DE3586482T2

DE3586482T2 - Elektretfiberfolie und verfahren zu deren herstellung.

Info

Publication number: DE3586482T2
Application number: DE19853586482
Authority: DE
Inventors: Katsutochi Ando; Yo Ogawa; Ryoichi Togashi
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1984-10-24
Filing date: 1985-10-24
Publication date: 1993-02-18
Anticipated expiration: 2005-10-25
Also published as: EP0182512B1; EP0182512A3; DE3586482D1; EP0182512A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektretfaserflächengebilde und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Verfahren zur Herstellung eines Elektretfaserflächengebildes sind in der EP-A-0118216 beschrieben. Bei einem solchen Verfahren, das unter Bezugnahme auf deren Fig. 4 beschrieben ist, wird ein Faserflächengebilde durch einen kontinuierlichen Vorgang geladen, bei dem das Flächengebilde durch ein mittels einer einseitigen Koronaentladeeinrichtung erzeugtes elektrisches Feld hindurchläuft. Das Flächengebilde wird mittels einer geerdeten rotierenden Metallwalze durch das Feld geführt. Eine dielektrische Folie ist zwischen und in Kontakt mit jeweils der Walze und dem Flächengebilde angeordnet.
Bekannte Elekftrete sind auch in der US-A-3998916 und der US-A-4215682 beschrieben. Die erstere beschreibt ein Flächengebilde, das aus durch Zerschneiden eines Elektretfilms hergestellten Fasern gebildet ist, wogegen die letztere ein Flächengebilde beschreibt, das durch Bilden von Elektretfasern während des Spinnens und Zusammenfassen der Fasern auf einem Förderband hergestellt ist.
Da sie durch Verteilen von Elektretfasern mit zufälliger Polarisationsrichtung zu einem Flächengebilde geformt sind, haben beide dieser bekannten Elektrete eine Zufallsverteilung der polarisierten Ladungen in dem Flächengebilde. Somit sind die Ladungen nachteiligerweise gegenseitig geschwächt oder verschoben. Daher ist die elektrische Feldstärke eines solchen Elektrets gering und die Ladungen darin werden nachteiligerweise im Verlauf der Zeit geschwächt.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Elektret mit einer hervorragenden, von herkömmlichen Elektreten nicht zu erwartenden Stabilität und der Fähigkeit zum Erhalten hoher Ladungen über eine lange Zeitspanne zu schaffen.

Aspekte der vorliegenden Erfindung sind:

1. Ein Elektretfaserflächengebilde mit polarisierten Ladungen an deren Oberfläche, und vorzugsweise einer geordneten Orientierung der Ladungen über die Dicke des Flächengebildes, wobei das Flächengebilde ein Gewichtsverhältnis von nicht mehr als 80 g/m² und einen Bedeckungsfaktor (wie nachfolgend definiert) von mindestens 60% hat,
(a) wobei die Gesamtladung pro Einheitsfläche des Flächengebildes mindestens 5 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm² beträgt, und
(b) die oder die maximale Aktivierungsenergie der Depolarisation (wie nachfolgend definiert) des Flächengebildes mindestens 0,5 eV beträgt.
2. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektretfaserflächengebildes, bei dem ein Faserflächengebilde zwischen einer kontaktlosen Spannungsanlegungselektrode und einer Erdungselektrode, die einander gegenüber angeordnet sind, in Lage gebracht und eine Spannung zum Erzeugen einer Feldstärke von mindestens 3 kV/cm bei einer elektrischen Stromdichte von mindestens 10&supmin;&sup6; mA/cm², vorzugsweise von 10&supmin;&sup6; bis 10&supmin;² mA/cm² einschließlich zwischen den beiden Elektroden angelegt wird.
Der "Bedeckungsfaktor" ist gegeben durch die Gleichung
Bedeckungsfaktor (%) = [C/(B+C)] x 100
wobei B die Anzahl von durch den Durchgang von Licht durch das Flächengebilde erzeugten hellen Abschnitten ist, und
C die Anzahl von durch das Abhalten des Lichts durch das Flächengebilde erzeugten abgeschatteten Abschnitten ist.
Wie später erläutert wird, wird die "Aktivierungsenergie der Depolarisation" gemessen, indem ein Graph des Depolarisationsstromes gegen die Temperatur aufgezeichnet wird. Wenn ein solcher Graph nur ein eine Aktivierungsenergie der Depolarisation definierendes Maximum hat, dann ist die Aktivierungsenergie der Depolarisation mindestens 0,5 eV, und wenn der Graph mehr als ein jeweils eine entsprechende Aktivierungsenergie der Depolarisation definierendes Maximum hat, dann ist die maximale Aktivierungsenergie der Depolarisation mindestens 0,5 eV.
Mit einer "kontaktlosen" Elektrode soll jede Elektrode gemeint sein, die dazu geeignet ist, ein Flächengebilde aufzuladen während ein Zwischenraum zwischen der Elektrode und dem Flächengebilde belassen ist, wobei zumindest etwas von diesem Zwischenraum von einem fluiden Medium, so wie Luft, erfüllt ist.
Ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Herstellen eines Elektretfaserflächengebildes kann kontinuierlich ausgeführt werden. In einem solchen Falle sollte die angelegte Spannung und Stromdichte so hoch wie möglich sein, da deren Effekte in Abhängigkeit von den örtlichen Lagen der verschiedenen Teile des kontinuierlichen Flächengebildes bezüglich der Spannungsquelle unterschiedlich sein werden, insbesondere wenn eine große Erdungselektrode, so wie eine Metallwalze oder ein metallisches Förderband verwendet wird.
Ein zusätzliches Material, das ein fester Block oder ein festes Flächengebilde sein kann, oder das eine Flüssigkeit sein kann, wird zwischen und in Kontakt mit jeweils dem Faserflächengebilde und der Erdungselektrode in Lage gebracht. Das zusätzliche Material hat einen spezifischen Volumenwiderstand, der höher ist als der der Erdungselektrode und niedriger als der des Faserflächengebildes und jedenfalls innerhalb eines Bereichs von 10&supmin;¹ bis 10¹&sup0; X cm, vorzugsweise 10¹ bis 10&sup8; X cm einschließlich, insbesondere 10² bis 10&sup6; X cm.
Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet die Ausbildung eines Elektretfaserflächengebildes, bei dem die Ladungen tief innerhalb des Flächengebildes vorliegen, in einer geordneten Orientierung über die Dicke des Flächengebildes angeordnet sind und von dem Flächengebilde über eine besonders lange Zeitspanne beibehalten werden, so daß das Flächengebilde eine besonders lange Lebensdauer hat.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figuren 1 und 5 für möglich gehaltene Verteilungsmuster polarisierter Ladungen in einem Querschnitt eines Elektretfaserflächengebildes gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigen (obwohl hinsichtlich der Ladungsverteilung zwischen den Oberflächen des Flächengebildes Unsicherheit besteht). In den Figuren 1 und 5 beziehen sich die Bezugszeichen auf folgendes
1. polarisierte Ladungen
2. Elektretflächengebilde
Figur 2 ist eine Linien von elektrischen Feldstärkevektoren (Pfeilen) im Querschnitt des Faserflächengebildes der Figuren 1 und 5 zeigende vereinfachte Darstellung.
Figur 3 zeigt die Verteilung polarisierter Ladungen in einem Querschnitt eines herkömmlichen Elektretfaserflächengebildes.
Figur 4 ist eine Linien von elektrischen Feldstärkevektoren im Querschnitt des herkömmlichen Elektretfaserflächengebildes der Figur 3 zeigende vereinfachte Darstellung.
Figur 6 ist eine grundsätzliche Darstellung, die eine Ausrüstung zur Messung der Größe von polarisierten Ladungen und Aktivierungsenergie zeigt. In Figur 6 beziehen sich die Bezugszeichen auf das folgende
3,4. Elektroden
5. Temperaturregler
6. Heizofen
7. hochempfindliches Amperemeter
8. Datenverarbeitungseinheit
9. Aufzeichnungseinrichtung
Figur 7 zeigt jeweilige Depolarisationsstromkurven für drei Beispiele eines Elektretfaserflächengebildes gemäß dieser Erfindung.
Figur 8 ist eine vereinfachte Darstellung, die Linien elektrischer Feldstärkevektoren in einem Querschnitt einer drei Lagen jeweils eines Elektretfaserflächengebildes gemäß dieser Erfindung umfassenden Laminatstruktur zeigt.
Figur 9 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung, die ein typisches Beispiel einer Einrichtung zur Herstellung eines Elektretfaserflächengebildes gemäß dieser Erfindung zeigt. In Figur 9 beziehen sich die Bezugszeichen auf das folgende
10. Hochspannungsgenerator
11. kontaktlose Nadelelektrode
12. Erdungselektrode
13. Zusatzmaterial
14. Erdung
15. Faserflächengebilde
Figur 10 zeigt jeweilige Kurven, die die Beziehung zwischen Oberflächenladungsdichte und spezifischem Widerstand (d.h. spezifischem Volumenwiderstand) gegenüberliegender Oberflächen eines typischen Zusatzmaterials zur Verwendung in der Einrichtung der Figur 9 darstellen.
Figur 11 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung, die ein zu dem in Figur 9 gezeigten alternatives Beispiel einer Einrichtung für die Herstellung eines Elektretfaserflächengebildes gemäß dieser Erfindung zeigt. In Figur 11 beziehen sich die Bezugszeichen auf das folgende
10. Hochspannungsgenerator
11. kontaktlose Nadelelektrode
13. Faserflächengebilde
14. Erdung
16. Metallbehälter
17. Flüssigkeitselektrode (Zusatzmaterial)
Figur 12 stellt einen gewünschten Kontaktzustand des Faserflächengebildes mit der Flüssigkeitselektrode bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der Einrichtung nach Figur 11 dar.
Figur 13 ist ein Graph des Depolarisationsstromes gegen die Temperatur für ein herkömmliches Elektretfaserflächengebilde.
Figur 14 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung einer Einrichtung zum Messen der Oberflächenladungsdichte eines Elektretfaserflächengebildes. In Figur 14 beziehen sich die Bezugszeichen auf das folgende
18. Metallplatte
19. Elektretflächengebilde
20. Metallplatte
21. Kondensator
22. Voltmeter
Figur 15 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Wirksamkeit, mit der ein Elektretfaserflächengebilde Aerosolpartikel sammelt, und der Oberflächenladungsdichte des Elektretfaserflächengebildes zeigt.
Figur 16 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Oberflächenladungsdichte eines Elektretfaserflächengebildes gemäß der Erfindung und der Temperatur zeigt.
Figur 17 ist eine vereinfachte Darstellung einer zum Bestimmen der Wirksamkeit, mit der ein Elektretfaserflächengebilde Escherichia coli sammelt, verwendeten typischen Einrichtung.
Figur 18 zeigt die Sammlungswirksamkeit für Escherichia coli eines Elektretfaserflächengebildes gemäß der Erfindung verglichen mit der eines ungeladenen Faserflächengebildes.
Figur 19 ist ein Graph, der jeweilige Oberflächenladungsdichtewerte einzelner Faserflächengebilde eines Laminats in Beziehung zu ihren jeweiligen räumlichen Lagen in dem Laminat und in Beziehung zu den örtlichen Lagen der zum Polarisieren des Laminats verwendeten kontaktlosen Elektrode und Erdungselektrode zeigt; dieser Graph zeigt die beim Polarisieren des Laminats eines zu hohen Gesamtgewichts erreichten schlechten Ergebnisse.
In dieser Beschreibung soll die Ausdrucksweise "Ladungen an deren Oberflächen aufweisend" bedeuten "positive oder negative Ladungen an jeder deren Oberfläche aufweisend", wie es bei einem üblichen Elektret der Fall ist.
Obwohl der Betrag solcher Ladungen bei dem erfindungsgemäßen Elektret nicht speziell begrenzt ist, führt ein zu kleiner Betrag solcher Ladungen zu einem Problem hinsichtlich der Leistungsfähigkeit. Somit wird der Betrag der polarisierten Ladungen in dem Faserflächengebilde bei 5 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm² oder größer gehalten.
Bei einem Elektretfaserflächengebilde gemäß einem Aspekt dieser Erfindung ist zumindest die maximale Aktivierungsenergie der Depolarisation mindestens 0,5 eV.
Die Aktivierungsenergie kann aus einem Graphen bestimmt werden (von dem Beispiele in Figur 7 gezeigt sind), der den Betrag des durch einen Temperaturanstieg erzeugten Depolarisationsstromes zeigt. Der Betrag des Depolarisationsstromes zeigt die Tiefe der gefangenen Ladungen an und hat eine große Auswirkung auf die Lebensdauer und Dauerhaftigkeit des Elektrets.
Unter Verwendung der in Figur 6 gezeigten Einrichtung kann die Messung des Depolarisationsstromes gegen die Temperatur durch festes Einklemmen eines in einem mit einem Temperaturregler 5 versehenen Heizofen 6 angeordneten, mit einem hochempfindlichen Amperemeter 7 verbundenen Elektretfaserflächengebildes 2 (2 cm Durchmesser) erfolgen. Genauer gesagt, wenn die Temperatur des Heizofens mit einer konstanten Geschwindigkeit, zum Beispiel mit einer Geschwindigkeit von 5ºC/min von Raumtemperatur auf eine Temperatur nahe dem Schmelzpunkt des Flächengebildes erhöht wird, bewirken die gefangenen Ladungen in Folge ihrer Depolarisierung einen elektrischen Strom. Der elektrische Strom wird mittels einer durch eine Datenverarbeitungseinheit 8 betriebenen Aufzeichnungseinrichtung 9 aufgezeichnet, um eine Kurve des elektrischen Stromes gegen die Temperatur in verschiedenen Temperaturzonen (Fig. 7) zu erhalten. Die polarisierte Ladung pro Flächeneinheit ist der Quotient der Fläche unter der Stromkurve geteilt durch die Fläche des der Messung unterzogenen Musters.
In dem ansteigenden Bereich jedes Maximums in der graphischen Darstellung wird die folgende Gleichung erfüllt. Somit kann die Aktivierungsenergie für die Depolarisation aus dem Gradienten der durch Auftragen von Ln J gegen 1/T gegenüber dem ansteigenden Bereich jedes Maximums erhaltenen geraden Linie berechnet werden.
Ln J = C-(ΔE/kT)
wobei J der Depolarisationsstrom (Ampere) ist, C eine Konstante ist, ΔE die Aktivierungsenergie ist (eV), k die Boltzmann Konstante ist und T die Temperatur (K) ist.
Geht man davon aus, daß die graphische Darstellung des Depolarisationsstromes gegen die Temperatur zwei Maxima bei 92ºC bzw. 156ºC zeigt, erhält man die den jeweiligen Maxima zugeordneten Aktivierungsenergien wie folgt:
Die Werte von Ln J werden bei 92, 87, 82, 77ºC bzw. 156, 151, 146, 141ºC gegen 1/T aufgetragen und die Aktivierungsenergien können aus den jeweiligen Steigungen und der Boltzmann Konstante, die 8,6 x 10&supmin;&sup5; eV/K beträgt, berechnet werden.
Unter dem Gesichtspunkt der Stabilität der Ladungen ist es wichtig, daß die Aktivierungsenergie für mindestens eines der bei oder oberhalb der Raumtemperatur auftretenden Strommaxima mindestens 0,5 eV beträgt.
Mit anderen Worten, je größer die Aktivierungsenergie, umso länger ist die Lebensdauer des Elektreten. Dies ist der Grund, daß das erfindungsgemäße Elektretfaserflächengebilde eine Aktivierungsenergie von mindestens 0,5 eV, insbesondere vorzugsweise von mindestens 0,7 eV hat.
Je höher der Temperaturbereich, bei dem ein Maximum auftritt, umso länger ist die Lebensdauer des Elektreten. Ein Flächengebilde mit dem oben genannten Temperaturbereich bei oder oberhalb 50ºC, vorzugsweise bei oder oberhalb 80ºC, insbesondere oberhalb 130ºC zeigt eine hervorragende Dauerhaftigkeit und Stabilität.
Darüberhinaus ist die elektrische Leistungsfähigkeit eines Elektretflächengebildes höher, wenn die Menge der polarisierten Ladungen größer ist. Diese Menge entspricht der Fläche unter der graphischen Darstellung des Depolarisationsstromes gegen die Temperatur. In einem Falle, wo ein negativer Strom auftritt, sollte diese Fläche die Summation der Absolutwerte für den gesamten Temperaturbereich, über den eine Depolarisierung auftritt, sein.
Ein bevorzugtes Elektretfaserflächengebilde gemäß der Erfindung zeigt zusätzlich hervorragende Hitze- und chemische Beständigkeiten.
Ein anderes Merkmal des Elektretfaserflächengebildes liegt in der geordneten Orientierung der polarisierten Ladungen, so daß sie ein im wesentlichen in einer Richtung verlaufendes elektrisches Feld erzeugen, wie in den Figuren 1, 2 und 5 gezeigt ist.
Ein herkömmliches Elektretfaserflächengebilde zeigt keine solche elektrische Feldverteilung, sondern hat eine Feldverteilung wie in Figur 3 gezeigt. Das herkömmliche Flächengebilde hat nicht die charakteristischen elektrischen Eigenschaften eines Flächengebildes gemäß der Erfindung, wie oben erläutert.
Figur 4 ist eine vereinfachte Darstellung, die die Richtungen jeweiliger durch Vektorlinien (Pfeile) dargestellter elektrischer Feldstärkevektoren zeigt, die durch polarisierte Ladungen 1 erzeugt werden, die durch das herkömmliche Elektretflächengebilde nach Figur 3 bildende Elektretfaserfilamente aufrechterhalten werden.
Wie es aus dieser Figur hervorgeht, ist die Polarisationsrichtung jeder Faser zufällig und daher sind die Vektoren gegeneinander versetzt, so daß sie ein elektrisches Feld erzeugen, das schwach ist und das im Laufe der Zeit schnell verschwindet. Aus diesem Grunde hat diese Art von Elektret nicht die Dauerhaftigkeit für eine langdauernde Verwendung.
Diese Orientierung der polarisierten Ladungen in dem erfindungsgemäßen Elektretfaserflächengebilde in im allgemeinen einer Richtung ist ein Faktor, der für die oben genannte besonders hervorragende Dauerhaftigkeit und elektrische Eigenschaft sorgt.
Ein Elektretfaserflächengebilde gemäß dieser Erfindung hat hervorragende Eigenschaften selbst in Form eines einzelnen Stücks. Eine Integrierung oder Laminierung einer Anzahl von Flächengebildestücken führt jedoch zu einem Material mit einer längeren Lebensdauer und einer besseren Beständigkeit gegen äußere Einflüsse.
Beispielsweise stellt Figur 8 Linien von elektrischen Feldstärkevektoren dar, in einem Falle, in dem die Richtungen der Orientierung der polarisierten Ladungen 1 in einer drei Stücke jeweils eines erfindungsgemäßen Elektretfaserflächengebildes umfassenden Laminatstruktur die gleichen sind. Alternativ kann jedoch eine Laminatstruktur vorgesehen sein, in der die Richtungen der Vektorlinien zwischen den jeweiligen Flächengebilden gegenseitig verkehrt sind. Eine Verbesserung der Beständigkeit des erfindungsgemäßen Materials, wie oben erläutert, kann durch eine Struktur mit einer jeden dieser Feldverteilungen erreicht werden.
Figur 9 ist eine vergröberte Darstellung einer typischen Einrichtung zur Ausführung eines Verfahrens für die Herstellung eines Elektretfaserflächengebildes gemäß dieser Erfindung. Zwischen einer kontaktlosen Hochspannungszuführungselektrode, wie einer Nadelelektrode 11 und einer Erdung 14 ist ein Hochspannungsgenerator 10 angeschlossen. Zwischen der Nadelelektrode 11 und der Erdung 14 sind eine Erdungselektrode 12, ein auf der Erdungselektrode 12 plaziertes Zusatzmaterial 13 und ein Faserflächengebilde 15 mit einer Oberfläche im Kontakt mit dem Zusatzmaterial 13 und seiner gegenüberliegenden Oberfläche der Nadelelektrode 11 zugewandt und von dieser beabstandet angeordnet.
Um eine wirksam durchgeführte Elektretbildung zu gewährleisten, ist es wichtig ein Faserflächengebilde mit einem Gewicht von 80 g/m² oder weniger zu verwenden. Weniger als 60 g/m² ist eher vorzuziehen. Wenn es 80 g/m² überschreitet, kann keine genügende Ausgleichsladung von der Erdungselektrode erhalten werden, was zu einer Absenkung der Oberflächenladungsdichte führt. Darüberhinaus besteht die Tendenz eines leichteren Auftretens einer Glühentladung. Somit ist ein zu hohes Gewicht des Faserflächengebildes nicht wünschenswert.
Zusätzlich ist es wichtig, um ein Elektretfaserflächengebilde mit einer hohen Menge an polarisierten Ladungen und einer großen Oberflächenladungsdichte zu erhalten, ein Faserflächengebilde mit einem Bedeckungsfaktor von 60% oder mehr zu benützen. 80% oder höher ist eher vorzuziehen. Wenn er kleiner als 60% ist, kann der Betrag der Oberflächenladungsdichte nicht groß sein, da die zu fangenden Ladungen durch die Öffnungen zwischen den Fasern des Flächengebildes hindurchtreten. Damit das Gewicht des Faserflächengebildes klein und der Bedeckungfaktor groß wird, ist die Dicke der zusammengefügten Fasern wichtig. Die Fasern sind vorzugsweise 3 Denier (3,3 dtex) oder weniger, eher vorzuziehen 1 Denier (1,1 dtex) oder weniger, insbesondere 0,5 Denier (ungefähr 0,6 dtex) oder weniger.
Eine Einrichtung zur Messung der Oberflächenladungsdichte ist in Figur 14 gezeigt. Auf einer metallischen Erdungsplatte 18 ist ein Elektretfaserflächengebilde 19 plaziert, eine weitere metallische Platte 20 ist mit dem Elektretflächengebilde 19 in Kontakt gebracht, um in der mit einem Kondensator 21 verbundenen metallischen Platte 20 eine Gegenladung zu erzeugen. Durch Ablesen der Spannung des Kondensators 21 an einem Voltmeter 22 kann die Oberflächenladungsdichte wie folgt berechnet werden.
Oberflächenladungsdichte = C x V/A
C: Kapazität des Kondensators (F)
V: Spannung (V)
A: Oberfläche des Elektretflächengebildes (cm²)
Die Oberflächenladungsdichte hat einen ähnlichen Effekt auf die Gesamtladungsdichte; jedoch kann sie wesentlich leichter bestimmt werden als die Gesamtladungsdichte. Daher ist es oft angenehmer die erstere anstelle der letzteren zu verwenden.
Ein Graph der Sammlungswirksamkeit (d.h. "eines Durchgangsverhältnisses", das die durch ein Elektretfaserflächengebilde durchgehende proportionale Menge von Aerosolpartikeln repräsentiert) gegen die Oberflächenladungsdichte ist in Figur 15 gezeigt. Es kann eine drastische Zunahme der Sammlungswirksamkeit mit zunehmender Oberflächenladungsdichte beobachtet werden.
Die scheinbare Dichte des zu polarisierenden Faserflächengebildes ist vorzugsweise mindestens 0,05 g/cm³, insbesondere mindestens 0,1 g/cm³, um eine hohe Polarisierung zu gestatten. Wenn die scheinbare Dichte gering ist, wird die Dicke des Flächengebildes groß und die angelegte Ladung kann nicht in den inneren Teil des Faserflächengebildes eintreten, da sie nur an dem Oberflächenbereich gefangen wird. Weiter kann von der Erdungselektrode keine ausreichende Kompensationsladung erhalten werden, was zu einer Absenkung der Oberflächenladungsdichte führt.
Die anzulegende Spannung variiert in Abhängigkeit von beispielsweise der Art und molekularen Struktur des das Flächengebilde bildenden Materials, der Dicke des Flächengebildes, der Form der kontaktlosen Elektrode und der Entfernung zwischen den Elektroden, jedoch sollte sie für eine Feldstärke von mehr als 3 kV/cm sorgen. Beispielsweise, wenn die Entfernung zwischen den Elektroden 3 cm ist, ist die Spannung vorzugsweise mindestens 10 kV, eher vorzuziehen 10 bis 50 kV, insbesondere 25 bis 40 kV. In jedem Falle ist der Absolutwert der angelegten Feldstärke vorzugsweise 3 kV/cm oder höher, eher vorzuziehen 5 kV/cm oder höher. Die Entfernung zwischen der Spannungszuführungselektrode und dem Faserflächengebilde ist vorzugsweise mindestens 5 mm oder kann länger sein, etwa mindestens 10 mm. Eine Feldstärke von weniger als 3 kV/cm führt zu einer Schwierigkeit bei der Erhöhung der Oberflächenladungsdichte. Der Effekt der angelegten Spannung auf die Gesamtladung ist in Figur 7 gezeigt, wo die Fläche unter den jeweiligen Kurven die Gesamtladung für jede angezeigte zugeführte Spannung repräsentiert.
Eine Entfernung von weniger als 5 mm bewirkt eine Glühentladung, die zu keiner Zunahme der Oberflächenladungsdichte führt.
Wenn eine zweistufige Behandlung durchgeführt wird, bei der etwa eine negative Hochspannung an die eine Oberfläche angelegt wird, während eine positive Hochspannung dann an die entgegengesetzte Oberfläche angelegt wird, können hochpolarisierte Ladungen erhalten werden. Jede Reihenfolge der zweistufigen Hochspannungszuführung kann angewendet werden. Die negative Hochspannungszuführung ist wirksamer als die positive Hochspannungszuführung. Der Entladestrom beträgt mindestens 10&supmin;&sup6; mA/cm², vorzugsweise von 10&supmin;&sup6; bis 10&supmin;² mA/cm² einschließlich. Ein Entladestrom höher als 1 x 10&supmin;² mA/cm² bewirkt eine Glühentladung, was eine Erniedrigung der Oberflächenladungsdichte nach sich zieht. Natürlich führt auch eine Entladestromdichte niedriger als 10&supmin;&sup6; mA/cm² zu einer Senkung der Oberflächenladungsdichte. Ein bevorzugter Bereich von Entladestromdichtewerten ist von 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;³ mA/cm² einschließlich.
Um eine hohe Oberflächenladungsdichte zu erhalten, ist es wirksam, eine spezielle Art von Zusatzmaterial zwischen dem Faserflächengebilde und der Erdungselektrode anzubringen. Figur 10 zeigt einen Graphen der Oberflächenladungsdichte gegen den spezifischen Widerstand, d.h. den spezifischen Volumenwiderstand des Zusatzmaterials.
Die jeweiligen Kurven entsprechen den Oberflächenladungsdichten der vorderen Oberfläche bzw. der rückwärtigen Oberfläche (die gestrichelten Abschnitte repräsentieren experimentell nicht bestätigte Werte). Aus Figur 10 ist ersichtlich, daß ein halbleitendes oder dielektrisches Material mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10&supmin;¹ bis 10¹&sup0; X cm, insbesondere 10&supmin;¹ bis 10&supmin;&sup9; X cm als Zusatzmaterial wirksam ist.
Als halbleitendes Material kann entweder ein festes oder ein flüssiges Material verwendet werden. Beispielsweise kann ein winzige Teilchen wie darin verteilte Kohlenstoffteilchen oder metallische Teilchen, enthaltender Film, Farbe, eine kleine Menge von löslichem, elektrisch leitenden Material enthaltendes Wasser oder Alkohol verwendet werden.
Als dielektrisches Material kann ein anorganisches Material oder ein Polymer, wie ein Polyolefin, ein fluoriertes Harz, ein Polyester oder ein Polyamid verwendet werden.
Figur 11 zeigt ein Beispiel einer Einrichtung alternativ zu der in Figur 9 gezeigten zur Durchführung eines Verfahrens dieser Erfindung.
Ein als Erdungselektrode dienender und mit einer Erdung 14 verbundener Metallbehälter 16 enthält eine mit einem Faserflächengebilde 13 in der Weise in Kontakt stehende Elektrodenflüssigkeit, daß nur eine Oberfläche des Faserflächengebildes 13 mit der Flüssigkeitsoberfläche in Kontakt ist. In diesem Zustand wird eine mittels eines Hochspannungsgleichstromgenerators 10 erzeugte Spannung über eine kontaktlose Hochspannungselektrode 11 an das Faserflächengebilde 13 angelegt, um ein Elektretfaserflächengebilde zu erzeugen. Beispiele der Elektrodenflüssigkeit sind Wasser (das einen oberflächenaktiven Wirkstoff enthalten kann) und organische Flüssigkeiten wie Aceton und Alkohole. Die Flüssigkeit dient als Zusatzmaterial. Die Flüssigkeit verhindert nicht nur eine Entladung zwischen den beiden Elektroden, sondern macht auch die Kontaktfläche mit dem Faserflächengebilde 13 sehr groß, wie in Figur 12 gezeigt ist. Aus diesem Grunde kann eine Hochspannung ohne Glühentladung angelegt und die elektrische Ladung kann leicht und tief durch die große Kontaktfläche in die Faser aufgenommen werden.
In diesem Falle ist es wünschenswert, eine Infiltration der Elektrodenflüssigkeit hinauf zu der anderen Oberfläche des Faserflächengebildes, nämlich der oberen Oberfläche des Faserflächengebildes zu vermeiden, damit die Flüssigkeit nicht die obere Fläche bedeckt. Wenn die obere Fläche des Faserflächengebildes mit der Flüssigkeit bedeckt ist, wird der Effekt der Elektretbildung in nachteiliger Weise verschlechtert. Auch ist die Verwendung eines Faserflächengebildes mit einem Bedeckungsfaktor von 60% oder höher vorzuziehen, um eine abträgliche Verschlechterung des Effekts der Elektretbildung zu vermeiden.
Die Temperatur der Erdungselektrode bei der Zuführung der Hochspannung ist vorzugsweise in einem Bereich von der Glasübergangstemperatur bis zum Schmelzpunkt des Faserflächengebildes. Wenn eine Hochspannung bei einer solchen Temperatur angelegt wird, kann ein Elektretfaserflächengebilde mit einer hohen Oberflächenladungsdichte und einer tief gefangenen Ladung erhalten werden, wobei sich die Ladung kaum im Laufe der Zeit verändert. Figur 16 zeigt eine Beziehung zwischen der Oberflächenladungsdichte und der Temperatur bei der Hochspannungszuführung.
Die Dauer der Spannungszuführung ist gewöhnlich 5 Sekunden oder länger, vorzugsweise 10 bis 120 Sekunden. Natürlich kann man eine Spannung für eine Dauer von mehr als 120 Sekunden anlegen; jedoch wird das Flächengebilde in weniger als 10 Sekunden mit Ladung gesättigt und der Effekt abgeschlossen und eine zu lange Zeit bewirkt einen leichten Rückgang der Oberflächenladungsdichte.
Beispiele für bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendbare kontaktlose Elektroden sind solche, durch die eine im wesentlichen punktförmige oder linienförmige Spannungsquelle geschaffen wird, wie eine Nadelelektrode oder eine Drahtelektrode. Für die Erdungselektrode sind Materialien mit einem spezifischen Volumenwiderstand von weniger als 10&supmin;&sup4; X cm vorzuziehen.
Für das Faserflächengebilde können gewebte oder gewirkte Textilflächengebilde ebenso wie ungewebte Textilflächengebilde verwendet werden. Als gewebte oder gewirkte Textilflächengebilde sind solche, die aus einem Filamentgarn hergestellt sind gegenüber solchen, die aus einem gesponnenen Garn hergestellt sind, vorzuziehen, weil eine große Kontaktfläche mit der Erdungselektrode leicht erhalten werden kann.
Als nichtgewebte Faserflächengebilde sind Faserflächengebilde mit schmelzgeblasenen Fasern vorzuziehen, weil mittlere Faserdurchmesser von weniger als 10 µm und große Bedeckungsfaktoren leicht erhalten werden können. Darüberhinaus ist ein Flächengebilde mit schmelzgeblasenen Fasern geeignet für ein Filter für einen industriellen Reinraum, weil es eine hohe Staubsammlungswirksamkeit und einen geringen Druckabfall aufweist.
Jedes Material kann als Faserflächengebilde gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar sein, jedoch sollte es einen spezifischen Volumenwiderstand von 10¹³ X cm oder höher haben. Beispiele eines solchen Materials enthalten Fasern, die aus einem beliebigen synthetischen Polymer hergestellt sind, wie Polyolefine, Polyester, Polycarbonate, polyfluorierte Harze, Polyacrylnitrilharze, Polyamidharze und Polyvinylchloridharze, sowie Glas und andere anorganische Verbindungen. Unter diesen ist Polyolefin vorzuziehen, da es einen hohen elektrischen Widerstand und keine Polarität hat. Die oben genannten Fasern können jede beliebige Form haben, solange sie eine fasrige Form aufweisen.
Darüberhinaus enthalten die Fasern, die für ein Elektretflächengebilde nach dieser Erfindung verwendet werden können, solche, die eine Materialschicht darauf aufweisen und eine organische Verbindung eines spezifischen Volumenwiderstands von 10¹³ X cm oder höher enthalten, beispielsweise kern-hüllen-artige Fasern.
Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Elektretfaserflächengebilde mit der Fähigkeit stabil zu bleiben und eine hohe Ladung für eine lange Dauer zu erhalten, und das eine hohe chemische und Hitzebeständigkeit, sowie eine hervorragende Dauerhaftigkeit verglichen mit herkömmlichen Elektretflächengebilden aufweist, zu schaffen: Elektretfaserflächengebilde gemäß dieser Erfindung finden in einem weiten Anwendungsbereich Verwendung als Filtermaterialien; adsorbierende Materialien; Masken; Sensoren wie Strahlungsdosimetern, Temperatursensoren, Mikrophonen, und Kopfhörern; und medizinischen Materialien wie als Gazen und Knochenwachstumsfördermittel.
Nun sollen unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele Verfahren zur Herstellung von Elektretfaserflächengebilden gemäß der Erfindung genauer beschrieben werden.
Bei diesen Beispielen wurde der spezifische Volumenwiderstand gemäß den Methoden nach JIS (Japanese Industrial Standard) C 2318 oder JIS C 2525 bestimmt.
Der Bedeckungsfaktor wurde durch Auszählen von hellen und dunklen Abschnitten (1 mm x 1 mm) eines auf einem mit einem Vergrößerungsprojektor erzeugten, vergrößerten (die Vergrößerung war x 20) Schatten eines Musters (2 cm x 2 cm) plazierten transparenten oder semi-transparenten Diagrammpapiers bestimmt. Der Bedeckungsfaktor wurde gemäß der folgenden Gleichung berechnet, wobei B die Anzahl der durch den Durchgang von Licht gebildeten hellen Abschnitte und C die Anzahl der durch Abhalten des Lichts durch die Faser gebildeten dunklen Abschnitte bedeuten:
Bedeckungsfaktor (%) = [C/(B + C)] x 100
Die scheinbare Dichte des Flächengebilde wurde die folgende Gleichung bestimmt:
Scheinbare Dichte (g/cm³) = D/(E x F)
D: Gewicht pro Einheitsfläche (g/cm²)
E: Dicke (cm)
F: Einheitsfläche (1 cm²)
Die Dicke wurde unter einer Last von 50 g/cm² gemessen.

Beispiel 1

Ein nichtgewebtes textiles Flächengebilde aus schmelzgeblasenen Polypropylenfasern mit einem Gewicht von 20 g/m², einer mittleren Faserdicke von 0,2 Denier (ungefähr 0,2 dtex), einem Bedeckungsfaktor von 99%, einer scheinbaren Dichte von 0,129 g/cm³ und einem spezifischen Volumenwiderstand von 10¹&sup6; X cm wurde als Faserflächengebilde zur Herstellung eines Elektreten mit einer Einrichtung, wie in Figur 9 gezeigt, verwendet.
Eine Eisennadelelektrode mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10&supmin;&sup6; X cm wurde als Spannungszuführungselektrode verwendet. Eine Eisenplatte 20 Zentimeter im Quadrat wurde als Erdungselektrode verwendet. Ein aus Polyvinylchlorid und darin gleichmäßig verteilten Kohlenstoffpartikeln zusammengesetztes halbleitendes Flächengebilde mit 20 Zentimeter im Quadrat und mit einer Dicke von 0,5 mm und einem spezifischen Volumenwiderstand von 10&sup4; X cm wurde als Zusatzmaterial zwischen der Erdungselektrode und dem Flächengebilde aus schmelzgeblasenen Fasern angeordnet. Die Entfernung zwischen der Nadelelektrode und dem Faserflächengebilde wurde auf ungefähr 30 mm eingestellt. Das Faserflächengebilde wurde für 30 Sekunden in einer Atmosphäre von 25ºC bei einer angelegten Spannung von -30 kV, d.h. einer elektrischen Feldstärke von 10 kV/cm behandelt. Die Entladestromdichte war 3,5 x 10&supmin;&sup4; mA/cm² während der Behandlung.
Das erhaltene Elektretfaserflächengebilde hatte in dem Depolarisationsdiagramm Maxima bei 90ºC und 150ºC und Aktivierungsenergien der jeweiligen Maxima von 0,45 eV und 0,71 eV. Die Gesamtmenge der Depolarisationsladung pro Einheitsfläche, (d.h. die aus dem Depolarisationsdiagramm bestimmte polarisierte Ladung) war 7,2 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm² und die Menge der Depolarisationsladung pro Einheitsfläche oberhalb 130ºC war 3,8 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm². Die Oberflächenladungsdichte war 7,5 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm² auf der vorderen Oberfläche und -8,5 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm² auf der rückwärtigen Oberfläche. Das Flächengebilde zeigte fast keine Änderung im Depolarisationsdiagramm nachdem es Luft bei 20ºC, 60% relative Feuchte für zwei Monate ausgesetzt war.

Beispiel 2

Es wurde ein Flächengebilde mit schmelzgeblasenen Polypropylenfasern wie in Beispiel 1 verwendet.
Eine Oberfläche des Flächengebildes wurde mit einer Wasserelektrode mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 5 x 10&sup5; Xcm kontaktiert und eine Spannung von -30 kV wurde mit einer Nadelelektrode für 60 Sekunden angelegt. Die Tiefe des Wasserbades war 2 cm. Während dieser Behandlung wurde die Wassertemperatur auf 20ºC gehalten und die Entfernung zwischen der Nadelelektrode und dem Faserflächengebilde wurde auf 5 cm gehalten.
Die elektrische Feldstärke und die Entladestromdichte waren 6 kV/cm bzw. 2,8 x 10&supmin;&sup4; mA/cm².
Für das erhaltene Faserflächengebilde wurde die Größe des durch Depolarisation der polarisierten Ladungen aufgrund eines Temperaturanstiegs erzeugten elektrischen Stromes aufgezeichnet. Die Temperaturen für die Maxima des Depolarisationsdiagramms waren 91ºC und 152ºC, die Aktivierungsenergien waren 0,51 eV und 0,79 eV. Die Größe der oberhalb 130ºC erscheinenden polarisierten Ladung pro Einheitsfläche war 4,5 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm². Dieses Flächengebilde zeigte fast keine Änderung im Depolarisationsdiagramm, selbst nachdem es 20ºC, 95% relative Feuchte für zwei Monate ausgesetzt war.

Beispiel 3

Das in Beispiel 1 erhaltene Elektretfaserflächengebilde wurde mit seiner Oberseite nach unten gedreht und wieder einer weiteren Spannung von +20 kV (elektrische Feldstärke von 6,6 kV/cm, Entladestromdichte von 5 x 10&supmin;&sup5; mA/cm²) ausgesetzt, die an die rückwärtige Oberfläche des Flächengebildes für 30 Sekunden angelegt wurde.
Für das so erhaltene Elektretfaserflächengebilde waren Strommaxima bei 92ºC und 153ºC vorhanden. Die Aktivierungsenergien in den jeweiligen Maxima waren 0,55 und 0,81 eV. Der Gesamtbetrag der polarisierten Ladung pro Einheitsfläche war bei diesem Flächengebilde 1,8 x 10&supmin;&sup9; C/cm² und der Betrag der oberhalb 130ºC erscheinenden polarisierten Ladung pro Einheitsfläche war 5,5 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm².
Nachdem das Flächengebilde für zwei Monate bei 30ºC und 95% relativer Feuchte ausgesetzt wurde, zeigte die Messung der polarisierten Ladung im wesentlichen keine Änderung in ihrer Größe.

Beispiel 4

Fünf Stücke des in Beispiel 1 erhaltenen Elektretfaserflächengebildes wurden in einer solchen Weise laminiert, daß jede Ladungspolarisation auf solchen jeweiligen Oberflächen von jedem Paar von Stücken, die gegenseitig benachbart waren, bezüglich einander heteropolar waren (die gleiche Richtung von Vektorlinien wie in Figur 8 gezeigt).
Von diesem Flächengebilde wurde die Staubsammelwirksamkeit bestimmt.
Die Bestimmung erfolgte in einer solchen Weise, daß ein Luftstrom mit einem darin verteilten Polystyrolaerosol von 0,3 µm durchschnittlicher Partikelgröße (von Dow Chemical, USA gelieferte einheitliche Latexpartikel aus Polystyrol) wurde mit einer Geschwindigkeit von 2,5 cm/sec durch das Elektretfaserflächengebilde geführt. Die Anzahl der Partikel in dem Luftstrom wurde vor und nach dem Passieren des Elektretfaserflächengebildes gezählt (von Hitachi, Ltd. hergestellter Partikelzähler).
Das Elektretfaserflächengebilde nach Beispiel 1 zeigte eine Staubsammelwirksamkeit von 99,997% und einen Druckabfall von 4,5 mm Wassersäule. Demgegenüber zeigte ein aus Glasmikrofaser hergestelltes HEPA-Filter (hochwirksames Filter für teilchenbeladene Luft, von NIHON MUKI SENI K.K. verkauft) eine Staubsammelwirksamkeit von 99,987% und einen Druckabfall von 21 mm Wassersäule. In dem Elektretfaserflächengebilde dieses Beispiels wurden nach einer Immersion in Methanol für eine Woche oder nach einem Aussetzen in 100ºC heißer Luft für eine Woche keine Änderungen der Staubsammelwirksamkeit und des Druckabfalls beobachtet.

Beispiel 5

Zwei Stücke des in Beispiel 1 erhaltenen Elektretfaserflächengebildes wurden so laminiert, daß die einander gegenüberstehenden Oberflächen jedes Flächengebildes die gleiche Polarisation hatten.
Die Sammelwirksamkeit dieses Flächengebildes für Escherichia coli wurde unter Verwendung der in Figur 17 gezeigten Einrichtung bestimmt.
Diese Einrichtung umfaßt einen Lufteinlaß A1, der über ein Ventil V, einen Trockner D und ein Filter F zu einer Quelle von Escherichia coli in einem Behälter C führt, sowie einen Lufteinlaß A&sub2;, der über ein Filter F&sub1; mit einem Gewicht von 100 g/m² zu einem Teststück T (das aus dem zu testenden Elektretfaserflächengebilde besteht) führt. Die Escherichia coli aus dem Behälter C (in dem diese in einer Menge von 5 x 10&sup8;/500 ml eines flüssigen Mediums vorhanden sind) werden über eine Silicagelsäule S in den bei A&sub2; eintretenden Luftstrom geführt und von dem Teststück T gefiltert. Jedwede durch das Teststück hindurchtretenden Escherichia coli werden in einem eine Kultivierungsflüssigkeit enthaltenden Behälter C&sub1; gesammelt. Nach einer Kultivierung bis zum Erhalten einer meßbaren Menge werden die Escherichia coli analysiert, um die Sammelwirksamkeit zu bestimmen. Ein als eine Falle wirkender Puffer B verhindert ein weiteres Vordringen der Kultivierungsflüssigkeit, während die Luft mittels einer Pumpe P durch einen Strömungsmesser M und einen Integralströmungsmesser I zu einem Auslaß E ausgeblasen wird.
Ein Luftstrom (100 Liter) mit darin verteilten Escherichia coli wurde mit einer Geschwindigkeit von 2,5 cm/sec durch ein Elektretfaserflächengebilde geführt und die Anzahl der in dem Luftstrom durch das Elektretfaserflächengebilde hindurchgetretenen Escherichia coli durch Kultivierung bestimmt.
Wenn das obige laminierte Elektretfaserflächengebilde verwendet wurde, wurden keine Escherichia coli gezählt. Andererseits, wurden 24 Escherichia coli Bazillen gezählt, wenn anstelle des obigen Flächengebildes das gleiche Flächengebilde aus schmelzgeblasenen Fasern, jedoch ohne polarisierte Ladungen darauf verwendet wurde. 907 Escherichia coli Bazillen wurden gezählt, wenn kein Filter verwendet wurde. Diese Ergebnisse sind in Figur 18 gezeigt.

Beispiel 6

Es wurde ein ungeköpertes Textilgewebe aus Polypropylenfaser (spezifischer Volumenwiderstand 10¹&sup6; X cm), das aus 75 Denier (82,5 dtex) Multi-Filement Garn als Kette und Schuß mit einer Kettendichte von 101 Fäden/inch (ungefähr 40 Fäden/cm) und einer Schußdichte von 79 Fäden/inch (ungefähr 31 Fäden/cm) hergestellt war, verwendet. Das Textilgewebe hatte ein Gewicht von 79 g/m² und einen Bedeckungsfaktor von 98%, war durch eine Faser mit einem Denier von 0,8d (ungefähr 0,9 dtex) gebildet und hatte eine scheinbare Dichte von 0,79 g/cm³. Das ungeköperte Textilgewebe wurde unter Verwendung der in Figur 9 gezeigten Einrichtung bei Anwendung einer Spannung von -36 kV für eine Dauer von 40 Sekunden polarisiert. Als Zusatzmaterial wurde ein ein darin gleichförmig verteiltes metallisches Pulver enthaltender und einen spezifischen Volumenwiderstand von 10&sup6; X cm aufweisender Polyethylenfilm (100 µm Dicke) verwendet. Die elektrische Feldstärke und die Entladestromdichte waren -12 kV/cm bzw. 3,5 x 10&supmin;&sup4; mA/cm². Die Temperaturen der Maxima des Entladestromes waren 91ºC und 151ºC und die jeweiligen Aktivierungsenergien waren 0,35 und 0,62 eV.

Vergleichsbeispiel 1

Dieses Beispiel illustriert die abträglichen Effekte des Aufladens eines Films bevor dieser in Streifen zerschnitten wird, um eine nichtgewebte Textilstruktur zu bilden, wie in US 3998916.
Es wurde ein Polypropylenfilm aufgeladen, um einen Elektretfilm zu bilden, der danach zerschnitten wurde. Der sich ergebende zerschnittene Film von 32 µm in der Breite und 10 µm in der Dicke wurde mittels einer Kartätsche in ein nichtgewebtes textiles Flächengebilde mit einem Flächengewicht von 360 g/m² (außerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens) und einer Dicke von 6,5 mm geformt. Für das so erhaltene Flächengebilde wurde der Depolarisationsstrom gemessen, um ein Diagramm wie in Figur 13 gezeigt zu erhalten. Dieses Ergebnis ließ vermuten, daß die elektrische Feldverteilung des Flächengebildes zufällig war. Somit hatte das Diagramm keine charakteristischen Strommaxima, wie sie bei einem Elektretfaserflächengebilde gemäß der vorliegenden Erfindung festgestellt wurden.
Die Staubsammelwirksamkeit dieses Flächengebildes wurde gemäß der Methode des Beispiels 5 bestimmt. Sie war 99,850%. Die Staubsammelwirksamkeit dieses Flächengebildes nach seiner Immersion in Methanol für eine Woche war 90,72%. Dies bedeutet, daß die polarisierte Ladung in diesem Flächengebilde nicht stabil war.

Vergleichsbeispiel 2

Dieses Beispiel illustriert die abträglichen Effekte einer Verwendung von Kontaktelektroden, d.h. wenn kein Luftzwischenraum zwischen der Elektrode und dem Faserflächengebilde vorgesehen ist, wie bei dem Verfahren der JP-B- 4433/74.
Das in Beispiel 1 verwendete Flächengebilde aus Schmelzgeblasenen Fasern wurde zwischen zwei Polymethylmethacrylat (PMMA) Platten von 20 cm im Quadrat und 5 mm Dicke geklemmt. Die beiden PMMA-Platten wurden weiterhin zwischen zwei metallische Elektrodenplatten geklemmt und zwischen den beiden Elektroden eine Ladung von -20 kV erzeugt. Es wurde kein Entladestrom beobachtet. Obwohl der Depolarisationsstrom gegen die Temperatur gemessen wurde, waren die Maximumtemperatur und die Aktivierungsenergie nicht klar meßbar. Der Betrag der depolarisierten Ladung pro Einheitsfläche war nur 5 x 10&supmin;¹¹ C/cm². Weiterhin wurde eine Absenkung des Betrags der polarisierten Ladung beobachtet, nachdem es für eine Woche bei 20ºC, 65% relative Feuchte ausgesetzt war.

Vergleichsbeispiel 3

Dieses Beispiel illustriert die nachteiligen Effekte der Verwendung eines zu schweren Faserflächengebildelaminats.
Ein nichtgewebtes Flächengebilde mit einem Gewicht von 140 g/m² wurde durch Laminieren von sieben nichtgewebten Flächengebilden mit jeweils einem Gewicht von 20 g/m² hergestellt. Das laminierte, nichtgewebte Flächengebilde hatte eine scheinbare Dichte von 0,09 g/cm³, einen Bedeckungsfaktor von 98%, eine mittlere Faserdicke von 2,5 Denier (2,75 dtex) und einen spezifischen Volumenwiderstand des Fasermaterials (Polypropylen) von 10¹&sup6; X cm. Obwohl das Anlegen einer Hochspannung unter Verwendung dieses laminierten, nichtgewebten Flächengebildes in der gleichen Weise wie Beispiel 1 versucht wurde, hat es eine Glühentladung hervorgerufen. Das obige Experiment wurde unter Änderung der angelegten Spannung zum Erreichen einer Feldstärke von 6 anstelle 10 kV/cm geändert. Die Stromdichte war 1,2 x 10&supmin; &sup4; mA/cm². Die Depolarisations-Temperatur-Kurve zeigte keine klare Maximumtemperatur und Aktivierungsenergie, und der Gesamtbetrag der depolarisierten Ladung pro Einheitsfläche war nur 6 x 10&supmin;¹¹ C/cm². Weiterhin wurden die einzelnen Flächengebilde des Laminats voneinander getrennt (delaminiert) und ihre jeweiligen Oberflächenladungsdichten bestimmt. Der Gesamtbetrag der polarisierten Ladung pro Einheitsfläche war nur 1,5 x 10&supmin;¹¹ C/cm². Die Oberflächenladungen der jeweiligen einzelnen Flächengebilde des Laminats sind in Figur 19 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 4

Es wurde ein Elektretfaserflächengebilde hergestellt durch Anlegen einer Hochspannung während eines Schmelzblasprozesses zum Bereiten von Polypropylenfasern. Die Entfernung zwischen der Nadelelektrode und der Erdungselektrode war 5 cm und die angelegte Spannung war -45 kV (elektrische Feldstärke: 9 kV/cm). Durch Sammeln der schmelzgeblasenen Fasern auf einem Förderband wurde ein Elektretflächengebilde hergestellt. Die mittlere Faserdicke der Fasern war 0,2 Denier (ungefähr 0,2 dtex) und das Gewicht des Flächengebildes war 80 g/m².
Die graphische Darstellung der depolarisierten Ladung gegen die Temperatur war ähnlich der des Vergleichsbeispiels 1, das in Figur 13 gezeigt ist.
Dieser Prozess illustriert die schlechten Ergebnisse, die man beim Anlegen einer Hochspannung während eines Schmelzblasprozesses, wie dem in der US-A-4215682 beschriebenen erhält.

Claims

1. Ein an seinen Oberflächen polarisierte Ladungen aufweisendes Elektretfaserflächengebilde, das ein Gewicht von nicht mehr als 80 g/m² und einen Bedeckungsfaktor von mindestens 60% hat, wobei der Bedeckungsfaktor gegeben ist durch die Gleichung

Bedeckungsfaktor (%) = [C/(B+C)] x 100

wobei B die Anzahl von durch einen Durchgang von Licht durch das Flächengebilde erzeugten erhellten Abschnitten ist, und

C die Anzahl der durch ein Abhalten von Licht durch das Flächengebilde erzeugten abgeschatteten Abschnitten ist, und

bei dem, wenn ein Graph des Depolarisationsstromes gegen die Temperatur nur ein eine Aktivierungsenergie der Depolarisation definierendes Maximum hat, die Aktivierungsenergie der Depolarisation mindestens 0,5 eV beträgt und bei dem, wenn der genannte Graph mehr als ein jeweils eine entsprechende Aktivierungsenergie der Depolarisation definierendes Maximum hat, die maximale Aktivierungsenergie der Depolarisation mindestens 0,5 eV beträgt und die Gesamtladung pro Einheitsfläche des Flächengebildes mindestens 5 x 10&supmin;¹&sup0; C/cm² ist.

2. Elektretfaserflächengebilde gemäß Anspruch 1, bei dem die Depolarisationsmaximumtemperatur mindestens 50ºC ist.

3. Elektretfaserflächengebilde gemäß Anspruch 2, bei dem die Depolarisationsmaximumtemperatur mindestens 80ºC ist.

4. Elektretfaserflächengebilde gemäß jedem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Faserflächengebilde ein nichtgewebtes Faserflächengebilde ist.

5. Elektretfaserflächengebilde gemäß Anspruch 4, bei dem das nichtgewebte Faserflächengebilde ein Faserflächengebilde aus schmelzgeblasenen Fasern ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Elektretfaserflächengebildes gemäß jedem vorhergehenden Anspruch, bei dem ein Faserflächengebilde zwischen einer kontaktlosen Spanungszuführungselektrode und einer Erdungselektrode, die einander gegenüberstehen, in Lage gebracht wird, ein Zusatzmaterial mit einem spezifischen Volumenwiderstand höher als der der Erdungselektrode und niedriger als der des Faserflächengebildes und in einem Bereich von 10&supmin;¹ bis 10¹&sup0; X cm in Kontakt mit der Erdungselektrode und dem Faserflächengebilde vorgesehen wird, und zwischen den beiden Elektroden eine Spannung zum Erzeugen einer Feldstärke von mindestens 3 kV/cm bei einer elektrischen Stromdichte von mindestens 1 x 10&supmin;&sup6; mA/cm² angelegt wird, wobei das Faserflächengebilde ein Gewicht von nicht mehr als 80 g/m² und einen Bedeckungsfaktor von mindestens 60% hat, welcher Bedeckungsfaktor gegeben ist durch die Gleichung

Bedeckungsfaktor (%) = [C/(B+C)] x 100

wobei B die Anzahl von durch den Durchgang von Licht durch das Flächengebilde erzeugten erhellten Abschnitten, und

C die Anzahl der durch das Abhalten von Licht durch das Flächengebilde erzeugten abgeschatteten Abschnitte ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die elektrische Stromdichte, bei der die Spannung zugeführt wird, von 1 x 10&supmin;&sup6; bis 1 x 10&supmin;² mA/cm² einschließlich beträgt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem das Zusatzmaterial eine Flüssigkeit ist.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Faserflächengebilde eine scheinbare Dichte von mindestens 0,05 g/cm³ hat.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei dieses bei einer Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur und dem Schmelzpunkt des Materials des Faserflächengebildes durchgeführt wird.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Entfernung zwischen dem Faserflächengebilde und der Spannungszuführungselektrode mindestens 5 mm beträgt.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, das die Schritte enthält

(a) daß das Faserflächengebilde zwischen den Spannungszuführungs- und Erdungselektroden so in Lage gebracht wird, daß eine Seite des Faserflächengebildes mit der Spannungszuführungselektrode in Kontakt gebracht wird und die entgegengesetzte Seite des Faserflächengebildes mit der Erdungselektrode in Kontakt gebracht wird,

(b) Anlegen einer Spannung einer gegebenen Polarität zwischen den Spannungszuführungs- und Erdungselektroden,

(c) Umdrehen des Faserflächengebildes, so daß die besagte eine Seite desselben mit der Erdungselektrode in Kontakt gebracht wird, und die besagte entgegengesetzte Seite desselben mit der Spannungszuführungselektrode in Kontakt gebracht wird, und

(d) Anlegen einer Spannung einer Polarität, die zu der in Schritt (b) angelegten gegebenen Polarität entgegengesetzt ist, zwischen den Spannungszuführungs- und Erdungselektroden.

13. Ein Material enthaltend ein Laminat von Elektretfaserflächengebilden, von denen jedes ein Elektretfaserflächengebilde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 umfaßt.