JP5567030B2 - フェロエレクトレット2層および多層コンポジットおよびその製造方法 - Google Patents
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- Laminated Bodies (AREA)
Description
a)少なくとも1つの第1ポリマーの少なくとも1つの第1表面を構造化し、高さのある外形を形成し、
b)工程a)で形成された第1ポリマーフィルムの構造化表面上に、少なくとも1つの第2ポリマーフィルムを適用し、
c)ポリマーフィルムを接着してポリマーフィルムコンポジットを生じさせ、閉塞および/または開放空隙を形成し、
d)工程c)で形成された空隙の内側表面を、反対電荷を用いて帯電させること
を包含する。
潤滑添加剤マスターバッチの製造
常套の二軸混練押出し成形機(たとえば、ZSK 32)を用いた、250℃〜330℃のポリカーボネートにとって一般的処理温度での、潤滑添加剤化合物の製造。
・ベイヤー・マテリアル・サイエンスAGによって製造されたポリカーボネート、マクローロン(Makrolon)2600 000000を、98重量%の割合で、
・ジ−イソプロピルジメチルアンモニウムパーフルオロブタンスルホネートを、無色のパウダーとして、2重量%の割合で、
製造した。
(フィルム押出し)
以下の組成の化合物を:
・実施例1による潤滑添加剤マスターバッチを20重量%の割合で、およびベイヤー・マテリアル・サイエンスAGによって製造されたポリカーボネート、マクローロン2600
を80.0重量%の割合で、
混合した。
・105mmの直径(D)と41×Dの長さのスクリューを備えるメイン押出し成形機;スクリューは脱気ゾーンを有する;
・1500mm幅の押出しスリットダイ;
・水平なローラ配置を有する3−ローラスムージングカレンダ、第3ローラは水平に関して+/−45°で旋回することができる;
・ローラトラック;
・保護フィルムを両面塗布するための装置;
・取出し装置;
・巻上げステーション
から成る。
a)規定受光角によるフレネル方程式からの媒体の開口角θ1とθ2とを計算;
b)以下の方程式
による、媒体の開口角がθ1であるパラボラブランチ(parabola branch)P1の構築および媒体の開口角がθ2であるパラボラブランチP2の2つのパラボラブランチの構築;
c)パラボラブランチのエンドポイント(end−point)F1、F2およびE1、E2の計算;
d)媒体の開口角−θ1およびθ2周りのパラボラの回転およびパラボラP2のX軸に沿う並進;
e)任意に、θ1≠θ2の非対称変形の場合、ポイントE1とE2とによって規定される傾斜面の傾斜の決定;
f)工程a)〜e)において構築されるジオメトリーからの大気中における有効受光角の決定;
g)有効受光角と規定受光角との比較、ずれが0.001%よりも大きい場合、工程a)において規定受光角の代わりに修正受光角を用いた、工程a)〜f)の繰り返しであって、修正受光角が規定受光角と同じでなく、工程f)の有効受光角が規定受光角と一致するように修正受光角が選択される、工程a)〜f)の繰り返し;並びに
h)有効受光角の規定受光角からのずれ0.001%以下を達成すると、パラボラのy方向を短縮係数によって規定される程度に短縮すること;
によって決定することができた。
ローラによって構造化された第1フィルムと、20μmの厚さを有する滑らかなポリカーボネートフィルムとからのフェロエレクトレット多層コンポジットの製造:
滑らかな20μmの厚さのポリカーボネートフィルムを、実施例1に記載されるような、ACPCローラの外形を備え、285μmの厚さを有するポリカーボネートフィルムの構造化された側上に配置した。次に、このフィルムコンポジットを205℃でラミネートした。ラミネート後、フィルムコンポジットは285μmの層厚を有する。ローラの外形がフィルムの深さの外形になり、2つのポリカーボネートフィルムのポリマーフィルムコンポジット内に空隙が形成される。断面では、これらの空隙は40μmの高さと25μmの幅を有する。空隙の間隔はエンボス加工ローラの外形によって予め定められる。しかし、ラミネート処理のために、ローラの外形は幾分平坦化されるので、空隙は当初のローラの外形の予め定められた高さより小さくなる。その結果、層スタック全体の厚さは、ラミネート処理前の個々のフィルムの層厚の合計より小さくなる。次に、フィルムコンポジットの両側表面上に、50nmの厚さのアルミニウム電極を設けた。内側空隙の分極は、17kV〜19kVの電圧を直接印加することによって行った。分極後、圧電効果を直接測定した。17kVでの分極の場合には、測定により、分極直後に4pC/Nのd33係数を得、19kVでの分極の場合には、5pC/Nのd33係数を得た。各試験片について5回の測定を行い、平均値を作成した。
ローラ外形を有するポリカーボネートフィルムと、50μmの厚さの滑らかなポリカーボネートフィルムとからのフェロエレクトレット多層コンポジットの製造:
滑らかな50μmの厚さのポリカーボネートフィルムを、実施例1と同様のローラの外形を備え、285μmの全体厚さを有するフィルムの外形形成された側上に配置した。次に、このフィルムコンポジットを205℃でラミネートした。ラミネート後、フィルムコンポジットは320μmの厚さを有する。ローラの外形がフィルムの深さの外形になり、ポリマーフィルムスタック内に三角形の空隙が形成される。これらの空隙は約40μmの深さと60μmの幅を有する。空隙の間隔はエンボス加工ローラの外形によって予め定められる。ラミネート処理のために、50μmの厚さのポリカーボネート層はローラ外形内にプレスされるので、空隙は当初のローラの外形の予め定められた高さより小さくなる。その結果、ポリマーフィルムコンポジット全体の厚さは、ラミネート処理前の個々のフィルムの層厚の合計より小さくなる。次に、フィルムコンポジットの両側表面上に、50nmの厚さのアルミニウム電極を設けた。内側空隙の分極は、20kVの電圧を直接印加することによって行った。分極後、圧電効果を直接測定した。この実施例によれば、4cm×4cmの大きさの4つの試験片を作成し、それぞれ5回評価した。分極直後の測定値について平均値を得、これを表2に示す。
エンボスローラによって構造化された2つのポリカーボネートフィルムからのフェロエレクトレット多層コンポジットの製造:
各場合、全体(基礎表面と構造)で285μmの厚さを有し、ローラの外形を備える2つのフィルムの外形形成された側を、エンボス構造が交差するように、互いの上に配置した。次に、このフィルムコンポジットを205℃でラミネートした。ラミネート後、フィルムコンポジットは550μmの層厚を有する。ローラの外形がフィルムの深さの外形になり、層スタック内に空隙が形成される。空隙は交差構造に関して45°と評価され、断面では、これらの空隙は約50μmの高さと100μmの幅を有する。空隙の間隔は、45°と評価されるので、190μmに相当する。ラミネート処理のために、ローラの外形は平坦化されたので、空隙の寸法は当初のローラの外形の予め定められた高さより小さくなった。その結果、層スタック全体の厚さは、ラミネート処理前の個々のフィルムの層厚の合計より小さくなった。次に、フィルムコンポジットの外向きの両側表面上に、50nmの厚さのアルミニウム電極を設けた。内側の空隙の分極は、20kVの電圧を直接印加することによって行った。分極直接、圧電効果を測定した。この実施例によれば、4cm×4cmの大きさの9個の試験片を作成し、評価した。各場合、圧電定数の測定を5回行い、そこから平均値を作成した。分極直後の測定値についての値を得、これを表3に示す。
成形ツール内で圧力を印加することによって構造化された第1フィルムと、滑らかなポリカーボネートフィルムからのフェロエレクトレット多層コンポジットの製造:
75μmの厚さを有するポリカーボネートフィルム(マクロホール・ベイヤー・マテリアル・サイエンスAG)を、ちょうどガラス転移温度未満の130〜140℃に加熱した。この後、ポリカーボネートフィルムを、250barの空気圧を用いて、溝型外形を有する成形ツール上にプレスした。ポリカーボネートフィルムは、それ自体がツールの鋳ぐるみに適合して、永久的に溝型に変形した。この場合には、フィルムはその全体が変形するので、高さのある外形は一方表面上に生じ、対応する溝型凹部はポリカーボネートの他方表面側上に生じた。この構造化ポリカーボネートフィルム上に、滑らかな75μmの厚さのポリカーボネートフィルムを配置し、構造化ポリカーボネートフィルムにラミネートによって接着した。空隙は、ポリマーフィルムの層方向に垂直に半円状の断面を有していた。断面では、空隙は100μmの高さを有していた。次に、フィルムコンポジットの両面上に50nmの厚さのアルミニウム電極を設けた。内側空隙の分極は、電圧を直接印加することによって行った。作成したコンポジットは、実施例5により得られた試験片の圧電活性に比べて、良好な圧電活性を示した。ポリマーフィルムコンポジットの空隙領域を詳細に拡大したものを図5に示す。
エンボスパンチの外形を有するポリカーボネートフィルムと、滑らかな125μmの厚さのポリカーボネートフィルムから成るフェロエレクトレット多層コンポジット:
アルミニウムから成るエンボスパンチに溝構造を設けた。この関連で、溝は1mmの間隔、80μmの深さを有する。このエンボスパンチへと、ポリカーボネートフィルム(マクロホール DE 1−1、125μmの厚さ)を、ホットプレスでプレスし、溝構造を、高さのある外形の形態で、ポリカーボネートフィルム上に生じさせた。第2ポリカーボネートフィルム(マクロホール DE 1−1、125μmの厚さ)上に、Apec1800溶液(メシチレン、1メトキシ−2−プロパノールアセテート、1,2,4−トリメチルベンゼン、エチル−3−エトキシプロピオネート、クメンおよび溶媒ナフサ)をドクターブレードで塗布した。次に、溶媒が蒸発するまで、2つのフィルムを静かに互いにプレスし、このようにして互いに接着した。作成したコンポジットの外向き表面上に電極を設け、内側空隙4を分極した。ポリマーフィルムコンポジットは、実施例5により得られた試験片の圧電活性に比べて、良好な圧電活性を示した。
測定装置について、原理的には、以下の3つの主要要素:応力発生器、応力測定装置および電荷測定装置が必要である。応力発生器には、ブルーエル&クジャー(Bruel & Kjar)によって製造された電気的振動励振器、タイプ4810を選択した。振動励振器によって、入力電圧に依存した規定の応力を出力することができる。この振動励振器を可動式プラットホームに取り付け、垂直方向におけるその位置を手動で調節することができる。振動励振器の高さの調節は、試験片をクランプするために、必要である。さらに、測定に必要な静止時予備圧力を、これによって調節することができる。振動励振器を制御するために、スタンフォード・リサーチ・システムズ(Stanford Research Systems)によって製造された関数発生器DS345を、ブルーエル&クジャーによって製造された出力増幅器、タイプ2718と共同で使用した。応力測定装置には、バースター(Burster)によって製造された応力センサー、タイプ8435を用いた。応力センサーは、0N〜200Nの範囲内での圧力測定と張力測定の両方用に設計されている。しかし、力の作用は垂直方向にしか生じ得ないので、横力と回転力はセンサーに作用しない。これを担保するために、応力センサーは円筒状の圧力案内レールを備え、ステンレススチールから成るボルトがほとんど摩擦がない状態でそこをスライドしていた。ボルトの自在端部には2センチメートル幅の研磨されたプレートが配置され、試験片表面を担持する役割を果たしていた。応力センサーからの信号を、バースターによって製造されたモジュール式増幅器、タイプ9243で記録し、オシロスコープ、GOULD 4094に送信する。
Claims (11)
- 空隙を有するフェロエレクトレット2層または多層コンポジットを製造する方法であって、以下の工程:
a)第1ポリマーフィルム(1)の少なくとも1つの第1表面を構造化し、高さのある外形を形成し、
b)工程a)で形成された第1ポリマーフィルムの構造化表面上に、少なくとも1つの第2ポリマーフィルム(5,1’)を適用し、
c)ポリマーフィルム(1,1’,5)を接着してポリマーフィルムコンポジットを生じさせ、空隙(4,4’)を形成し、
d)工程c)で形成された空隙(4,4’)の内側表面を、反対電荷を用いて帯電させること
を特徴とする製造方法。 - 工程a)における第1ポリマーフィルム(1)の少なくとも1つの表面の構造化がエンボス加工によって行われることを特徴とする請求項1による方法。
- 工程a)における第1ポリマーフィルム(1)の少なくとも1つの表面の構造化が、任意に予熱され形状形成された鋳ぐるみを備える成形ツール内で、任意に加熱されたポリマーフィルムに、圧力を印加することで変形させることによって行われることを特徴とする請求項1による方法。
- 工程a)における第1ポリマーフィルム(1)の少なくとも1つの表面の構造化が、所定形状のダイを用いて、ポリマーをスリット押出しすることによって行われることを特徴とする請求項1による方法。
- 工程d)における空隙の内側表面への帯電の前および/または後に、ポリマーフィルムコンポジットの外側表面への電極の配置を行うことを特徴とする請求項1による方法。
- 工程d)での帯電の前または後に、さらなる工程e)において、工程c)で形成されたポリマーフィルムコンポジットのエッジを封止すること包含することを特徴とする請求項1による方法。
- 工程d)での分極の前に、さらなる工程f)において、ポリマーフィルムコンポジットの空隙内に気体を充填すること包含することを特徴とする請求項1による方法。
- 少なくとも1つの第1ポリマーフィルム(1)および前記第1ポリマーフィルムと接着する第2ポリマーフィルム(1’,5)から成る層スタックを備えるフェロエレクトレット2層または多層コンポジットであり、少なくとも第1ポリマーフィルム(1)は、第2ポリマーフィルム(1’,5)に面する少なくともその表面側に、凹凸を有する構造を備え、第1ポリマーフィルム(1)は、第2ポリマーフィルム(1’,5)と、1以上の空隙(4)がポリマーフィルム(1)(1’,5)間に形成されるように接着し、さらに形成された空隙(4)の内側表面は反対電荷を有することを特徴とするフェロエレクトレット2層または多層コンポジット。
- ポリマーフィルムの層方向に平行および垂直な空隙の断面形状は、互いに独立して部分的または全体的に規則的または不規則な、円形、楕円形または長円形、多角形、ハニカム形、十字形、星形、部分円形部分多角形の形状から選択されることを特徴とする請求項8によるフェロエレクトレット2層または多層コンポジット。
- 請求項8による少なくとも1つのフェロエレクトレット2層または多層コンポジットおよび/または請求項1による方法によって製造される少なくとも1つのフェロエレクトレット2層または多層コンポジットを備える圧電素子。
- 第1ポリマーフィルムの少なくとも1つの表面を構造化する手段を包含することを特徴とする請求項1による方法を実施する装置。
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