Способ получения полимерной электретной пленки

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНОЙ ЭЛЕКТРЕТНОЙ ПЛЕНКИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пинчук Леонид Семенович Гончарова Екатерина Петровна Гольдаде Виктор Антонович Сыцко Валентина Ефимовна Короткий Максим Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики металлополимерных систем имени В.А.Белого Национальной академии наук Беларуси(56)1-236245 , 1989. ПИНЧУК Л.С. и др. Электретные материалы в машиностроении. - Гомель Инфотрибо, 1998. - С. 24-27, 34-39,138-145, 235-265.9421 1, 2007. ЛУЩЕЙКИН Г.А. Полимерные электреты. - М. Химия, 1984. - С. 45-49. ВОРОНЕЖЦЕВ Ю.И. и др. Электрические и магнитные поля в технологии полимерных композитов. - Минск Навукатэхнка, 1990. - С. 174-179. ГОЛЬДАДЕ В.А. и др. Электретные пластмассы физика и материаловедение. - Минск Наука и техника, 1987. С. 51-54.2298245 1, 2007.497887, 1982.2066889 1, 1996.2066890 1, 1996.7228 1, 2005.(57) Способ получения полимерной электретной пленки, включающий выдавливание расплава полиолефина в виде рукава через кольцевую щель формообразователя и обработку полученного рукава коронным разрядом, отличающийся тем, что выдавливание расплава 13328 1 2010.06.30 осуществляют через кольцевую щель между заземленной внутренней и охватывающей ее наружной формообразующими деталями и на участке от формообразователя до линии кристаллизации рукава осуществляют обработку коронным разрядом при постоянном токе, обеспечивающую напряженность поля Е электретной пленки, кВ/м, соответствующую выражению 0 Е 7,5105-450,где 20-350 - толщина пленки в мкм. Изобретение соответствует области изготовления электретов, т.е. постоянно поляризованных диэлектриков, в виде пленок, подвергнутых двухосному растягиванию в процессе формования раздуванием. Электретные полимерные пленки несут на поверхности электрические заряды, длительно сохраняющиеся во времени. Благодаря этому они нашли широкое применение во многих отраслях техники в электротехнике, электронном приборостроении, в медицинской технике и др. Электреты получают путем специальной обработки полимерных диэлектриков 1 термоэлектреты - охлаждением нагретых заготовок в электрическом поле высокой напряженности до температур ниже температур стеклования или отверждения полимера криоэлектреты - высушиванием полимерного раствора в электрическом поле радиационные электреты - облучением заготовок заряженными частицами (электронами, протонами), а также нейтронами или -излучением короноэлектреты - заряжением в коронном разряде хемоэлектреты - химическим сшиванием или полимеризацией полимерных материалов в электрическом поле механоэлектреты - обработкой полимерных образцов давлением магнетоэлектреты - путем термомагнитной обработки полимерных заготовок. По технико-экономическим критериям не все эти методы годятся для модифицирования полимерных пленок. Чаще всего для получения электретных пленок используют обработку исходной незаряженной пленки в коронном разряде, однако низкая плотность поверхностного заряда, формируемого таким методом, вынуждает усложнять технологию обработки пленок. Так, между слоями полиэтиленовой пленки помещают нанесенный напылением слой сегнетоэлектриков (нитрат натрия, сегнетова соль, дигидрофосфат калия,гидросульфат аммония) 2. На полиэтилентерефталатной пленке формируют из раствора покрытие на основе хорошо поляризуемого сополимера винилхлорида с винилацетатом 3. Для повышения величины и стабильности электретного заряда полимерное полотно обрабатывают тлеющим разрядом в вакууме 4. Недостатки этих способов состоят в технологической сложности, обусловливающей значительное удорожание конечного продукта. Прототипом изобретения является способ получения полимерного электрета 5. Пленки формуют из смеси эпоксидной или полиэфирной смолы со сшивающими агентами. Формование осуществляют при нагревании до температуры отверждения полимерной композиции между обкладками из разнородных металлов - или -. Затем эту систему охлаждают и отделяют обкладки от затвердевшей электретной пленки. Недостатки прототипа способ предназначен для переработки термореактивных смол технология получения пленок прессованием с нагревом малопроизводительна необходимость изготовления формующих обкладок из цветных металлов усложняет и удорожает технологическое оборудование. Задачи, на решение которых направлено изобретение 13328 1 2010.06.30 устранить ограничение, связанное с выполнением формующих пленку деталей из металлов определенной группы использовать в качестве технологической основы нового метода получения пленочных электретов один из высокопроизводительных способов переработки пластмасс - экструзию расплава полимера адаптировать способ изготовления пленок экструзией с раздувом к формированию в полимерном рукаве электретного заряда. Поставленные задачи решаются тем, что известный способ получения полимерной электретной пленки, заключающийся в выдавливании расплава полиолефина в виде рукава через кольцевую щель формообразователя и обработке полученного рукава коронным разрядом, дополнен новыми операциями. Переработанный в экструдере расплав полиолефина выдавливают через кольцевую щель между заземленной внутренней и охватывающей ее наружной формообразующими деталями. На участке от формообразователя до линии кристаллизации рукава осуществляют обработку коронным разрядом при постоянном токе, обеспечивающую напряженность поляэлектретной пленки, кВ/м, соответствующую выражению 07,5105 - 450,где 20350 мкм - толщина пленки. Сущность изобретения состоит, во-первых, в том, что операцию электрической поляризации пленки осуществляют в процессе ее изготовления самым высокопроизводительным методом экструзии с раздувом. Во-вторых, для этого процесса определена критическая напряженность поляризующего поля, превышение которой приводит к электрическому пробою пленок на основе полиолефинов. В-третьих, в способе реализована классическая и самая эффективная схема электрической поляризации полимерных диэлектриков в коронном разряде, когда пленка из полиолефина, находящегося в высокоэластическом состоянии, во время обработки контактирует с заземленной металлической подложкой. Примеры осуществления способа. На фигуре приведено поперечное сечение узла электрической поляризации пленки. С экструдером 1 соединена формующая головка, состоящая из металлического дорна 2 и корпуса 3, между которыми имеется кольцевой зазор 4. Дорн заземлен с помощью системы 5 и снабжен каналом 6, сообщающимся с источником сжатого газа (не показан). Над головкой установлен кольцевой игольчатый электрод 7, соединенный клеммой 8 с источником высокого напряжения. Диаметр электрода больше диаметра кольцевого зазора 4. Узел работает следующим образом. Включают экструдер 1, и расплав 9 полиолефина нагнетается в зазор 4, а затем выдавливается из него в виде рукава 10. Последний раздувается сжатым газом, подаваемым по каналу 6, и с помощью тянущего устройства движется вверх, после чего рукавная пленка поступает в систему складирования (не показаны). Электрод 7 устанавливают на участке от торца головки до линии - кристаллизации полиолефина, из которого выполнен рукав. С помощью клеммы 8 на электрод подают высокое напряжение, и в зазоре электрод-рукав возникает коронный разряд, создающий носители тока - электроны и ионы. Они захватываются ловушками в поверхностном слое рукава. Через слой полиолефина, находящегося в вязкотекучем состоянии и демонстрирующего определенную электрическую проводимость (порядка 10-10 См/м), течет ток поляризации и через дорн 2 и систему заземления 5 уходит в землю. Протекание тока обусловливает разделение зарядов и объемную поляризацию пленки. Это наряду с формированием инжекционного заряда в поверхностном слое рукава приводит к возникновению в пленке электретного заряда, поле которого направлено противоположно поляризующему полю коронного разряда. Когда внутреннее поле электретной пленки уравновесит поле коронного разряда, ток в системе 5 прекращается. После прохождения 13328 1 2010.06.30 заряженной пленкой линии кристаллизации - поляризационный заряд в ней замораживается и она приобретает свойства электрета. Формировали электретные пленки из полиэтилена высокого давления (ПЭВД, ГОСТ 16337-77), полиэтилена низкого давления (ПЭНД, ГОСТ 16338-77) и полипропилена (ПП,ГОСТ 26996-86). Пленки изготавливали на рукавно-пленочном агрегате типа ЛРП, оснащенном кольцевой экструзионной головкой, позволяющей формировать рукав диаметром 500 мм. Над торцом головки был установлен игольчатый электрод так, что зазор между иглами и рукавом составлял 10 мм. Электрод был подключен к источнику высокого напряжения АФ-3. По способу-прототипу пленки, полученные на рукавном агрегате без наложения поля,подвергали электризации, выдерживая в течение 45 мин между обкладками - под давлением 0,1 МПа при температурах, С 95 (ПЭВД), 115 (ПЭНД), 160 (ПП). Определяли эффективную поверхностную плотность заряда пленок эф ф по ГОСТ 25209-82 методом вибрирующего электрода. Для пленок, находящихся в вязкотекучем состоянии, экспериментально по ГОСТ 6433.3-71 измеряли величину пробивного напряжения Е п р и строили зависимости Е п р . Установлено, что вид этих функций практически одинаков для всех исследованных полиолефинов. В результате аппроксимации экспериментальных данных методом линейной регрессии была получена формула Е п р 7,5105 - 450,где размерности Е п ркВ/м,мкм, а диапазон изменения- от 20 до 350 мкм. Средние результаты пяти измерений на каждую точку представлены в таблице. Материал Е п р , кВ/м ПЭНД ПЭВД ПП ПЭНД ПЭВД ПП ПЭНД ПЭВД ПП Анализ данных таблицы позволяет сделать следующие заключения 1. Электретный заряд, формируемый в пленках способом-прототипом, имеет поверхностную плотность, величина которой соизмерима с плотностью минимального заряда пленок, полученных предложенным способом при 200103 кВ/м. 2. Предложенный способ позволяет формировать в пленках из полиолефинов заряды значительной величины, плотность которых на порядок выше, чем плотность заряда в пленках, обработанных способом-прототипом. 3. Предложенный способ базируется на самой высокопроизводительной технологии получения пленок экструзией с раздувом и дает возможность регулировать электретный заряд пленок в широких пределах, значительно превосходя по обоим параметрам способпрототип. Таким образом, задачи, поставленные при создании изобретения, решены. Способ найдет применение в промышленности переработки пластмасс, поставляющей электретные пленки для производства электротехнических и электронных приборов и 4 13328 1 2010.06.30 оборудования, медицинской техники, систем защиты машин от коррозии, специальной тары и упаковки, фильтрующих устройств, для решения задач инженерной экологии. Источники информации 1. Электреты Пер. с англ. / Под ред. Г. Сесслера. - . Мир, 1983. - 487 с. 2. Патент 2066889 РФ, МПК 01 7/02, 1998. 3. Патент 2066890 РФ, МПК 01 7/02, 1998. 4. Патент 2189850 РФ, МПК 01 39/16, 2002. 5. Патент 2298245 РФ, МПК 01 7/02, 2007 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5