DE102019008020A1 - Layer structure for a heat-emitting surface segment and method for producing such a layer structure - Google Patents

Layer structure for a heat-emitting surface segment and method for producing such a layer structure Download PDF

Info

Publication number
DE102019008020A1
DE102019008020A1 DE102019008020.3A DE102019008020A DE102019008020A1 DE 102019008020 A1 DE102019008020 A1 DE 102019008020A1 DE 102019008020 A DE102019008020 A DE 102019008020A DE 102019008020 A1 DE102019008020 A1 DE 102019008020A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
carrier material
layer structure
compensation layer
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102019008020.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Hans-Martin Voss
Mark Niederhaus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osnatech GmbH
Original Assignee
Osnatech GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osnatech GmbH filed Critical Osnatech GmbH
Priority to DE102019008020.3A priority Critical patent/DE102019008020A1/en
Publication of DE102019008020A1 publication Critical patent/DE102019008020A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/145—Carbon only, e.g. carbon black, graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/011—Heaters using laterally extending conductive material as connecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/04—Heating means manufactured by using nanotechnology

Landscapes

  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schichtaufbau für ein wärmeemittierendes Flächensegment und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtaufbaus. Es soll ein flächiges Heizsegment mit einer auf einem Trägermaterial gebildeten, elektrisch leitfähigen Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren bereit gestellt werden, bei dem im Betrieb eine thermisch bedingte Rissbildung vermieden ist. Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schichtaufbau für ein wärmeemittierendes Flächensegment, aufweisend eine bei Stromdurchfluss Wärme erzeugende Emissionsschicht, die über einem Trägermaterial eine sich geschlossen über einen Emissionsbereich erstreckende Schicht bildet, welche einen Anteil Kohlenstoffnanoröhren umfasst, wobei zwischen dem Trägermaterial und der Emissionsschicht eine zähelastische Kompensationsschicht angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, eine thermisch bedingte Verformbarkeit des Trägermaterials in einem Betriebstemperaturbereich sowie beim Abkühlen auf eine Umgebungstemperatur über einen Teilbereich ihrer Schichtdicke durch Verformung zu kompensieren und hierbei gleichzeitig eine dimensionsstabile Oberfläche beizubehalten. Zur Herstellung des Schichtaufbaus wird auf die Oberfläche eines Trägermaterials eine filmbildende, flüssig verarbeitbare und im getrockneten Zustand zähelastische Kompensationsschicht mit den vorgenannten Merkmalen aufgetragen und auf die Oberfläche der getrockneten Kompensationsschicht eine flüssig verarbeitbare, nach dem Auftragen einen elektrisch leitfähigen Film bildende Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren aufgetragen.The invention relates to a layer structure for a heat-emitting surface segment and a method for producing such a layer structure. The aim is to provide a flat heating segment with an electrically conductive coating with carbon nanotubes formed on a carrier material, in which thermally induced cracking is avoided during operation. The object is achieved by a layer structure for a heat-emitting surface segment, having an emission layer which generates heat when a current flows through it, which forms a layer over a carrier material which extends over an emission region and comprises a proportion of carbon nanotubes, with a viscoplastic compensation layer between the carrier material and the emission layer is arranged, which is designed to compensate for a thermally induced deformability of the carrier material in an operating temperature range and when cooling to an ambient temperature over a part of its layer thickness by deformation and at the same time to maintain a dimensionally stable surface. To produce the layer structure, a film-forming, liquid processable and in the dried state viscoplastic compensation layer with the aforementioned features is applied to the surface of a carrier material and a liquid processable coating with carbon nanotubes, which after application forms an electrically conductive film, is applied to the surface of the dried compensation layer.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Schichtaufbau für ein wärmeemittierendes Flächensegment und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtaufbaus.The invention relates to a layer structure for a heat-emitting surface segment and a method for producing such a layer structure.

Stand der TechnikState of the art

In etlichen Bereichen des täglichen Lebens besteht Bedarf für energie- und kosteneffiziente Heizsysteme. Hierbei ist in vielfältigen Anwendungssituationen der Einsatz elektrischer Flächenheizungen sinnvoll, durch welche Wärme bei einer relativ niedrigen Systemleistung über eine verhältnismäßig große Fläche abgegeben wird. Elektrische Flächenheizungen werden in der Praxis beispielsweise zur Beheizung der Innenräume von Gebäuden als Wand- oder Fußbodenheizung oder in Fahrgastkabinen von Verkehrsmitteln als Sitzheizungen, zur Beheizung des Armaturenbretts, Lenkrads, Dachhimmels oder der Türflächen eingesetzt. Zur Herstellung elektrischer Flächenheizungen ist im Stand der Technik allgemein bekannt, flächenförmige Elemente mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung zu versehen. Hierzu werden beispielsweise Kunststoffe oder Lacke verwendet, die mit Leitfähigkeitsrußen elektrisch leitfähig gemacht wurden. In jüngerer Zeit werden hierzu anstatt Rußpartikeln auch sog. Kohlenstoffnanoröhren (englisch als carbon nanotubes, abgekürzt CNT, bezeichnet) verwendet, mit welchen eine gewünschte Leitfähigkeit bereits mit erheblich geringeren Stoffmengen erreichbar ist. Kohlenstoffnanoröhren sind relativ kleine röhrenförmige Partikel aus Kohlenstoff, die unter anderem sehr gute elektrothermische Eigenschaften und eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dispersionen oder kunststoff- oder kunstharzbasierte Verbundsysteme mit einem prozentualen Gewichtsanteil von Kohlennanostoffröhren in Höhe von 0,1 bis 10 % erzeugen schon bei einem niedrigen Stromfluss verhältnismäßig viel Wärme, wie dies beispielsweise in den Druckschriften DE 20 2005 013 822 U1 , US 2007/0295714 A1 und 10 2009 034 306 B4 beschrieben ist. Beschichtungen aus derartigen Materialien emittieren bereits bei Oberflächentemperaturen unter 60° ein hohes Maß an thermischer Energie im Infratotbereich elektromagnetischer Strahlung. Durch die Verwendung einer flüssig verarbeitbaren, nach dem Auftragen auf ein Trägermaterial einen elektrisch leitfähigen Film bildenden Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren lassen sich auf nahezu beliebigen Oberflächen einfach und kostengünstig flächige Heizelemente herstellen. In der Praxis hat sich hierbei das Problem ergeben, dass die Heizbeschichtung bei Benutzung zur Rissbildung neigt. Der Effekt ist vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Trägermaterials abhängig. Aufgrund des Wärmeeintrags von der Heizbeschichtung in das Trägermaterial während des Betriebs kann sich dieses ausdehnen und auf seiner Oberfläche dimensional verformen. Ist die Verformung stark genug, führt dies zur Rissbildung in der darauf haftenden Heizbeschichtung. Zwischen den Risskanten können im Betrieb ferner Lichtbögen entstehen, die zur Zerstörung der Materialumgebung führen.There is a need for energy and cost-efficient heating systems in many areas of daily life. In this context, the use of electrical surface heating systems makes sense in a wide range of application situations, through which heat is given off over a relatively large area with a relatively low system output. In practice, electric surface heating systems are used, for example, to heat the interiors of buildings as wall or floor heating or in passenger cabins of means of transport as seat heaters, to heat the dashboard, steering wheel, headliner or door surfaces. To produce electrical surface heating systems, it is generally known in the prior art to provide sheet-like elements with an electrically conductive coating. For this purpose, for example, plastics or paints are used that have been made electrically conductive with conductive carbon black. More recently, instead of soot particles, so-called carbon nanotubes have also been used for this purpose, with which a desired conductivity can be achieved with significantly lower amounts of substance. Carbon nanotubes are relatively small, tubular particles made of carbon which, among other things, have very good electrothermal properties and good electrical conductivity. Dispersions or plastic or synthetic resin-based composite systems with a percentage by weight of carbon nanometer tubes of 0.1 to 10% generate a relatively high amount of heat even with a low current flow, as is the case, for example, in the publications DE 20 2005 013 822 U1 , US 2007/0295714 A1 and 10 2009 034 306 B4. Coatings made from such materials emit a high level of thermal energy in the infrared range of electromagnetic radiation even at surface temperatures below 60 °. By using a liquid-processable coating with carbon nanotubes that forms an electrically conductive film after application to a carrier material, flat heating elements can be produced simply and inexpensively on almost any surface. In practice, the problem has arisen that the heating coating tends to crack when in use. The effect depends on the thermal expansion coefficient of the respective carrier material. Due to the heat input from the heating coating into the carrier material during operation, the carrier material can expand and dimensionally deform on its surface. If the deformation is strong enough, this leads to the formation of cracks in the heating coating adhering to it. Furthermore, arcs can occur between the crack edges during operation, which lead to the destruction of the material environment.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die dargestellten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere soll ein flächiges Heizsegment mit einer auf einem Trägermaterial gebildeten, elektrisch leitfähige Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren bereit gestellt werden, bei dem im Betrieb eine thermisch bedingte Rissbildung vermieden ist.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages presented. In particular, a planar heating segment with an electrically conductive coating with carbon nanotubes formed on a carrier material is to be provided, in which thermally induced cracking is avoided during operation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schichtaufbau nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus nach Anspruch 6 gelöst, vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention by a layer structure according to claim 1 and a method for producing a layer structure according to claim 6; advantageous embodiments are described in the subclaims.

Der Kern der Erfindung bildet ein Schichtaufbau für ein wärmeemittierendes Flächensegment, aufweisend eine bei Stromdurchfluss Wärme erzeugende Emissionsschicht, die über einem Trägermaterial eine sich geschlossen über einen Emissionsbereich erstreckende Schicht bildet, welche einen Anteil Kohlenstoffnanoröhren umfasst, wobei zwischen dem Trägermaterial und der Emissionsschicht eine zähelastische Kompensationsschicht angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, eine thermisch bedingte Verformbarkeit des Trägermaterials in einem Betriebstemperaturbereich sowie beim Abkühlen auf eine Umgebungstemperatur über einen Teilbereich ihrer Schichtdicke durch Verformung zu kompensieren und hierbei gleichzeitig eine dimensionsstabile Oberfläche beizubehalten. Die bestimmungsgemäße Verwendung des wärmeemittierenden Flächensegments hat im Betriebstemperaturbereich einen Wärmeeintrag von der Emissionsschicht in die darunter befindlichen Schichten und damit auch in das Trägermaterial zur Folge. Der Betriebstemperaturbereich der Emissionsschicht liegt allgemein zwischen 45°C und 80°C, beim Einsatz im Innenbereich von Fahrgastkabinen vorzugsweise zwischen 50°C und 60°C. Abhängig vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Trägermaterials kann sich dieses durch einen Wärmeeintrag aus der Emissionsschicht im Betrieb ausdehnen und auf seiner Oberfläche dimensional verformen. Eine dimensionale Verformung der Oberfläche des Trägermaterials führt zur entsprechenden Verformung der darüber befindlichen zähelastischen Kompensationsschicht. Aufgrund ihrer zähelastischen Materialeigenschaft nimmt die Kompensationsschicht diese Verformung durch Nachgeben über einen Teil ihrer Schichtdicke auf, wobei ihre an die Emissionsschicht angrenzende Oberfläche aufgrund einer gleichzeitig ausreichenden Zähigkeit hinreichend dimensionsstabil bleibt. Abhängig vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten und den Materialeigenschaften des jeweiligen Trägermaterials kann sich dieses nach dem Abkühlen auf Umgebungstemperatur wieder zusammenziehen, was eine erneute dimensionale Verformung seiner Oberfläche zur Folge hat. Aufgrund ihrer zähelastischen Materialeigenschaft nimmt die Kompensationsschicht diese Verformung durch Ausdehnung über einen Teil ihrer Schichtdicke auf, wobei ihre an die Emissionsschicht angrenzende Oberfläche aufgrund einer gleichzeitig ausreichenden Zähigkeit wiederrum hinreichend dimensionsstabil bleibt. Die Kompensationsschicht kompensiert mithin dimensionale Verformungen der Oberfläche des Trägermaterials. Hierzu wird die Schichtdicke der Kompensationsschicht abhängig von ihrer spezifischen zähelastischen Materialeigenschaft und dem thermischen Ausdehnungsverhalten des jeweiligen Trägermaterials derart gewählt, dass im Betriebstemperaturbereich sowie beim Abkühlen auf die Umgebungstemperatur stets eine ausreichende Kompensationswirkung gegeben ist, bei der die Oberfläche der Kompensationsschicht zur Vermeidung einer Rissbildung in der Emissionsschicht ausreichend dimensionsstabil bleibt. Wenn sich das Trägermaterial beim Abkühlen zusammenzieht und wieder sein ursprüngliches Ausgangsvolumen bei Umgebungstemperatur einnimmt, wird durch das Ausdehnen der Kompensationsschicht zudem die Bildung von Kavitäten innerhalb des Schichtaufbaus verhindert.The core of the invention is a layer structure for a heat-emitting surface segment, having an emission layer that generates heat when current flows through it, which forms a closed layer over a carrier material, which extends over an emission area and comprises a proportion of carbon nanotubes, with a viscoplastic compensation layer between the carrier material and the emission layer is arranged, which is designed to compensate for a thermally induced deformability of the carrier material in an operating temperature range and when cooling to an ambient temperature over a part of its layer thickness by deformation and at the same time to maintain a dimensionally stable surface. The intended use of the heat-emitting surface segment results in an input of heat from the emission layer into the layers below and thus also into the carrier material in the operating temperature range. The operating temperature range of the emission layer is generally between 45 ° C and 80 ° C, preferably between 50 ° C and 60 ° C when used in the interior of passenger cabins. Depending on the thermal expansion coefficient of the respective carrier material, it can expand during operation due to the introduction of heat from the emission layer and dimensionally deform on its surface. A dimensional deformation of the surface of the carrier material leads to a corresponding deformation of the viscoplastic compensation layer located above it. Due to its viscoplastic material properties, the compensation layer absorbs this deformation by yielding over part of it Layer thickness, with its surface adjacent to the emission layer remains sufficiently dimensionally stable due to a simultaneously sufficient toughness. Depending on the thermal expansion coefficient and the material properties of the respective carrier material, it can contract again after cooling to ambient temperature, which results in a new dimensional deformation of its surface. Due to its viscoplastic material property, the compensation layer absorbs this deformation by expanding over part of its layer thickness, with its surface adjacent to the emission layer in turn remaining sufficiently dimensionally stable due to a simultaneously sufficient toughness. The compensation layer therefore compensates for dimensional deformations of the surface of the carrier material. For this purpose, the layer thickness of the compensation layer is selected depending on its specific viscoplastic material properties and the thermal expansion behavior of the respective carrier material in such a way that there is always a sufficient compensation effect in the operating temperature range and when cooling to the ambient temperature, in which the surface of the compensation layer to avoid cracking in the Emission layer remains sufficiently dimensionally stable. If the carrier material contracts when it cools and returns to its original volume at ambient temperature, the expansion of the compensation layer also prevents the formation of cavities within the layer structure.

Geeignete, am Markt kostengünstig erhältliche und gut verarbeitbare Materialien zur Bildung der Kompensationsschicht sind filmbildende, bei Verarbeitung sprüh-, spritz- oder streichfähige kunststoff-, kunstharz- oder bitumenbasierte Beschichtungsmaterialien oder Beschichtungssysteme aus entsprechenden Materialmischungen. Die zähelastische Materialeigenschaft der Kompensationsschicht ist hierbei zusätzlich durch die Zugabe von Additiven einstellbar.Suitable, inexpensive and easily processable materials for forming the compensation layer that are available on the market are film-forming, plastic, synthetic resin or bitumen-based coating materials or coating systems made from appropriate material mixtures that can be sprayed, sprayed or brushed during processing. The tough elastic material properties of the compensation layer can also be adjusted by adding additives.

Ein verarbeitungstechnisch erfahrungsgemäß besonders gut geeignetes Material zur Bildung der Kompensationsschicht ist eine filmbildende, bei Verarbeitung sprüh-, spritz- oder streichfähige Dispersion auf Kunstharzbasis, die einen Feststoffanteil eines polymeren Pulvers auf PVC-Basis und einen Weichmacher enthält. Der Feststoffanteil der zu verarbeitenden Dispersion beträgt vorzugsweise 50-60 %.In terms of processing experience, a particularly suitable material for forming the compensation layer is a film-forming dispersion based on synthetic resin which can be sprayed, sprayed or brushed on during processing and which contains a solid fraction of a polymeric powder based on PVC and a plasticizer. The solids content of the dispersion to be processed is preferably 50-60%.

Einen weiteren Kern der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für eine wärmeemittierende Oberfläche mit den Schritten

  • - Auftrag einer filmbildenden, flüssig verarbeitbaren und im getrockneten Zustand zähelastischen Kompensationsschicht mit den vorbeschriebenen Merkmalen auf die Oberfläche eines Trägermaterials,
  • - Auftrag einer flüssig verarbeitbaren, nach dem Auftragen einen elektrisch leitfähigen Film bildende Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren auf die Oberfläche der getrockneten Kompensationsschicht.
A further core of the invention is a method for producing a layer structure for a heat-emitting surface with the following steps
  • - Application of a film-forming, liquid processable and in the dried state viscoplastic compensation layer with the above-described features on the surface of a carrier material,
  • - Application of a liquid processable, after application, an electrically conductive film-forming coating with carbon nanotubes on the surface of the dried compensation layer.

Zur Verbesserung der Stabilität des Schichtaufbaus wird auf die Oberfläche des Trägermaterials vor dem Auftrag Kompensationsschicht ein Haftvermittler aufgetragen.To improve the stability of the layer structure, an adhesion promoter is applied to the surface of the carrier material before the application of the compensation layer.

Der Auftrag des Haftvermittlers und/oder der Kompensationsschicht und/oder der Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren erfolgt verfahrenstechnisch einfach durch ein Sprüh- oder Spritzverfahren.The application of the adhesion promoter and / or the compensation layer and / or the coating with carbon nanotubes is carried out in a process-technically simple manner by means of a spraying or spraying process.

Weitere Vorteile der Erfindung sind nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

  • 1 einen schematischen Querschnitt eines Schichtaufbaus,
  • 2 den Schichtaufbau gemäß 1 als schematische Teilschnittdarstellung in Aufsicht.
Further advantages of the invention are shown in more detail below together with the description of a preferred exemplary embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
  • 1 a schematic cross section of a layer structure,
  • 2 the layer structure according to 1 as a schematic partial sectional view from above.

1 zeigt den Schichtaufbau 1 in einer schematischen Querschnittsdarstellung. 2 zeigt den Schichtaufbau gemäß 1 als eine schematische Teilschnittdarstellung in Aufsicht. Der Schichtaufbau 1 besteht in der untersten Schicht aus dem Trägermaterial 2, das beispielsweise eine Wand in einem Wohngebäude oder ein Armaturenbrett, ein Dachhimmel oder die Türinnenverkleidung in der Fahrerkabine eines Kraftfahrzeugs sein kann. Auf dem Trägermaterial 2 befindet sich der Haftvermittler 3, der ein zur Haftungsvermittlung geeigneter Primer oder Haftgrund sein kann. Auf dem Haftvermittler 3 befindet sich die zähelastische Kompensationsschicht 4, die aus einer filmbildenden, bei Verarbeitung sprüh- oder spritzfähigen Dispersion auf einer Kunstharzbasis gebildet ist, welche einen Feststoffanteil eines polymeren Pulvers auf PVC-Basis und einen Weichmacher enthält, wobei der Feststoffanteil der zu verarbeitenden Dispersion etwa 55% beträgt. Eine entsprechende sprüh- oder spritzfähige Dispersion ist am Markt beispielsweise als geräuschdämmendes Unterbodenschutzpräparat erhältlich und hat sich in Vorversuchen überraschend als geeignet für die erfindungsgemäße technische Lösung erwiesen. Auf der Kompensationsschicht 4 befindet sich die Emissionsschicht 5, die eine sich geschlossen über einen Emissionsbereich erstreckende Schicht bildet und die aus einer Dispersion besteht, welche einen Anteil von 3% Kohlenstoffnanoröhren umfasst. Auf der Emissionsschicht 5 sind randseitig Kupferleitbahnen 6a und 6b angeordnet, die der elektrischen Kontaktierung der Emissionsschicht 5 mit zwei Polen einer Stromversorgung dienen. Im Übergangsbereich zwischen den Kupferleitbahnen 6a und 6b und der der Emissionsschicht 5 sind zusätzliche Kontaktstreifen 7a und 7b aus Silberlack aufgebracht, die der Verbesserung der elektrischen Kontaktierung dienen. 1 shows the layer structure 1 in a schematic cross-sectional view. 2 shows the layer structure according to 1 as a schematic partial sectional view from above. The layer structure 1 consists in the bottom layer of the carrier material 2 , which can be, for example, a wall in a residential building or a dashboard, a headliner or the door lining in the driver's cab of a motor vehicle. On the carrier material 2 is the adhesion promoter 3 , which can be a primer or primer suitable for imparting adhesion. On the adhesion promoter 3 there is the viscoplastic compensation layer 4th , which is formed from a film-forming, sprayable or sprayable dispersion on a synthetic resin base, which contains a solids content of a polymeric powder based on PVC and a plasticizer, the solids content of the dispersion to be processed being about 55%. A corresponding sprayable or sprayable dispersion is available on the market, for example, as a noise-insulating underbody protection preparation and has surprisingly proven to be suitable for the technical solution according to the invention in preliminary tests. On the compensation layer 4th is the emission layer 5 , which forms a layer that extends over an emission area in a closed manner and which consists of a dispersion which comprises a proportion of 3% carbon nanotubes. On the emission layer 5 are copper conductors on the edge 6a and 6b arranged, the electrical contacting of the emission layer 5 serve with two poles of a power supply. In the transition area between the copper conductors 6a and 6b and that of the emission layer 5 are additional contact strips 7a and 7b applied from silver lacquer, which serve to improve the electrical contact.

Zur Herstellung des Schichtaufbaus 1 wird nach einer entsprechenden Vorbehandlung der Oberfläche des Trägermaterials 2 zunächst der Haftvermittler 3 in einem Sprüh- oder Spritzverfahren auf das Trägermaterial 2 aufgetragen. Danach erfolgt ebenfalls in einem Sprüh- oder Spritzverfahren, zum Beispiel einem Airless-Verfahren, der Auftrag der Kompensationsschicht 4 auf den Haftvermittler 3. Airless bezeichnet ein Farbspritzverfahren, bei dem das Spritzmaterial ohne Luftzufuhr durch hohen Druck zerstäubt und auf die Oberfläche aufgebracht wird. Die Trockenschichtdicke (dies ist die Höhe des Auftrags der Kompensationsschicht 4 nach Trocknung) der Kompensationsschicht 4 ist gemäß ihrer spezifisch eingestellten zähelastischen Materialeigenschaft und in Abhängigkeit von dem thermischen Ausdehnungsverhalten des Trägermaterials 2 in einem Bereich zwischen 0,3 mm bis 3 mm derart gewählt, dass im praktischen Betriebstemperaturbereich der Emissionsschicht 5 zwischen 45°C und 80°C sowie beim Abkühlen auf Umgebungstemperatur stets eine ausreichende Kompensationswirkung gegeben ist, bei der die Oberfläche der Kompensationsschicht 4 zur Vermeidung einer Rissbildung in der Emissionsschicht 5 gleichzeitig hinreichend dimensionsstabil bleibt. Die entsprechend geeignete Schichtstärke wird durch Vorversuche bestimmt. Nach der Trocknung der Kompensationsschicht 4 erfolgt wiederrum in einem Sprüh- oder Spritzverfahren der Auftrag der Emissionsschicht 5 auf die Kompensationsschicht 4. Danach folgt eine Kontaktierung der Emissionsschicht 5 mittels den Kupferleiterbahnen 6a und 6b mittels eines Flamecon-Verfahrens oder als selbstklebendes Kupferband in Verbindung mit dem Auftrag der Kontaktstreifen 7a und 7b aus leitfähigem Silberlack.For the production of the layer structure 1 becomes after a corresponding pretreatment of the surface of the carrier material 2 first of all the adhesion promoter 3 in a spray or spray process on the carrier material 2 applied. The compensation layer is then applied using a spray or spray process, for example an airless process 4th on the adhesion promoter 3 . Airless describes a paint spraying process in which the spray material is atomized by high pressure without air supply and applied to the surface. The dry layer thickness (this is the level of the application of the compensation layer 4th after drying) the compensation layer 4th is according to its specifically set viscoplastic material properties and depending on the thermal expansion behavior of the carrier material 2 selected in a range between 0.3 mm to 3 mm such that in the practical operating temperature range of the emission layer 5 between 45 ° C and 80 ° C as well as when cooling to ambient temperature there is always a sufficient compensation effect in which the surface of the compensation layer 4th to avoid cracking in the emission layer 5 at the same time remains sufficiently dimensionally stable. The appropriate layer thickness is determined by preliminary tests. After the compensation layer has dried 4th in turn, the emission layer is applied in a spraying or spraying process 5 on the compensation layer 4th . This is followed by contacting the emission layer 5 by means of the copper conductor tracks 6a and 6b by means of a Flamecon process or as a self-adhesive copper tape in connection with the application of the contact strips 7a and 7b made of conductive silver lacquer.

Die Auslegung der Voltage und Stromstärke für die Stromversorgung der Emissionsschicht 5 und der hierdurch erreichbaren gewünschten Maximaltemperatur erfolgt in Abhängigkeit von der Bestimmung der Schichtstärke der Emissionsschicht 5 unter Berücksichtigung ihrer genauen Zusammensetzung, insbesondere des gewählten Gewichtsanteils von Kohlennanostoffröhren und den hierdurch gegebenen elektrothermischen Eigenschaften der Dispersion.The design of the voltage and current for the power supply of the emission layer 5 and the desired maximum temperature that can be achieved in this way is dependent on the determination of the layer thickness of the emission layer 5 taking into account their exact composition, in particular the selected weight fraction of carbon nanostuff tubes and the resulting electrothermal properties of the dispersion.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SchichtaufbauLayer structure
22
TrägermaterialCarrier material
33
HaftvermittlerAdhesion promoter
44th
KompensationsschichtCompensation layer
55
EmissionsschichtEmission layer
6a, 6b6a, 6b
KupferleitbahnCopper conductor
7a, 7b7a, 7b
KontaktstreifenContact strips

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 202005013822 U1 [0002]DE 202005013822 U1 [0002]
  • US 2007/0295714 A1 [0002]US 2007/0295714 A1 [0002]

Claims (8)

Schichtaufbau für ein wärmeemittierendes Flächensegment, aufweisend eine bei Stromdurchfluss Wärme erzeugende Emissionsschicht, die über einem Trägermaterial eine sich geschlossen über einen Emissionsbereich erstreckende Schicht bildet, welche einen Anteil Kohlenstoffnanoröhren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägermaterial und der Emissionsschicht eine zähelastische Kompensationsschicht angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, eine thermisch bedingte Verformbarkeit des Trägermaterials in einem Betriebstemperaturbereich sowie beim Abkühlen auf eine Umgebungstemperatur über einen Teilbereich ihrer Schichtdicke durch Verformung zu kompensieren und hierbei gleichzeitig eine dimensionsstabile Oberfläche beizubehalten.Layer structure for a heat-emitting surface segment, having an emission layer which generates heat when current flows through and which forms a layer over a carrier material which extends over an emission region and comprises a portion of carbon nanotubes, characterized in that a viscoplastic compensation layer is arranged between the carrier material and the emission layer, which is designed to compensate for a thermally induced deformability of the carrier material in an operating temperature range and when cooling to an ambient temperature over a sub-range of its layer thickness by deformation and at the same time to maintain a dimensionally stable surface. Schichtaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschicht aus einem filmbildenden, bei Verarbeitung sprüh-, spritz- oder streichfähigen kunststoff- und/oder kunstharz- und/oder bitumenbasierten Beschichtungsmaterial oder Beschichtungssystem gebildet ist.Layer structure according to Claim 1 , characterized in that the compensation layer is formed from a film-forming plastic and / or synthetic resin and / or bitumen-based coating material or coating system that can be sprayed, sprayed or brushed during processing. Schichtaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähelastizität der Kompensationsschicht durch Additive eingestellt ist.Layer structure according to Claim 2 , characterized in that the toughness of the compensation layer is adjusted by additives. Schichtaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschicht durch eine filmbildende, bei Verarbeitung sprüh-, spritz- oder streichfähige Dispersion auf Kunstharzbasis gebildet ist, die einen Feststoffanteil eines polymeren Pulvers auf PVC-Basis und einen Weichmacher enthält.Layer structure according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the compensation layer is formed by a film-forming, during processing sprayable, sprayable or brushable dispersion based on synthetic resin, which contains a solid fraction of a polymeric powder based on PVC and a plasticizer. Schichtaufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffanteil der zu verarbeitenden Dispersion 50-60 % beträgt.Layer structure according to Claim 4 , characterized in that the solids content of the dispersion to be processed is 50-60%. Herstellungsverfahren für einen Schichtaufbau für eine wärmeemittierende Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass - auf die Oberfläche eines Trägermaterials eine filmbildende, flüssig verarbeitbare und im getrockneten Zustand zähelastische Kompensationsschicht nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 aufgetragen wird, - auf die Oberfläche der getrockneten Kompensationsschicht eine flüssig verarbeitbare, nach dem Auftragen einen elektrisch leitfähigen Film bildende Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren aufgetragen wird,Production method for a layer structure for a heat-emitting surface, characterized in that - on the surface of a carrier material a film-forming, liquid processable and in the dried state viscoplastic compensation layer according to one or more of the Claims 1 to 5 - a liquid processable coating with carbon nanotubes, which forms an electrically conductive film after application, is applied to the surface of the dried compensation layer, Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Trägermaterials vor dem Auftrag Kompensationsschicht ein Haftvermittler aufgetragen wird.Manufacturing process according to Claim 6 , characterized in that an adhesion promoter is applied to the surface of the carrier material before the application of the compensation layer. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftrag des Haftvermittlers und/oder der Kompensationsschicht und/oder der Beschichtung mit Kohlenstoffnanoröhren in einem Sprüh- oder Spritzverfahren aufgetragen wird.Manufacturing process according to Claim 6 or 7th , characterized in that the application of the adhesion promoter and / or the compensation layer and / or the coating with carbon nanotubes is applied in a spraying or spraying process.
DE102019008020.3A 2019-11-19 2019-11-19 Layer structure for a heat-emitting surface segment and method for producing such a layer structure Withdrawn DE102019008020A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019008020.3A DE102019008020A1 (en) 2019-11-19 2019-11-19 Layer structure for a heat-emitting surface segment and method for producing such a layer structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019008020.3A DE102019008020A1 (en) 2019-11-19 2019-11-19 Layer structure for a heat-emitting surface segment and method for producing such a layer structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019008020A1 true DE102019008020A1 (en) 2021-05-20

Family

ID=75683378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019008020.3A Withdrawn DE102019008020A1 (en) 2019-11-19 2019-11-19 Layer structure for a heat-emitting surface segment and method for producing such a layer structure

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019008020A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202005013822U1 (en) * 2005-05-19 2006-09-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Nanotube laminar system, useful in actuator, sensor and tissue engineering, comprises nanotubes and fibers, where the nanotubes are absorbed in the fibers
US20070295714A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-27 Tsinghua University Flexible electrothermal composite and heating apparatus having the same
US20140370268A1 (en) * 2013-06-12 2014-12-18 Ppg Industries Ohio, Inc. Rapidly Curable Electrically Conductive Clear Coatings
DE102009034306B4 (en) * 2009-07-21 2015-07-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Heating element and method for its production
US20190037644A1 (en) * 2017-07-31 2019-01-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Structure, planar heater including the same, heating device including the planar heater, and method of preparing the structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202005013822U1 (en) * 2005-05-19 2006-09-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Nanotube laminar system, useful in actuator, sensor and tissue engineering, comprises nanotubes and fibers, where the nanotubes are absorbed in the fibers
US20070295714A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-27 Tsinghua University Flexible electrothermal composite and heating apparatus having the same
DE102009034306B4 (en) * 2009-07-21 2015-07-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Heating element and method for its production
US20140370268A1 (en) * 2013-06-12 2014-12-18 Ppg Industries Ohio, Inc. Rapidly Curable Electrically Conductive Clear Coatings
US20190037644A1 (en) * 2017-07-31 2019-01-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Structure, planar heater including the same, heating device including the planar heater, and method of preparing the structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69908016T2 (en) Composition containing nanotubes and an organic compound
DE69922289T2 (en) Polymeric fuel cell separator and method of manufacture
DE102008042237A1 (en) Metallic coating
DE12702329T1 (en) Aircraft anti-icing, de-icing and heating configuration, integration and powering systems, as well as aerodynamic and complex surfaces
DE102008050772A1 (en) Multi-layered adhesive element for closure of openings in car body parts, has carrier film, self-adhesive damping mass, over-paintable corrosion protective layer applied on side of the film, sliding layer, and electrically insulating layer
DE102009034306B4 (en) Heating element and method for its production
DE102015213622A1 (en) Thermally conductive material and method of making a thermally conductive material
DE102010013362A1 (en) Substrate for a field emitter, process for the preparation of the substrate and use of the substrate
EP3288890B1 (en) Conductive film for a resistance heater
DE102012207708A1 (en) Heating device for component e.g. fan installed in vehicle, has contact unit that is electrically connected with electrical conductive carbon nanotube-free coating layer formed on substrate, for electrical contacting coating layer
DE202018006104U1 (en) Polymer-based substrate
DE102019008020A1 (en) Layer structure for a heat-emitting surface segment and method for producing such a layer structure
EP3720902B1 (en) Polymer-based substrate and method for the production thereof
EP3035771B1 (en) Electrically conductive polymeric fabric
EP2025707A1 (en) Cable extrudate and method for its manufacture and application
DE102018219929A1 (en) Heated squeegee for a wiper blade
DE102019003555A1 (en) Method of making conductive vegetable material, conductive vegetable material and use
DE102018204407A1 (en) Function-integrated temperature control in steel-plastic hybrids with thermally conductive fillers
DE102017212579A1 (en) Heating element and method of manufacturing a heating element
DE102014224842A1 (en) Method for producing a heating device in a vehicle
DE102016107032A1 (en) Heating element with dielectrically coated housing
DE102012211698A1 (en) Method for producing a low-friction coating layer
DE202008018378U1 (en) Adhesive element and use of an adhesive element
WO2024133951A1 (en) Metal sheet or strip and method for producing same
DE102021101393A1 (en) heating device

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee