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Die Erfindung bezieht sich auf elektrothermische, wärmeerzeugende Strukturen im allgemeinen und ins- besondereaufdieHersteUungso1cherexothermischer, wärmeerzeugender Strukturen (in der Folge einfach"Heiz- körper"genannt), wobeijededieser Strukturen auf einer Oberfläche einen elektrothermischen, wärmeerzeugenden Film (in der Folge einfach"Heizfilm"genannt) aufweist und eine hohe thermische Stabilität und ausgezeichnete elektrische Eigenschaften besitzt.
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peraturen Formänderungen, Risse oder andere Fehler auftreten. Mit andern Worten ausgedrückt, bedeutet der Ausdruck thermischeStabilität eineausgezeichnetemechanischeFestigkeit bei hohen Temperaturen.
Der in vorliegendem Zusammenhang verwendete Ausdruck" elektrische Eigenschaft" bezieht sich auf eine Eigenschaft wie
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nung und stabil gehalten werden kann.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Heizstrukturen mit einem Heizfilm auf ihrer Oberfläche zwecks BildungbeispielsweisevonPlattenheizkörpernumfasst die Sprühbeschichtung und besteht darin, ein elektrothermisches Überzugsmaterial wie beispielsweise eine Lösung einer Zinkchloridmischung oder Zinnchloridmischung auf die Oberfläche einer Platte aus hitzefestem Glas aufzubringen und die resultierende Struktur auf eine hohe Temperatur zu erhitzen, um auf der Glasfläche eine Zinnoxydschicht als Heizfilm zu bilden. Da dieses Ver- fahrendie Sprühbeschichtung und Erhitzung des Überzuges umfasst, sind komplizierte Verfahrensstufen erforderlich und müssen überdies hohe Temperaturen von beispielsweise mehr als 600 C angewendet werden.
Weiters können Heizstrukturen mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften nur unter Verwendung sehr teuer hitzefester Materialien mit. extrem glasartigen Oberflächen nach diesem Verfahren hergestellt werden.
Gemäss einem andern Verfahren wird ein elektrothermischer Film, bestehend aus einer pfropfpolymerisierten halbleitendenKohle-Harzplatte erzeugt. EinNachteil dieses Produktes ist der, dass es keine thermische Stabiltät besitzt. Die maximale Wärmebeständigkeit dieses Filmes liegt bei Temperaturen in der Grössenordnung von 150 C. Ein weiterer Nachteil dieses Produktes ist schliesslich, dass ihm keine guten elektrischen Eigenschaften verliehen werden können.
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enthalten, die homogen in einem Siliconkautschuk verteilt sind, wobei sich nur ein Teil dieser Partikeln zum Bilden von elektrischen Strombahnen gegenseitig berühren. Die Partikeln können unter anderem aus Graphit bestehen. Es ist weiters bekannt, solchen Massen ein elektrisch isolierendes Pulver zuzusetzen.
Auch solche Massen besitzen jedoch eine unbefriedigende thermische Stabilität und eignen sich nicht zur Verwendung bei höheren Temperaturen.
Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Heizstrukturen mit hoher thermischerStabilitätundausgezeichnetenelektrischenEigenschaften, welche auf einer Oberfläche einen Heizfilm aufweisen und durch welche die verschiedenen vorerwähnten Nachteile ausgeschaltet werden.
Demnach bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung elektrothermischer, wärmeerzeu-
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Strukturen unter Verwendung einer Mischung,einerhitzefesten, elektrischnichtleitenden Grundstruktur, indem man die gegebenenfalls mit wenigstens einer Art eines elektrisch isolierenden Pulvers versetzte Überzugsmasse in an sich bekannter Weise auf die elektrisch nichtleitende Grundstruktur aufbringt, um darauf einen elektrothermischen, wärmeerzeugendenFilm zu bilden, welches dadurchgekennzeichnet ist, dass man die auf diese Weise beschichtete Grundstruktur bei einer Temperatur von 250 bis 4500C kalziniert.
Die Erfindung wird unter Hinweis auf die folgenden Beispiele näher erläutert.
Allgemein kann das erfindungsgemässe Verfahren wie folgt durchgeführt werden : 100 Gew.-Teile eines Siliconharzes (In der Praxis wird gewöhnlich als Siliconharz ein Harzlack mit 307o Si- liconvenvendet. Einsolcherwird beispielsweise unter der Warenbezeichnung"SR116"von der Firma ToshibaSiliconeCo., Ltd., Japanvertrieben, wobei die Hauptbestandteile Polyalkyl- oder Polyallylsiloxan sind. ) und 80
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fraktionen (Stoddard-Lösungsmittel, Kerosin usw. ), Ketonen (Methyläthylketon (MEK), Methylisobutylketon (MIBK) usw. ).
Das auf dieseWeisegebildetefliessfähige Gemisch wird als Überzug in der gewünschten Stärke auf die Oberfläche eines hitzebeständigen, elektrisch nicht leitenden Grundmaterials von der gewünschten Form, wie bei-
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eine Platte oder einDer auf diese Weise erzeugte Heizkörper ist derart beschaffen, dass eine starke Haftung zwischen dem Heizfilm und der Grundstruktur sowie eine hohe thermische Stabilität und ausgezeichnete elektrische Eigenschaften vorliegen.
Die elektrische Leitfähigkeit, d. h. der elektrische Widerstandswert des Heizfilmes wird wahlweise auf einen gewünschten Wert eingestellt, indem man in an sich bekannter Weise eines oder mehrere Isoliermaterialien in Pulverform in geeigneter Menge dem vorerwähnten fliessfähigen Gemisch zusetzt. Beispiele solcher IsoliermaterialieninPulverform sind Siliciumoxyd, Glimmer und Magnesiumoxyd.
Weiters kann erforderlichenfalls ein Mittel für die Veränderung der rheologischen Eigenschaften dem fliessfähigen Gemisch hinzugefügt werden, um die Fliessfähigkeit auf den gewünschten Wert zu bringen. Ein solches Mittel ist beispielsweise"Benton"welches unter diesem Warenzeichen durch die Firma National Read Chemical Co., USA vertrieben wird und dessen Hauptbestandteile ein chemisch aufbereiteter Bentonit ist.
Beispiel l : Die Proben 1 bis 5 von fliessfähigen Gemischen wurden hergestellt durch Vermischen eines Siliconharzlackes (Warenname "SR116", Harzgehalt etwa 30%,Stoddard-Lösungsmittel, Graphitpulver, Siliciumoxydpulver, Glimmerpulver undBentonalsMittelzur Modifizierung der rheologischen Eigenschaften in den in Tabelle IA angegebenen Anteilen.
Tabelle 1A
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<tb>
<tb> Zusammensetzungen <SEP> von <SEP> fliessfähigen <SEP> Gemischen <SEP> (Einheit <SEP> : <SEP> Gew.-Teile) <SEP>
<tb> Probe <SEP> Nr.: <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Bestandteile
<tb> Siliconharzlack
<tb> (SR116 <SEP> ; <SEP> Harzgehalt <SEP> : <SEP> etwa <SEP> 30tao) <SEP> 300 <SEP> 300 <SEP> 300 <SEP> 300 <SEP> 300
<tb> Stoddard <SEP> -Lösungsmittel <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 30
<tb> Graphitpulver <SEP> A <SEP> *) <SEP> 150 <SEP> 150--- <SEP>
<tb> Graphitpulver <SEP> B--ism <SEP> 120 <SEP> 120
<tb> Siliciumoxyd <SEP> pulver <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 32 <SEP> 40 <SEP> 20
<tb> Glimmerpulver----12
<tb> Benton <SEP> (Mittel <SEP> zur <SEP> Modifizierung
<tb> der <SEP> rheologischen <SEP> Eigenschaften) <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1,5
<tb>
*) Graphit A ist natürlicher Graphit **)
Graphit B ist künstlicher Graphit
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Tabelle 1B Eigenschaften der Heizstruktur
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<tb>
<tb> Heizstruktur <SEP> Nr. <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> Einzelheiten
<tb> Heizfilmdicke <SEP> (mm) <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP>
<tb> Heizfilmfläche <SEP> (Grösse) <SEP> (mm) <SEP> je <SEP> 550 <SEP> x <SEP> 380
<tb> Belastungsrichtung <SEP> Längsrichtung <SEP>
<tb> B <SEP> elastungs <SEP> leistungsfaktor <SEP> (W) <SEP> 1. <SEP> 900 <SEP> 1. <SEP> 100 <SEP> 3. <SEP> 600 <SEP> 1. <SEP> 860 <SEP> 1.
<SEP> 200 <SEP>
<tb> (V <SEP> x <SEP> A) <SEP> (200 <SEP> x <SEP> 9,5) <SEP> (200 <SEP> x <SEP> 5,5) <SEP> (200 <SEP> x <SEP> 18) <SEP> (200 <SEP> x <SEP> 9,3) <SEP> (200 <SEP> x <SEP> 6,0)
<tb> Oberflächentemperatur <SEP> ( C) <SEP>
<tb> (beide <SEP> Flächen <SEP> offen, <SEP> horizontal) <SEP> 280 <SEP> 200 <SEP> 360 <SEP> 270 <SEP> 220 <SEP>
<tb> Oberflächentemperatur <SEP> (OC)
<tb> (obere <SEP> Fläche <SEP> offen, <SEP> horizontal) <SEP> 260 <SEP> 280 <SEP>
<tb>
Jede der auf diese Weise erzeugten Proben wurde als Überzug von einer Stärke von 0, 2 mm und einer Oberfläche von 550x380 mm auf die Oberfläche einer Asbestplatte von einer Stärke von 3 bis 5 mm aufgebracht.
Nach dem Trocknen des so aufgebrachten Filmes an der Luft wurde die so beschichtete Platte 180 min lang in einem Brennofen bei einer Temperatur von 350 C kalziniert, wonach die Strukturen Nr. 1 bis 5 jeweils einen Heizfilm von 0, 2 mm Stärke und 550080mm Pläche auf einer Asbestplattenoberfläche hatten.
Jeder der Heizkörper wurde mit einem Belastungsleistungsfaktor in Längsrichtung wie gemäss Tabelle 1B be- lastet. Dadurch wurden auf Grund der Widerstandswärme der Heizfilme die in Tabelle 1B angegebenen Temperaturanstiege erzielt.
KeinerderHeizkörperNr. 1 bis 5 zeigte Beschädigungen, wie Verformungen, Risse oder andere Fehler auf Grund des Temperaturanstieges, weshalb man feststellen kann, dass sie eine hohe thermische Stabilität besitzen.
Da weiters fast keine Schwankungen in der Oberflächentemperatur auftraten, kann geschlossen werden, dass die elektrischenEigenschaftendieserHeizkörper ausgezeichnet sind. Weiters wurde gefunden, dass der Heizfilm von der Asbestplatten-Grundstruktur bei keinem der Heizkörper 1 bis 5 abgezogen werden konnte. Demnach haften die Filme ausserordentlich stark an ihrer Grundstruktur.
AusdenTabellenlAund 1B ist ersichtlich, dass die Oberflächentemperaturen der Heizkörper Nr. 2 bis 5 mit der Änderung des Gehaltes anSiliziumoxydpulverund Glimmerpulver in den entsprechenden Mischproben 2 bis 5 schwanken. Daher ist es durch entsprechende Kontrolle des Gehaltes an einer oder mehreren Arten von Isolier- materialpulver möglich, den elektrischen Widerstand des Heizkörpers auf eine gewünschten Wert einzustellen.
Es wurde gefunden, dass die Heizkörper l bis 5 Wärmestrahlen, d. h., Infrarotstrahlen abstrahlten, derenEn-
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war und dem menschlichenKörper ein angenehmes Wärmegefühl vermittelte. Die Wärmestrahlung bei einer Temperaturvon 220 bis 360 C enthielt eine reichliche Infrarotstrahlung von 3 bis 6 p Wellenlänge und war ausseror- dentlich gut in industriellen Anlagen für Trocknungszwecke geeignet.
B eis piel 2 : Das fliessfähige Gemisch der Probe Nr. 1 in Tabelle 1A wurde auf dieoberfläcben zahlrei- cher Asbestplatten aufgebracht und in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise getrocknet.
Die auf diese Weise beschichteten Platten wurden 180 min lang in einem Brennofen bei Temperaturen von 100,200, 250,300, 350,400, 450 und 500 C kalziniert, wobei die Proben A bis H von Heizkörpern erhalten wurden.
Bei diesen Proben wurde der elektrische Widerstand gemessen und das Auftreten von Beschädigungen be- obachtet.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengefasst :
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<tb>
<tb> Heizkölperprobe <SEP> Kalzinier-Elektrischer <SEP> Auftreten <SEP> von
<tb> temperatur <SEP> (C) <SEP> Widerstands- <SEP> Beschädigungen
<tb> wert
<tb> rVcfi/)
<tb> A <SEP> 100 <SEP> 179 <SEP> keine
<tb> B <SEP> 200 <SEP> 152 <SEP> keine
<tb> C <SEP> 250 <SEP> 55 <SEP> - <SEP> 62 <SEP> keine
<tb> D <SEP> 300 <SEP> 41, <SEP> 5-48 <SEP> keine
<tb> E <SEP> 350 <SEP> 28-34, <SEP> 5 <SEP> keine
<tb> F <SEP> 400 <SEP> 17 <SEP> - <SEP> 21 <SEP> keine
<tb> G <SEP> 450 <SEP> 17 <SEP> - <SEP> 21 <SEP> keine
<tb> H <SEP> 500 <SEP> 17 <SEP> - <SEP> 21 <SEP> Grundstruktur <SEP> war
<tb> gerissen
<tb>
Ein Vergleich der Werte der Proben gemäss Tabelle 2 zeigt, dass die Schwankungen mit der Zeit zwischen denWertenderProbeA und B,
die bei Temperaturen unter 250 C kalziniert wurden, sehr stark sind, was zeigt, dass die Proben A und B hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit unstabil sind, d. h., dass sie schlechte elektrische Eigenschaften besitzen, wogegen die Schwankungen mit der Zeit der Proben C bis H, die bei 250 C oder mehr kalziniert wurden, sehr gering sind, was anzeigt, dass diese Proben C bis H hinsichtlich elektrischer Leitfähigkeit stabil sind, d. h., dass sie ausgezeichnete elektrische Eigenschaften besitzen.
Weiters zeigt die Tabelle 2, dass bei keiner der Proben A bis G, die bei Temperaturen bis zu C kal- ziniertwurden, eineBeschädigung auftrat, hingegen eine Beschädigung nur bei der oberhalb 450 C kalzinierten Probe H eintrat, bei welcher auf Grund der hohen Temperatur Risse auf der Grundstruktur festgestellt werden konnten.
DieTabelle2zeigtfolglich, dass die geeignetste erfindungsgemäss anwendbare Kalzinierungstemperatur im Bereich von 250 bis 4500C liegt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung elektrothermischer, wärmeerzeugender Strukturen unter Verwendung einer Mischung, hergestellt durch Vermischen einer Kombination eines Siliconharze und eines Graphitpulvers mit einem organischen Lösungsmittel, als Überzugsmasse auf der Oberfläche einer hitzefesten, elektrisch nicht leitenden Grundstruktur, indem man die gegebenenfalls mit wenigstens einer Art eines elektrisch isolierenden Pulvers versetzte Überzugsmasse in an sich bekannter Weise auf die elektrisch nicht leitende Grundstruktur aufbringt, um darauf einen elektrothermischen, wärmeerzeugendenFilm zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass man die auf diese Weise beschichtete Grundstruktur bei einer Temperatur von 250 bis 450 C kalziniert.