DE2022902A1

DE2022902A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Anheften von dielektrischen Folien an in Bewegung befindlichen geerdeten Oberflaechen

Info

Publication number: DE2022902A1
Application number: DE19702022902
Authority: DE
Inventors: Hawkins William Edward
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: 1970-12-17
Also published as: BE750213A; NL7006770A; DE2022902C3; CA935119A; NL168165C; DE2022902B2; GB1309664A; FR2047669A5; LU60896A1

Description

E.I. DIT PONI DE JSHOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington,- Delaware 19 898, V. St,A,

Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Anheften von dielektrischen Folien an in Bewegung befindliehe

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 Folien gewöhnlich Beschichtungs- oder Reckvorgängen unterworfen, bei denen ein enger Kontakt mit Walzen wesentlich ist,, die Anwendung herkömmlicher mechanischer Kräfte aber unerwünscht ist. Eine 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 Gouchwindigk.eit durchgeführten Arbeitsvorgängen ist aber selbst diese elektrostatische Anheftmethode nicht vollkommen zufriedenstellend. !

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Beira Vergiessen von geschmolzenen, kristallisierbaren, ■ plastischen Folienbahnen ist es z*B. notwendig, die geschmolzone Bahn schnell unter ihre Einfriertemperatur zu 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 wirtschaft licher arbeiten zu können, haben zur Ausbildung von Dickenungleichmässigkeiten und regelmässig wiederkehrenden Trübungsmusbern geführt, die in der Technik als Jalousietrübung bezeichnet werden.

Anscheinend führen die höheren Geschwindigkeiten zum Einschluss von Luft zwischen der Trommel und der Folienbahn, wodurch die Kühlung behindert wird, weil die Wärmeübertragung 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 Folienbahn 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 unterbricht das elektrische Feld, welches für die Anheftkraft verantwortlich ist. Ausserdem können durch die Funken Sandlöcher in der frisch gegossenen, noch weichen Folienbahn entstehen, die dann beim Orientieren der Folie.noch bedeutend vergrössert werden»

Daher war die auf elektrostatischem Wege erhältliche Anhex'tkraft 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 Verfügung stand.

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 be- | findlichen Oberfläche, eine elektrische Potentialdifferenz anlegt, indem man die erste Elektrode mit einer Hochspannungs-. stromquelle verbindet, wobei die zweite Elektrode von der er- ' sten 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 Oberrflache 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 einem Gas, in dem eine Drahtelektrodenstromstärke vor dem Durchschlagen, bestimmt nach dem Stromerzeugungstest, von mindestens etwa 40 Mikroampere je cm Draht erzeugt werden kann.

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

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung gemäss Fig. 3 in perspektivischer Ansicht. '

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

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Pig. .9 und 10 sind schematische Querschnittsansichten von weiteren Vorrichtungen gemäss der Erfindung.

Die erste Elektrode kann aus jedem "beliebigen metallischen Leiter hergestellt werden, der die nötige Festigkeit,und Raumbeständigkeit hat, um den mechanischen Beanspruchungen zu widerstehen, die bei dem Verfahren auftreten. Solche Stoffe εϊηά 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 Folieribreite hinweg wird ein dünner Draht von kreisförmigem Querschnitt besonders bevorzugt, weil er infolge seiner minimalen Oberfläche zu einer aussergewöhnlich 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 Elektrodenkante nicht auf die Kühlfläche, wie es gemäss der USA-Patentschrift 3 223 757 erforderlich ist, sondern auf die erfindungsgemäss erforderliche zweite Elektrode gerichtqt sein.

Gemäss der Erfindung wird das primäre elektrische PeId 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 als der Abstand zwischen der ersten 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 lonenbildung wahrscheinlich an oder nahe der

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erstell Elektrode liegt, sollen die geradlinigen Wege zwischen dor ersten Elektrode und der in Bewegung befindlichen geerdeten Oborfliiche im wesentlichen ungehindert verlaufen, besonders in "bo^ug auf diejenigen Teile der in Bewegung befindlichen Oberfläche., die -/or der Auftreffstelle odor dem Bereich der r.iaxi:..;.! en Anlief tier aft liegen. So kann man sv/ar eine stubartige oder verhältnisraässig kleine zweite Elektrode mit Vorteil avischen der ersten Elektrode und der in Bewegung befindlichengeerdeten Oberfläche anordnen, um die Ionen auf die Oberfläche hin zu beschleunigen; ira all-gemeinen ist es jedoch zu bevorzugen, dass die zweite Elektrode sich weiter von der j thernoplaatischen Polienbahn entfernt befindet als die erste Elektrode, ur.i eine Störung der Ablagerung von Ionen auf der Polienbahn nach Möglichkeit au unterdrücken. Im Interesse der besten lonenbildung soll der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode vorzugsweise weniger als etwa 25,4- ua betragen. .'

Die zweite Elektrode kann aus dem gleichen Werksfcoff 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 Γ praktisch vollständig isoliert angesehen, wenn im wesentlichen alle geradlinigen Wege zwischen der ersten und der zweiten ^

Elektrode von dem Dielektrikum geschnitten werden. Die dielek- i trische Isolation der zweiten Elektrode verhindert die Entladung von Gasionen an der zweiten Elektrode und ermöglicht das ·\ Anlegen von außergewöhnlich honen Spannungen an die erste Elektrode, ohne dass ea zum Durchschlagen in dem Spalt zwischen den beiden Elektroden kommt.

Dielektrische Werkstoffe, die zum Isolieren der aweittn Elektrode verwendet werden können, sind ITatür- und Kunst;:;:, „tschuk sowie Harze, wie Polyimide, Pluorkohlenatoffharze, iUirnotoff- _v Formaldohydharze, Phenol-Formaldehydharze, Polyamid und ge-

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gosoene Epoxyharze. Polytetrafluorethylen signet seines ausgezeichneten elektrischen IsGlisrversiögonc; und seiner Beständigkeit bei hohen Temperaturen Losonders gVb fur diesen Anwendungszweck»

Die räumliche Ausbildung der zweiten Elektrode ist für die Erfindung nicht kritisch; nur darf sie die erste Elektrode /licht KU --iner;) solchen Auainass umgeben, dass sie ein^-.i v/ec;:.ntlic:iüii Pro-ventsats der geradlinigen Wege von der ersten Sla-kv^o^e sie ■ der in Bewegung befindlichen Oberfläche schneiden - Ί-ΰΚ^ο.-.ϋε»; kann die zweite Elektrode' als Metallstab ausgebildet :;_in, wie' Qu in I-'igo 1 dargeib'jellt ist. Hier wird uie thai·:;.ο^.Iu;; ei...;-... ßüi.ii lü aas den Mund 11 einer Strangprec.;:; auf vl.:·:- in _.j-.;„-,;:"'V. i befindliche Xlüilxromiiel 12 stranges-pro 33 ^, ÜiixO e,:^üc Elektrode 13 und eine av/oite Elektrode 14 befinden üich un,;.;-fähr über der Stelle 15» an der die Bahn ⁵.uf die '2i'c..".:.iel auftriffto Die erste Elektrode ist mit der Kochnpa;:iiu;:^3^a^l-;..^ 'i 0 Yei'bunden und die zweite Elektrode durch den Hantel 17 isoliert ₀

liach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfi:.--.u._v/ '^Λ ...I:-. sv/eite Elektrode einen gekrümmten Querschnitt ur.d befivxdv,"^ sich in einem grösseren Abstand von der ^>ahn al.-j a^e βτζ,-ζζ Elektrode j während die erste Elektrode innerhalb aas vo., dor zweiten Elektrode gebildeten Bogens -angeordnet icii. Di.;..;; be- ' sondere Aus führung s form erleichtert das Hinlenken .-.-.r vor, .;j..] elektriücaan Feld gebildeten Ionen sur therrnoplasOi^aho:! ..v^n=, Eins derartige Auofuhrungsform ist in Pig, 2 dar ;c , „aiii,, .;o die bogenförmige isv/oite Elektrode 18 in der Kühe ä,-.v oi'.jücü Elektrode 13 angeordnet und von derselben durch dtu, diolo':.;.;!- schü Isoliermaterial 19 isoliert ist=, Infolge der halbkr-oiaformigen Ausbildung der 2v;eiten Elektrode benötigt ;..an nur ι.λϊ einer Seioe derselben eine Isolierschiclit_s die alle geradlinigem VJogo swischen den beiden Elektronen schneidet»

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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Pig. 4 dargestellt ist, ist ein Ende 2Ό der bogenförmigen •Elektrode nicht-isoliert, 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. Me Oberfläche solcher nicht-isolierten Teile der zweiten Elektrode soll möglichst klein sein, da die Gasionen, die sich an der ersten Elektrode bilden, beim Kontakt mit dem nicht-isolierten Teil der zweiten Elektrode entladen werden, statt ihre positive oder negative Ladung zu behalten und Ionen von gleichem Ladungssinn zur Folienbahn hin j abzustossen, wo die gewünschte Anheftwirkung zustande" kommt. Ein anderer Nachteil von nicht-isolierten Abschnitten der zweiten Elektrode ist die erhöhte Neigung zur Unterbrechung der Anheftkraft infolge von elektrischem Durchschlagen zwisehen 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 Verfugung stehenden Stellen vermindert wird.

Die Lage irgendwelcher nicht-isolierter Teile der zweiten Elektrode ist insofern kritisch, als die Anheftkraft aufgehoben ä 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 wird, oder direkt■zwisehen der ersten Elektrode und der Ionenablagerungestelle liegt.

Auöser 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 häallch gefunden, dass durch die Aufladung einer frisch stranggepressten Foiien-

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bahn auf der Strecke vom Mund der Strangpresse zur Auftreffstelle auf die Kühltrommel die Anziehung der Bahn an die Kuhloberfläche in unregelmässiger Weise erhöht, wird, v/as zu einer verstärkten Schwankung des Auftreffpunktes längs der Breite der Folie führt. Diese Schwankung im Auf tr e f f pu'nkt. kann ihrerseits zum periodischen Einschluss von kleinen Luftblasen führen, wie er oft bei hohen Strangpressgeschwindigkeiten beobachtet wird. Daher ist die zweite Elektrode vorzugsweise so angeordnet, dass.eine Aufladung der Folienbahn vor der Auftreffstelle auf die Kühltrommel verhindert wird. Eine solche Lage ist in Fig. 9 und 10 dargestellt, wo die Elektroden 14 bzw. 18 zusammen mit ihren Isolierschichten 17 bzw. 19 sich in solchen Stellungen befinden, dass sie einen wesentlichen.Prozentsatz der geradlinigen Wege von der Drahtelektrode 13 zur frisch stranggepressten Folienbahn 10 schneiden; vorzugsweise beträgt dieser Prozentsatz mindestens etwa 50 $. Diese Elektrodenstellung' 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 stranggepressten Bahn soll ein ausreichender Abstand innegehalten werden, damit die Bahn nicht infolge von aerodynamischen Wirkungen, die bei ihrer Bewegung auftreten, mit der zweiten Elektrode 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 stollen und die Anziehung der sich bildenden Ionen durch die Trommel zu gewährleisten. Die Erdung kann direkt oder durch einen nominellen Widerstand, wie den Rahr..ti:

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der jeweiligen Vorrichtung, bewerkstelligt werden.

Die mit der ersten Elektrode verbundene Hochspannungsquelle kann jede beliebige Stromquelle sein, die im allgemeinen für Elektroden aum 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. .

Fach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung leitet man einen Gasstrom derart gegen die thermoplastische Bahn, dass i 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 Werkstoff, vorzugsweise Acrylharz ("Lucite") von 25>4 cm Breite, 35»5 cm lange.und 25,4 cm "f Höhe hergestellt. Auf dem Boden der Kammer wird eine Stahlplatte von 17,8 cm χ 33j0 cm auf dielektrischen Blöcken angeordnet. Die isolierte Platte ist durch die Wand des Acrylharzkastens hindurch elektrisch mit einem'Mikroamperemeter und von dem Mikroamperemeter aus mit der Erde verbunden. Ein 0,2 mm , ' dicker und '22,9 cm langer runder Draht aus rostfreiem Stahl "302" wird in einer Entfernung von*6,35 - Q,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 Aüssenseite 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|8crn langer Streifen frei bleibt, und die Abdeckung ist so angeordnet, 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 gegenüberliegenden Ecken einer Fläche der Versuchskammer Gaseinlässe und -auslas- · se angeordnet.

Zur Durchführung des Tests wird Luft mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 5 $ 5 Minuten durch die Kammer geleitet» 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 mess-; barer 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 fortsetzte'

Dann wird an den Draht eine Spannung angelegt und allmählich erhöht, bis man den ersten Ausschlag des Mikroamperemetera 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 Stromablosungen an dem Mikroamperemeter beobachtet werden, wird der-Mittelwert genommen, und dieser Mittelwert wird als "Spannung bei der Schwellenstromstärke" des betreffenden Gases bezeichnet.

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

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

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

Vorzugsweise beträgt der IJnterschied zwischen der "Spannung bei der Schweilenstromstärke" und der "Spannung beim Funkendurchschlag" 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 f» (nachstehend als trockene Luft bezeichnet), Sauerstoff, Dichlortetrafluoräthan, Dichlordi fluorine than, Tetrachlorkohlenstoffdampf in trockener-Luft oder Stickstoff, Tetrachloräthandampf in Stickstoff und Acetondampf in Stickstoff. Die Dämpfe von Tetrachlorkohlenstoff, Tetraehloräthan und Aceton 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 aie zweite Elektrode als- einfacher btab ausgebildet ist, wird der 'Sanatron üv.'ückrsiicaig ao 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,¹ die der ersten Elektrode gegenüberliegt, umgibt. Eine Vorrichtung, die der letztgenannten Ausbildungsform der . Erfindung entspricht, ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wird der von dem Zylinder 31 zugefuhrte Gasstrom.30 durch die zweite Elektrode 32 und den dielektrischen Isolator 33 geleitet, ent-.weicht 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 Folien 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,_s ,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 wärmehärtenden Harzen, wie Polyimidharzen ("Kapton").

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Durch die Erfindung wird eine stärkere und wesentlich gleichmassigere Anheftkraft erzielt, als sie nach den bisher "bekannten Methoden des elektrostatischen Anhaftens zur Verfügung stand. Die Ursache für die verbesserte Anheftung ist noch nicht vollständig aufgeklärt; es wird aber angenommen, dass sie in erster linie eine Punktion der Unabhängigkeit der Anheftvorrichtung von der geerdeten Walze,' an die die thermoplastische 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 möglieh war, bei denen das primäre elektrische PeId zwischen der Elektrode und einer geerdeten Walze erzeugt wird. Ferner ist das Ver:" -.n 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 PoIyäthylenterephthalatfolie 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 Querrichtting und in Masohinenrichtung sind als Kurven A bzw. A' in Fig« 6 bzw, 7 aufgetragen.

Das gleiche Verfahren wird mit dem Unterschied durchgeführt, dass die Solyäthylenterephthalatfolie mit Hilfe der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung elektrostatisch an die Kühltrommel ' angeheftet wird. Der Vorrichtung wird Sauerstoff bei dem Mindestdruck zugeführt, der erforderlich ist, um einen zusammenhängenden; Strom um die erste Elektrode herum aufrechtzuerhalten. Die erste Elektrode bestellt aus einem Stahldraht mit

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einem Durchmesser von 152 μ. Die zweite Elektrode ist eben- ' falls 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 j die Stromstärke be- . trägt 2 Milliampere. Die DickeSchwankungen in Querrichtung und Masohinenrichtung sind als Kurven B bzw, B¹ in I¹Ig₀ 6 bzw» 7 fe aufgetragen. ■ . ·

Bei den erfindungsgemäss angehefteten Folien macht sich eine deutliche Verbesserung in der DickeSchwankung sowohl in Querrichtung als auch in Maschinenrichtung bemerkbar»

B eispiel 2

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

Beispiel 3 "

Polyäthylenterephthalatfolie 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_s ihre Dicke 190 μ» Dann wird die Folie biaxial orientiert, worauf sie eine Dicke von 19 μ aufweist» Die Höchstgeschwindigkeit der Folienherstellung, die zxvs Erzielung einer Folie von hohem Gütegrad innegehalten werden kann» wird mit E "bezeichnet«, ' - ■

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Das gleiche Verfahren wird mit der Anheftvorrichtung gemäss ■Pig. 3 durchgeführt. Die erste Elektrode ist ein Stahldraht mit einem Durchmesser von 152 μ, die zweite, bogenförmige 'Elektrode befindet sich in einem Abstand von 7»5 ram von der ersten Elektrode 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 Sauerstoff bei dem Mindestdruck gespeist, der erforderlich ist, um einen kontinuierlichen Sauerstoffstrom aufrechtzuerhalten. '

Die maximale Erzeugungsgeschwindigkeit beträgt in diesem Falle 1,60R. ■

Beispiele 4 bis 13

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

Im Beispiel 4 befindet sich eine einzige, 0,2 mm dicke Draht- . elektrode 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 "Anheftblasen" zwischen der O.berflache der Trommel und derjenigen der stranggepressten Folienbahn auftreten. Die Ergebnisse dieses Kontrollversuchs sind die folgenden:

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'F-2072-R Beispiel

Foliendicke, μ Höchste Trommelgeschwindigkeit, m/Min.

Spannung, kV Stromstärke, μ A/cm Draht

Raumluft 188
24,4 9,2 12

In den Beispielen 5 bis 7 arbeitest man nach dem Verfahren des Beispiels 4 mit dem Unterschied, dass man anstelle der blanken Drahtelektrode des Beispiels 4 die in Fig. 3 dargestellte
Elektrodenvorrichtung verwendet. Die Elektrodenvorrichtung befindet sich an der gleichen Stelle wie die blanke Elektrode,
und an die Elektrode wird die gleiche Spannung angelegt. In den Beispielen 6 und 7 wird die Vorrichtung derartig mit Sauerstoff bzw. Stickstoff gespeist, dass die Drahtelektrode praktisch
vollständig von dem Gas umgeben ist» Diese Gase bewirken einen massigen Anstieg in der Menge der sich bildenden Ionen, was zu einem periodischen Kraftanstieg über die Breite der Folie 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
Foliendicke, μ

Höchste Trommelgeschwindigkeit, m/Min.

Spannung, kV

Stromstärke, μ A/cm Draht 15 18 36

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

Raumluft	Sauerstoff	Stickstoff
152	152	152
33,6	32,0	32,0
9p2	9*2	9,2

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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.'

Beispiel

Gas
Foliendicke, μ

Höchste Trommelgeschwindigkeit, m/Min.

Spannung, kV
Stromstärke, μ A/cm Draht

10

Raumluft	Sauerstoff	Stickstoff
127	127	.127 ■
36,1	37,4	■ 37,4
10,5	10,8	11,3

36

38

32

In den Beispielen 11 "bis 13 arbeitet man femä'ss den Beispielen 8 bis 10 mit dem Unterschied, dass die Stellung der Anheftvorrichtung auf die günstigste Lage eingestellt wird, zum Unterschied von der Anordnung der Vorrichtung ε ⁿ der Stelle der besten leistung des blanken Drahtes.

Beispiel

Gas
Foliendicke, μ

Höchste Trommelgeschwin— digkeit, m/Min.

Spannung, kV
Stromstärke, μ A/cm Draht

11

12

13

Raumluft	Sauerstoff	Stickstoff
120	120	120
46,0	49,0	49,0
10,1	<·■ ■· 10,9	10,7
28	40	32

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Claims

AZ

E.I. du Pont de Nemours H» Mai 1970'

and Company P-2072-R

Patentansprüche

Verfahren zum elektrostatischen Anheften von dielektrischen Folien an in Bewegung befindliche geerdete Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass man (1) zwischen einer ersten Elektrode, die von der in Bewegung befindlichen Oberfläche &uf 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.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dacs man die Anordnung so trifft, dass alle geradlinigen Wege zwischen der ersten und der zweiten Elektrode von dem Dielektrikum geschnitten werden»

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ^kennzeichnet, dass man mindestens die erste Elektrode mit einem Gas umgibt, in dem eine Drahtelektrodenstromstärke vor dem Durchschlagen von mindestens etwa 40 μ A je cm Draht, besoinmt ■

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nach dem Stromerzeugungstest, erzeugt werden kann»

4. Verfahren naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Gas verwendet, bei dem die Differenz zwischen der "Spannung bei der Schwellenstromstärke und der Spannung beim Funkendurchschlag mindestens 2,0 kV, bestimmt nach dem Stromerzeugungstest, beträgt.

5« Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Gas Stickstoff, Sauerstoff, Helium, Tetrachlorkohlenstoff, Dichlordifluormethan-, Tetrachloräthan und/oder Dichlortetrafluoräthan verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass die in Bewegung befindliche Oberfläche eine Kühlfläche ist und "die Folie aus der Schmelze durch eine Strangpressöffnung auf die Kühlfläche stranggepresst wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

dass die zweite Elektrode so angeordnet ist, dass sie · ! mindestens etwa 50 $ der geradlinigen Wege zwischen der ersten Elektrode und demjenigen Teil der Folienbahn schneidet, der von der Strangpressöffnung bis zur Auf-. treffsteile der Folie auf die Kühlfläche reicht. . . ■

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, . J dass man als Hochspannungsquelle eine Gleichstromquelle verwendet*

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man eine positive Stromquelle verwendet.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 1 bis 9, 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 Oberflä-

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ehe der in Bewegung "befindlichen Oberfläche (12) zugewandt und mindestens auf ihrer konkaven Oberfläche gegen die erste Elektrode (13) durch eine Schicht (19, 33) aus dielektrischem Harz isoliert ist, und dass die erste Elektrode (13) innerhalb des von der zweiten Elektrode (18, 32) gebildeten Bogens angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch 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 (3-T-) 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 Vieg dieses Gasstroms (30) mindestens die erste Elektrode (13) schneidet. ■ ;

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