den weitaus grollten Anteil an dep, gesamten Herstellungskosten solcher Eieklretfolien einnehmen.

Zur erfindungsgemiißen Herstellung der einseitig metallisierten Elektretfolie wird auf eine erste einseitig metallisierte Folie, vorzugsweise in Form eines langen Streifens, eine zweite, praktisch gleich lange, einseitig metallisierte Folie in der Weise aufgebracht, daß die metallisierte Fläche der ersten Folie in Berührung mit der nicht metallisierten Fläche der zweiten Folie gepreßt wird, woraufhin die Folien gemeinsam zu einer Rolle gewickelt werden. Am zugänglichen Außen-Ende dieser doppelt gewickelten Rolle finden sich die beiden Metallschicht^; an diese beiden Schichten wird die elektrische Spannung angelegt, welche das erforderliche elektrische Feld erzeugt, das in diesem Fall für jede Wicklung der beiden Folien gleich ist; hierauf wird die Spirale zur Formierung erwärmt und wieder abgekühlt, wird das elektrische Feld abgeschaltet und die Spirale wieder aufgewickelt. Bei diesen Verfahren sind zwei einseitig metallisierte Elcktrete hergestellt worden, welche — ebenso wie die Metallfolien — nicht aus demselben organischen Material bestehen müssen. Außerdem können die Folien mit Poren versehen sein, da erfindungsgemäß Spannungen mit einer Größe angewandt werden, daß bei den gewählten Abmessungen die Durchschlagspannung von Luft nicht erreicht wird.

Bekanntlich läßt sidi die Durchschlagspannung mit der Paschen-Kurve darstellen, die bei zunehmenden EIcktrodcnabständen stark insteigt.

Zur Aufbewahrung bzw. Lagerung der EUcktrete können diese ohne weiteres in ihrer gerollten Form belassen oder erneut zu einer Doppel-Rolle gewickelt werden. Außerdem ist es ratsam, die beiden Metall-Schichten während der Lagerung mittels eines Mctalldrahts oder -Streifens elektrisch miteinander zu verbinden. Durch diese Maßnahme wird die Entladung der Elektrete während der Lagerung weitgehend herabgesetzt.

Ein Ladungsabfall kann am Elektret durch Einflüsse wie Feuchtigkeit und insbesondere Wärme auftreten. Es ist jedoch möglich, Elektre'.c herzustellen, die ihre guten Eigenschaften über Jahre hinweg beibehalten.

Die Bestimmung der entsprechenden Temperatur, Zeitspannen und Feldstärke bei der Formierung ist dem Fachmann bekannt. Für Polymcthylmethacrylat betragen die entsprechenden Werte beispielsweise 110 bis 140⁰C, 10 bis lOOkV/cm bzw. 2 bis 4 Stunden und für Polyethylenterephthalat 110 bis 150° C, 10 bis 400 kV/cm bzw. ebenfalls einige Stunden.

Die Herstellung der einseitig metallisierten Ausgangsfolie ist einfach; beispielsweise können zu diesem Zweck die bekannten Metall-Aufdampfungsverfa'hren angewandt werden. Die Art des jeweiligen Metalls ist kaum ausschlaggebend, vorausgesetzt, daß es ausreichend an der Oberfläche dtsr Folie haftet. Dennoch ist es wünschenswert, daü das Metall

.5 ein kleines Stück von den Rändern der Folie entlernt bleibt; die auf diese Weise gebildete freu; bzw. unbeschichtete Oberfläche setzt die Gefahren von elektrischen Kurzschlüssen, des Leitens der Oberfläche und des Überspringens von Funken oder Spnnnungsdurchschlage bei der Formierung stark herab.

Auf diese Weise werden gute Elektrete mit einer hohen und gleichmäßigen heteropolaren Ladung erzielt. Der Ausdruck »hcteropolarc Ladung« bezieht sich auf die Ladung, die sich aus der Richtung bzw. Orientierung der Dipole unter dem Einfluß des elektrischen Feldes sowie aus dem Wandern der Ladungsträger in das organische Material ergibt.

Die Folien sind in den meisten Fällen sehr dünn; ihre Dicke beträgt einige 10 ^:1 bis zu einigen U)"¹ Millimeter. Infolge des Aufbaus der zu einem Elektret zu formenden Dcppel-Spirale weiden außerordentlich gute Elcktrete erhalten. Durch die Metall-Schicht wird die für den Gebrauch erforderliche Kompensation einer der Oberflächenladungen uutomatisch gewährleistet.

Bei Depolarisations-Versuchcn hat es sich gezeigt, daß die Ladungen der erfindung:,gcmäß hergestellten Elektrete im Bereich von 50 bis 14OnC cm-(Nano-Coulomb je cm-') Folien-Oberfläche liegen.

Die Wirkung dieser Ladung entspricht einer elektrischen Feldstärke von 600 bis 1700 kV cm, was einen außergewöhnlich hohen Wert darstellt. Daneben hat es sich gezeigt, daß die Ladungsverieilimf» sehr gleichmäßig ist.

Beispiel

Zwei einseitig mit Aluminium beschichtete Folien aus Polyethylenterephthalat von jeweils 0.013 mm Dicke, 2 cm Breite und 500 cm Länge wurden aufeinander gelegt und fest zu einer Doppel-Rolle gewickelt. An die beiden Metall-Schichten wurde eine Gleichspannung von 400 V angelegt. Anschließend wurde innerhalb von einer Stunde die Temperatur auf 120°C erhöht, das ganze Gebilde drei Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt, worauf das elektrische Feld abgeschaltet wurde. Mit Hill·; eines Induktionsladungsmcssers wurde eine permanente heteropolar Ladung von 60 nC/em- festgestellt. Abfallmessungen bestätigten die Annahme, daß diese Dauerladung ihre Größe mindestens einige Jahre lang beibehält. Bei einer Erwärmung auf 50 C trat nur ein geringer Ladungsabfall auf; über dieser Temperatur trat die Entpolarisation immer leichter ein.

Es zeigte sich, daß ein solches Elektret bei Raumtemperatur unter gewöhnlichen Atmosphärenbedingungen je Monat eine Ladung von 1 bis 2 nC cm-' verlor.

Claims (1)

1. verwendbar, wenn nur f>eine eine Oberfläche aktiviert

   Patentanspruch: ist. Das Elektret wird deshalb mit seiner einen Oberfläche auf einen Leiter aufgebracht.

   Verfahren zur Herstellung von einseitig metal- Zur Herstellung von einseitig metallisierten Eleklisierten Elektreten, bestehend jeweils aus einer 5 treten aus Folien aus polymerem Material ist es aus Folie aus einem polymeren Stoff, nach dem vor der schweizerischen Patentschrift 469 336 bereits beder Formierung mehrere einseitig metallisierte kannt, vor der Formierung mehrere einseitig metalli-Folien jeweils mit der metallisierten Fläche an sierte Folien mit ihren metallisierten Flächen jeweils der nicht metallisierten Fläche der angrenzenden an der nicht metallisierten Fläche einer angrenzen-Folie sehr gut anliegend aufeinandergcschichtet io den Folie sehr gut aneinanderliegend aufeinander zu werden und nach dem dann die Folien zur For- schichten und die Folien zur Formierung dann den micrung zeitlich gesteuerten Einwirkungen von zeitlich gesteuerten Einwirkungen von Wärme und Wärme und eines elektrischen Feldes ausgesetzt eines elektrischen Feldes auszusetzen. Für eine wirtwerden, dadurch gekennzeichnet, daß schaftliche Herstellung größerer Elektret-Folienbahzwei so aufeinandergeschichlete Folien aus poly- 15 nen ergeben sich bei diesem bekannten Verfahren jemcrem Kunststoff zu einem Wickel aufgerollt doch gewisse Schwierigkeiten, da eine erwünschte werden, daß dann bei der Formierung die zur Er- gleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes über zeugung des elektrischen Feldes notwendige eine großflächige Bahn nur mit relativ großem Auf-Spannung an die beiden Metallschichten der ge- wand, jedenfalls nicht durch einfaches Anlegen einer wickelten Folien angelegt wird und daß nach der 20 Spannung an einem Ende der Folienbahn erreicht Formierung die Folien abgewickelt werden, so werden kann. Außerdem kann gleichzeitig immer nur daß die beiden Folien voneinander getrennt wer- ein bestimmtes Bahnstück einem Formierungsprozeß den können. ausgesetzt werden.

   Zur Herstellung von nicht einseitig met illisiertcn

   25 Elektreten aus einer thermoplastischen Folie ist es aus der schweizerischen Patentschrift 429 947 weiter

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- bekannt, die Folie zur Formierung zu einem Wickel

   lung einer einseitig metallisierten Elcktretfolie gemäß auf einen Wickelkörper aufzurollen. Der Wickelkör-

   dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs. per dient dabei als eine Elektrode. Um den Wickel

   Einige Dielektrika besitzen die Eigenschaft, daß 30 wird anschließend auf die äußerste Schicht der

   ein aus dem Dielektrikum bestehender Körper nach Kunststoffbahn eine elektrisch leitende Hülle aufgc-

   einer speziellen Vorbehandlung eine dauerhafte elek- schoben oder aufgewickelt. Bei der darauf folgenden

   trostafische Ladung an den beiden gegenüberliegen- Formierung wird die benötigte Spannung zwischen

   den Oberflächen aufweist. Diese elektrostatische La- der äußeren Umhüllung und dem Wickelkern ange-

   dung bleibt auch dann bestehen, wenn sich das vor- 35 legt, so daß zwischen den spannungsführenden Elck-

   behandelte dielektrische Material nicht in einem au- trodcn der gesamte Kunststaffwickel, nicht aber eine

   ßeren elektrischen Feld befindet. Dielektrika mit die- einzelne Folienlagc mit einer bestimmten Formier-

   scn Eigenschaften werden als Elektrcie bezeichnet. spannung beaufschlagt wird. Dieses Verfahren eignet

   Von besonderer Bedeutung sind hierbei Elektrete in sich daher nicht für die Herstellung von einseitig rhe-

   Form von Folien aus hochmolekularen Stoffen, wie 40 tallisierten Elektretfolien nach der beschriebenen

   Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polyimiden, Art.

   Polycarbonaten, Polytetrafluorethylen, Polyfluorät- Ausgehend von dem Verfahren nach der crwähnhylenpropylen, Polymethylmethacrylat und Polymet- ten schweizerischen Patentschrift 469 336 liegt der liylmethacrylat-Derivaten. Erfindung damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfah-Die Vorbehandlung zur Umwandlung derartiger 45 ren zur wirtschaftlicheren Herstellung einseitig mc-Dielektrika in Elektrete, die sogenannte Formierung, tallisierter Elektretfolien zu schaffen, ohne daß insbesteht darin, daß das Material zwischen zwei an besondere die Größe der Folienbahn oder die Art Spannung liegenden Elektroden in einem elektri- der Anlegung der Formierspannung besondere Einschen Gleichspannungsfeld erwärmt, dieser Zustand schriinkungen oder erhöhten apparativen Aufwand eine gewisse Zeitspanne lang aufrechterhalten und 5° verlangen.

   dann das Material im elektrischen Feld abgekühlt Die Erfindung besteht bei einem Verfahren nach wird. Nach dem Erkalten bleibt die Polarisation be- der eingangs benannten Gattung darin, daß zwei aufstehen und kann das auf diese Weise gebildete Elek- einandcrgeschichtete Folien aus polymerem Kunsttrct aus dem elektrischen Feld herausgenommen wer- stoff ,:u einem Wickel aufgerollt werden, daß dann den. 55 bei der Formierung die zur Erzeugung des clcktri-Elektrete können in zahlreichen Fachgebieten Ver- sehen Feldes notwendige Sipannung an die beiden Wendung finden. Die dielektrische Induktion des Mctallschichten der gewickelten Folien angelegt wird Elektrets wird vorteilhaft beispielsweise für Mikro- und daß nach der Formierung die Folien abgewickelt phone, Hydrophone, Druckmesser, Schwingungsab- werden, so daß die beiden Folien voneinander getaster, Ausschlagmesser, Beschleunigungsmesser, Te- 60 trennt werden können.

   lephonc, Grammophon- bzw. Plattenspieler-Ton- Der technische Fortschritt der Erfindung ergibt

   köpfe und Hochspannungsgeneratoren ausgenutzt. sich daraus, daß die gestellte Aufgabe gelöst wurde

   Außerdem wird aus der dynamischen Kraftwirkung und also insbesondere ein Verfahren geschaffen

   beispielsweise in Staubfilter, Voltmetern und Laut- wurde, nach dem sich einseitig metallisierte Elektret-

   sprechern Nutzen gezogen. Die Entladung von Elek- 65 folien in wesentlich größeren Folienbahnstücken in

   treten kann in Strahlungs-Dosismessern ausgenutzt einem wirtschaftlichen Verfahren herstellen lassen,

   werden. bei dem zahlreiche zur Formierung vorbereitete Wik-

   Nahezu ausnahmslost ist das Elektret am besten kel gleichzeitig dem Formierungsprozeß unterworfen