DE2035383A1 - Verfahren zur Herstellung eines Elektre ten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Elektre tenInfo
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Description
DR.M.KOHLER DlPL-ING.C. GERNHARDT
W. 14 977/70 7/Loe.
Kureha Kagakü Kogyo Kabushiki Kaisha j
Tokyo (Japan)
Verfahren zur Herstellung einesElek-
treten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines stabilen Elektreten mit ausgezeichneten
Eigenschaften»
Ein Elektret, der seinen polarisierten Zustand während
einer längeren Zeitdauer behalten kann, wird gewöhnlich
aus einem organischen Material, wie Karnaubawachs, oder einem dielektrischen Material von hohem Molekulargewicht,
wie einem Fluorkohlenstoffharz (Fluorocarbonharz), hergestellt
und hat in weitem Umfang für Transduktoren oder Wandler und andere elektronische Materialien Anwendung
gefunden.
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V 103538a
Es ist besonders erwünscht 9 daß der Elektret eine
hohe Oberflächenladungsdichte und einen geringen Ladungsabfall
während einer langen Zeitdauer hat. Gemäß dem üblicherweise angewendeten allgemeinen Verfahren
wird ein Elektret dadurch hergestellt, daß man Wärmeenergie
auf ein dielektrisches Material in einem geeigneten Gleichstromfeld anlegt, wodurch ein innerer
Ionen- oder Dipolzustand während einer erwünschten Zeitdauer in einem von Gefrieren freien Zustand aufrechterhalten
wird, und die Zufuhr von Wärmeenergie durch Kühlen oder andere geeignete Mittel in diesem Zustand
unterbricht.
Als Materialien für den Elektreten sind bisher
Karnauba-Wachs oder eine Mischung davon, ein Material
von niedrigem Molekulargewicht, wie Schwefel, ein nicht kristallines Material von hohem Molekulargewicht,
wie Polymethylmethacrylat usw. und ein kristallines
Material von hohem Molekulargewicht, wie Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polytetrafluoräthylen
(Teflon), Polyvinylidenfluorid, Polyvinylfluorid usw.
angewendet worden. Von diesen hat jedoch das kristalline
Material von hohem Molekulargewicht verschieden ausgezeichnete Eigenschaften als Material für den Elektreten
im Vergleich mit anderen Materialien hinsichtlich der
Bearbeitung oder Herstellung und hinsichtlich der mechanischen
Festigkeit.
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um kristallinem Material von hohem Molekulargewicht
die Eigenschaften als Elektret zu verleihen, ist allgemein ein Verfahren ausgeführt worden, bei dem das
nicht gestreckte oder gestreckte Material, das schon
in eine Gestalt eines Produktes gebracht worden ist, einen hohen elektrischen Gleichstromfeld in einem geeigneten Temperaturbereich zwischen dem zweiten Übergangspunkt
des Materials und seinem Schmelzpunkt unterworfen wird.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel- |
lung eines Elektreten vorgesehen, bei dem man ein
kristallines Material von hohem Molekulargewicht nach Schmelzen und Formen abkühlt oder abschreckt, wodurch
das Material in einem nicht kristallinen Zustand oder
einem kristallinen Zustand großer Fehlhöhe fixiert wird, und dann das Material in einem hohen Gleichstromfeld
in gewöhnlicher Weise behandelt.
Mit anderen Worten, es wird, wenn ein kristallines
Material von hohem Molekulargewicht, das in einen nicht kristallinen Zustand oder in einen Zustand,der
nahe dem nicht kristallinen Zustand liegt, gebracht worden ist, bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt i
des kristallinen Materials von hohem Molekulargewicht und über derjenigen des Glasübergangspunkts kristallisiert
wird, ein Gleichstromfeld an das kristallisierende
Material angelegt, so daß die Kristallisation und die
Polarisation des Materials gleichzeitig ausgeführt werden.
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Das Abkühlen oder Abschrecken kann in einer üblichen
Weise, z.B. durch Luftkühlung, Wasserkühlung, Methanol- und Trockeneiskühlung oder dergleichen aisgeführt
werden. Da der Zweck der Abkühlung oder des Abschreckens darin besteht, .das kristalline Material in
einen nicht kristallinen Zustand oder in einen Zustand nahe dem kristallinen Zustand zu bringen, ist es notwendig,
zu vermeiden, daß das Material längere Zeit einer Temperatur ausgesetzt wird, die für das Wachstum
von Kristallkernen des Polymeren günstig ist. Die obere Grenze der Abkühlungstemperatur ist die a-Dispersionstemperatur.
Die sog. a-Dispersionstemperatur wurde durch eine Dispersionstemperatur auf der Hochtemperaturseite
in dem ViskoelastizitätstemperaturverteilungsSpektrum
gezeigt. DieonDispersion eines hochkristallinen Materials von hohem Molekulargewicht, wie Polyvinylidenfluorid
oder Polypropylen, ist eine kristalline Dispersionstemperatur, und es ist bekannt, daß die Kristallisationsgeschwindigkeit
eines solchen Materials bei niedrigeren Temperaturen als der Kristalldispersionstemperatur
niedrig ist. In einem Material von hohem Molekulargewicht, das nicht deutlich die Kristalldisperison
zeigt ^erscheint auch die Dispersion in der Segmentbewegung der Hauptkette in einem amorphen Bereich als
α-Dispersion, und in diesem Fall, wird bei Temperaturen, die niedriger als die a-Dispersionstemperatur
sind, die molekulare Bewegung in dem amorphen Bereich inaktiv, und es tritt daher eine Kristallisation nicht
leicht ein.
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Es wird.so auf jeden Fall die Kristallisationsgeschwindigkeit bei Temperaturen, die niedriger als
die α-Dispersionsteraperatur sind, herabgesetzt, und
es kann daher das Material auf Temperaturen, die niedriger als die a-Dispersionstemperatur sind, gekühlt
werden. Es ist auch erwünscht, daß die Elektretbildung
aus der Verbindung von hohem Molekulargewicht bei Temperaturen ausgeführt wird, die niedriger als die a-Dispersionstemperatur
sind, und leicht die Kristallisierung bewirken. · (|
Die Kristalldispersionstemperatur eines Hauptmaterials von hohem Molekulargewicht, das bei der Herstellung von
Elektreten Anwendung findet, beträgt z.B-. etwa 80°C bei
Polyäthylen, etwa 8CK! bei Polyvinylidenchlorid, etwa 8O3C bei Polyvinylidenfluorid des α-Typs und 100 bis 1200C
bei Polyvinylidenfluorid des ß-Typs.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen
näher erläutert.
Eine geschmolzene Mischung von Polyvinylidenfluorid und Polymethylmethacrylat in einem Verhältnis von 70/30
hat das in Fig. 1 der Zeichnung gezeigte viskoelastische
Spektrum und ihre kristalline Dispersionstemperatur beträgt 8O3C. .
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Durch Abkühlen mit Wasser wurde die geschmolzene Mischung auf etwa 400C unmittelbar nach dem Extrudieren der Mischung gebracht und es wurde ein Formling
mit einem Zustand nahe dem nicht kristallinen Zustand erhalten. An beide Oberflächen des mit einer T-Düse
extrudierten Blattes, das eine Dicke von 1 mm hat und sich in nicht kristallinem Zustand befand, wurden
Elektroden angeordnet und es wurde ein Gleichstrompotential von 50 kV/cm an die Elektroden angelegt« Das
Blatt wurde in einem Luftbad in diesem Zustand auf 1500C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, während das elektrische Potential angelegt
war. Der so erhaltene Elektret wird als Elektret A bezeichnet.
Andererseits hatte ein Blatt, das dadurch, hergestellt
war, daß man die geschmolzene Mischung, wie sie in dem Fall der Herstellung des Elektreten A angewendet wurde ohne zusätzliche Abkühlung oder Abschrekkung
kühlen ließ, einen Kristallinitätsgrad von etwa 5096. Dieses Blatt wurde der gleichen Arbeitsweise zur
Erzeugung des Elektreten wie bei der Herstellung des Elektreten A unterworfen» Der so hergestellte Elektret
wird Elektret B genannt«
Beide Elektreten wurden in einem Luftbad von 800C gelagert und dann wurde der Abfall der Oberflächenladung im Verlauf der Zeit bei ihnen gemessenο
Die Ergebnisse zeigten, daß der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Elektret A ausgesprochen eine ausgezeichnete Stabilität oder Dauerhaftigkeit im Vergleich mit dem Elektreten B„ der
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nach dem üblichen Verfahren hergestellt war, aufwies,
wie dies in Fig. 2 der Zeichnung gezeigt ist.
Ein Blatt aus nicht kristallinem Polyäthylenterephthalat von 1 mm Dicke, das durch Abschrecken nach
Schmelzen und Formen des Polyäthylenterephthalats hergestellt
war, wurde auf 160X5 während 1 Stunde erhitzt,
während ein Gleichstrompotential von 50 kV angelegt wurde, um einen Elektreten zu schaffen. Das Oberflächen- ä
potential des so erhaltenen Elektreten betrug 1 000 V bei einem Abstand von 1 cm von der Oberfläche, und es
wurde kein Abfall des Potentials sogar nach 3 Monaten beobachtet.
Andererseits hatte ein Elektret, der aus einem
kristallinen Polyäthylenterephthalat nach der gleichen Arbeitsweise, wie sie oben beschrieben war, das gleiche
Oberflächenpotential, wie es oben angegeben ist, jedoch
wurde dieses Oberflächenpotential auf 600 V nach 3 Monaten von der Herstellung des Elektreten an herabgesetzt.
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Claims (1)
- PatentanspruchVerfahren zur Herstellung eines Elektreten aus einem kristallinen Material von hohem Molekulargewicht, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Schmelzen und Formen eines kristallinen Materials von hohem Molekulargewicht dieses Material abkühlt oder abschreckt auf eine Temperatur, die niedriger als die Kristalldispersionstemperatur des Materials von hohem Molekulargewicht abkühlt und dann das so abgekühlte Material bei einer Temperatur zwischen der Kristalldispersionstemperatur und dem Schmelzpunkt des Materials unter Anwendung eines Gleichstromfeldes behandelt.009886/1550
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