DE19522473A1

DE19522473A1 - Verfahren zur Herstellung eines Elektrets

Info

Publication number: DE19522473A1
Application number: DE19522473A
Authority: DE
Inventors: Gregory Kinteraya; Solomon Tevzadze; Guram Tevzadze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2015-06-22
Also published as: DE19522473C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrets, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Elektret.

Derartige Verfahren sind im Stand der Technik bekannt. Dabei wird herkömmlich ein Dielektrikum erhitzt bzw. geschmolzen und in einem starken elektrischen Feld erstarrt. Dadurch ergibt sich eine Polarisierung des Dielektrikums. Als Dielektrika kommen im Stand der Technik Karnaubawachs oder ferroelektrische Stoffe zur Anwendung.

Aus der DE 38 39 956 A1 ist es darüber hinaus bekannt, eine aus einem dielektrischen Polymer und wenigstens einem festen Material bestehende poröse Folie durch Anlegen eines elektrischen Feldes oder durch eine Corona-Entladung zu elektretisieren.

Nachteilig bei allen vorgenannten Verfahren ist es, daß zum Elektretisieren ein elektrisches Feld angelegt werden muß, um die genannten Stoffe zu elektretisieren. Darüber hinaus erweist es sich als besonders problematisch, Elektrete mit größeren Abmessungen herzustellen. Zum Elektretisieren solcher mit großen Abmessungen versehener Stoffe müssen entsprechend großflächige Elektroden zur Anwendung gebracht werden. Dies erweist sich oftmals als sehr problematisch, da großflächige Elektroden technisch aufwendig und daher teuer sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben genannten Nachteile vermieden werden und somit ein Elektret einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß das Elektret durch thermische Behandlung eines Polymers erzeugt wird.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß auf das Anlegen eines elektrischen Feldes zur Herstellung eines Elektrets vollständig verzichtet werden kann. Bei der Erfindung wird vielmehr alleine durch die thermische Behandlung des Ausgangs stoffes die Elektretisierung erreicht. Eine Vor- oder Nachbehandlung des Stoffes ist nicht notwendig. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß der Ausgangsstoff zur Herstellung des Elektrets ein Polymer ist. Es stehen für dieses Verfahren daher eine sehr große Anzahl von Ausgangsstoffen zur Verfügung. Darüber hinaus sind Polymere durch ihre weite industrielle Verbreitung kostengünstig und leicht zu erhalten.

Besonders vorteilhaft ist es, als Polymer zur Herstellung des Elektrets Polytetrafluor ethylen zu verwenden. Dieser sehr weit verbreitete Kunststoff hat sich in Laborversuchen als besonders geeignet für das erfindungsgemäße Herstellungsver fahren erwiesen. Dabei hat sich gezeigt, daß durch Erhitzen von kristallinem Polytetrafluorethylen ein Übergang in den amorphen Zustand erfolgt. Im Bereich dieses Übergangs kommt es zu einer Polymerisierung des Polytetrafluorethylens.

Eine besonders effektive Phasenumwandlung des Polytetrafluorethylens findet bei einer Temperatur von 320 bis 360°C statt. Die optimale Temperatur zum Erreichen einer vollständigen Phasenumwandlung des gesamten Ausgangsmaterials an Polytetrafluorethylen hängt dabei vom ursprünglichen Zustand und insbesondere von der ursprünglichen Kristallisation ab.

Als besonders vorteilhaft hat sich bei handelsüblichen Polytetrafluorethylenen eine Temperatur von etwa 340°C erwiesen. Nach Erhitzen des Polymers auf diese Temperatur läßt sich ein Maximum in der Oberflächenladung des derart behandelten Stoffes feststellen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die so erhaltenen Oberflächenladungen eine im Vergleich zu herkömmlichen Elektreten extrem lange Halbwertszeit aufweisen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich problemlos Halbwertszeiten von sechs Monaten realisieren. Mit dem erfindungs gemäßen Verfahren hergestellte Elektrete sind daher für eine industrielle Anwen dung besonders prädestiniert, da auf eine aufwendige und kostenintensive Repolarisierung des Elektrets erst nach einer, relativ zu herkömmlichen Filtern, langen Benutzungsdauer zurückgegriffen werden muß.

Sollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren folienartige Elektrete hergestellt werden, so hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, Polytetrafluorethylen mindestens zwei Minuten pro Quadratmeter seiner Oberfläche auf einer Temperatur von etwa 340°C zu halten. Hierdurch läßt sich die Oberflächenladung des so erhaltenen Elektrets maximieren.

Bei der Verwendung von Polytetrafluorethylen zur Herstellung des Elektrets ist es besonders vorteilhaft, daß das Polytetrafluorethylen nach Erhitzen auf Raumtempe ratur abgekühlt wird. Dieser, meist alleine schon durch die jeweilige Anwendung bedingte Schritt ist besonders zweckmäßig, weil er eine Stabilisierung der elektretischen Eigenschaften des durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Materials gewährleistet.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Oberflächenladungsdichte auf einem Elektret gegenüber der Temperatur zeigt;

Fig. 2 eine Ladungsverteilung eines Elektrets.

Die Fig. 1 zeigt ein Diagramm, welches die Oberflächenladungsdichte σ auf einem Elektret 1 gegenüber der Temperatur zeigt. Gemäß Fig. 1 ist deutlich zu erkennen, daß bei einer Temperatur T von etwa 340°C die Oberflächenladungsdichte σ ein Maximum aufweist. Die Fig. 1 zeigt darüberhinaus einen Abfall der Oberflächenla dungsdichte σ bei Temperaturen die kleiner oder größer 340°C sind.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die sich nach einer thermischen Behandlung ergebene Ladungsverteilung im Querschnitt durch ein Elektret 1. Dabei erstellen sich an der Oberfläche im wesentlichen negative Ladungsträger ein, während im inneren des Materials positive Ladungsträger zu finden sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Elektrets, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektret (1) durch thermische Behandlung eines Polymers erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polytetrafluorethylen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen auf eine Temperatur im Bereich von 320 bis 360°C erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen auf eine Temperatur im Bereich von 330 bis 350°C erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen auf eine Temperatur im Bereich von 335 bis 345°C erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen auf eine Temperatur von 340°C erhitzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Elektret als Folie ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen pro qm seiner Oberfläche mindestens 2 min auf der Temperatur von 340°C gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen nach Erhitzen auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

9. Elektret, welches durch eines der vorstehenden Verfahren hergestellt ist.