DE2055713A1

DE2055713A1 - Verfahren zur Herstellung einer ein seitig metallisierten Elektretfohe

Info

Publication number: DE2055713A1
Application number: DE19702055713
Authority: DE
Inventors: Jan van Dipl Ing Delft Turnhout (Niederlande)
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1970-11-12
Publication date: 1971-05-19
Also published as: NL146969B; DE2055713B2; GB1325755A; FR2069269A5; US3706131A; NL6916997A; DE2055713C3; JPS5225560B1

Description

Patentanwalt Patentanwälte Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat Wolf-Dieter Henkel

757 Baden-Baden Balg Dipl.-1 ng. Ralf M. Kern

Waidgasse 20 8 München 90

Tel.:(07221)63427 Eduard-Sdimld-Str. 2

Telegr.-Adr.: Ellipsoid Beden-Baden Tel.:(0811)225197 Telegr.-Adr.i Elllptold MOndten

riTederlandse Organisatie voor ~1

loegepast-Natuurwetenschappeliäk 16.9.70 neue

Telefon - Nr

Onderzoek ten behoeve van lijverheid, _ _ Handel en Verkeer

Den Haag, Niederlande 2055713

L -J

_ün,_erz.,.._n= 12. Nov. «70

Verfahren zur Herstellung einer einseitig metallisierten

Elektretfolie

Die deutsche Offenlegungsschrift P 19 34 612„4 "betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Elektrets, bestehend aus einer Folie aus einem polymeren Stoff, die in an sich bekannter Weise zu einem Elektret formiert wird, bei welchem die Formierung an einer zweischichtigen Rolle durchgeführt wird, die aus einer ersten einseitig metallisierten Folie, deren metallisierte Fläche sehr gut an der nicht-metallisierten Fläche einer zweiten, einseitig metallisierten Folie anliegt, besteht, und bei welchem die zur Formierung notwendige Spannung an die beiden Metallschichten angelegt und die zweischichtige Rolle nach der Formierung zur Verwendung aufgewickelt wird, so daß die beiden Folien voneinander getrennt werden können.

Dieses Verfahren befaß-t sich in erster linie mit der heteropolaren Ladung von Elektreten_r Wie in der Offenlagungsschrift erläutert, ergibt sich die heteropolare Ladung

109821/1459

POSTZENTRALE: 8 München 90, Eduard-Schmid-Str, 2

aus der Ausrichtung permanenter Dipole und. der Auswitterung von Ionen, d.h₀ aus im organischen Stoff auftreten·«· den Mechanismenβ

Es hat sich gezeigt, daß apolare Polymerisate, die wenige Dipole oder Ionen enthalten, wie Polytetrafluorethylen, Polycarbonat, Polypropylen und Polyfluoräthylenpropylen, nur eine geringe Dauerladung annehmen» wenn sie den bei der heteropolaren Formierung angewandten, vergleichsweise niedrigen Spannungen ausgesetzt werden.

Um diesen Dielektrika hohe Ladungen zu verleihen,, nüssen sie daher homopolar aufgeladen werden«. Eine homopolare. Ladung wird durch die Einführung von an der Außenseite des Dielektrikums gebildeten Ladungen verursacht, und eine solche äußere Ladungsahlagerung kann zweckmäßig dadurch bewirkt werden, daß während der Formierung eine, so hohe leid« stärke angewandt wird, daß ein dielektrischer Durchschlag, d.h, eine Erzeugung von Ionen in den Lufteinschlüssen statt« findet, die ungeachtet eines sorgfältigen Aufrollens zwischen den Elektroden und den nicht—metallisierten Seiten der JOlieji vorhanden sind«,

-^ Andererseits tritt aber infolge der Anlegung hoher FeIdstärken leichter ein Durchschlag durch die aufzuladenden Elektretfolien auf, insbesondere wenn die Folien dünnt oder schwache Stellen aufweisen_e Infolgedessen nimmt die Gefahr beträchtlich zu, daß das angewandte Formierungs—Verfahrtn versagt,

Aufgabe der Erfindung ist die Unterbindung eines Versagens der Formierung. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die nicht»metallisierten Flächen beider Elektretfolien je eine Deckschicht aufgebracht ist,

—3— 10982 1/1459

^Ίΐ!^

Zur Vermeidung eines Spannungsverlusts über die Deckschichten wird ein Material gewählt, dessen spezifischer Widerstand um etwa das 10 - bis 10 -fache kleiner ist als derjenige der aufzuladenden Folien. Die Wahl der Dicke der Deckschichten wird durch das Erfordernis bestimmt, daß sie einerseits der gesamten Formierspannung ohne Schaden widerstehen können müssen, aber andererseits so dünn sein müssen, daß sie zusammen mit den Elektretfolien zu einer Rolle gewickelt werden können. Im allgemeinen liefert eine um etwa das Zwei- bis Vierfache größere Dicke als diejenige der Folien zufriedenstellende Ergebnisse«,

Zur Vermeidung eines Spannungsabfalls über die Grenzschicht zwischen den Deckschichten und den verdampften Elektroden der Elektretfolien können die diesen Elektroden zugewandten Seiten der Deckschichten metallisiert sein₀

Als Deckmaterial für Polytetrafluoräthylen-, Polycarbonat- und Polyfluoräthylenpropylen-Elektrete können beispielsweise Polyäthylenterephthalat- oder Polysulphon-Folien verwendet werden, während sich für Polypropylen-Elektrete Polyamid-, Polyacetobutyral« und Zellulosetriacetat-Folien als brs&hbar erwiesen haben*

Zur Erzielung einer optimalen homopolaren Ladung muß die Formier«Feldstärke hoch gewählt werden. Es ist daher wesentlich, die Formierapannung auf einen so hohen Wert einzustellen, daß noch kein Durchschlag durch die Elektretfolien stattfindet. Die Temperatur und die Behandlungszeit können die gleichen sein wie beim heteropolaren Auflagen» Infolge der Eigenschaft der Deckschicht erscheint die Gesamtspannung während der Formierung allmählich an den den Folien zugewandten Flächen der Deckschicht₀ Die Spannung

109821 /U59

verteilt sich selbst zwischen den Folien und den zwischen diesen und den Deckschichten vorhandenen Lüfteinschlüssen» • Auf diese Weise wird infolge der kleineren dielektrischen Konstante und der niedrigeren Durchschlagspannung der Luft letztere wiederholt durchschlagen, wie dies für ein homopolares Aufladen erforderlich ist_o

Sooft an einer schwachen Stelle der Folien wegen der hohen Feldstärke dennoch ein Durchschlag auftritt, bleibt dieser infolge des geringen Oberflächen- und Volumen—Leitvermögens W auf djsse Stelle beschränkt und wird schnell gelöscht, da die Ladungszufuhr zur Entladungsstelle zu langsam vor sich geht« Die Anwendung einer hohen Formierungs-Feldstärke, die für optimale homopolare Ladung erforderlich ist, führt daher beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu einem lawinenartigen Kurzschließen der Formierungsspannung bzw© der Spannungsquelle, wie dies beim bekannten homopolaren Aufladen unter Verwendung blanker Meiiallelektroden der Fall wäre, wobei ein wesentlich intensiverer Durchschlag auftritt, welcher die gesamte Elektrodenfläche einschließt,, Erfindungsgemäß kann daher die Formierung zuverlässiger und einfacher durchgeführt werden«,

^w Obgleich die erfindungsgemäß erreichte Verbesserung sehr wirksam ist, kann die Möglichkeit für einen Durchschlag durch die Folien dadurch noch weiter vermindert werden, daß anstelle von Luft ein leichter durchschlagendes Gas verwendet wird. Zu diesem Zweck kann die Formierung beispielsweise in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden, in welcher die Formierungsfeldstärke niedriger und daher weniger kritisch sein kann. Es hat sich herausgestellt, daß die Formierungsfeldstärke auch daduroh beträchtlich herabgesetzt werden kann, daß anstelle der unporösen Deckschichten poröse

109821/H59

schich.ten verwendet werden» Diese Erscheinung kann anhand der bekannten Paschen«Kurve erklärt werden, welche zeigt, daß die Durchschlag-Feldstärke für Luft mit zunehmendem Luftspalt abnimmt (vergl.· R₀M₀ Schaffert, "Electrophotography¹¹, Pocal Press, London 1966, Seite 318).

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung im Vergleich zur hetearopolaren Formierung.

Beispiel 1 |

Heteropolare Formierung:

IEFLOKKFEP (eingetr_o Warenzeichen der Firma DuPont de Uemours, Wilmington, Del., V.ST.A.), nämlich ein Ietrafluoräthylen-Hexafluorpropylen—Mischpolymerisat, mit einer Dicke von'12,5 /U wurde bei einer Spannung von 15öVmit einer Geschwindigkeit von 5°0/min von Zimmertemperatur auf 180⁰O erwärmt und dann mit der gleichen Geschwindigkeit wieder abgekühlt. Die nach der Formierung erreichte permanente

ρ Ο

'heteropolare Ladung betrug 0,5 n0/cm (Nano-Öoulomb je cm )„

Beispiel 2

Homopolare Formierung:

Ein Material der in Beispiel 1 beschriebenen Art wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bei 1500 Y erwärmt und abgekühlt, nachdem es erfindungsgemäß mit einer Elektroden-Deckschicht aus Mylar (eingetragenes Warenzeichen der Firma DuPont de ITemours), bestehend aus Polyäthylenterephthalat, mit einer Dicke von 50 /u versehen werden war. Die nach der Formierung erhaltene permanente homopolare Ladung betrug 38 nO/cm².

109821/U59

Homopolare Formierung!

Ein Material der in Beispiel 1 beschriebenen Art wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bei 700 V erwärmt und abgekühlt, nachdem es erfindungsgemäß mit einer porösen . Elektroden-Deckschicht aus einem Glasfasergewebe (interglas·* gewebe Typ 9150, Ulm, BRD) von 100 /U Dicke versehen worden war. Die nach der Formierung erhaltene permanente homopolare ^ ' Ladung erreichte 28 nö/cm _o

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin ein Verfahren zur Herstellung einer einseitig metallisierten Elektretfolie, bei welchem eine viersohichtige Rolle, bestehend aus einer ersten einseitig metallisierten Folie, die an ihrer nicht-metallisierten Seite mit einer Deckschicht versehen ist und deren metallisierte Fläche sich sehr eng an eine Deckschicht auf der nicht-metallisierten Fläche einer zweiten einseitig metallisierten Folie anlegt, erwärmt wird,, während eine Gleichspannung an die beiden Metallschichten ange«

-^; legt wird, und daraufhin wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird, sodann die zwischen die Schichten angelegte Spannung

m abgeschaltet wird und schließlich die vierschichtige Rolle aufgerollt wird, die Deckschichten entfernt werden und die Elektretfolien zur Verwendung voneinander getrennt werden*

■7-

109821 /1459

Claims

Patentansprüche

f1 ο ) Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Elektrets, bestehend aus einer Folie aus einem polymeren Stoff, die in an sich bekannter Weise zu einem Elektret formiert wird, "bei welchem die Formierung an einer mehrschichtigen Rolle durchgeführt wird, die eine erste einseitig metallisierte Folie, deren metallisierte Fläche sehr gut an der nicht-metallisierten Fläche einer zweiten, einseitig metallisierten Folie anliegt, aufweist, und bei welchem die zur Formierung notwendige j Spannung an die beiden Metall-Schichten angelegt und die ™ mehrschichtige Rolle nach der Formierung zur Verwendung aufgewickelt wird, so daß die beiden Folien voneinander getrennt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß auf die nicht-metallisierte Fläche der ersten und der zweiten Folie je eine Deckschicht aufgelegt wird und die Folien tind Schichten zu einer vierschichtigen Rolle gerollt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Deckschichten verwendet werden, deren spezifischer

2 8
Widerstand um das 10 - bis 10 «fache kleiner ist als

derjenige der aufzuladenden Elektretfflien. d

3« Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Deckschichten solcher Dicke verwendet werden, daß sie der Formierspannung ohne Schaden zu widerstehen vermögen_e

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß poröse Deckschichten verwendet werden*

-8«

109 8.21/1459

5β Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß einseitig metallisierte Deckschichten verwendet werden.

6« Yerfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formierung in einer Inertgas—
atmosphäre durchgeführt wird.

109821/1459