DE7017552U

DE7017552U - Vorrichtung zum elektrostatischen anheften von dielektrischen folien an in bewegung befindliche geerdete oberflaechen.

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Publication number: DE7017552U
Application number: DE7017552U
Authority: DE
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1969-05-12
Filing date: 1970-05-11
Publication date: 1970-08-13

Description

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Delaware 19 898, V.St.A.

Vorrichtung zum elektrostatischen Anheften von dielektrischen Folien an in Bewegung befindliche geerdete Oberflächen

Bei der Herstellung und Behandlung von dielektrischen Folien muss man oft auf die Folie eine Kraft zur Einwirkung bringen, um sie mit Walzen oder Förderbändern in Berührung zu bringen oder zu halten. Zum Beispiel werden FoJLien gewöhnlich Beschichtungs- oder Reckvorgängen unterworfen, bei denen ein enger Kontakt mit Walzen wesentlich ist_s die Anwendung herkömmlicher mechanischer Kräfte aber unerwünscht ist. Sine der am meisten angewandten Methoden zum Anheften von Folien ist die Beaufschlagung der Folien mit einer elektrostatischen Ladung mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes zwischen einer Drahtoder Spitzenelektrode und der geerdeten Oberfläche, auf der sich die Folie befindet. Bei gewissen, mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Arbeitsvorgängen ist aber selbst diese elektrostatische Anheftmethode nicht vollkommen zufriedenstellend.

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Beim Vergiessen von geschmolzenen, kristallisierbaren, thermoplastischen Folienbahnen ist es z_eB. notwendig, die geschmolzene BaTnTi schnell unter ihre Einfriertemperatur au kühlen, um die Kristallisation nach Möglichkeit zu unterdrücken. Die stranggepresste Bahn wird im allgemeinen gekühlt, indem das geschmolzene thermoplastische Material auf eine in Bewegung "befindliche Kühlfläche gegossen wird, wobei man sich der elektrostatischen Anheftmethode "bedient, um die Bahn in engen Kontakt· mit der Kühlfläche zu "bringen. Versuche, die Geschwindigkeit dieses Verfahrens zu erhöhen, um wirksamer und wirtschaftlicher arbeiten zu können, haben zur Ausbildung von Dick ^-ngleichmässigkeiten und regelmässig wiederkehrenden Trü^angsmustern geführt, die in der Technik als Jalousietrrübung bezeichnet werden.

Anscheinend führen die höheren Geschwindigkeiten zum Einschluss von Luft zwischen der Trommel und der Folienbahn, wodurch die Kühlung behindert wird, weil die V/armeübertragung zwischen Trommel und Folienbahn vermindert wird. Man hat schon versucht, die durch Drahtelektroden oder Sonden erzeugte elektrostatische Kraft durch Steigerung der Spannung zu erhöhen; diese Versuche sind jedoch meist fehlgeschlagen, da eine erhöhte Spannung im allgemeinen zum elektrischen Durchschlagen zwischen der Elektrode und der Folienbähn führt, lange bevor eine wesentliche Erhöhung der Anheftkraft erzielt werden kann. Die Funkenbildung zwischen der Elektrode und der Oberfläche der Bahn oder anderen Teilen der Vorrichtung unterbrichu das elektrische Feld, welches für die Anheftkraft verantwortlich ist. Ausse-dem können durch die Funken Sartdlöcher in der frisch gegossenen, noch v/eichen.Folienbahn entstehen, die dann beim Orientieren der Folie noch bedeutend vergrössert werden.

Daher war die auf elektrostatischem Wege erhältliche Anheftkraft bisher für das Arbeiten mit hohen Geschwindigkeiten nicht ausreichend.

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Die Erfindung stellt ein Verfahren zum elektrostatischen Anheften zur Verfügung, bei dem sich eine wesentlich höhere und gleichmässigere Anheftkraft ausbildet, als sie bisher zur Ver-X UgUiig 3 "t £.Πd ·

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum elektrostatischen Anheften von dielektrischen Folien an in Bewegung befindliche geerdete Oberflächen, welches darin besteht, dass man (1) zwischen einer ersten Elektrode, die von der in Bewegung befindlichen Oberfläche auf Abstand steht, und einer zweiten, geerdeten Elektrode, von der die erste Elektrode einen geringeren Abstand aufweist als von der in Bewegung befindlichen Oberfläche, eine elektrische Potentialdifferenz anlegt, indem man die erste Elektrode mit einer Hochspannungsstromquelle verbindet, wobei die zweite Elektrode von der ersten Elektrode im wesentlichen vollständig durch ein Dielektrikum isoliert ist, und (2) die Folie nahe an den beiden Elektroden vorbei, aber ausser Kontakt mit denselben, auf die Oberfläche leitet. Dadurch wird die Folie zum Anhaften an der Oberfläche gebracht. Vorzugsweise umgibt man dabei mindestens die erste Elektrode praktisch vollständig mit einer Atmosphäre aus einen Gas, in dem eine Drahtelektrodenstromstärke vor dem Durchschlagen, bestimmt nach dem Stromerzeugungstest, von mindestens etwa 4-0 Mikroampere je cm Draht erzeugt werden kann.

Fig. 1 bis 4 sind schematische Darstellungen von Querschnittsansichten von Vorrichtungen, die erfindungsgemäss verwendet v/erden können und in Verbindung mit Strangpress- und Kühlvorrichtungen gezeigt sind.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung geinäss Fig. 3 in perspektivischer Ansicht.

Fig. 6 "bis 8 sind graphische Darstellungen der Dickescirwankungen von erfindungsgemäss hergestellten Folien im Vergleich zu Folien, die nach bisher bekannten Verfahren elektrostatisch angeheftet werden.

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Pig. 9 iind 10 sind scheinatische Querschnittsansichten von weiteren Vorrichtungen gernäss der Erfindung.

Die erste Elektrode kann aus jedem beliebigen metallischen Leiter hergestellt werden, der die nötige Peatxgkeii; und E.aum— beständigkeit hat, um den mechanischen Beanspruchungen zu widerstehen, die bei dem Verfahren auftreten. Solche Stoffe sind z.B. getemperter Stahl, Wolfram, "Inconel" (Nickel-Eisenlegierung), "Monel" (Nickellegierung), Kupfer, Messing und rostfreier Stahl. Die Ausbildung der ersten Elektrode kann ähnlich derjenigen der Elektroden sein, die auch bisher schon zum elektrostatischen Anheften verwendet worden sind und beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 223 757 beschrieben sind. Zum elektrostatischen Anheften über die ganze Polienbreite hinweg wird ein dünner Draht von kreisförmigem Querschnitt besonders bevorzugt, weil er infolge seiner minimalen Oberfläche zu einer aussergewöhnlloh hochgradigen Ionenbildung führt. Bei denjenigen Ausführungsformen der Erfindung jedoch, bei denen eine Messerschneide oder eine Anzahl von Spitzenelektroden verwendet werden, wie es in der USA-Patentschrift 3 223 757 beschrieben ist, soll die wirksame Eloktrodenkante nicht auf die Kühlfläche, wie es gemäss der USA-Patentschrift 3 223 757 erforderlich ist, sondern auf die effindungsgemäss erforderliche zweite Elektrode gerichtet sein.

Gemäss der Erfindung wird das primäre elektrische Feld zur Erzeugung der das Anhaften bewirkenden Ionen zwischen der oben beschriebenen ersten Elektrode und einer zweiten, geerdeten Elektrode erzeugt. Daher ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode kleiner ist alo der Abstand zwischen der er3ten Elektrode und der in Bewegung befindlichen geerdeten Oberfläche. Abgesehen von diesem wesentlichen Erfordernis, kann die Stellung der zweiten Elektrode erheblich variieren. Da aber die Stelle der Ionenbildung wahrscheinlich an oder nahe der

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ersten Elektrode liegt, sollen c Lr geradlinigen Wege zwischen, der ersten Elektro.de und der in lievregung befindlichen geerdeten Oberfläche im wesentlichen ungehindert verlaufen, oesc ders in "bezug auf diejenigen Teile der in-Bewegung "befindlichen Oberfläche, die vor der Auftreffstelle oder dem Bereich der maximalen Anheftkraft liegen. So kann· man zwar eine stabartige oder verhältnismässig kleine zweite Elektrode mit Vorteil zwischen der ersten Elektrode und der in Bewegung befindlichen geerdeten Oberfläche anordnen, um die Ionen auf die Oberfläche hin zu beschleunigen; im allgemeinen ist es jedoch zu bevorzugen, dass die zweite Elektrode sich weiter von der thermoplastischen Folienbahn entfernt befindet als die erste Elektrode, um eine Störung der Ablagerung von Ionen auf der Folienbahn nach Möglichkeit zu unterdrücken. Im Interesse der besten Ionenbildung soll der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode vorzugsweise weniger als etwa 25,4 mm betragen.

Die zweite Elektrode kann aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie die erste Elektrode. Ferner ist die zweite Elektrode im wesentlichen vollständig durch einen dielektrischen Werkstoff isoliert. Gemäss der Erfindung wird die zweite Elektrode als • praktisch vollständig isoliert angesehen, wenn im wesentlichen alle geradlinigen Wege zwischen der ersten und der zweiten Elektrode von dem Dielektrikum geschnitten werden. Die dielektrische Isolation der zweiten Elektrode verhindert die Entladung von Gasionen an der zweiten Elektrode und ermöglicht das Anlegen von aussergewohnlich hohen Spannungen an die erste Elektrode, ohne dass es zum Durchschlagen in dem Spalt zwischen den beiden Elektroden kommt.

Dielektrische Werkstoffe, die'zum Isolieren der zweiten Elektrode verwendet werden können, sind Natur- und Kunstkautschuk sowie Harze, wie Polyimide, Fluorkohlenstoffharze, Harnstoff-Formaldehydharze, 'Phenol-Formaldehydharze, Polyamide und ge-

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gossene Epoxyharze. Polytetrafluoräthylen eignet sich, wegen seines ausgezeichneten elektrischen Isoliervermögens und sei= ner Beständigkeit bei hohen Temperaturen besonders gut für diesen Anwendungszweck.

Die räumliche Ausbildung der zweiten Elektrode ist für die Erfindung nicht kritisch; nur darf sie die erste Elektrode nicht zu einem solchen Ausmass umgeben, dass sie einen wesentlichen Prozentsatz der geradlinigen Yfege von der ersten Elektrode zu der in Bewegung befindlichen Oberfläche schneidet. Demgemäss kann die zweite Elektrode als. Metallstab ausgebildet sein, wie es in Pig. 1 dargestellt ist. Hier wird die thermoplastische Bahn 10 aus dem Mund 11 einer Strangpresse auf eine in Bewegung Deimaxxcne Kühltrommel T2 stranggepresst. Eine erste Elektrode 13 und eine zweite Elektrode 14 befinden sich ungefähr über der Stelle 15, an der die Bahn auf die Trommel auftrifft. Die erste Elektrode ist mit der Hochspannungsquelle 16 verbunden und die zweite Elektrode durch den Mantel 17 isoliert.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die zweite Elektrode einen gekrümmten Querschnitt und befindet sich in einem grösseren Abstand von der Bahn als die erste Elektrode, während die erste Elektrode inne-halb des von der zweiten Elektrode gebildeten Bogens angeordnet ist. Diese besondere Ausführungsforc erleichtert das Hinlenken der von dem elektrischen Feld gebildeten Ionen zur thermoplastischen Bahn. Eine derartige Ausführungsform ist in Pig. 2 dargestellt, wo die bogenförmige zweite Elektrode 18 in der Nähe der ersten Elektrode 13 angeordnet und von derselben durch das dielektrische Isoliermaterial 19 isoliert ist. Infolge der halbkreisförmigen Ausbildung der zweiten Elektrode benötigt man nur auf einer Seite derselben eine Isolierschicht, die alle geradlinigen Wege zwischen den beiden Elektronen schneidet.

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Bei e . ./eiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Pig. ν argesteilt ist_; ist ein Ende 20 der bogenförmigen Elektrode nicht-isoliort, und daher gibt es einen geradlinigen Weg zwischen der ersten Elektrode und demjenigen Teil der zweiten Elektrode, der nicht von dem dielektrischen Werkstoff abgeschirmt ist. Die Oberfläche solcher nicht-isolierten Teile der zweiten Elektrode seil möglichst klein sein, da die Gasionen, die sich an der ersten Elektrode bilden, bei:.¹ Xontakt mit dem nicht-isolierten Teil der zweiten Elektrode entladen werden, statt ihre positive oder negative Ladung zu behalten und Tonen von gleichem Ladungssinn zur Folienbahn hin abzustossen, wo die gewünschte Anheftwirkung zustande' kommt. Ein anderer Kachteil von nicht-isolierte-n A"nn<Yhniiter> äerzweiten Elektrode ist die erhöhte Neigung zur Unterbrechung der Anheftkraft infolge von elektrischem Durchschlagen zwischen der ersten Elektrode und den nicht-isolierten· Teilen der zweiten Elektrode. Diese Wirkung kann durch runde oder polierte Metalloberflächen auf allen etwaigen nicht-isolierten Teilen der zweiten Elektrode auf ein Minimum beschränkt werden, weil dadurch die Zahl der für die Funkenbildung zur Verfügung stehenden Stellen vermindert wird.

Die Lage irgendwelcher nicht-isolierter Teile der zweiten Elektrode ist insofern kritisch, als die Anheftkraft aufgehoben oder doch wesentlich vermindert wird, wenn der nicht-isolierte Teil-in bezug auf die erste Elektrode entweder direkt gegenüber der Stelle, an der die Ablagerung von Ionen gewünscht \·/±τά, oder direkt zwischen der ersten Elektrode un der Ionenablagerungsstelle liegt.

Ausser der höheren Anheftkraft, die durch Anlegung eines Potentials zwischen zwei Elektroden gemäss der Erfindung erhalten wird, ergibt sich noch ein weiterer Vorteil aus der besonderen Lage der zweiten Elektrode. Es wurde nämlich gefunden, dass durch die Aufladung einer frisch stranggepressten Folien-

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bahn auf der Strecke vom Mund der Strangpresse zur Auftreffstelle auf die Kühltrommel die .Inziehtmg der Bahn an die Suhloberfläche in unregelmässiger Weise erhöht wird, was zu e-.ner verstärkten Schwankung des Auftreffpunktes längs der Breite der Folie führt. Diese Schwankung im Auftreffpur>u kann ihrerseits zum periodischen Einschluss von kleinen luftblasen führen, wie er oft bei hohen Strangpressgeschwindj-gkeiten beobachtet wird. Daher ist die zweite Elektrode vorzugsweise so angeordnet, dass eine Aufladung der Folienbahn vor der Auftreffstelle auf d:.e Kühl trommel verhindert wird. Eine solche Lage ist in Pig-9 und 10 dargestellt, v/o die Elektroden 14 "bzw. 18 zusammen mit ihren Isolierschichten 17 bzw. 19 sich in solchen Stellungen befinden, dass sie einen wesentlichen Prozentsatz Car geradlinigen Wege von der Drahtelektrode 13 zuv frisch stranggepressten Folienbahn 10 schneiden; vor-rv^sveise beträgt dieser Prozentsatz mindestens etwa 50 £··_ Diese EIektrodensteilung stört nicht die geradlinigen Wege von der ersten Elektrode 13 zur Kühlfläche 12, wobei die äussersten geradlinigen Wege von den von der Drahtelektrode her an die Kühlfläche angelegten Tangenten begrenzt werden.

Zwischen der zweiten Elektrode und der frisch strang^ep:. "¹^n Bahn soll ein ausreichender Abstand innegehalten werut. , «' -nixt die Bahn nicht infolge von aerodynamischen Wirkungen, '—.e bei ihrer Bewegung auftreten, mit der zweiten Elei/ -ide in Berührung kommt. Ein auf mindestens etwa 3,2 mm eingestellter Spalt reicht im allgemeinen aus, um diese Berührung zu.verhindern.

Die zweite Elektrode und die in Bewegung befindliche Oberfläche sind im allgemeinen geerdet, um die erforderliche Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode zur Verfügung zu stellen und die Anziehung der sich bildenden Ionen durch die Trommel zu gewährleisten» Die Erdung kann .direkt oder durch einen nominellen Widerstand, wie den Rahmen

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der jeweiligen Vorrichtung, bewerkstelligt werden. ^

Die mit der ersten Elektrode verbundene Hochspannungsquelle ä kann jede beliebige Stromquelle sein, die im allgemeinen für Elektroden zum elektrostatischen Anheften verwendet wird und eine Spannung von etwa 2 bis 30 kV sowie eine Stromstärke von etwa 1 bis 3000 Mikroampere liefert. Im allgemeinen wird eine Gleichstromquelle, und zwar besonders eine positive Gleichstromquelle, bevorzugt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung leitet man einen Gasstrom derart gegen die thermoplastische Bahn, dass er mindestens die erste Elektrode umgibt. Es wird angenommen, dass das Gas zu der Anheftkraft beiträgt, indem es den Strom erhöht, der in dem Draht ohne Funkenbildung erzeugt werden kann. Die Gase, die gemäss dieser Ausführungsform der Erfindung verwendet werden können, sollen aus denjenigen· ausgewählt werden, in denen eine Drahtelektrodenstromstärke vor dem Durchschlagen, bestimmt nach dem Stromerzeugungstest, von mindestens etwa 40 Mikroampere je cm Draht erzeugt werden kann.

Zur Durchführung des Stromerzeugungstests wird eine geschlossene Versuchskammer mit geradliniger Begrenzung aus einem durchsichtigen dielektrischen 7/erkstoff, vorzugsweise Acrylharz ("Lucite") von 25,4 cm Breite, 35 i 5 cm Länge und 25,4 cm Höhe hergestellt. Auf dem Boden der Kammer wird eine Stahlplatte von 17,8 cm χ 33,0 cm auf dielektrischen Blöcken angeordnet. Die isolierte Platte ist durch die Viand des Acrylharzkastens hindurch elektrisch mit einem liikroar per eiset er und von dem Mikroamperemeter aus mit der Erde verbunden. Sin 0,2 ma dicker und 22,9 cm langer runder Draht aus rostfreiem Stalil "302" wird in einer Entfernung von 6,35 - 0,40 mm über der Stahlplatte unter einer ausreichenden Spannung gehalten, um eine Ablenkung durch Spannungen, die beim Prüfverfahren angelegt werden, zu verhindern* Der Draht ist elektrisch mit der Aussenseite der Versuchskammer verbunden. Die Oberfläche der

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Stahlplatte ist so von einem Polyimidharz ("Kapton"), abgedeckt, dass unter dem Draht ein 2,54 cm breiter und 17,8 cm ICUlgCJ. UUXCJ-XdI XXCX UXCXUU, UIlU UXC AUUCOAU115 XOU OU GUl^CUXU.— net, dass die Längsachse des frei bleibenden Streifens die vertikale Ebene des Drahtes in einem Winkel von 90 schneidet. Um den schnellen und vollständigen Austausch der Atmosphäre in der Versuchskammer zu erleichtern, sind an gegenuberlxegenden Ecken einer Fläche der Versuchskammer Gaseinlässe und -auslasse angeordnet.

Zur Durchführung des Tests wird Luft mit einem Feuchtigkfitsgehalt von weniger als 5 $ .5 Minuten durch die Kammer o^eitet. Dann wird das zu untersuchende Gas unter einem geringen Überdruck in die Kammer geleitet, um zu gewährleisten, dass sich in der Versuchskammer eine zusammenhängende Atmosphäre des betreffenden Gases befindet. Am Gasauslass soll ein messbarer Gasüberdruck herrschen, um sicherzustellen, dass ein Gasüberdruck in der Kammer aufrechterhalten wird. Man lässt das Prüfgas mindestens 5 Minuten durch die Kammer strömen, bevor man den Versuch fortsetzt.

Dann wird an den Draht eine Spannung angelegt und allmählich erhöht, bis man den ernten Ausschlag des Mikroamperemtters beobachtet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung registriert und der Strom dann unterbrochen. Diese Arbeitsweise wird zweimal wiederholt. Aus den Spannungen, bei denen die ersten Stroaablesungen an dem Mikroamperemeter beobachtet werden, wird der Kittelwert genommen, und dieser Kittelwert wird als "Spannung bei der Schwellenstromstärke" des betreffenden Gases bezeichnete

Dann wird die Spannung erhöht, bis zwischen dem Draht und der frei liegenden Oberfläche der Stahlplatte ein Punke übergeht. Die niedrigste Spannung, bei der ein Funke beobachtet wird, wird registriert. Dieses Verfahren wird ebenfalls zweimal wie-

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	und der Mittelwert aus den drei Ablesungen	wird	als
P-2072-R	beim Funkendurchschlag" bezeichnet.
derholt,
"Spannung

Die an den Draht angelegte Spannung wird nun auf 0,1 kV unterhalb der "Spannung beim Funkendurchschlag" eingestellt und die dazugehörige, durch das Kikroamperemeter angezeigte Stromstärke registriert. Dann v/ird die Spannung noch zweimal in der gleichen Weise eingestellt, und aus den drei abgelesenen Stromstärken wird der Mittelwert genommen. Dieser Mittelwert wird als "Elektrodenstromstärke vor dem Durchschlagen" bezeichnet.

Vorzugsweise beträgt der Unterschied zwischen der "Spannung bei der Schvellenstromstärke" und der "Spannung beim Punkendurchschlag" für das betreffende Gas mindestens 2,0 kV, ebenfalls bestimmt nach dem Stromerzeugungstest. Dann braucht man die an die Anheftvorrichtung angelegte Spannung nicht so genau unter Kontrolle zu halten.

Typische Gase, in denen eine Drahtelektrodenstromstärke vor dem Durchschlagen von mindestens 40 Mikroampere je cm Draht erzeugt werden kann, sind Stickstoff, Helium, luft mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 5 fo (nachstehend als trockene Luft bezeic::. .*':;, Sauerstoff, Dichlor te traf luorä than, Dichlordifluormethan, Tetrachlorkohleristoffdampf in trockener Luft oder Stickstoff, Tetrachloräthandampf in Stickstoff und Acetonrtampf in Stickstoff, Die Dämpfe von Tetrachlorkohlenstoff, Tetrachloräthan und Ace ί,οη können erzeugt werden, indem man das Trägergas, z.B. trockene Luft oder Stickstoff, bei !Raumtemperatur durch die betreffende Flüssigkeit hindurchperlen lässt, bis das Trägergas im wesentlichen mit dem Dampf gesättigt ist.

Bei denjenigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die zweite Elektrode als einfacher Stab ausgebildet ist, wird der Gasstrom zweckmässig so gerichtet, dass er beide Elektroden

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schneidet. Bei denjenigen Ausführungsformen, bei denen die zweite Elektrode halbkreisförmig Oder bogenförmig ausgebildet ist, lenkt man den Gasstrom am besten so, dass er sowohl die erste Elektrode als auch die isolierte Oberfläche der zweiten Elektrode, die der ersten Elektrode gegenüberliegt, umgibt. Eine Vorrichtung, die der letztgenannten Ausbildungsform der •Erfindung entspricht, ist in Pig. 3 dargestellt. Hier wird der von dem Zylinder 31 zugeführte Gasstrom 30 durch die zweite Elektrode 32 und den dielektrischen Isolator 33 geleitet, entweicht längs der Oberfläche der"Isolierschicht und strömt über die erste Elektrode 13 hinweg zur thermoplastischen Bahn hin·

Das Gas soll unter dem geringsten Druck zugeführt werden, der erforderlich ist, um um die Elektroden herum eine Gasatmosphäre aufrechtzuerhalten, da sehr hohe Gasdrücke unter Umständen zur Verzerrung der Bahn führen können.

Das Verfahren gemäss der Erfindung ist auf das Anheften beliebiger dielektrischer Polien anwendbar. Bevorzugte Folien sind diejenigen aus organischen thermoplastischen Polymerisaten, z.B. Polyestern, wie Polyäthylenterephthalat, Polyolefinen, wie Polyäthylen und Polypropylen, Polymerisaten und Mischpolymerisaten des Vinylacetats, Polymerisaten und Mischpolymerisaten des Vinylidenchlorids, Polyamiden,_v .Celluloseestern und -äthern, Polymerisaten und Mischpolymerisaten des Styrols, Kautschukhydrochloriden und Polycarbonaten. Das Verfahren eignet sich besonders zum Kühlen von kristallinen Polymerisaten, insbesondere Polyäthylenterephthalat, weil die Verstreckung . und die sich daraus ergebenden optischen Eigenschaften dieser Folien bei Anwendung hoher Geschwindigkeiten bedeutend verbessert werden.

Ferner lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren auf die"Behandlung anderer dielektrischer Folien anwenden, z.B. beim Überziehen oder Bedrucken von Papier, Zellglas und wärmeliärtenden Harzen, wie Polyimidharzen ("Kapton").

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III »» .ϊ- « ·»

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Durch die Erfindung wird eine stärkere und wesentlich gleichmassigere Anheftkraft erzielt, als sie nach den bisher bekannten Methoden des elektrostatischer ixü. »ftens zur Verfugung stand. Die Ursache für die verbesserte iiaheftung ist noch nicht vollständig aufgeklärt; es wird aber angeco=er.., dass sie in erster linie eine Punktion der Unabhängigkeit der An-. heftvorrichtung von der geerdeten Walze, an die die thercoplastische Folie angeheftet wird, und der Isolation der zweiten Elektrode ist. Durch die Erfindung wird selbst dann eine erhöhte Anheftkraft erzielt, wenn die Elektrode sich wesentlich weiter von der thermoplastischen Bahn entfernt befindet, als es bei den bisher bekannten elektrostatischen Anheftverfahren möglich war, bei denen das primäre elektrische PeId zwischen der Elektrode una exner geerdeten Walze erzeugt wird, Ferner ist das Verfahren verhältnismässig unabhängig von äusseren mechanischen Erschütterungen und führt daher zu einer gleichmassigeren Erzeugung und Abscheidung von Gasionen auf der thermoplastischen Folie.

Beispiel 1

Ein Kontrollversuch wird durchgeführt, indem man eine Polyäthylenterephthalatfolie strangpresst, gemäss Beispiel 1 der USA-Patentschrift 3 223 757 elektrostatisch an eine Kühltrommel anheftet und dann biaxial auf eine"Dicke von etwa 50,8 μ verstreckt. Die DickeSchwankungen der orientierten Folie in Querrichtung und in Maschinenrichtung sind als Kurven A bzw. A¹ in Fig. 6 bzw. 7 aufgetragen.

Das gleiche Verfahren wird mit dem Unterschied durchgeführt, ~3a^s~atr Polyäthylenterephthalatfolie mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung elektrostatisch an die Kühltronimel angeheftet wird. Der Vorrichtung wird Sauerstoff bei deui Kindes tdruck zugeführt, der erforderlich ist, um einen zusammenhängenden Strom um die erste Elektrode herum aufrechtzuerhalten. Die erste Elektrode besteht aus einem Stahldraht mit

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einem Durchmesser von 152 μ. Die zweite Elektrode ist ebenfalls aus Stahl und "befindet sich, in einem Abstand von 15,2 mm von der ersten Elektrode. Die zweite Elektrode hat eine Isolierschicht aus Polytetrafluoräthylen auf ihrer konkaven Oberfläche mit Ausnahme des in Mg. 4 dargestellten Endes 20. Die Dicke der Isolierschicht beträgt 254 μ. Die erste Elektrode befindet sich in einem Abstand von 19 mm von der Oberfläche der Trommel. An die erste Elektrode wird eine positive Gleichstromspannung von 18 kV angelegt; die Stromstärke beträgt 2 Milliampere. Die DickeSchwankungen in Querrichtung und Maschinenrichtung sind als Kurven B bzw.· B» in Pig. 6 bzw, aufgetragen.

Bei den erfindungsgemäss angehefteten Folien macht sich eine deutliche Verbesserung in der Dickeschwankung sowohl in Querrichtung als auch in'Maschinenrichtung bemerkbar.

Beispiel 2

Man arbeitet nach Beispiel 1, wobei jedoch die Polyathylenterephthalatfolie in solcher Dicke stranggepresst wird, dass sie nach dem Orientieren eine Dicke von 36 μ hat. Die Dickeschwankungen in Querrichtung sind für diese Folie in Pig. 8 als Kurve B" aufgetragen, während zum Vergleich die Dickeschwankungen einer gemäss der USA-Patentschrift 3 223 757 hergestellten Folie als Kurve A" aufgetragen sind.

Beispiel 3

Polyathylenterephthalatfolie wird stranggepresst und nach dem Verfahren des Beispiels 1 der USA-Patentschrift 3 223 757 elektrostatisch an eine Kühltrommel angeheftet. Die Breite der stranggepressten Folie beträgt 1 m, ihre Dicke 190 μ. Dann wird die Folie biaxial orientiert, worauf sie eine Dicke von 19 μ aufweist. Die Höchstgeschwindigkeit der Folienherstellung, die zur Erzielung einer Folie von hohem Gütegrad innegehalten werden kann, wird mit R bezeichnet.

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Das gleiche Verfahren wird rait der Anheftvorrichtung gemäss Pig. 5 Λ'., r^.i-.d führt. Die erste Elektrode ist ein Ftahldraht mit einsr. "'·;■.. ohm ess er von 152 μ, die zweite, bo_ö-?nförinige Elektrod '. efindet sich in einem Abstand von 7,5 mm von der ersten EloJtrode und ist von derselben durch eine 254 μ dicke Schicht aus Polytetrafluoräthylen isoliert« Die erste Elektrode steht in einem Abstand von 12,5 mm von der Trommel. An die erste Elektrode wird eine positive Gleichstromspannung von. 18 kV angelegt; die Stromstärke beträgt 2 Milliampere. Die Vorrichtung wird mit Sauerstrχ ' bei dem Mindestdruck gespeist, der erforderlich ist, um einen kontinuierlichen Sauerstofistrcn aufrechtzuerhalten.

Die maximale Jlrzeugungsgeschwindigkeit beträgt in diesem Falle 1,60 R.

Beispiele 4 bis 13

In den Beispielen 4 bis 13 wird Polyäthylenterephthalat aus der Schmelze mit konstanter Geschwindigkeit auf eine Kühltrommel stranggepresst. Die Kühltrommel hct einen Durchmesser von 183 cm, und die stranggepresste Polie ist 41,2 cm breit. Die Dicke der Polie auf der Kühltrommel variiert mit der Umlaufgeschwindigkeit TtBr Trommel.

Im Beispiel 4 befindet sich eine einzige, 0,2 mm dicke Drahtelektrode aus rostfreiem Stahl 0,95 cm über der Oberfläche der Kühltrommel in derjenigen Stellung, die die beste Anheftwirkung ergibt. An die Drahtelektrode wird ein positiver Gleichstrom mit der höchsten Spannung angelegt, die ohne Funkenbildung möglich ist, und die Geschwindigkeit der Trommel wird auf den Höchstwert gesteigert, der sich erreichen lässt, ohne dass "Anheftblasen¹¹ zwischen der Oberfläche der Trommel und derjenigen der stranggepressten Folienbahn auftreten. Die Ergebnisse dieses Kontrollversuchs sind die folgenden:

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• · >· «·<»♦ ···«· * • «r» · « » » · · • β · * ">«· · · *	F-2072-R	6
Beispiel	Raunluft
Gas ·.	188
Foliendicke, μ	24,4
Höchste Trommelgeschwindigkeit, !/.Min.,	9,2
Spannung, kV	i2
Stromstärke, μ A/cm Dra^t

In den Beispielen 5 bis 7 arbeitet man nach dem Verfahren des Beispiels 4 mit dem Unterschied, dass inan anstelle der blanken Drahtelektrode des Beispiels 4 die in Pig. 3 dargestellte Elektrodenvorrichtung verwendet. Die Elektrodenvorrichtung befindet sich an der gleichen Stelle wie die blanke Elektrodei und an die Elektrode wird die «leiche Spannung anselefit. In den Beispielen 6 und 7 wird die Vorrichtung derartig mit Sauerstoff bzw. Stickstoff gespeist, dass die Drahtelektrode praktisch vollständig von dem Gas ungeben ist. Diese &ase bewirken einen massigen Anstieg in der Menge der sich bi.lö ~n<3sn Ionen, was zu' einem periodischen Kraftanstieg über öis Breite der Polie hinweg führt. Hieraus ergeben sich Schwankungen der Auftreffstelle, wodurch wiederum die Höchstgeschwindigkeit herabgesetzt wird, die ohne Bildung von Anheftblasen erreicht werden kann.

Beispiel 5 6 7

Gas
Poliendiclre, μ

Höchste Trommelgeschwindigkeit, m/Min.

Spannung, kV Stromstärke, μ A/cm Draht

In den Beispielen 8 bis 10 arbeitet man gemäss den Beispielen 5 bis 7 mit dem Unterschied, dass die Spannung auf den Höchst-, wert erhöht wird, der ohne' Funkenbildung erreichbar ist. Die erhöhte Spannung führt bei Verwendung von Sauerstoff und Stickstoff zu einer so starken Erhöhung der Ionenbildung, dass

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Raumluft■	Sauerstoff	^t -¹-	-
152	152	**-
33,6	32,0	32	,0
9,2	9,2	9	,2
15	18	36

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sich eine gleichmässig erhöhte Anheftkraft an der Auftreffstelle ausbildet und die Höchstgeschwindigkeit, die ohne Bildung von Anheffblasen erreicht werden kann, erhöht wird.

Gas
Foliendicke, μ .

Höchste Trommelgeschwindigkeit, m/Min.

Spannung, kV Stromstärke, μ A/cm Draht

Raumluft Sauerstoff Stickstoff 127 127 127

36,1
10,5
36

37,4
10,8
38

37,4 11,3 32

In den Beispielen 11 "bis 13 arbeitet man gemäss den Beispielen 8 Ms 10 mit dem Unterschied, dass die Stellung der Anheftvorrichtung auf die günstigste Lage eingestellt wird, zum Unterschied von der Anordnung der Vorrichtung an der Stelle der besten Leistung des blanken Drahtes*

Beispiel

11

12

13

Gas	Raumluft	Sauerstoff	Stickstoff
PoIieridieke, μ	120	120	120
Höchste Trommelgeschwin
digkeit, m/Min.	46,0	49,0	49,0
Spannung, kV	10,1	10,9	10,7

Stromstärke, μ A/cm Draht

28

40

32

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Claims

E.I. du Pont de Nemours 11. Mai I970 and Company F-2O72-H Schutzansprüche

1. Vux-viuiitung zum elektrostatischen Anheften von dielektrischen Folien an in Bewegung befindliche geerdete Oberflächen, gekennzeichnet durch eine erste Elektrode (13), die von der in Bewegung befindlichen Oberfläche (12) auf Abstand sxeht, und eine zweite, geerdete Elektrode (H, 18, 32), von der die erste Elektrode (13) einen geringeren Abstand aufweist als von der in Bewegung befindlichen Oberfläche (12), und ein Dielektrikum (17, 19, 33), das die zweite Elektrode (14,'18, 32) im wesentlichen vollständig von der ersten Elektrode (13) isoliert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, dass alle geradlinigen Wege zwischen der ersten (13) und der zweiten Elektrode (14, 18, 32) von dem Dielektrikum (17, 19f 33) geschnitten werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Bewegung befindliche Oberfläche (12) eine Kühlfläche für die aus einer Strangpressöffnung (11) stranggepresste Folie (10) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da3s die zweite Elektrode (14, 18, 32) so angeordnet ist,

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dass sie mindestens 50 $> der geradlinigen Wege zwischen der ersten Elektrode (13) und demjenigen Teil der Folienfcahn (10) schneidet, der von der Strangpressöffnung (11) bis zur Auftreffstelle (15) der Folie (1ö) auf die Κύ]£- * fläche (12) reicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (18, 32) bogenförmig ausgebildet, von der in Bewegung befindlichen Oberfläche (12) weiter entfernt ist als die erste Elektrode (13), mit ihrer konkaven Oberfläche der in Bewegung befindlichen Oberfläche (12) zugewandt und mindestens auf ihrer konkaven Oberfläche gegen die erste Elektrode (13) durch eine Schicht (19, 33) au» üielektr-iäuxiem Harz isoliert ist, und dass die erste Elektrode (13) innerhalb des von der zweiten Elektrode (18, 32) gebildeten Bogens angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dad-arch gekennzeichnet, dass sich durch die zweite Elektrode (32) und die Schicht (33) aus dielektrischem Harz mindestens eine Öffnung erstreckt und die Vorrichtung mit einer Anordnung (31) ausgestattet ist, mit deren Hilfe ein Gasstrom (30) durch die Öffnung in der zweiten Elektrode (32) derart gegen die Polienbahn (10) geleitet werden kann, dass der ¥»g dieses Gasstroms (30) mindestens die erste Elektrode _% ; schneidet.

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70175S213.8.70