Die Erfindung betrifft einen isolierten Flächenheizleiter, der aus einem halbleitenden Kern und einer Hülle aus schweissbarem und/oder klebbarem Kunststoff besteht.
Derartige Flächenheizleiter sind vielfach im Einsatz. um eine gleichmässige Envärmung des Bodens, der Wand- oder Deckenfläche von Gebäuden zu bewirken. Sie müssen zahlreichen, einander teilweise widersprechenden Anforderungen genügen, weshalb die Materialauswahl trotz des grossen Angebotes nicht einfach ist und bisher keine vollständig befriedigende Lösung gefunden hat.
Der Kern muss einen bestimmten spezifischen Flächenwiderstand besitzen, mechanisch und thermisch widerstandsfähig und chemisch beständig sein. Als Werkstoffe hierfür haben sich Kohlepapier. mit Kohle beschichtete Zellulosefasern, mit Acrylaten und einer Kohlenstoffdispersion getränkte Textilfasern und mit einer solchen Dispersion beschichtete Polyesterfolien bewährt. Hervorragende Eigenschaften besitzen auch mit Kohlenstoff beschichtete Glasfasergewebe und PTFE-Folien mit eingelagertem Kunststoff, jedoch sind die letzteren Kernwerkstoffe wesentlich kostspieliger in der Herstellung und schwienger zu verarbeiten.
Die Hülle soll für die elektrische Isolation des Kernes sorgen und eine leichte Verlegung des Flächenheizleiters ermöglichen. Hierzu gehören ausreichende mechanische Festigkeit. gutes Isolationsvermögen und die Möglichkeit. verschiedene Flächenheizleiterstücke miteinander zu verschweissen oder zu verkleben. Ferner muss die Hülle mit dem Kern chemisch verträglich sein.
Ein Werkstoff, der diese Forderungen weitgehend erfüllt.
ist die Polyester-Folie. Diese hat jedoch den Nachteil einer leichten Entflammbarkeit. so dass mit Polyesterfolie isolierte Flächenheizleiter in brandgefährdeten Gebäuden nicht eingesetzt werden können. Auch in normalen Gebäuden stört die leichte Entzündbarkeit derartiger Flächenheizleiter. insbeson dere in Anbetracht der Gefahr einer örtlichen Überhitzung.
Die Flächenheizleiter mit unbrennbarem Kern (insbesondere auf der Grundlage von PTFE oder Glasfasergewebe) sind zwar nicht so stark brandgefährdet. aber auch hier ist eine Entzündung der äusseren Hülle und dadurch die Weiterleitung eines Brandes durch örtliche Überhitzung des Heizwiderstandes oder äussere Feuereinwirkung nicht ausgeschlossein. Dies gilt um so mehr. als die Flächenheizleiter der letzteren Art im allgemeinen mit Hilfe von Holzlatten an der Raumdecke abgehängt werden: durch die Entflammbarkeit der Hülle kann sich ein etwaiger Brand von einer derartigen Holzlatte zur nächsten ausbreiten.
Die Erfindung hat die Aufgabe. einen isolierten Flächenheizleiter der angegebenen Art bereitzustellen, der unter Beibehaltung der mechanischen und verlegungstechnischen Vorteile der bekannten Flächenheizleiter schwer entflammbar ist.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht. dass die Hülle des Flächenheizleiters aus einem schwer entflammbaren Stoff besteht. der der Gruppe der Polyamide oder der fluor- oder schwefelhaltigen Kunststoffe angehört. Die Auswahl eines optimalen Isolationsmaterials aus diesen Stoffklassen richtet sich nach den gewünschten Endeigenschaften. wie Grad der Entflammbarkeit. mechanische. elektrische und thermische Eigenschaften und nicht zuletzt nach den Anforderungen hinsichtlich Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit.
Bei Verwendung eines erfindungsgemäss mit schwer ent fiammbarer Hülle versehenen Flächenheizleiters ist es von sekundärer Bedeutung, ob der halbleitende Kern ebenfalls schwer entflammbar ist, weil die Hülle wirksam eine Entzündung des Kerns verhindert. Wenn also der Kern wie bekannt aus Kohlenstoff und einem organischen Trägermaterial besteht, ist es möglich. das Trägermaterial aus einem verhältnismässig leicht entflammbaren Kunststoff herzustellen, falls dessen mechanische und elektrische Eigenschaften geeignet sind.
Hüllen aus Polyamid sind schwer entflammbar und haben sehr vorteilhafte mechanische Eigenschaften. müssen aber verhältnismässig dick ( > 50,zm) gemacht werden, um elektrische Durchschläge zu verhindern.
Bei der Auswahl eines Materials für die isolierende Hülle aus der Reihe der Fluorkunststoffe gilt die allgemeine Regel.
dass die Schwerentflammbarkeit mit steigendem Gehalt an Wasserstoffatomen in der Polymerkette abnimmt.
So sind für die Isolation der Reihe nach folgende nichtelastische Kunststoffe geeignet:
Chlortrifluoräthylen/Äthylen-Copolymerisat (ECTFE);
Tetrafluoräthylen ithylen-Copolymerisat (ETFE) (Handelsnamen Tefzel. Hostaflon ET);
Polyvinylidenfluorid (PVDF); Polytrifluoräthylen (PCTFE): Tetrafluoräthylen/Hexafluorpropylen-Mischpolimerisat (FEP).
Diese Polymeren sind thermoplastisch verarbeitbar und schweissbar bzw. verklebbar. Sie lassen sich zu Folien extrudieren und auf den halbleitenden Kern eines Flächenheizleiters kaschieren. Die Verschweissung von ETFE-Folien mit handelsüblichen Geräten stösst allerdings auf Schwierigkeiten: es empfiehlt sich deshalb. derartige Folien mit einem dünnen Polyamid-Überzug zu versehen, um so eine leichtere Verschweissbarkeit zu erzielen.
Ausser diesen nicht elastischen Fluorkunststoffen können mit Vorteil die flexiblen Fluorelastomere Verwendung finden. Typische Vertreter dieser Stoffklasse sind: Copolymerisate auf der Basis der Monomeren Hexafluorpropylen. Vinyli denfluorid und gegebenenfalls Tetrafluoräthylen, die unter dem Handelsnamen Viton bekannt sind.
Sie eignen sich besonders zur Beschichtung von Geweben und haben gute mechanische. elektrische und chemische Eigenschaften. Es konnte festgestellt werden, dass auch ihre Entflammbarkeit sehr gering ist.
Zusätzlich zu den erwähnten Fluorkunststoffen kommen bestimmte schwefelhaltige Polymere in Frage. Deren Aus wahl ist zwar im Vergleich zu den Fluorkunststoffen beschränkt. jedoch besitzen sie gegenüber diesen den Vorteil.
dass sie überaus steif und zäh sind und damit eine wertvolle Ergänzung zu den relativ weichen Fluorkunststoffen darstellen. Besonders geeignet sind jene schwefelhaltigen Kunststoffe, die der Gruppe der Polyphenylsulfide oder Polyphenylsulfone angehören. wobei funktionelle Gruppen sowohl in der Haupt- als auch in der Neben kette der Polymere eingebaut sein können. Typische Vertreter dieser Klasse sind Polymere.
die den nachstehenden Summenformeln genügen, wobei n ein Vielfaches eines Monomers bedeutet:
EMI1.1
Es wurde festgestellt, dass auch diese Kunststoffe schwer entflammbar sind und sich gut als Umhüllung eines Flächenheizleiters eignen.
Die mit einer isolierenden Hülle aus einem der erwähnten Stoffe versehenen Flächenheizleiter erweisen sich selbst dann als schwer oder gar nicht entflammbar, wenn der halbleitende Kern aus einem leicht entzündlichen Werkstoff besteht; denn infolge der allseits geschlossenen widerstandsfähigen Hülle hat der Luftsauerstoff keinen Zutritt zum Kern, so dass dieser trotz seiner Entzündlichkeit nicht in Flammen geraten kann.
The invention relates to an insulated surface heating conductor which consists of a semiconducting core and a sheath made of weldable and / or adhesive plastic.
Such surface heating conductors are widely used. in order to achieve an even warming of the floor, wall or ceiling surface of buildings. They have to meet numerous, sometimes contradicting requirements, which is why the choice of materials is not easy despite the wide range and has not yet found a completely satisfactory solution.
The core must have a specific surface resistance, be mechanically and thermally resistant and chemically resistant. Carbon paper has proven to be the material for this. Cellulose fibers coated with carbon, textile fibers impregnated with acrylates and a carbon dispersion and polyester films coated with such a dispersion have proven successful. Glass fiber fabrics coated with carbon and PTFE foils with embedded plastic also have excellent properties, but the latter core materials are much more expensive to manufacture and more difficult to process.
The sheath should ensure the electrical insulation of the core and enable easy installation of the surface heating conductor. This includes sufficient mechanical strength. good insulation and the possibility. to weld or glue different surface heating conductor pieces together. Furthermore, the shell must be chemically compatible with the core.
A material that largely meets these requirements.
is the polyester film. However, this has the disadvantage of being easily flammable. so that surface heating conductors insulated with polyester film cannot be used in buildings at risk of fire. The easy flammability of such surface heating conductors is also a problem in normal buildings. especially in view of the risk of local overheating.
The surface heating conductors with a non-flammable core (especially based on PTFE or glass fiber fabric) are not so much at risk of fire. but here, too, an ignition of the outer shell and thus the spread of a fire through local overheating of the heating resistor or external exposure to fire cannot be ruled out. This is all the more true. than the surface heating conductors of the latter type are generally suspended from the ceiling with the help of wooden slats: due to the flammability of the shell, any fire can spread from one wooden slat to the next.
The invention has the task. to provide an insulated surface heating conductor of the specified type which is flame-retardant while maintaining the mechanical and installation-related advantages of the known surface heating conductor.
This is achieved according to the invention. that the shell of the surface heating conductor is made of a flame-retardant material. which belongs to the group of polyamides or fluorine- or sulfur-containing plastics. The selection of an optimal insulation material from these classes of substances depends on the desired end properties. like degree of flammability. mechanical. electrical and thermal properties and, last but not least, the requirements for chemical and solvent resistance.
When using a surface heating conductor provided with a flame-retardant sheath according to the invention, it is of secondary importance whether the semiconducting core is also flame-retardant, because the sheath effectively prevents the core from igniting. So if the core consists of carbon and an organic carrier material, as is known, it is possible. to produce the carrier material from a relatively easily inflammable plastic, if its mechanical and electrical properties are suitable.
Polyamide casings are flame-retardant and have very advantageous mechanical properties. but must be made relatively thick (> 50, cm) to prevent electrical breakdowns.
When choosing a material for the insulating sheath from the range of fluoroplastics, the general rule applies.
that the flame retardancy decreases with increasing content of hydrogen atoms in the polymer chain.
The following non-elastic plastics are suitable for insulation in sequence:
Chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer (ECTFE);
Tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) (trade names Tefzel. Hostaflon ET);
Polyvinylidene fluoride (PVDF); Polytrifluoroethylene (PCTFE): Tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene mixed polymer (FEP).
These polymers can be processed thermoplastically and welded or glued. They can be extruded into foils and laminated onto the semiconducting core of a surface heating conductor. However, the welding of ETFE foils with commercially available devices encounters difficulties: it is therefore recommended. to provide such films with a thin polyamide coating in order to achieve easier weldability.
In addition to these non-elastic fluoroplastics, the flexible fluoroelastomers can be used with advantage. Typical representatives of this class of substances are: Copolymers based on the monomers hexafluoropropylene. Vinyli denfluorid and optionally tetrafluoroethylene, which are known under the trade name Viton.
They are particularly suitable for coating fabrics and have good mechanical properties. electrical and chemical properties. It was found that their flammability is also very low.
In addition to the fluoroplastics mentioned, certain sulfur-containing polymers can be used. Their selection is limited compared to the fluoroplastics. however, they have the advantage over them.
that they are extremely stiff and tough and thus represent a valuable addition to the relatively soft fluoroplastics. Those sulfur-containing plastics that belong to the group of polyphenyl sulfides or polyphenyl sulfones are particularly suitable. it is possible for functional groups to be incorporated both in the main chain and in the secondary chain of the polymers. Typical representatives of this class are polymers.
which satisfy the following empirical formulas, where n is a multiple of a monomer:
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It was found that these plastics are also flame-retardant and are well suited as a cover for a surface heating conductor.
The surface heating conductors provided with an insulating sheath made of one of the substances mentioned prove to be difficult or non-flammable even if the semiconducting core consists of an easily flammable material; Because the resistant envelope is closed on all sides, the atmospheric oxygen has no access to the core, so that it cannot catch fire despite its flammability.