GEBIET DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Kunststofffolien - insbesondere von
Kunststofffolien mit feinen Poren gleichmäßigen Durchmessers - durch
Verwendung kontrollierter
Hochspannungs-Entladungsfunken.
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Je nach Verwendung ist für Kunststofffolien zuweilen
eine gewisse. Luftdurchlässigkeit erwünscht; daher wird
gewöhnlich der Werkstoff, aus dem man die Folie
herstellt, nach der gewünschten Luftdurchlässigkeit
ausgewählt. Es gibt jedoch Umstände, in denen sich infolge
der Eigenschaften des Materials der Kunststofffolien
die erforderliche Luftdurchlässigkeit nicht erreichen
lässt. Aus Festigkeitsgründen kann auch eine feste
Foliendicke erforderlich sein, die es unmöglich macht,
die erwünschte Luftdurchlässigkeit zu erreichen. In
solchen Fällen werden bekanntlich mittels mechanischer,
elektrischer, optischer oder anderer Mittel Poren in
der Kunststofffolie ausgebildet. Nach einem in der
jüngeren Vergangenheit verbreitet eingesetzten Verfahren
wird hierzu die Kunststofffolie mit
Hochspannungsimpulsen behandelt.
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Bei dem herkömmlichen Verfahren zum Erzeugen von Poren
mittels Hochspannungsimpulsen wird die Kunststofffolie
durch ein Elektrodenpaar hindurch geführt, wobei man
die Poren herstellt, indem man Hochspannungsimpulse
über die Elektroden legt, um eine elektrische Entladung
zu erzeugen. Bei diesem Verfahren wird der
Porendurchmesser über die Spannung der Hochspannungsimpulse und
die Dauer kontrolliert, mit der sie angelegt werden. Da
jedoch innerhalb der Dauer eines Hochspannungsimpulses
zum Erzeugen einer Pore mehrere Entladungsfunken
entstehen, wird im Fall einer vergleichsweise dicken Folie
der Entladungsfunken, der die Pore in der
Kunststofffolie erzeugt, erst nach mehreren Entladungsfunken
abgegeben, die nur dazu dienen, die Luftschicht zwischen
den Elektroden zu durchschlagen, bis die Folie eine
Pore enthält. Es ist also nicht möglich, einen
gleichmäßigen Porendurchmesser einfach über die Dauer der
Beaufschlagung mit dem Hochspannungsimpuls zu erreichen.
Auch ist die Spannung der an die Elektroden gelegten
Hochspannungsimpulse nicht höher als die, die das
Durchschlagen der Luftschicht zwischen den Elektroden
und der Kunststofffolie verursacht. Obgleich also die
Spannung höher sein muss als vorgenannt, war es bisher
unmöglich, den Porendurchmesser über die Spannung der
Hochspannungsimpulse einzustellen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter
Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt schaubildlich ein erfindungsgemäßes
Verfahren zum Herstellen von
Kunststofffolien und
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Fig. 2 zeigt die Entladungsspannungen der oberen
Elektrode in Fig. 1 bei Verwendung einer
Hochspannungssonde.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum
Herstellen von Kunststofffolien, bei dem Poren mit
gleichmäßigem Durchmesser unter kontrollierten
Bedingungen ausgebildet werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt, die Einsicht zu
Grunde, dass durch Steuern der Anzahl der Entladungsfunken,
die nach dem eine Pore öffnenden Entladungsfunken
innerhalb eines Hochspannungsimpulses erzeugt werden, ein
gleichmäßiger Durchmesser der in der Kunststofffolie
gebildeten Poren sich gewährleisten lässt.
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Insbesondere weist die vorliegende Erfindung auf: ein
Verfahren zum Herstellen von Kunststofffolien, bei dem
Hochspannungsimpulse an ein Elektrodenpaar gelegt und
dadurch Poren in einer in den Funkenspalt zwischen den
Elektroden eingeführten Kunststofffolie erzeugt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der
Entladungsfunken, die nach dem eine Pore öffnenden
Entladungsfunken (Öffnungsfunken)erzeugt werden, durch Überwachen
des Öffnungsfunkens und der nachfolgenden
Entladungsfunken innerhalb eines der Hochspannungsimpulse
gesteuert wird, wobei man einen Schwellenwert S ansetzt gemäß
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B + (A-B)/3 < S < B + 2(A-B)/3
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wobei A der Spannungsabfall im Zeitpunkt einer. Teil-
Entladungsfunkens der Elektrode auf der Seite des
Funkenspalts, auf der der Hochspannungsimpulse angelegt
wird, und B der Spannungsabfall im Zeitpunkt des
Öffnungsfunkens ist.
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Weiterhin beträgt die Breite des Funkenspalts
vorzugsweise 2-30 mm.
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Die Art der Kunststofffolie, auf die die vorliegende
Erfindung anwendbar ist, unterliegt keinen besonderen
Einschränkungen. Beispiele hierfür sind u. a.
halbsynthetische Kunststofffolien wie Cellulosefolie,
Cellulosedi- und -triacetatfolie sowie Kunststofffolien wie
Polyethylen-, Polypropylen-, Polystyrol-,
Vinylpolychlorid-, Vinylidenpolychlorid-, Vinylpolyacetat- ,
Polyvinylalcohol-, Nylon-6-, Nylon-66-, Polyester-,
Polycarbonat, Fluorharz- und aridere Folien. Weiterhin lässt
das erfindungsgemäße Verfahren sich auf einlagige
Kunststofffolie aus nur einer Kunststoffart, durch
Kombinieren von zwei Kunststoffarten hergestellte
Mischkunststofffolien oder mehrschichtige Kunststofffolien
anwenden, die aus Lagen von zwei oder mehr
Kunststoffarten bestehen. Mehrschichtige Kunststofffolien lassen
sich durch Laminieren einschichtiger Folien oder
Coextrudieren herstellen.
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Die Dicke der Kunststofffolien, auf die die vorliegende
Erfindung anwendbar ist, unterliegt keinen besonderen
Einschränkungen. Durch Einstellen der
Entladungsspannung und anderer Faktoren lassen sich Poren in
Kunststofffolien eines breiten Dickenbereichs erzeugen.
Insbesondere ist jedoch die Kunststoffolie 10-150 um und
vorzugsweise 20-70 um dick.
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Es folgt eine Erläuterung der Erfindung anhand der
Zeichnungen.
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In der Anordnung der Fig. 1 sind ein
Hochspannungstransformator 2, ein Widerstand 3 sowie eine obere
Elektrode 4 verschaltet und liegt eine Erdelektrode 6
auf der anderen Seite eines zwischen dieser und der
oberen Elektrode befindlichen Funkenspalts 5. Zwischen
dem Widerstand und der oberen Elektrode liegt eine
Hochspannungssonde (Spannungsteiler) 7, die die
Spannung an der oberen Elektrode misst und Signale an den
Impulsgenerator abgibt. Eine Kunststofffolie 8 wird
mittels Rollen in den Funkenspalt eingeführt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dienen im
Impulsgenerator 1 erzeugte Hochspannungsimpulse, deren
Spannung durch den Hochspannungstransformator 2
herausgesetzt wird, dazu, im Funkenspalt zwischen den
Elektroden Entladungsfunken zu erzeugen und so Poren in der
Kunststofffolie 8 zu erzeugen. Die Fig. 2 zeigt
schaubildlich die Entladungsspannungen beim Messen der
Spannung an der oberen Elektrode mit einer
Hochspannungssonde. In Fig. 2 ist der anfänglich auftretende
Entladungsfunken ein Teil-Entladungsfunken 9, der nur dazu
dient, die Luftschicht im Funkenspalt zu durchschlagen.
Zu Zeit des Teil-Entladungsfunkens fällt die Spannung
an der oberen Elektrode nicht auf das Erdpotential 10
ab. Ein eine Pore öffnender Entladungsfunken
(Öffnungsfunken) 11 bewirkt ein Durchschlagen der
Kunststofffolie und der Luftschicht im Funkenspalt derart, dass der
Entladungsfunken in der Kunststofffolie eine Pore
erzeugt; weiterhin fällt die Spannung an der oberen
Elektrode auf das Erdpotential ab. Auf den Öffnungsfunken
folgende Entladungsfunken werden zu
Durchdringungsfunken 12, 13, die die Pore in der Kunststofffolie zur
Erdelektrode 6 hin durchlaufen, wodurch die
Entladungsspannung im Vergleich zu der des Öffnungsfunkens weiter
abfällt.
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Da also zwischen dem Spannungsabfall an der oberen
Elektrode im Zeitpunkt des Öffnungsfunkens und dem im
Zeitpunkt eines Teil-Entladungsfunkens eine Differenz
besteht, lässt die die Offnungs-Funkenentladung sich am
besten durch Messen der Spannung an det oberen
Elektrode mit einer Hochspannungssonde überwachen und dann ein
Schwellenwert 5 gemäß
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B + (A-B)/3 < 5 < B + 2(A-B)/3
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ansetzen, wobei A der Spannungsabfall im Zeitpunkt
einer Teil-Entladungsfunkens der Elektrode auf der Seite
des Funkenspalts, auf der der Hochspannungsimpulse
angelegt wird, und B der Spannungsabfall im Zeitpunkt des
Öffnungsfunkens ist. Das Gleiche gilt für die
Überwachung des Öffnungsfunkens im Verhältnis zu den nach
diesem erzeugten Durchdringungsfunken.
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Mit der Anzahl der Durchdringungsfunken nimmt auch der
Durchmesser der in der Kunststofffolie erzeugten Poren
stetig zu. Sperrt man also den Funken sobald man die
Sollanzahl von Durchdringungsfunken erfasst hat, lässt
sich die Anzahl der Durchdringungsfunken konsistent
steuern; indem man weiterhin eine konstante Anzahl von
Durchdringungsfunken gewährleistet, wird es möglich,
Poren mit gleichmäßigen Durchmesser zu erzeugen.
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Die Anzahl der in der Kunststofffolie erzeugten Poren
wird von der Frequenz der Hochspannungsimpulse und der
Foliengeschwindigkeit bestimmt. Führt man also die
Frequenz der Hochspannungsimpulse der
Foliengeschwindigkeit nach, lässt sich eine Poren-Sollanzahl auch bei
sich verändernder Foliengeschwindigkeit erzeugen.
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In der vorliegenden Betriebsart ist es möglich, die
Entladungsspannung mittels der Breite des Funkenspalts
präziser zu steuern. Je schmaler der Funkenspalt, desto
niedriger die Durchdringungs-Entladungsspannung und
desto geringer folglich das Ausmaß, um das ein einzelner
Durchdringungsfunken den Porendurchmesser aufweitet. Je
breiter der Funkenspalt, desto höher die
Durchdringungs-Entladungsspannung und desto größer folglich das
Ausmaß, um das ein einzelner
Durchdringungs-Entladungfunken eine Pore aufweitet. Die Breite des Funkenspalts
lässt sich nach dem Werkstoff und der Dicke der
verarbeiteten Kunststofffolie und dem Porensolldurchmesser
auswählen. Normalerweise beträgt sie 2-30 mm und
vorzugsweise 2-20 mm. Will man bspw. Poren mit etwa 50
um Durchmesser in gereckter Polypropylenfolie von etwa
30 um Dicke erzeugen, ist der Funkenspalts vorzugsweise
etwa 10 mm breit.
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Die folgenden Beispielen beschreiben die vorliegende
Erfindung ausführlicher. Sie wird von ihnen jedoch in
keiner Weise eingeschränkt.
BEISPIEL 1
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In einer biaxial gereckten, 30 um dicken und 800 mm
breiten Polypropylen-Folie wurden durch elektrische
Entladung Poren erzeugt. Die eingesetzte Vorrichtung
bestand aus vier der in der Fig. 1 dargestellten
Vorrichtungen, die über die Folienbreite gleich
beabstandet angeordnet wären. Die obere und die Erdelektrode
war jeweils ein Rohr aus nicht rostendem Stahl von 2 mm
Durchmesser; die Funkenspalte wurden auf 12 mm
eingestellt. Die Impulsspannung betrug 50 kV, die
Impulsbreite 5 ms, die Frequenz 50 Hz, der Widerstand 8
MΩ; die Anzahl der Durchdringungsfunken wurde auf null
gesetzt. Die Poren wurden erzeugt, während die Folie
mit 50 m/min Geschwindigkeit ohne Berühren der
Elektroden durch den Funkenspalt lief.
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Nach dem Erzeugen der Poren wurde die Folie unter einem
Rasterelektronenmikroskop untersucht. Der Porendurchmesser
ergab sich zu 30-50 um, die Anzahl der Poren
in einem 1 m langen Folienabschnitt zu 60 pro
Elektrode.
BEISPIEL 2
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Die Vorgaben des Beispiels 1 wurden wiederholt, aber
die Anzahl der Durchdringungsfunken auf 2 gesetzt. Nach
der Behandlung betrug der Porendurchmesser 40-60 um
und die Porenanzahl in einem 1 m langen Folienabschnitt
60 pro Elektrode:
VERGLEICHSVERSUCH
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Es wurden nach dem herkömmlichen Verfahren mittels
Entladungsfunken Poren erzeugt, wobei die Spannung der
Hochspannungsimpulse und die Beaufschlagungsdauer,
nicht aber die Anzahl der Durchdringungsfunken
gesteuert wurden.
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Bei der eingesetzten Kunststofffolie handelte es sich
wie im Beispiel 1 um eine biaxial gereckte, 30 um dicke
und 800 mm breite Polypropylen-Folie. Die Breite der
Funkenspalte wurde auf 12 mm gesetzt; die
Impulsspannung betrug 50 kV, die Impulsbreite 5 ms, die Frequenz
50 Hz, der Widerstand 8 MΩ. Die Poren wurden in der
mit 50 m/min Geschwindigkeit ohne Berühren der
Elektroden durch den Funkenspalt laufenden Kunststofffolie
erzeugt.
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Nach dem Behandeln der Poren wurde die Folie unter
einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Der
Porendurchmesser ergab sich zu 70-200 um, die Anzahl der
Poren in einem 1 m langen Folienabschnitt zu 60 pro
Elektrode.
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Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Beispiele 1-2
und des Vergleichsversuchs 1.
TABELLE 1
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Ein Vergleich der Ergebnisse der Beispiele 1 und 2
zeigt, dass durch Ändern der Anzahl der
Durchdringungsfunken von 0 auf 2 den Porendurchmesser von 30-50 um
auf 40-60 um vergrößerte. Dies zeigt, dass sich der
Porendurchmesser durch Variieren der Anzahl der
Durchdringungsfunken steuern und in der Tat der
Porendurchmesser durch Erhöhen der Anzahl der
Durchdringungsfunken vergrößern lässt. Weiterhin betrug die Differenz
zwischen den Mindest- und den Höchst-Porendurchmessern
in den Folien der Beispiele 1-2 20 um und war der
Porendurchmesser gleichmäßig. Andererseits war bei der
Folie des Vergleichsversuchs 1 de Porendurchmesser mit
70-200 um größer und innerhalb eines breiten Bereichs
unterschiedlich.
BEISPIEL 3
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In 30 um dicker und 800 mm breiter ungereckter
Polypropylen-Folie würden Paten durch elektrische Entladung
erzeugt. Die eingesetzte Vorrichtung bestand aus vier
der in der Fig. 1 gezeigten Anordnungen, die über die
Folienbreite gleich beabstandet verteilt wurden. Die
obere und die Erdelektrode waren jeweils ein Rohr aus
rostfreiem Stahl mit 2 mm Durchmesser; die Funkenspalte
wurden auf 7 mm eingestellt. Die Impulsspannung betrug
50 kV, die Impulsbreite 5 ins, die Frequenz 60 Hz, der
Widerstand 8 MΩ; die Anzahl der Durchdringungsfunken
wurde auf 0 eingestellt. Die Folie durchlief den
Funkenspalt mit 100 m/min Geschwindigkeit ohne Berühren
der Elektroden.
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Nach der Behandlung de Poren wurde die Folie unter
einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Der
Porendurchmesser ergab sich zu 20-40 um, die Anzahl der
Poren zu 36 pro Elektrode in einem 1 m langen
Folienabschnitt.
BEISPIEL 4
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Die Vorgaben des Beispiels 3 wurden wiederholt, aber
mit einer auf 4 eingestellten Anzahl von
Durchdringungsfunken. Nach der Behandlung betrugen der
Porendurchmesser 40-60 um die Anzahl der Poren 36 pro
Elektrode in einem 1 m langen Folienabschnitt.
VERGLEICHSVERSUCH
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Poren wurden mittels Entladungsfunken nach dem
herkömmlichen Verfahren erzeugt, wobei die Spannung der
Hochspannungsimpulse und die Beaufschlagungsdauer, nicht
aber die Anzahl der Durchdringungsfunken gesteuert
wurden.
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Die Kunststofffolie war 30 um dicke und 800 mm breite
ungereckte Polypropylen-Folie wie im Beispiel 3. Die
Breite der Funkenspalte wurde auf 7 mm eingestellt; die
Impulsspannung betrug 50 kV, die Impulsbreite 5 ms, die
Frequenz 60 Hz, der Widerstand 8 MΩ. Die Poren wurden
in der mit 100 m/min Geschwindigkeit ohne Berühren der
Elektroden durch den Funkenspalt laufenden
Kunststofffolie erzeugt.
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Nach der Behandlung wurde die Folie unter dem
Rasterelektronenmikroskop untersucht. Der Porendurchmesser
ergab sich zu 50-100 um und die Anzahl der Poren zu 36
pro Elektrode in einem 1 m langen Folienabschnitt.
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Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Beispiele 3-4
und des Vergleichsversuchs 2.
TABELLE 2
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Ein Vergleich der Ergebnisse der Beispiele 3 und 4
zeigt, dass durch Verändern der Anzahl der Durchdringungsfunken
von 0 auf 4 der Porendurchmesser von 20 -
40 um auf 40-60 um stieg. Es ist also möglich, den
Porendurchmesser von Variieren der Anzahl der
Durchdringungsfunken zu steuern und weiterhin den
Porendurchmesser durch Erhöhen der Anzahl der
Durchdringungsfunken zu vergrößern. Weiterhin betrug die
Differenz zwischen dem Mindest- und dem
Höchst-Porendurchmesser in den Folien der Beispiele 3-4 20 um und war
der Porendurchmesser gleichmäßig. Demgegenüber war in
der Folie des Vergleichsversuchs 2 der Porendurchmesser
mit 50-100 um größer und variierte er über einen
breiten Bereich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das
Herstellen von Kunststofffolien mit Poren mit gleichmäßigem
und fein eingestelltem Durchmesser; dadurch wird die
Erzeugung von Kunststofffolien mit kontrollierter
Gasdurchlässigkeit erleichtert.