DE69804806T2 - Verfahren zur herstellung einer kunststofffolie - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer kunststofffolie

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Description

    GEBIET DER TECHNIK
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststofffolien - insbesondere von Kunststofffolien mit feinen Poren gleichmäßigen Durchmessers - durch Verwendung kontrollierter Hochspannungs-Entladungsfunken.
  • 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.
  • 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
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt schaubildlich ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen von Kunststofffolien und
  • Fig. 2 zeigt die Entladungsspannungen der oberen Elektrode in Fig. 1 bei Verwendung einer Hochspannungssonde.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von Kunststofffolien, bei dem Poren mit gleichmäßigem Durchmesser unter kontrollierten Bedingungen ausgebildet werden.
  • 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.
  • 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
  • B + (A-B)/3 < S < B + 2(A-B)/3
  • 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.
  • Weiterhin beträgt die Breite des Funkenspalts vorzugsweise 2-30 mm.
  • 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.
  • 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.
  • Es folgt eine Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • B + (A-B)/3 < 5 < B + 2(A-B)/3
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die folgenden Beispielen beschreiben die vorliegende Erfindung ausführlicher. Sie wird von ihnen jedoch in keiner Weise eingeschränkt.
  • BEISPIEL 1
  • 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 M&Omega;; 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.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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 M&Omega;. Die Poren wurden in der mit 50 m/min Geschwindigkeit ohne Berühren der Elektroden durch den Funkenspalt laufenden Kunststofffolie erzeugt.
  • 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.
  • Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Beispiele 1-2 und des Vergleichsversuchs 1. TABELLE 1
  • 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
  • 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 M&Omega;; die Anzahl der Durchdringungsfunken wurde auf 0 eingestellt. Die Folie durchlief den Funkenspalt mit 100 m/min Geschwindigkeit ohne Berühren der Elektroden.
  • 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
  • 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
  • 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.
  • 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 M&Omega;. Die Poren wurden in der mit 100 m/min Geschwindigkeit ohne Berühren der Elektroden durch den Funkenspalt laufenden Kunststofffolie erzeugt.
  • 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.
  • Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Beispiele 3-4 und des Vergleichsversuchs 2. TABELLE 2
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen von Kunststofffolien, bei dem man Hochspannungsimpulse an ein Elektrodenpaar anlegt, um Poren in eine in den Spalt zwischen den Elektroden eingeführte Kunststofffolie einzubringen, wobei die Anzahl der Entladungsfunken, die nach einem eine Pore öffnenden Entladungsfunken erzeugt werden, durch Überwachen des letzteren und nachfolgender Entladungsfunken innerhalb eines der Hochspannungsimpulse durch Setzen eines Schwellwerts S auf
B + (A-B)/3 < S < B + 2(A-B)/3
bestimmt wird, in der A der Spannungsabfall im Zeitpunkt eines Teilentladungsfunkens der Elektrode an derjenigen Seite des Funkenspalts, an die der Hochspannungsimpuls angelegt ist, und B der Spannungsabfall im Zeitpunkt eines eine. Pore öffnenden Entladungsfunkens sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Breite des Funkenspalts 2 bis 30 mm beträgt.
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