DE2719881A1

DE2719881A1 - Verfahren zum polen von filmen aus pyroelektrischem und piezoelektrischem material und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2719881A1
Application number: DE19772719881
Authority: DE
Inventors: William F Sheffield; Allen L Taylor
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1976-04-30
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1977-11-17
Also published as: FR2349960B1; US4089034A; JPS52139174A; FR2349960A1; GB1576032A

Description

I NACHGEREiCHT

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i^vSÄJI Dr. RUSCHKE & PARTNER ΕΞ

PATENTANWÄLTE ^H'^ME £,.* BERLIN - MÖNCHEN ^UMom:miunu Quadratur Barite ^* Quadrirtur Mfcichaa TELEXMMm 2719881 TELEX: »23717

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota 55101, V. St. ν. Λ.

Verfahren zum Polen von Filmen aus pyroelektrischem und piezoelektrischem Material und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polen von Filmen aus polymeren Materialien, die mindestens eine pyroelektrische und piezoelektrische Eigenschaft aufweisen, und insbesondere ein fortlaufendes Polen derartiger Filmmaterialien·

Verschiedene polymere Filmmaterialien weisen sowohl pyroelektrische wie piezoelektrische Eigenschaften auf. Einige polymere Filmmaterialien weisen jedoch nur eine dieser Eigenschaften auf.

Es wird gemeinhin angenommen, daß die pyroelektrischen und/oder piezoelektrischen Eigenschaften von polymeren Filmmaterialien durch eine Anordnung der Dipole des Films hervorgerufen werden. Normalerweise sind die Dipole von pyroelektrischen und/oder piezoelektrischen polymeren Filmen im wesentlichen in wahlloser Weise angeordnet. Derartige wahllos angeordnete Dipole können jedoch durch Erhitzen des Films über einen besonderen Temperaturwert, der als Polungstemperatur bekannt ist, und durch gleichzeitiges Erzeugen eines elektrischen Feldes im Film zu einer gepolten Ausrichtung umgruppiert werden. Ist der Film einmal gepolt und unter die Polungstemperatur abgekühlt, so kann das elektrische Feld entfernt werden, ohne daß die Dipole ihre durch das elektrische Feld erhaltene Ausrichtung im wesentlichen aufgeben werden, wodurch die gewünschte pyroelektrischen und/oder piezoelektrischen Eigenschaften erhalten werden. Venn jedoch der gepolte Film abermals längere Zeit anschließend über die Polungstemperatur hinaus erhitzt wird, werden die Dipole ihre wahllose Ausrichtung wieder einnehmen.

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Es ist bekannt, daß der Grad der Dipolausrichtung, der aus einem solchen Polungsverfahren resultiert, eine Funktion der Temperatur, auf die der Film erhitzt worden ist, der Stärke des angelegten elektrischen Feldes sowie der Zeitdauer ist, während der das elektrische Feld bei Erhitzung des Films über die Polungstemperatur angelegt ist. So findet z. B. eine wesentliche Polung in einem Film aus einem Polyvinylidenfluorid bei seiner Erhitzung auf eine Temperatur von 90⁰C und bei Anlegen eines elektrischen Feldes von 400 K Volt/cm an den Film während einer Dauer von 10 Min. statt. M..a. Worten wird ein fortschreitendes Ansteigen des Grades der Polung bis zu einem Maximum durch Vergrößern der Temperatur, der Stärke des elektrischen Feldes und/ oder der Polungsdauer erreicht.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Polen eines Films aus polymerem Material innerhalb kurzer Zeit-

I Perioden, um einen großen Koeffizienten mindestens einer der | pyroelektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften hervorzu- ! rufen und um einen hohen Grad an Gleichförmigkeit der Polarisa-!

tion über die Dicke des Materials hin zu bewirken. Solche Er-

I gebnisse werden erfindungsgemäß durch Anlegen einer Anzahl von im wesentlichen zeitlichen Abstand auftretenden Feldimpulsen | über die Dicke des Films hin erhalten. '

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Polen eines Films weist auf eine erste Einrichtung zum Aufbringen eines ersten elektrischen Potentials auf eine Seite des Films und eine zweite |

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Einrichtung zum Aufbringen eines zweiten elektrischen Potentials auf die entgegengesetzte Seite des Films. Die erste und die zweigte ein Potential aufbringende Einrichtung sorgt für ein elektrisches Feld in einem Teil des Films, um für gemäßigte Koeffizienten mindestens einer der pyroelektrischen und piezoelek- j

trisehen Eigenschaften in einem solchen Teil zu sorgen. Eine ^] Antriebseinrichtung führt den Film fortlaufend an der ersten und der zweiten ein elektrisches Potential aufbringenden Einrichtung vorbei. Eine dritte Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Impulse ist betriebsmäßig mit der ersten und der zweiten, ein elektrisches Potential aufbringenden Einrichtung verbunden und sorgt für eine Vielzahl an den Film gelegter, zeitmäßig getrennter elektrischer Feldimpulse, wenn der Film von der Antriebseinrichtung durch die Vorrichtung geführt wird. Jeder der in Zeitabständen voneinander erzeugten Impulse weist eine Impulsdauer auf, die geringer als die Zeitdauer ist, während der ein Teil des Films dem Einfluß des von der ersten und der zweiten ein elektrisches Potential aufbringenden Einrichtung ausgesetzt ist.

Erfindungsgemäß werden vorzugsweise mindestens vier elektrische Feldikpulse und häufig mindestens 10 Impulse verwendet. Die Impulsdauer ist vorzugsweise kürzer als zwei Sekunden und häufig vorzugsweise kürzer als 500 oder 100 Millisekunden. Die Stärke der Impulse ist vorzugsweise größer als 1500 K Volt/cm im Film und oft größer als 2500 K Volt/cm im Film. Derartige Impulsstärken stellen das gesamte elektrische Feld während der Impulse

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dar. Vorzugsweise ist das νorbeaufschlagte elektrische Feld kleiner als die Impulsstärke im Film zwischen den Impulsen. Ein solches vorbeaufschlagtes elektrisches Feld ist häufig kleiner als 2400 K Volt/cm oder kleiner als 2000 K Volt/cm. Vorzugsweise sind obige Parameter derart kombiniert, daß gemäß der Erfindung mindestens vier Impulse verwendet werden, die jeweils eine Impulsdauer von weniger als 50 Millisekunden und eine maximale Stärke von mehr als ?500 K Volt/cm aufv;eisen.

Mittelmäßige Koeffizienten der pyroelektrischen und piezoelektrischen Eigenschaf ton sind gcmriß der Erfindung solche, die mindestens 50 7o des im Dauerpolungszustand erzielbaren Maximums aufv/eisen. Das im Dauerpolungszustand erzielbare Maximum ist als typischer maximaler Koeffizient der pyroelektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften definiert, der von einem ähnlichen Stücke des gleichen Filmmaterials erhalten wird, und er wird durch Aufbringen einer leitenden Elektrode auf eine Seite des Films und nachfolgendes Anordnen eines elektrischen Feldes konstanter Stärke über die Dicke des Films hin während GO Minuten bestimmt. Die Stärke des konstanten elektrischen Feldes während des Dauerpolungszustandes sollte nahe bei der Durchbruchfeidstärke des Films über eine Dauer von 60 Minuten liegen, und der Film sollte dieselbe Temperatur auf v/ei sen, bei der dor Film erfindungpgemäß gepolt v/orden ist.

Vorzugsweise sorgt die Erfindung für beträchtliche Koeffizienten mindestens einer der pyroelektrischen und piezoelektrischen Ei-

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gensehaften .Insbesondere sorgt die Erfindung für v/esentliche Koeffizienten von mindestens einer der pyroelektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften. Mit beträchtlichen und iiresentlichen Koeffizienten der Polung sind mindestens 70 % bzw. 90 % des im Dauerpolungszustand erhaltbaren Maximums gemeint. Gemäß der Erfindung gepoltes Material weist jedoch häufig einen Polung koeffizienten auf, der größer als 100 % des iai Dauerpolungszustand erhaltbaren Mnχ Lauras ist.

Die bevorzugte .-".usfvihrungsform der Erfindung weist einen Strombegrenzer auf, der von der zweiten, ein elektrisches Potential aufbringenden Einrichtung derart getragen wird, daß er zwischen der zwoit on, ein elektrisches Potential aufbringenden Einrichtung und 3er benachbarten Seite des Films angeordnet ist. Der Strombegrenzer χ begrenzt die Gefahr elektrischer Überschläge, die bei dielektrischen Durchbrüchen auftreten können.

Durch Verwendung elektrischer Feld impulse kürzerer Impulsdauer und großer Stärke im Film kann die Erfindung für bessere Polungi ergebnisse sorgen, wie z. B. für eine Steigerung des Polungskoeffizienten und der Gleichförmigkeit der Polung. M. a. Worten ermöglicht eine kürzere Impulsdauer eine größere Stärke des im Film anzuordnenden elektrischen Feldes ohne Auftreten eines dielektrischen Durchcchlages. Ss wird angenommen, daß die größeren Stärken der elektrischen Felder größere Kräfte auf die Komponenten des Materials ausüben, die die pyroelektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften in dem Film hervorrufen. Die

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Erfindung sorgt für eine Anzahl ziemlich kurzer, sehr starker Impulse in Zeitabständen, um das Material in sehr kurzen Zeitperioden zu Polen. D. h. je kurzer die Impulsdauer ist, desto stärker kann das verwendete elektrische Feld sein. Wenn die Impulsdauer jedoch kurz wird, kann es erforderlich sein, eine Anzahl von Impulsen zwecks Polung des Materials aufzubringen. Ein vorbeaufschlagtes elektrisches Feld geringerer Stärke kann zwischen diesen Impulsen verwendet werden.

Eine Optimierung des Grades der Polung gemäß der Erfindung scheint die wechselseitige Beziehung von Impulsdauer, Impulsstarke, Anzahl der Impulse, Stärke des vorbeaufschlagten elektrischen Feldes und der Temperatur des Films zu beinhalten. D. h über einen bestimmten Temperaturbereich kann der gleiche pyroelektrische oder piezoelektrische Koeffizient durch Erhöhen der Temperatur des Filmes und durch Anwendung geringerer elektrischei Feldstärken während der gleichen Zeitdauer erhalten werden. Es wird angenommen, daß das alleinige Erhöhen der Temperatur des Filmes, der Verlängerung der Impulsdauer, der Steigerung der Stärke der Impulse, der Vergrößerung des vorbeaufschlagten elektrischen Feldes zwischen den Impulsen auf der Vergrößerung der j

Anzahl der Impulse dazu neigt, die Stärke der Polung bis zu einem Sättigungsniveau zu steigern. Diese kombinierten Parameter sind jedoch auf die Durchschlagsfestigkeit bezogen, bei der der Film üblicherweise einen Durchschlag erfährt. Hieraus folgt, daß eine bessere Polung anzustreben ist, wenn diese Parameter bei Annäherung an den Punkt χ des dielektrischen Durchschlags des Ma- j

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it

terials in jeder Weise variiert werden. Im allgemeinen wird eine gute Polung durch Verwendung von mindestens vier Impulsen erzielt, die jeweils eine Impulsdauer von weniger als 50 Milli-

Sekunden aufweisen. I

Wie bereits erwähnt, ist die Temperatur des Films ein Parameter,, der variierbar ist. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung! weist daher eine Vorrichtung auf, die für ein gleichzeitiges Er-!

! höhen der Temperatur mindestens eines Segmentes des Teils des | Films beim Durchschicken der elektrischen Feldimpulse durch

', diesen Teil sorgt. Der Film kann jedoch auch bei Raumtemperatur

j gepolt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erste Einrichtung zum Aufbringen eines elektrischen Potentials von einer zylindrischen Walze gebildet, die eine geerdete, elektrisch leitende Oberfläche aufweist, die geeigneter Weise mit einer Schicht eines leitenden Materials auf einer Seite des Films in Berührung bringbar ist. Die zweite, ein elektrisches Potential aufbringende Einrichtung wird von einer temperaturgesteuerten, zylindrischen Walze mit einer elektrisch leitenden Oberfläche gebildet, die eine strombegrenzende Schicht aufweist, die mit der entgegengesetzten Seite des Films in Berührung steht. Eine dritte Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Impulse weist einen mechanischen Schalter auf, der wechselweise eine erste und zweite Hochspannungsquelle an die zylindrischen Walzen der ersten und der zweiten, ein elektrisches Potential

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aufbringenden Einrichtung legt, um für eine Anzahl elektrischer Feldimpulse durch den Film hindurch zu sorgen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreib bung der Zeichnungen. In letzteren sind:

Fig. 1 oine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemößen Vorrichtung zum Polen, in der eine beschichtete Folie eines polymeren Films angeordnet ist,

Fig. 2 eine bruchstückartige Ansicht eines Querschnitts des beschichteten Films nach Fig. 1 in der Vergrößerung

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Einrichtungen zur Erzeugung einer Vielzahl voneinander zeitlich getrennter elektrischer Feldimpulse gemäß Fig. 1, i

Fig. 4 eine Stirnansicht des Schalters nach Fig. 3»

ι Fig. 5 eine bruchstückartige Ansicht eines Querschnitts des Schalters entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 und !

Fig. 6 eine bruchstückartige Ansicht eines Querschnitts des Schalters entlang der Linie 5-5 der Fig. 4, '/obei ein Drehelement des Schalters um 45° gedreht ist.

Wie aus Flg. 1 hervorgeht, weist die erfindungsgemäße Vorrich-

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Lung 10 zum Polen eine Vorwärmwalze 11, ein Heißpolungswalzen- | element 12, eine elektrisch geerdete Walze 14 und ein Paar An- ^! triebswalzen 15 auf, die alle zylindrisch ausgebildet und in nicht dargestellten Seitenplatten der Vorrichtung gelagert sind. Die Vorrichtung 10 weist ferner eine Spannungsimpulse liefernde Einrichtung 16 auf, die für eine Anzahl von Impulsen im zeit-

liehen Abstand sorgt und elektrisch mit der Walze 12 und mit der ] elektrisch geerdeten Valze 14 verbunden ist. Die Vorrichtung 10 j ist zum Polen eines Films 20 aus polymeren Material geeignet, um für mindestens tvine pyroelektrische und piezoelektrische Eigen- ! schaft zu sorgen. Der Film ist hoch elektrisch isoliert, und, ^!

wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht, auf einer Seite mit einer

verhältnismäßig dünnen Schicht eines elektrisch und thermisch

leitendem Material 21, wie z. B. Aluminium, Nickel oder Kupfer

überzogen, um für eine zusammengesetzte Filmfolie 22 zu sorgen.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, wird die zusammengesetzte Filmfolie 22 der Vorrichtung 10 von einer Vorratsrolle 25 zugeführt, um

; die Rollen 11, 12 und 14 herum wickelmäßig geführt und dann durch das Kammspiel zwischen den Antriebsrollen 15 geleitet, die

; die Folie 22 durch die Vorrichtung 10 antriebsmäßig vorrücken lassen. Ein Teil der leitenden Schicht 21 der Folie 22 ist in körperlichem Kontakt an der Walze 14 gehalten, die #ine elektrisch geerdete, leitende Oberfläche aufweist, die mit einem Teil der Oberfläche der leitenden Schicht 21 geeigneter Weise in Berührung steht, um für eine effektive Erdung der gesamten breiten Oberfläche der Seite des Films 22 zu sorgen, die die Schicht

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21 trägt. Die Rolle 14 bildet daher eine erste Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Potentials an eine Seite des Films 20.

Zum besseren Verständnis des Betriebs der erfindungsgemäßen Vor-

richtung und der Polung des Films wird nachfolgend der Verlauf eines Bezugsteils der zusammengesetzten Folie 22 durch die Vorrichtung 10 verfolgt. Nach dem Verlassen der Vorratsrolle 25 wird dieser Bezugsteil der Folie 22 zuerst teilweise um die vorwärmende Walze 11 derart gewickelt, daß die leitende Schicht 21 mit der Walze 11 in Berührung steht. Die vorwärmende Walze 11 wird in elektrischer oder anderer Weise auf eine Temperatur von vorzugsweise mehr als 120° C aufgeheizt, und dient zusammen mit der Filmspannung zum Ausschalten von Falten in der Folie 22, um eine gute Polung entlang der Länge des Films 20 zu gewährleisten ι Die Ausschaltung von Falten im Film ist sehr erwünscht, zumal j die vorwärmende Walze 11 für den Betrieb der Vorrichtung kein wesentliches Merkmal darstellt. Aus diesem Grunde sind zum Aus-

schalten von Falten in dem Film 22 zusätzliche, nicht dargestellte, auf den Film einwirkende Walzen und Bremsen vorgesehen, die mit der Vorratsrolle 25 zusammenwirken können, um die Folie

22 einer vorbestimmten Spannung auszusetzen.

Nach Verlassen der vorwärmenden Walze 11 bewegt sich der Bezugsteil der Folie 22 zu dem Walzenelement 12, und die freiliegende Oberfläche des Films 20 der Folie 22 kommt mit der zylindrischen Oberfläche in Berührung. Das Element 12 weist eine innenzylin-

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drische Rolle 26 auf, die entweder elektrisch oder auf andere Weise aufgeheizt ist und eine elektrisch leitende Oberfläche besitzt. Eine strombegrenzende elektrische Widerstandsschicht 27 ist auf der zylindrischen Rolle 26 des Walzenelementes 12 aufgebracht und der Film 20 bewegt sich über die Schicht 27 bei Vorschub der Folie 22 um den Umfang des Elementes 12 herum.

Die elektrisch leitende Oberfläche der zylindrischen Rolle 26 übt die Doppelfunktion aus, den Bezugsteil des Films 20 aufzuheizen und ein zweites elektrisches Potential an den Film 20 anzulegen, um in Zusammenwirkung mit der ersten Einrichtung ein elektrisches Feld in einem Teil des Films zu erzeugen und für

mittelmäßige Koeffizienten mindestens einer der pyroelektrischen ι

und piezoelektrischen Eigenschaften in dem Film zu sorgen.

Die leitenden Oberflächen der Walzen 26 und 14 sind elektrisch mit der Einrichtung 16 zur Erzeugung von Spannungsimpulsen verbunden. Die leitende Fläche der sich drehenden Walze 26 ist elektrisch mit einem zugeordneten, sich drehenden Schleifring 30 verbunden. Ein Kontakt 31 des Schleifringes, der in einer nicht dargestellten Seitenplatte der Vorrichtung 10 ortsfest gelagert ist, läuft auf dem Schleifring 30 und ist elektrisch mit der Einrichtung 16 zur Erzeugung von Spannungsfctößen über einen Leiter 32 verbunden. In ähnlicher Weise ist die leitende Oberfläche der sich drehenden Walze 14 mit der Einrichtung 16 zur Erzeugung von Spannungsstößen elektrisch über einen Schleifring 35, einen Schleifringkontakt 36 und einen Leiter 37 elek-

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trisch verbunden. Der Schleifring 30, der Kontakt 31 und der Leiter 32 sind Teil der zweiten, ein elektrisches Potential aufbringenden Einrichtung. Der Schleifring 35, der Kontakt 36 und der Leiter 37 sind Teil der ersten, ein elektrisches Potential aufbringenden Einrichtung. ]

Die Widerstandsschicht 27 des Walzenelementes 12 verringert die

Möglichkeit einer Beschädigung des Films 20 infolge von Überschlägen, die aus einem Fehler im Film oder aus einer Fläche des Films 20 resultieren, die dünner als normal ist. Die Schicht)

27 ist vorzugsweise aus elastomeren Materialien, z.B. aus Silikonkau ¹Jsehuk, gebildet, sie kann jedoch aus keramischen Materialien bestehen. Die Schicht 27 bildet eine strombegrenzende Einrichtung zwischen der ersten und der zweiten, ein elektrisches Potential aufbringenden Einrichtung in Form eines elektrischen Widerstandes zwischen derartigen Elektroden. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit jedes Bereiches des Films 20 sollte von dem elektrischen Teil der oben beschriebenen Art überschritten werden. Ein derartiger Widerstand verringert in bedeutendem Maße die Gefahr für den Film, die sonst durch den Energieverlust beim Durchschlagen des Films auftreten würde. Der elektrische Widerstand und die Kapazität der Schicht 27 werden jedoch derart gewählt, daß bei Kombination des dielektrischen Widerstandes und χ der Kapazität des Films 20 die Schicht 27 nicht den normalen Polungsvorgang beeinträchtigen wird.

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Wenn der Bezugsteil der Folie 22 das Walzenelement 12 verläßt, läuft er zu der geerdeten Walze 14 durch die Umgebungsluft und wird durch diese Luft unter die Polungstemperatur im wesentlichen bei Aufrechterhaltung der Ausrichtung der Dipole abgekühlt. Eine spezielle Kühleinrichtung ist nicht erforderlich, da sich die Folie 22 so schnell von der durch die Walze 26 erzeugten Wärme weg bewegt, daß der Bezugsteil des Films 20 unter der Polungstemperatur abgekühlt wird, bevor die Dipole aus ihre Ausrichtung bewegt werden.

Darauf läuft der Bezugsteil der gepolten Folie 22 um die elektrisch geerdete Walze 14 herum und zwischen den Antriebsrollen 15 hindurch zu einer nicht dargestellten Aufwickelrolle. Die Antriebsrollen 15 treiben die zusammengesetzte Folie 22 fortlaufend durch die Vorrichtung, wobei die Geschwindigkeit der Folie und die Zeitdauer gesteuert werden, während der Bezugsteil unter dem Einfluß des von den Walzen 14 und 26 hervorgerufenen Feldes steht.

Die Einrichtung 16 zur Erzeugung eines Spannungsstoßes stellt die dritte Einrichtung dar und ist elektrisch mit der Walze (erste Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Potentials) und der Walze 26 (zweite Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Potentials) verbunden. Die Einrichtung 16 zur Erzeugung eines Spannungsstoßes sorgt für elektrische Potentiale an den Walzen 14 und 20, um eine Anzahl zeitlich voneinander getrennter elektrischer Feldimpulse im Film zu erzeugen. Wie aus

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! Fig. 3 hervorgeht, weist die Einrichtung 16 eine erste Hochspannungsquelle 40, eine zweite Hochspannungsquelle 41 und eine Schaltereinrichtung 42 auf. Die erste Hochspannungsquelle 40 ist mit der Schaltereinrichtung 42 über einen Leiter 43 und die zweite Hochspannungsquelle 41 mit der Schaltereinrichtung 42 über einen Leiter 44 verbunden. Jede Hochspannungsquelle 40 bzw. 41 weist eine Dauerzustandsgröße auf, und die Größe der Hochspannungsquelle 40 ist größer als die der Hochspannungsquelle 41. Die Schaltereinrichtung 42 verbindet abwechselnd die erste Hochspannungsquelle 40 und die zweite Hochspannungsquelle 41 mit den Leitern 37 bzw. 32, die entsprechende Teile der ersten und der zweiten Einrichtung sind. Die erste Hochspannungsquelle 40 sorgt in Verbindung mit der Schaltereinrichtung 42 für zeitlich von einander getrennte, elektrische Feldimpulse. Die zweite Hoch Spannungsquelle 41 sorgt in Verbindung mit der Schaltereinrichtung 42 für ein vorbeaufschlagtes elektrisches Feld geringerer Größe zwischen den zeitlich von einander getrennten Impulsen.

Wie aus den Fig. 4, 5 und 6 hervorgeht, weist die Schaltereinrichtung 42 ein Drehelement 49 mit einem Isolationsteil 50 und einer Achse 51 auf. Eine leitende Platte 52 ist auf dem Isolationsteil 50 gelagert und weist Kontaktflächen 53 und 54 auf. Eine Anzahl leitender Stifte 55 ist durch den Isolationsteil 50 eingesetzt. Jeder Stift weist Kontaktflächen 56 und 57 auf. Die Schalteinrichtung besitzt drei ortsfeste Kontakte 60, 61 und 62, die entsprechend mit Leitern 43, 32 und 44 verbunden sind.

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ί Die Fig. 4 und 5 zeigen die Schaltereinrichtung in einer ersten ! Stellung, in der der Leiter 43, der von der ersten H och spannung si-

quelle 40 kommt, mit dem Leiter 32 verbunden ist. Der Leiter 43 ί ist zu dem ortsfesten Kontakt 60 geschaltet. Der ortsfeste Kontakt 60 steht mit der Kontaktfläche 56 eines Stiftes 55 in Berührung. Die Kontaktfläche 57 des Stiftes 55 steht mit dem ortsfesten Kontakt 61 in Berührung. Der ortsfeste Kontakt 61 ist mit dem Leiter 32 verbunden. Wenn das Element 49, das den Isolationsteil 50, die Platte 52 und die Stifte 55 aufweist, um

! seine Achse 51 gedreht wird, werden die ortsfesten Kontakte 60 und 61 an und von dem Stift 55 geschaltet, um einen kurzen

Spannungsstoß von der Hochspannungsquelle 40 an den Leiter 32 j zu legen.

Fig. 6 zeigt die Schaltereinrichtung in einer zweiten Stellung, in der der Leiter 44, der von der zweiten Hochspannungsquelle 41 kommt, mit dem Leiter 32 verbunden ist. Fig. 6 stellt die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 dar, mit der Ausnahme, daß das Element 49 um seine Achse 51 um 45° C gedreht worden ist. Gemäß der Fig. 6 ist der Leiter 44 zum ortsfesten Kontakt 62 geschaltet, der mit der Kontaktfläche 54 der leitenden Platte 52 in Verbindung steht. Die Kontaktfläche 53 der Platte 52 steht mit dem ortsfesten Kontakt 61 in Berührung, der, wie zuvor beschrieben, mit dem Leiter 32 in Berührung steht Venn folglich das Element 49 um seine Achse 51 gedreht wird, befindet sich der ortsfeste Kontakt 62 fortlaufend mit der Fläche 54 in Berührung und der ortsfeste Kontakt 61 wird von

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der Kontaktfläche 53 an und ab geschaltet, um eine Vorspannung der Hochspannungsquelle 41 an den Leiter 32 zu legen. Die Stif- j te 55 und die Platte 52 sind in ausreichendem Abstand von ein- ; ander angeordnet, um ein Kurzschließen des Kontaktes 61 mit ihnen beim Drehen des Elementes 49 zu verhindern.

Die Schaltereinrichtung verbindet somit abwechselnd die erste und die zweite Hochspannungsquelle 40 und 41 mit den Walzen 14 und 26. Die Hochspannungsquelle 40 sorgt für einen kurzen, elektrischen Feldimpuls und die Hochspannungsquelle 41 für ein vorbeaufschlagtes elektrisches Feld geringerer Stärke zwischen den Impulsen. Das vorbeaufschlagte elektrische Feld geringerer Stär-t ke ist wahlweise vorgesehen, wird jedoch gemäß der Erfindung bevorzugt. Der Film wird durch die Vorrichtung 10 von den An- \ triebsrollen mit einer derartigen Geschwindigkeit bewegt, daß

die Dauer jedes Impulses geringer ist als die Zeit, während der ein Teil des Films unter dem Einfluß des von der ersten und der zweiten Einrichtung hervorgerufenen elektrischen Feldes aus-· gesetzt ist.

Während die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein fortlaufendes Polungsvorgang verkörpert, ist auch eine nicht fort- ! laufende Arbeitsweise der Polung möglich, wenn eine Folie eines!

polymeren Films eine dünne leitende Schicht (Elektrode) auf je-

der seiner breiten Fläche aufweist. Bei einer nicht fortlaufenden Arbeitsweise sollen die Impulse eine Dauer von weniger als ι fünf Sekunden aufweisen, der Abstand zwischen ihnen größer als

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100 Millisekunden sein und ihre maximale Stärke mehr als 1500 K Volt/cm betragen. Vorzugsweise ist die Dauer jedes Impulses geringer als 500 Millisekunden, beträgt der Abstand zwischen den Impulsen mehr als 500 Millisekunden und ist die maximale Stärke jedes Impulses größer als 2500 K Volt/cm.

Nachfolgend wird ein Beispiel der Erfindung beschrieben:

Ein Film 20 einer Dicke von 25 Mikrometern und einer Breite von 305 Millimetern eines zweiachsig ausgerichteten Polyvinylidenfluorid der Fa. Kureha Chemical Co. Japan, wurde dampfmäßig mit einer Aluminiumschicht einer Dicke von annähernd 60 Nanometern auf einer Seite beschichtet und dann durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 geführt. Die vorwärmende Walze 11 wies einen Durchmesser von 95 Millimetern auf und wurde auf eine Temperatur von annährend I3O⁰ C gehalten. Die Walze 12 wies eine Innenwalz« 26 mit einem Durchmesser von 140 Millimetern auf und wurde auf ungefähr 105° C erhitzt. Die Walze 26 wurde mit einer Schicht 27 eines leitenden Gummis von annähernd 3 Millimetern Dicke beschichtet, die einen spezifischen Widerstand von ungefähr

1Ω
10 Ohm-cm aufwies. Die elektrisch geerdete Walze 14 hatte einen Durchmesser von 25 Millimetern und die Antriebsrollen 15 hatten einen Durchmesser von 50 Millimetern.

Die Geschwindigkeit des Films, die Drehgeschwindigkeit der Schaltt«reinrichtung und die Größen der ersten und der zweiten Hochspannungsquellen wurden variiert, Die Spannung des Films

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wurde unter Verwendung von Kugellagerwalzen gemessen, die mit den freiliegenden Flächen der Walzen 12 und 14 in Berührung standen und zu einem Oszillografen geschaltet waren. Das elektrische Feld wurde durch Dividieren der Spannungsmeßwerte durch den Betrag der Dicke des Films errechnet.

Aus der Tabelle I gehen tabellarisch die pyroelektrischen Koeffi zienten und die Gleichförmigkeit der Polarisation hervor, die bei einem unter Verwendung verschiedener Parameterkombinationen gepolten Films erhalten wurden. Eine durch die paroelektrische Wirkung erzeugte Spannung wurde bei Steigerung der Temperatur des gepolten Materials gemessen, das jetzt eine leitende Beschichtung auf jeder breiten Fläche aufweist, wobei die breiten Flächen des Films elektrisch kurzgeschlossen wurden, die Temperatur des gepolten Materials verringert und eine Spannungsmessung zviischen den breiten Flächen des Films vorgenommen wurde. Der pyroelektrische Koeffizient errechnete sich durch die Formel:

K / V

d ^ Δ T

wobei P der pyroelektrische Koeffizient, £_Q die Dielektrizitätskonstante des freien Raums (absolute Dielektrizitätskonstante), K die Dielektrizitätskonstante des Films, d die Dicke des Films, V die gemessene Spannung und T die Temperaturänderunfj; zur Erzeugung der Spannung V sind. Festzustellen ist, daß die

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Größe des gemessenen pyroelektrischen Koeffizienten je nach Materialserie, von der der Film entnommen worden ist, variieren

wird.

Die Gleichförmigkeit der Polarisation wurde durch periodisches Aufprallen von 5 bis 310 Ez Energiestößen zunächst auf die eine und dann auf die andere Oberfläche des Films bestimmt. Zuerst war der gepolte Film auf einer seiner breiten Flächen mit einer Aluminiumschicht von annährend 60 Naⁿometern beschichtet. Eine beschichtete Fläche wurde dem Licht einer Infrarotlampe über einen variablen, mechanischen Lichtfrequenzzerhacker ausgesetzt, der einen Arbeitszyklus von 50 % aufwies. Die der Infrarotlampe zugekehrte Schicht absorbierte ausreichend Strahlung, um den Film aufzuheizen, vcdurch ein pyroelektrisches Signal erzeugt vrurde, das mit einem hohen Impedanzverstärker überwacht werden konnte. B°i niedrigen Zerhackerfrequenzen, wie z. B. bei 25 Hz, wurde die gesamte Dicke des Films von 25 Mikrometern zyklisch erwärmt. Bei hohen Frequenzen, wie z. B. 200 Hz, wurde der Teil der Dicke des Films, der näher zur Infrarotlampe lag, zyklisch stärker als der Teil der Dicke des Films erwärmt, der weiter von der Infrarotlampe entfernt lag. Ein phasenabhängiger Detektor 'vurde an den Ausgang des Verstärkers geschaltet und die Ausgangs.spannung wurde gemessen. Die Daten wurden bei einfallen-j dem Licht der Infrarotlampe zunächst auf die eine Oberfläche des Films und dann auf die andere Oberfläche des Films erfaßt. | Die Differenz zwischen den beiden normierten Angabenpunkten für jede Frequenz (eine für jede Seite des Films) wurde durch

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den Mittelwert der "beiden normierten Angabenpunkto dividiert,
um eine prozentuale Abweichung der An~prechbarkeit erhalten,
wie aus der Tabelle I hervorgeht.

Bei höheren Frequenzen vrurde der Teil der Dicke des Films, der
näher zur Infrarotlampe lag, stärker zyklisch erv/ärmt als der
Teil der Dicke des Films, der v/eiter von der Infrarotlampe entfernt war. Wenn der Film gleichmäßig über seine Dicke gepolt
ist, wird bei höheren Frequenzen die normierte Anzeige für
gleiche Frequenzangabepur.kte auf beiden Seiten des Films gleich; sein. Je nach dem, ob der Film jedoch, ungleichmäßig gepolt ist,; wird bei höheren Frequenzen die normierte Anzeige für die ; gleichen Frequenzangabepunkte auf beiden Seiten des Films von j

einander abweichen. Im allgemeinen zeigt die Gleichförmigkeit ! der Daten, daß kurze Polungszeiten zu einer gleichförmigen Polarisation führen. i

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TABEL

	Zahl der Impulse	Impulse pro Se kunde	Gesamt zeit im Feld	Impulsdauer (in Millise kunden)	Impuls stärke (K Volt/ cm)	Größe der Beaufschla gung zwisch en den Im pulsen in K Volt/cm	Tempe ratur des Films	Pyroelek- trischer Koeffizi ent in ρ CnCoul/cm ⁶C)	%-Abweichung der An sprechbarkeit (Un- Kleichförmiekeit)	bei 100 Hz	bei 150 Hz	bei 200 Hz	bei ' 250 Hz
G ce α «-	5«	4	8	35	2700	1900	120	2.46	bei 50 Hz	X	X	X	X
σ C	32	4	8	35	2500	2300	120	2.43	X	X	X	X	X
♦ C	32	4	8	35	2800	23ΟΟ	120	2.53	X	X	X	X	X
	4	4	0.9	35	2200	1500	120	2.26	X	X	X	X	X
	4	4	0.9	35	2400	1800	120	2.37	X	X	X	X	X
	4	4	0.9	35	27ΟΟ	1800	120	2.52	X	y/o	3%	1%	3%
	4	4	0.9	35	27ΟΟ	1800	120	2.51	0%	0%	3%	3%	4%
	0%

keine Werte entnommen

Claims

1. Vorfahren zum fortlaufenden Polen eines Films au~ .' iriem polymeren Material zur Erzeugung mindestens einer der pyroeloktrischen und piezoelektrischen Eigenschaften im Film, gekennzeichnet durch das Vorbeiführen des Films an einer Polungsstation, die eine Polungselektrode aufweist, durch Anlegen eines ersten elektrischen Potentials an mindestens einem Teil einer der breiten Flächen des Films, durch Anlegen eines zweiten elektrischen Potentials an den Teil auf der entgegengesetzten breiten Seite des Films zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, wobei eine Vielzahl elektrischer FοIdimpulse im Zoitabstand zueinander im Film bei seiner Bewegung an der der Polstation vorbei erzeugt und mittelmäßige Koeffizienten mindestens einer der pyroelektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften in dem Teil hervorgerufen werden und wobei die Dauer jedes Impulses geringer als die Zeit ist, der der Teil des Films dem Einfluß des von dem ersten und dem zweiten I elektrischen Potential gebildeten elektrischen Feldes ausgesetzt ist. '

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die |

Dauer jedes Impulses im Teil des Films geringer als zwei Se- ; künden ist. >

3. Verfahren nach Anspruch 1, Kekennzeichnet durch die weiteren

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ORK31NAL

ι V^rf.^hrf rirr—^lT"!11.η , :1ίβ der Toil gleichzeitig mit der Bildung ι drn öl o1-:t;rir?rpr 7?lder> in dem Toil aufgeheizt wird, und daß ier Teil nbgekülilt vlri , v.'Hhrend das pol;^rmore Material mittel-*· mH^ige Koeffizienten mindestens einer der durch das elektrische Ti¹ rId erzeugten pyroelektrischen und piezoelektrischen Ri joncehnPLen nufveint.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als polymeres Material Po^/vinylidenfluorid gewählt wird.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeLehnet durch eine erste, ein elektrisches Feld anlegende Einrichtung an einer Polungsstation zwecks Aufbringung eine:: ,.1 ekürijoLen Potentials auf mindestens einen Teil einer der breiten Flächen des Films, durch eine zweite, ein elektrisches Potential anlegende Einrichtung, die an der Folungsstotion angeordnet ist und mit der ersten Einrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes in dem Teil des Films zusammenwirkt, um Koeffizienten mindestens einer der pyroel'jktrischen und piezoelektrischen .Eigenschaften in dem Teil zu erzeugen, durch Antriebseinrichtungen χ für ein fortlaufendes Vorbeiführen des Films an der Polungsstation, und durch dritte, elektrische Impulse erzeugende Einrichtung, die mit der ersten und der zweiten Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Potentiale an der ersten und der zweiten Einrichtung und zur Bildung einer Anzahl elektrischer Feldimpulse

in dem Teil des Films in Zeitabständen während der Vorbei-7 Q 9 8 4 6/ί ÖTÖ

BAD

führung Ir.i Filmr, an der Polungn^tati on vrrlur.don ist, vobei die Dfiucr j^ff^'-- Impulses k'lrz-'-i· ol^ 'lic Zeit isl, ''"iircud dor Teil dr.: Γ Um.:; dom Einfluß -ic. ζ von der ·;Γ~1~η and der z'.-/r.iü^n Einrichtung erzeugten el ektrincl.<"n TcId air.^pnotzL i.tit.

C. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ^akonnzoiehnot, daß dir dritt·" Lliu'icht.uriß zur Erzeugung el ckLrirchor Iipu] no ein? -r~ic Ilochnpannungcquellc, eine z::citc :Ioch^j)C,.:\un^;-2U"ll e und ''ir." behalt oreinrichtun^· aufvoist, d ] r· ncv/echrelnd die erste -r.d die ζv:ei to Hochrpaniun^squello mit der ersten und (!•--r zv.'^iten Einrichtung verbindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet_t daß die Γ-ouer jede-3 Impulses, der von der dritten Einrichtung erzeugt v/ird, kleiner als zv:ei Sekunden int.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die von der dritten Einrichtung erzeugten elektrischen Feldimpulro eine Stärke aufweisen, die größer als ?500 K Volt/ein im Film ist.

9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gokennz eic line t, daß das von der dritten Einrichtung erzeugte elektrische Feld in den Zeitzwischenräumen zwischen den Impulsen kleiner als 2^;-i00 K Volt/cm im Film ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die

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BAD ORIGINAL

dritte Einrichtung mindestens vier Impulse in dem Teil des Films erzeugt, deren Dauer jeweils geringer als zwei Sekunden und deren maximale Starke größer als I5OO K Volt/cm ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung eine zylindrische Walze mit einer geerdeter elektrisch leitenden Oberfläche aufweist, die mit einer Schicht eines leitenden Materials auf einer der Oberflächen des Films in Eingriff bringbar ist, und daß die zweite Einrichtung eine zylindrische Walze mit einer elektrisch leitenden Oberfläche aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,gekennzeichnet durch einen

! Strombegrenzer, der auf der Oberfläche der zylindrischen Walze der zweiten Einrichtung getragen ist.

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