SE430110B - Apparat for att kontinuerligt forbettra piezoelektriska egenskaper hos polymerisk film - Google Patents

Description

25 30 35 *filmen beaktas i varje storskalig produktionsprocess. s2o3?22~?i _2 mycket_lägre spänningar, vilket resulterar i att dielektriska genombrott i huvudsak icke alls förekommer. 7 Många kända polymerfilmer kräver dessutom att elektriskt ledande beläggningar appliceras på filmytorna före polningen där-_ av, därigenom bildande en kondensatorliknande anordning med för- måga att lagra hög elektrisk energi. Den lagrade energin kan ofta urladdas med resulterande skada på filmen. Även då endast en enda elektriskt ledande beläggning fordras, måste tillkomman- de kostnader för t.ex. vakuumavsättningen av beläggningen på 7 Förelig- gande uppfinning kräver icke någon elektriskt ledande beläggning på någondera ytan av den polymera filmen eller det polymera arket, ehuru en dylik beläggning på en av eller båda sidorna kand utnyttjas.g ' ' I Många tidigare kända filmpolningsapparater kräver vidare närvaro av-värme, under det att polariseringsspänningar applice- ras därpå. Temperaturerna kan ligga mellan omkring 50°C-till -något lägre än filmens mjukningspunkt eller lägre än approxima- tivt l80°C. De förhöjda temperaturerna minskar filmmaterialets resistans, vilket möjliggör lägre spänningar för åstadkommande av en ekvivalent förbättrad piezoelektricitet. Föreliggande upp-I finning kräver icke några förhöjda temperaturer, under det att filmen utsätts för koronapolníngsspänningar. I .

I korthet innebär föreliggande uppfinning att en fältinten- sifierad joniserings-(korona-Jspänningskälla upprepade gånger rör sig över den i rörelse varande, polariserbara polymeren för att till resultat ge mindre antal genombrott hos polymerfilmen jäm- fört med tidigare kända statiska koronaapparater, samtidigt som man dock får en högre grad av driftsflexibilitet, dvs. frekvensen hos den oscillerande koronaurladdningselektroden kan lätt varieras tillsammans med rotationshastigheten hos trumman; som styr och transporterar filmen däröver.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN c _f Fig._l visar schematiskt polningsapparaten enligt förelig- gande uppfinning.

Pig. 2 är en perspektivvy av en koronaurladdningselektro- den och den roterande trumman i fig. l och organ för att oscil- -lera elektroden på en runtomgående yta på den roterande trumman.

Fig. 3 är en sektionsvy av apparaten enligt fig. Z tagen 10 15 20 25 30 35 8203722-7 längs linjen 3-3.

Pig. 4 är en sektionsvy av apparaten enligt fig. 3 tagen längs linjen 4-4.

Pig. 5 illustrerar en modifíkation av elektroden enligt fig. 3.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN I fig. l illustreras det polymeriska material, som skall polas, såsom film 10, lämpligen KYNAR, som är en polyvinyliden- fluoridprodukt från Pennwalt Corp., Philadelphia, Pennsylvania, varpå föreliggande uppfinning är överlåten. Filmer av polyvi- nylidenfluorid (i fortsättningen kallade PVF2) uppvisar piezo- elektriska egenskaper, som kan förbättras genom att filmerna utsätts för polariserings- eller polningstekniker. Filmen 10 kan vara uníaxiellt, biaxiellt eller multiaxiellt orienterad.

Uppfínningen är icke begränsad till PVP2. Andra tenmnflastiska eller polymeriska material, såsom polyvinylfluorid och polyvinylklorid, kan med fördel utnyttjas tillsammans med den förbättrade pol- ningsapparat som kommer att beskrivas i fortsättningen.

Filmen 10 är lindad kring en förrådsspole 12 och bringas efter polning att âterupplindas på en upptagningsspole 14. En trumma 16, som ligger mellan spolarna, roteras av en motor (icke visad), lämpligen en stegmotor, och bringar filmen 10 att tran- sporteras längs en bestämd bana, dvs. en bana avgränsad av kon- ventionella rullar inkluderande styr- eller icke drivna rullar 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34 och 36, rörliga rullar (dancer rollers) 38 och 40, och sträck- eller spridningsrullar 42 och 44.

De rörliga rullarna 38 och 40 kan vara upphängda, kan vara upp- burna på en svängbar arm eller anordnade på annat lämpligt sätt.

Den rörliga rullen 38 kommer att röra sig uppåt, då spänningen i filmen 10 mellan trumman 16 och förrådsspolen l2 ökar. En lägesströmställare (proximity switch) 48 kan vara anordnad in- till den rörliga rullen 58 för aktivering av en lämplig motor (icke visad), vilken kommer att mata ut ytterligare film från förrådsspolen 12, till dess att spänningen i filmen 10 har åter- gått till det normala. En annan lägesströmställare 50 kan vara anordnad i operativt samband med den rörliga rullen 40 för att styra spänningen hos filmen 10 mellan upptagningsspolen 14 och uppvärmningskammaren 52. Denna kammare 52 beskrivs senare. 10 15 25 30' 8203722-7 En noggrann injustering av motorerna (icke visade) som styr rotationen hos trumman 16 och upptagningsspolen 14 kan göra att behovet av lägesströmställarna bortfaller. " Konventionella sträck- eller spridningsrullar 42 och 44 phåller filmen i i huvudsak skrynkelfritt tillstånd före och efter koronaurladdningsbehandlingen.

Med hänvisning till fíg. 2, 3 och 4 är trumman 16 försedd med en integrerad trumaxel 54 som har en yttre axel 55 med mindre diameter. >Lagerblock 56 anordnade ett på vardera sidan om trum- man 16 mottager axeln 54 för uppbärande av trumman, samtidigt som de tillåter jämn rotation av axeln i desamma med hjälp av buss- ningar eller lager 57. Trumman 16 bringas att rotera av exempel- V vis en stegmotor (icke visad) via en rem 58 eller konventionella kedjetransmissionsorgan. I de visade utföringsformerna har trumman 16 en diameter av approximativt 33 cm.

För polning av filmen 10 samverkar en koronaurladdnings- elektrod 60 med den roterande trumman 16. Elektroden 60 är för- sedd med en integrerad axel 62, som är ledbart förbunden med en konstruktion som tillåter elektroden att oscillera kring en axel. som i de visade utföringsformerna sammanfaller med trum- mans 16 rotationsaxel. Närmare bestämt gäller att då trumman 16 sakta roterar på trumaxeln 54 för att transportera filmen l0 på en runtomgående yta på trumman elektroden 60 rullar tillbaka och fram igen på den sakta transporterade filmen-lO i en ocil- olerande rörelse vinkelrät mot trummans rotationsaxel. De om- råden på den i rörelse varande filmen 10 som kommer i kontakt med den rullande oscillerande elektroden (vilka områden defini- erar kontaktlinjer_parallella med trummans 16 rotatíonsaxel) 'utsätts kontinuerligt för ett mångfald av passager av elektro- den 60, varvid varje passage ytterligare förhöjer filmens piezo- elektriska egenskaper. Varje dvlik given fílmlinje roteras så- lunda sakta av trumman förbi elektrodens 60 oscillerande bana för efterföljande_behandling i värmekammaren 52 och slutlig upp- lindning på upptagningsspolen 14. p Hela den yttre ytan eller kontaktytan hos elektroden 60 är företrädesvis texturerad, t.ex. försedd med räfflor eller spår, i syfte att åstadkomma ett flertal utskjutande punkter, från vilka eller i närheten av vilka koronaurladdning lätt sker. Det har befunnits att omkring 20 till 40 räfflor per tum ger utmärkta 10 15 20 30 35 820-3722-7 resultat. I den visade utföríngsformen har elektroden 60 en diameter av approximativt 10 cm.

En likspänningskälla 66 (fig. 1) appliceras konventionellt över elektroden 60 och trumman 16, varvid den senare är ansluten till jord.

Flexibla strålningsvärmare 70 anordnas kring trumman 16 och elektroden 60, om det är önskvärt med värme därpå.

I syfte att bevara den fysiska integriteten hos filmen 10 under polningen därav placeras företrädesvis en skyddande film eller samverkande film 74 (fíg. 1] mellan filmen 10 och elek- troden 60, så att den räfflade elektroden 60 rullar på filmen 74, vilken transporteras med i huvudsak lika hastighet som fil- men 10. Filmen 74 kan upplindas på en för densamma avsedd upp- tagningsspole 78, vilken senare drivs exempelvis av en motor med konstant vridmoment eller slirande drivning. Alternativt kan den återanvändningsbara samverkande filmen 74 göras söm- lös och transporteras över filmen 10 som ett ändlöst band. Styr- eller icke drivna rullar 80 avgränsar den samverkande filmens bana.

Den samverkande filmen 74 är lämpligen en sampolymer av monomerer vinylídenfluorid och tetrafluoretylen i ett förhållan- de av omkring 70 resp. 30 viktprocent.

Uppvärmningskammaren 52 inkluderar ett flertal termostat- styrda strålningspaneler 82 av godtyckligt lämpligt utförande.

Uppvärmningskammaren 52, som är schematiskt visad i fíg. 1, är ungefär 1,5 meter hög och 1,2 meter bred.

Med hänvisning ånyo till fíg. 2, 3 och 4 gäller att elek- trodaxeln 62 är monterad för oscíllerande rullande rörelse längs trummans 16 omkrets i en riktning vinkelrätt mot trumaxeln 54.

I huvudsak lika konstruktioner är anordnade på vardera sidan om trumman 16, vilka konstruktioner tillåter dylik oscillerande rullningsrörelse.

Elektrodaxeln 62 är monterad för rotation i bussningar 64, som är fastsatta i övre drivarmar 86, som står i förbindelse med undre drivarmar 88 med hjälp av ett elektriskt isolerande hölje, som lämpligen består av isolerande renselement 90, som De övre och undre drivarmarna 86 Såsom klart visas är runtomgående fastklämda. och 88 är metalliska och elektriskt ledande. í fig. 4 åtskiljs de övre drivarmarna 86 och de undre drivarmarna 10 15 2st 30 iden diameterförminskade axeln 55 via bussningen lll.. 63203722-7? 6 88 av ett luftgap 92, som företrädesvis är åtminstone 1,2 cm.

Luftgapen 02 förhindrar kortslutning av elektroden 60 och trum- man 16, då en likspänning från källan 66 appliceras däröver.

Icke ledande tappar 94 och 96 sträcker sig i sidled från de övre resp. undre drívarmarna för ingrepp med ett par drag- fjädrar 100, som är anordnade mellan tapparnaa Fjädrarna säker- ställer att elektroden 60 under sin oscillering kommer att vara i kontakt med filmen 74, eller filmen 10 om någon samverkandewr film icke använts, under det att filmen transporteras på en roterande trumma 16. Då den modifierade -elektroden enligt fi_g. 5' utnyttjas (vilken beskrivs senare), är elektrodens 60 texturerade yta dock icke i direkt kontakt med varken filmen 74 eller filmen 10. i i Elektrodens 60 oscillerande rörelse âstadkommes av en mo- mentant reversíbel synkron líkspänningsstegmotor 104, vilken verkar via en lämplig reduceringstransmission 106, vilken via kopplingsorgan 108 bringar drivarmsnavet 110 att fritt rotera på I Den undre armen 88 är ansluten till navet 110 eller utförd i ett stycke Den diameterförminskade axeln 55 uppbär delvis navet En lägesströmställare 112, som är därmed. 110 och drivarmsmekanismen. *justerbart monterad på en justerbar arm 114, bringar motorn 104 att ändra sin rotationsriktning, då den undre drivarmen 88 kom- mer tillräckligt nära lägesströmställaren, vilket omkastar elek- trodens 60 rörelseríktning. Stegmotorn 104 fortsätter att rotera i den riktning, som anges av lägesströmställaren 112. Den juster- bara armen ll4 är justerbart monterad på och.uppbärs av stommen F, 'som uppbär motorn 104 och reduceringstransmissionen 106.

En tvärslå 118 är ansluten mellan gängade stänger 102. En stång utskjuter från vardera av de övre drivarmarna 86 för att "hjälpa till att stabilisera elektrodens oscillerande rörelse och att upprätthålla i huvudsak konstant tryck från elektroden 60 längs hela kontaktlinjen med filmen 74 eller filmen 10. Tvärslån 118 är_rör1igt justerbar längs stängerna 120 för upptagande av olektrodcr med olika diametrar. 1 I fig, 5 visas att vardera änden av elektroden 60 är för- sedd med en vulst eller kantdel 130 av dielektriskt material, vari- genom ett utrymme eller gap 132 åstadkommes mellan elektrodens 60 texturerade yta och trumman 16. Valda delar av apparaten kan vara l0 15 20 25 30 35 8203'?22~7 inneslutna, så att spalten 132 kan innefatta en lämplig icke reak- tiv gas, såsom kväve, eller ha partiellt vakuum eller reducerat tryck.

Följande exempel bidrar till att illustrera uppfinningen.

BXEMPBL i 1 28 /um tjock och approximativt 20 cm bred PVF2-film fördes genom den beskrivna polningsapparaten, liksom även 9 meter sam- verkande film med en tjocklek av 0,15 mm, allt i enlighet med vad som visas i fig. l. Spänningen som applicerades på den oscillerande koronaurladdningselektrodrullen var 11.500 volt, och rullen svepte över en given filmlinje ungefär 70 gånger, un- der det att bägge filmerna transporterades med en hastighet av 0,18 meter per minut. Uppvärmningskammaren 52 hölls vid 75OC, och filmen 10 behövde 15 minuter för att passera därigenom.

Hjälp- eller den samverkande filmen upplindades naturligtvis på spolen 78. Filmens 10 aktivitet bestämdes vara 15 pC/N efter tryckstabilisering såsom beskrivs i den amerikanska patentskrif- ten 4 055 878 avseende "Stabilization of Piezoelectric Resin Elements", dvs. kortslutning av de två ytorna på den piezoelek- triska filmen under det att högt tryck appliceras på filmen un- der en tillräcklig tidsperiod, med eller utan applicering av yttre värme, för åstadkommande av en film eller ett element med sann piezoelektricítet, dvs. som uppvisar en i tiden stabil piezoelektrisk konstant.

EXEMPEL 2 Likadant som i exempel 1 frånsett att koronaurladdnings- elektrodrullen upphettades till 4300 och den därpå applicerade spänningen var 8.500 volt. Elektroden svepte en given filmlinje 48 gånger, under det att de bägge filmerna transporterades med en hastighet av 0,3 meter per minut. Aktíviteten hos den polade filmen var 22 pC/N.

I samband med föreliggande uppfinning kan elektrodens 60 oscilleringsfnmvens varieras, liksom trummans 16 rotationshas- tighet, i och för åstadkommande av driftsflexibilítet hos appa- raten med avseende på mängden koronaurladdning som appliceras på filmen. Ytterligare flexibilitet hos apparaten åstadkommes ' genom det faktum, att inga elektriskt ledande beläggningar er-

Claims (11)

1. 0 8263722-7 fordras på filmen, vilket tillåter att ett brett spektrum av 7 ledande beläggningskonfígurationer kan appliceras på filmytor- na efter polning. Polad film har begränsad användbarhet, till dess att åtminstone en yta därav metalliseras. Sålunda kan nu invecklade elektrodmönster appliceras på endera eller bägge av filmytorna för att tillfredsställa kunders behov. - Uppvärmningskammaren 52 hålls företrädesvis mellan omkring 55oC.och SOOC. Temperaturer överstigande omkring 80oC minskar filmens aktivitet. Omvänt resulterar temperaturer under omkring 65°C i en film som har nära optimal aktivitet. De piezoelektriska filmer som produceras här är även pyre- elektriska. Pyroelektriska filmer finner användning i pyro- elektriska'givare, IR-detektorer, värmedetektorer och liknande. PAIBNTKRAV l. Apparat för att kontinuerligt förbättra piezoelektriska egenskaper hos polymerisk film (10), som uppvisar dylika egenskaper, innefattande en roterande trumma (16) i kontakt med filmen för transport av denna utefter den definierad bana, en koronaurladdningselektrod (60) och organ (66) för åstadkommande av kontinuerlig koronaurladd- ning från elektroden genom filmen på trumman för polning av filmen, k ä n n e t e c k n a d av att koronaurladdnings- elektroden är en kring sin axel roterbar koronaurladdníngsf elektrodrulle monterad för rörelse utefter trummans omkrets i en oscillerande bana. *

2. Apparat enligt krav l, av att elektrodrullen (60) är anordnad att oscillera kring en ;axel'(5S), som sammanfaller med trummans (16) rotationsaxel_ ' (54). k ä n n e t e c k n adda

3. Apparat enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av att elektrodrullen (60) är försedd med en texturerad yta. ' I ,

4. Apparat enligt krav l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a d .av att elektrodrullens (60) oscillerande rörelse ut- märks av att elektroden rullar över filmen (10).

5. Apparat enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att filmen (10) ständigt har ett område i 8203722-'7 kontakt med den roterande trumman (16) och elektrodrullen (60), varvid koronaurladdningen sker väsentligen vid nämnda kontaktområde.

6. Apparat enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att organ (130) är anordnade för att åtskilja den texture- rade ytan, varifrån koronaurladdning äger rum, från filmen (l0). _

7. Apparat enligt krav 6, k ä n n e t e c k'n a d av att koronaurladdningselektrodrullen (60) har en dielektrisk kant eller vulst (130) anordnad vid vardera rulländen och den texturerade elektrodytan däremellan, varvid elektroden oscillerar på filmen (10) genom att kanterna är i direkt kontakt med filmen med den texturerade ytan åtskild från filmen och varvid oscilleringarna utmärks av en rullande rörel- *se mellan två åtskilda linjer, parallella med trummans (16) rotationsaxel, på omkretsytan, så att givna linjer parallella med och mellan de åtskilda linjerna sveps av en mångfald passager av den oscillerande elektrodrullen (60), innan de givna linjerna transporteras nedströms om de två åt- skilda linjerna. I

8. Apparat enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att filmen (10) är försedd med en elektriskt ledande beläggning på en sida eller bägge sidor.

9. Apparat enligt något av av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av en samverkande film (74) an- ordnad mellan elektrodrullen (60) och den polymeriska filmen (10) i direkt kontakt därmed och organ (76,78,80) för att transportera den samverkande filmen tillsammans med den poly- meriska filmen med i huvudsak lika hastigheter.

l0. Apparat enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att den roterande trumman (16) gör kontakt med filmen (10) för transport av denna över en del av trummans omkrets.

ll. Apparat enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av en uppvärmningskammare (52) anordnad nedströms om elektrodrullen (60) och organ för att bringa den polade filmen (10) att gå genom uppvärmningskammaren.