DE2055713B2

DE2055713B2 - Verfahren zur Herstellung einer einseitig metallisierten Elektretfolie

Info

Publication number: DE2055713B2
Application number: DE2055713A
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: 1974-01-17
Also published as: NL146969B; DE2055713A1; GB1325755A; FR2069269A5; US3706131A; NL6916997A; DE2055713C3; JPS5225560B1

Description

.;. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch so vorgenommen, daß das Elektret zwischen zwei gekennzeichnet, daß Deckschichten solcher Dicke 35 Elektroden unter Zwischenlage mindestens einer verwendet werden, daß sie der Formierspannung Schicht aus Isoliermaterial formiert wird. Dieses ohne Schaden zu widerstehen vermögen. Verfahren eignet sich jedoch wenig für eine auf ra-

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, da- tionelle und billige Fertigung ausgerichtete Vcfahdurch gekennzeichnet, daß poröse Deckschichten rensführung, da immer nur vergleichsweise kleine verwendet werden. 40 Fläclrnstücke an Elektreten formiert werden kön-

5. Verfahren nach einem der vorangehenden nen. Für größere Bahnstücke oder gar für die glcich-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einsei- zeitige Formierung mehrerer Bahnstücke eignet sich tig metallisierte Deckschichten verwendet wer- das dort beschriebene Verfahren nicht, da die vorgeden. 1 sehenen Plattenelektroden, die für eine gleichmäßige

6. Verfahren nach einem der vorangehenden 45 Verteilung des formierenden Feldes vorgesehen sein Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die müssen, aus wirtschaftlichen Gründen nicht beliebig Formierung in einer Inertgasatmosphäre durch- groß gemacht werden können. Das gleiche gilt prinzigeführtwird. piell für das in der schweizerischen Patentschrift

469 336 beschriebene Verfahren, bei dem die For-

— 50 mierung ohne die Verwendung einer Zwischenlage

erfolgt. Auch das in der eingangs genannten deut-

Die deutsche Offenlegungsschrift P 19 34 612.4 be- sehen Offenlegungsschrift P 19 34 612.4 bereits ertrifft ein Verfahren zur Herstellung von einseitig me- wähnte Wickelverfahren zur Formierung eines nicht tallisierten Elektreten, die jeweils aus einer Folie aus metallisierten Elektreten nach der schweizerischen einem polymeren Stoff bestehen. Vor der Formie- 55 Patentschrift 429 947 eignet sich aus den gleichen rung werden zwei einseitig metallisierte Folien auf- dort genannten Gründen auch im vorliegenden Fall einandergeschichtet, wobei die metallisierte Fläche der Herstellung von metallisierten Elektreten nicht, der einen Folie an die nicht metallisierte Fläche der Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, anderen Folie gelegt wird. Daraufhin werden die so das obenerwähnte Versagen der Formierung bei begeschichteten Folien zu einem Winkel aufgerollt und 60 stimmten Elektretfolienmaterialien in einer auf wirtbei der anschließenden Formierung wird durch zeit- schaftliche Herstellung nach der obengenannten lieh gesteuerte Einwirkung von Wärme und eines deutschen Patentanmeldung ausgerichteten Verfahelektrischen Feldes die zur Erzeugung des elektri- rensführung zu verhindern.

sehen Feldes notwendige Spannung an die beiden Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Metallschichten angelegt. Schließlich werden die ge- 65 löst, daß beim Aufeinanderschichten der Folien auf

wickelten Folien abgewickelt, so daß die beiden Fo- die nicht metallisierten Flächen der ersten und der

lien voneinander getrennt werden können. zweiten Folie je eine Deckschicht aus einem Material

Dieses Verfahren befaßt sich in erster Linie mit mit gegenüber dem Folienmaterial niedrigerem spezi-

fischem Widerstand aufgelegt wird, so daß dann durch das Aufrollen der aufeinandergeschichteten Folien und Schichten ein viertägiger Wickel gebildet wird.

Zur Vermeidung eines Spannungsverlusts über die Deckschichten wird ein Material gewählt, dessen spezifischer Widerstand um etwa das ΙΟ²- bis 10⁸fache kleiner ist als derjenige der aufzuladendem 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 aufgedampften Elektroden der Elektretfolien können die diesen Elektroden zugewandten Seiten der Deckschichten metallisiert sein.

Als Deckmaterial für Polytetrafluoräthylen-, PoIycarbonat- und Polyfluoräthylenpropylen-Elektrete können beispielsweise Polyäthylenterephthalat- oder Polysulphon-Folien verwendet werden, während sich für Polypropylen-Elektrete Polyamid-, Polyacetobutyral- und Zellulosetriacetat-Folien als brauchbar erwiesen haben.

Zur Erzielung einer optimalen homopolaren Ladung muß die Formier-Feldstärke hoch gewählt werden. Es ist wesentlich, die Formierspannung auf einen Wert einzustellen, bei dem noch kein Durchschlag durch die Elektretfolien stattfindet. Die Temperatur und die Behandlungszeit können die gleichen sein wie beim heteropolaren Aufladen. Infolge der Eigenschaft der Deckschicht erscheint die Gesamtspannung während der Formierung allmählich an den den Folien zugewandten Flächen der Deckschicht. Die Spannung verteilt sich selbst zwischen den Folien und den zwischen diesen und den Deckschichten vorhandenen Lufteinschlüssen. 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.

Sooft an einer schwachen Stelle der Folien wegen der hohen Feldstärke dennoch ein Durchschlag auftritt, bleibt dieser infolge des geringen Oberflächen- und Volumen-Leitvermögens auf diese 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 Metallelektroden der Fall wäre, wobei ein wesentlich intensiverer Durchschlag auftritt, welcher die gesamte Elektrodenfläche einschließt. Erfindungsgemäß kann daher die Forrnie-

rung zuverlässiger und einfacher durchgeführt werden.

Obgleich die erfindungsgemäß erreichte Verbesserung sehr wirksam ist, kann die Möglichkeit für einen Durchschlag durch die Folien dadurch noch

ίο weiter vermindert werden, daß an Stelle von Luft ein leichter durchschlagendes Gas verwendet wird. Zu diesem Zweck kann die Formierung beispielsweise in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden, in welcher die Fonnierungsfeldstärke niedriger und daher weniger kritisch sein kann. Es hat sich herausgestellt, daß die Formierungsfeldstärke auch dadurch beträchtlich herabgesetzt werden kann, daß an Stelle der unporösen Deckschichten poröse Deckschichten verwendet werden. Diese Erscheinung kann an Hand der bekannten Paschen-Kurve erklärt werden, welche zeigt, daß die Durchschlag-Feldstärke für Luft mit zunehmendem Luftspalt abnimmt (vgl. R. M. Schaffert, »Electrophotography«, Focal Press, London 1966, S. 318).

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

Beispiel 1

Heteropolare Formierung: Eine Folie aus einem Tetrafluoräthylen - Hexafluorpropylen - Mischpolyme risat, mit einer Dicke von 12,5 μ wurde bei einer Spannung von 150 V mit einer Geschwindigkeit von 5° C/min von Zimmertemperatur auf 180° C erwärmt und dann mit der gleichen Geschwindigkeit wieder abgekühlt. Die nach der Formierung erreichte permanente heteropolare Ladung betrug 0,3 nC/cm² (Nano-Coulomb je cm²).

Beispiel 2

Homopolare Formierung: Ein Material der im Beispiel 1 beschriebenen Art wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 bei 1500 V erwärmt und abgekühlt, nachdem es erfindungsgemäß mit einer

4. Elektroden-Deckschicht aus Polyäthylenterephthalat, mit einer Dicke von 50 μ versehen worden war. Die nach der Formierung erhaltene permanente homopolare Ladung betrug 38 nC/cm².

B e i s ρ i e 1 3

Homopolare Formierung: Ein Material der im Beispiel 1 beschriebenen Art wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 bei 700 V erwärmt und abgekühlt, nachdem es erfindungsgemäß mit einer porö-

sen Elektroden-Deckschicht aus einem Glasfasergewebe von 100 μ Dicke versehen worden war. Die nach der Formierung erhaltene permanente homopolare Ladung erreichte 28 nC/cm².

Claims

der heteropolaren Ladung von Elektreten. Wie in der Patentansprüche: Offenlegungsschrift erläutert, ergibt sich die hetero polare Ladung aus der Ausrichtung permanenter Di-

1. Verfahren zur Herstellung von einseitig me- pole und der Auswanderung von Ionen, d. h. aus im tallisierten Elektreten, bestehend jeweils aus einer 5 organischen Stoff auftretenden Mechanismen.

Folie aus einem polymeren Stoff, nach dem vor Es hat sich gezeigt, daß apolare Polymerisate, die

der Formierung zwei einseitig metallisierte Folien wenige Dipole oder Ionen enthalten, wie Polytetraaufeinandergeschichtet werden, wobei die metal- fluoräthylen, Polycarbonat, Polypropylen und PoIylisierte Fläche der einen Folie an die nicht me- fluoräthylenpropylen, nur eine geringe Dauenadung tallisierte Fläche der anderen Folie gelegt wird, io annehmen, wenn sie den bei der neteropoiaren t-ornachdem darauf die so geschichteten Folien zu mierung angewandten, vergleichsweise niedrigen einem Wickel aufgerollt werden, nachdem dann Spannungen ausgesetzt werden,
bei der Formierung durch zeitlich gesteuerte Ein- Um diesen Dielektrika hohe Ladungen zu verlei-

wirkungen von Wärme und eines elektrischen hen, müssen sie daher homopolar autgeladen werden. Feldes die zur Erzeugung des elektrischen Feldes 15 Eine homopolare Ladung wird durch die bintuhrung notwendige Spannung an die beiden Metall- von an der Außenseite des Dielektrikums gebildeten schichten angelegt wird und anschließend die ge- Ladung verursacht, und eine solche äußere Ladungswickelten Folien abgewickelt werden, so daß die ablagerung kann zweckmäßig dadurch bewirkt werbeiden Folien voneinander getrennt werden kön- den, daß während der Formierung eine so hohe FeIdnen, dadurch gekennzeichnet, daß 20 stärke angewandt wird, daß ein dielektrischer Durchbeim Aufeinanderschichten der Folien auf die schlag, d. h. eine Erzeugung von Ionen in den Luftnicht metallisierten Flächen der ersten und der einschlüssen stattfindet, die ungeachtet eines sorgfalzweiten Folie je eine Deckschicht aus einem Ma- tigen Aufrollens zwischen den Elektroden und den terial mit gegenüber dem Folienmaterial niedrige- nicht metallisierten Seiten der Folien vorhanden sind, rem spezifischem Widerstand aufgelegt wird, so a₅ Andererseits tritt aber infolge der Anlegung hoher daß dann durch das Aufrollen der aufeinanderge- Feldstärken leichter ein Durchschlag durch die aufschichteten Folien und Schichten in viertägiger zuladenden Elektretfolien auf, insbesondere wenn die Wickel gebildet wird. Folien dünne oder schwache Stellen aufweisen. Infol-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- gedessen nimmt die Gefahr beträchtlich zu, daß das kennzeichnet, daß Deckschichten verwendet wer- 30 angewandte Formierungs-Verfahren versagt.

den, deren spezifischer Widerstand um das 10²- Nun wird bei einem in der USA.-Patentschrift

bis lOsfache kleiner ist als derjenige der aufzula- 3 354 373 beschriebenen Verfahren zur Herstellung denden Elektretfolien. von Elektreten aus Kunststoff-Folien die Formierung