DE1934612C3 - Verfahren zur Herstellung einer einseitig metallisierten Elektretfolie - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer einseitig metallisierten ElektretfolieInfo
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Description
I 934612
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.
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)
- verwendbar, wenn nur f>eine eine Oberfläche aktiviertPatentanspruch: 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 illisiertcn25 Elektreten aus einer thermoplastischen Folie ist es aus der schweizerischen Patentschrift 429 947 weiterDie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- bekannt, die Folie zur Formierung zu einem Wickellung einer einseitig metallisierten Elcktretfolie gemäß auf einen Wickelkörper aufzurollen. Der Wickelkör-dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs. per dient dabei als eine Elektrode. Um den WickelEinige Dielektrika besitzen die Eigenschaft, daß 30 wird anschließend auf die äußerste Schicht derein aus dem Dielektrikum bestehender Körper nach Kunststoffbahn eine elektrisch leitende Hülle aufgc-einer speziellen Vorbehandlung eine dauerhafte elek- schoben oder aufgewickelt. Bei der darauf folgendentrostafische Ladung an den beiden gegenüberliegen- Formierung wird die benötigte Spannung zwischenden 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 eineßeren elektrischen Feld befindet. Dielektrika mit die- einzelne Folienlagc mit einer bestimmten Formier-scn Eigenschaften werden als Elektrcie bezeichnet. spannung beaufschlagt wird. Dieses Verfahren eignetVon 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 beschriebenenPolyethylenterephthalat, 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 ergibtköpfe und Hochspannungsgeneratoren ausgenutzt. sich daraus, daß die gestellte Aufgabe gelöst wurdeAußerdem wird aus der dynamischen Kraftwirkung und also insbesondere ein Verfahren geschaffenbeispielsweise 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 intreten 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
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