Устройство для поляризации полимерных тел Советский патент 1988 года по МПК H01G7/02 

4ib

00 00

о: с

Изобретение относится к устройтвам, позволяющим получить необхоимую степень поляризации полимерных тел.

Известно устройство, используемое ля поляризации ..шзлимерных тел в сильных электрических полях, реализуемая при этом напряженность поля поляризации составляет 0,6 МВ/см и вляется слишком малой для эффективной поляризации как при высоких, так и при низких температурах. Данное устройство содержит источник импульсного напряжения, измеритель напряения и блок управления температу- . ой.

Недостатком-известного устройства является малая эффективность поляризации полимерных тел за счет использования сложных технических средств, а также отсутствия контроля и управения процесса протекания поляризации.

Целью изобретения является повышение эффективности поляризации поимерных тел за счет осуществления контроля и управлеьшя над протеканием процесса поляризации, путем включения в цепь заряда дополнительного конденсатора, емкость которого превышает емкость между обкладками неполяризованного полимерного тела.

В процессе поляризации применяется высоковольтный дополнительный конденсатор, подключенный последовательно в цепь заряда.

Емкость С2 дополнительного кон- енсАтора выбирается так, что (по крайней мере на один порядок), причем С означает емкость металлизированного с обеих сторон полимерного тела, Б таких условиях в .начале процесса поляризации почти полное поляризационное напряжение Ufj, начальное значение которого должно соответствовать напряженности не менее 4000 кВ см , падает на полимерном теле и вызывает ориентацию полярных групп молекул в полимерном теле в направлении приложенного электрического поля. В ходе поляризации происходит при оптимальном выборе емкости Cg последовательного конденсатора перераспределение, поляризационного напряжения Up с полимерного тела на последовательный конденсатор, так, что даже при экстремально больигих значениях для Up не может быть эле0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ктрического пробоя в полимерном теле. Поляризация проводится предпочтительно при температурах Тр, для которых

2 Тр - Т( (1 - температура плавления

данного полимерного тела), причем Up остается приложенным до тех пор, пока полимерное тело с помощью охлаждения не охладится до комнатной температуры или минимально до 20 ниже Тр. Продолжительность поляризационного процесса составляет 10-300 с. Между дополнительным конденсатором и полимерным телом происходит кибернетическое взаимодействие. Чем быстрее возрастает поляризация в полимерном теле, тем короче время приложения полного напряжения Up к полимерному телу. Когда степень поляризации достигла своего максимального значения, перераспределение напряжения на последовательньгй конденсатор закончено, и к полимерному телу приложено напряжение, при котором не может быть электрического пробоя. Поэтому возможно и при температурах Тр, когда при применении относительно высоких напряжений до сих пор всегда происходили электрические пробои, поляризовать с высокими напряженностями полей, не ожидая электрических пробоен из-за кратковременности действующего импульса напряжения. Кроме того, дополнительный конденсатор обладает токоограничительным эффектом, если в.процессе поляризации произойдут пробои в полимерном теле.

Пример 1. Поляризация фтор- полимеров. С тцествующая преимуществ. венно в модификации 1 одноосно ориентированная поливинилиденфторидная пленка толщиной 0,010 мм металлизируется с двух сторон напыпением алюминия (1,0 см круглой площади) и нагревается до температуры поляризации в . Использованный при поляризации дополнительный конденсатор имеет емкость 10 нф, что превышает больше чем на один порядок емкость необработанной полимерной пленки. После включения поляризационного напряжения 5 кВ напряжение U на дополнительном конденсаторе в течение одной минуты возрастает больше чем на 2,5 кВ, так что в дальнер1шем процессе поляр11зации прилагаемое к образцу напряжение составляет меньше 2,5 кВ. В начале поляризации почти

314

полное поляризационное напряжение приложено к образцу и вызывает ориентацию диполей. После пятиминутной поляриза1щи образец охлаждают до комнатной температуры, сохраняя при этом напряженность поля. В результате этого процесса поляризации поли- винилденфторидная пленка получает пьезоэлектрический коэффициент 8 х 10 ед. СГСЭ и пироэлектрический коэффициент 8 нК/см.К.

При поляризации двухосно ориентированной поливинилиденфторидной пленки (металлизированная площадь 0,8cM толщиной 0,006 мм прилагают поляризационное напряжение 2,5 кВ при , используя тот же самьй дополнительный конденсатор. Поляризация может быть проведена без электрического пробоя (пьезоэлектрический коэффициент 5-10 ед. СГСЭ, пироэлектрический коэффициент 4 нК/см -К)

Поляризация поливинш1фторцд;1ьк пленок толщиной 0,015 мм (метащлизи рованная площадь 1 см) требует последовательного конденсатора емкостью 1 нф. Температура поляризации составляет , а поляризационное напряжение 6 кВ. В результате полярзации в этом случае получился пироэлектрический коэффициент 2 нК/см -К,

Пример 2, Поляризация полиакрил нитрила :

При поляризации полиакрилнитрила исходят из высокоориентированных пленок (одноосно ориентированных) толщиной 0,010 мм (металлизированная площадь 1 см). Емкость последовательного конденсатора составляет в этом случае 5 нф, поляризационное напряжение 5 кВ. Поляризация проводится при 120 с по описанному режиму. Полученный пироэлектрический коэффициент составляет 4 нК/см -К.

Примерз. Поляризация полиамидов. Одноосно ориентированная полиамидная пленка на основе гюлиамлда - 11 толщиной 0,010 мм металлизируется с двух сторон алюминием (металлизированная площадь 1 см). Температура поляризации составляет 120 с, прилагается поляризационное

напряжение 5 кВ. Емкость последовательного конденсатора составляет 5 нф. Пленку поляризуют 5 мин и затем охлаждают в электрическом поле до комнатной температуры.

Б тех же условиях поляризации были также поляризованы полученные из 2%-ного раствора в муравьиной кислоте пленки (толщиной 0,010 мм) на основе полиамида - 7 и полиамида - 55.

Перед поляризацией пленки подвергались 4-кратной вытяжке и затем металлизации алюминием (площадь 0,8см).

Пироэлектрические коэффициенты составляют 2 нК/см «К для полиамида 11 и 3 нК/см К для полиамидов - 55 и -7.

Предлага емое устройство может без пробоев проводить поляризацию с экстремально высокими напряженностями

полей. Поляризованные полимерные те- ла отличаются пьезо- и/или пироэлектрическими коэффициентами, значения которых выше средних. Устройство реализуемо простыми средствами. Продолжительность поляризации лежит в интервале от нескольких секунд до нескольких минут. Предлагаемое устройство может эффективно применяться преимущественно при поляризации полимерных

тел в виде пленки или фольги, имеющих полярные группы в первичной структуре молекул. В качестве таких полимеров могут быть использованы гало- генированные винилполимеры, полиэфиры и полиамиды, полиуретаны, полимо- . чевины, полиакрилонитрил и поликарбонаты.