DE102020121679A1

DE102020121679A1 - Nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde, Verbundmaterial hieraus und Verwendung eines derartigen Materials

Info

Publication number: DE102020121679A1
Application number: DE102020121679.3A
Authority: DE
Inventors: Mirko Bauer; Anja Schumann
Original assignee: Tenowo GmbH
Current assignee: Tenowo GmbH
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-02-24
Also published as: WO2022037928A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein nähwirkverfestiges Vliesstoffgebilde mit mindestens einer Maschenschicht aus Stapelfasern, wobei Öffnungen auf der Maschenschicht durch Maschenstege voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß weisen die Maschenstege eine durch Bedrucken aufgebrachte Schicht aus einem Kohlenstoff-basierten leitfähigen Material auf, wobei die Öffnungen der Maschenschicht im Wesentlichen von einem diesbezüglichen Material freibleiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde, mit mindestens einer Maschenschicht aus Stapelfasern, wobei Öffnungen auf der Maschenschicht durch Maschenstege voneinander getrennt sind, ein Verbundmaterial, bestehend aus einem derartigen nähwirkverfestigten Vliesstoffgebilde sowie eine Verwendung der vorerwähnten Materialien gemäß der Lehre des Anspruches 1, 8 bzw. 9.
Bekanntermaßen werden im Fahrzeugbau Sitzkonstruktionen eingesetzt, die über die Möglichkeit der elektrischen Beheizung aber auch Kühlung, das heißt insgesamt einer Klimatisierung verfügen.
Üblicherweise wird ein Metallgestell mit einem Sitzschaum versehen. Darüber wird ein Bezug angeordnet, der als Verbund, bestehend aus einem Oberstoff, kaschiert auf Schaumstoff, realisiert ist.
Alternativ zum Schaumstoffeinsatz besteht die Möglichkeit, voluminöse Vliesstoffe, beispielsweise Multiknit, einzusetzen.
In den Seitenwangen oder Kopfstützen wird auch Malivlies als Polstermaterial verwendet.
Sitzheizungen, basierend auf Heizdrähten, respektive unter Nutzung metallisierter Garne sind aufgrund möglicher Kabelbrüche fehleranfällig. Es kann hier zu Hotspots oder zu einem generellen Funktionsausfall kommen.
Weiterhin ist die Temperaturverteilung nicht ausreichend homogen. Eine Beheizung von Teilflächen ist problematisch.
Dadurch, dass elektrische Sitzheizungen zwischen Sitzschaum und Bezugsmaterial angeordnet werden, befinden sich diese relativ weit von der zu beheizenden Oberfläche entfernt. Würde man die Heizdrahtanordnungen dichter in Richtung Oberfläche anordnen, werden diese sichtbar oder fühlbar, was für den Benutzer nachteilig ist.
Aus der WO 2007/056557 A1 oder der WO 2014/202768 A1 sind vliesstoffbasierte Flächenheizungen mit Heizschicht vorbekannt. Dabei wurde auch vorgeschlagen, die Heizschicht direkt auf das Dekor- oder Trägermaterial im Automobilinnenraum aufzubringen.
Grundsätzlich wird aber ein Substrat mit homogener, geschlossener und wenig saugfähiger Oberfläche benötigt.
Bei dem Klebeband aus Vliesstoff gemäß DE 199 23 399 A1 wird eine Klebemasse mittels Siebdruck oder ähnlicher Verfahren aufgetragen. Dabei kommt es ausschließlich auf das Auftragen einer ausreichenden Menge von Klebstoff an, wobei sogar gewünscht ist, dass die Verteilung des Klebstoffes auf dem Klebeband gleichmäßig und intensiv vorliegt.
Die DE 10 2015 220 253 A1 offenbart eine Anordnung von Verkleidungselementen für ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel einer Tür, einem Dachhimmel oder einem Lenkrad, wobei eine leitfähige Beschichtung auf der Rückseite der Dekorlage oder einem Trägerteil aufgebracht wird. Die Beschichtung kann hier gleichzeitig zur Ausbildung einer Klebeverbindung dienen.
Gemäß der DD 232 407 A3 ist das Bedrucken von Florware, zum Beispiel Teppichen, bekannt. Das Bedrucken erfolgt hier auf der Polseite. Der anschließend notwendige Vorgang zum Entfernen überflüssiger Druckfarbe nebst Trocknung gestaltet eine derartige Lösung sehr aufwändig und kostenintensiv.
Bezüglich der Herstellung von Vlies- oder Polvliesgewirken sei auf die DD 288 634 A5 und den dort geschilderten Stand der Technik verwiesen.
Gemäß dem dort vorgestellten Nähwirken wird hierunter ein Durchstechen eines oder mehrerer zugeführter Medien durch in einer Reihe angeordnete, gleichsinnig arbeitende Nadeln verstanden. Die an den Nadeln vorhandenen Haken werden zeitweise verschlossen. Dies dient dem Zweck des Verfestigens des entsprechenden Mediums zu einem textilen Flächengebilde oder aber auch der Änderung des Oberflächencharakters eines vorhandenen Flächengebildes. Diesbezüglich wird aus dem Material des durchstochenen Mediums eine Maschenbildung vorgenommen.
Bei den zugeführten Medien kann es sich um glattgestreckte, geformte Fadenlagen mit Längs- oder Querlegung, Vliese oder flächige Grundbahnen handeln. Die Nadeln mit spitzem und verschließbarem Haken werden als sogenannte Schiebernadeln mit separat angetriebenem Schließdraht bezeichnet.
Ein Vliesgewirke ist demnach ein durch Maschenbildung aus Stapelfasern verfestigter Vliesstoff, der beispielsweise anstelle eines Schaummaterials in einem Kraftfahrzeugsitz verwendet werden kann.
Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, ein nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde mit mindestens einer Maschenschicht aus Stapelfasern, welches Öffnungen auf der Maschenschicht aufweist, die durch Maschenstege getrennt sind, so zu ertüchtigen, dass mindestens Teilabschnitte elektrisch leitfähig sind, einen definierten elektrischen Widerstand aufweisen und zum Beispiel sich als geeignet für Heizzwecke, zum Beispiel für Kraftfahrzeugsitzheizungen, erweisen.
Das nähwirkverfestigte Vliesstoffgebilde soll darüber hinaus zu einem Verbundmaterial weitergebildet werden können.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, durch ein Verbundmaterial nach Anspruch 8 sowie durch die erfindungsgemäße Verwendung eines derartigen nähwirkverfestigten Vliesstoffgebildes bzw. Verbundmaterials gemäß Anspruch 9.
Wie erläutert, wird von einem nähwirkverfestigten Vliesstoffgebilde ausgegangen, das mindestens eine Maschenschicht aus Stapelfasern aufweist. Öffnungen auf der Maschenschicht sind durch Maschenstege voneinander getrennt, das heißt zwischen den Maschenstegen bilden sich die Öffnungen aus.
Erfindungsgemäß weisen die Maschenstege eine durch Bedrucken aufgebrachte Schicht aus einem Kohlenstoff-basierten leitfähigen Material auf, wobei die Öffnungen der Maschenschicht im Wesentlichen von einem diesbezüglichen leitfähigen Material freibleiben.
In Ausgestaltung der Erfindung sind lediglich Teilflächen mit der Schicht aus dem leitfähigen Material versehen, wobei die Teilflächen elektrisch verschaltbar sind.
Bei dem Vliesstoffmaterial kann es sich um ein Malivlies-, Kunit- oder Multiknit-Vliesgewirke handeln.
Bei einem Multiknit-Vliesgewirke ist mindestens eine vermaschte Oberflächenseite mit der Schicht aus leitfähigem Material versehen. Hier wird insbesondere die stärker vermaschte Oberflächenseite ausgewählt.
Erfindungsgemäß weist das leitfähige Material in Form einer wässrigen Tinte Kohlenstoff-Nanoröhrchen, das heißt sogenannte CNT, auf.
Der Durchmesser der CNT liegt im Wesentlichen zwischen 0,5 und 50 nm. Die Röhrchen selbst sind langgestreckt und z. B. offen ausgebildet.
Die längliche Struktur der Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann einer Verformung oder Dehnung des Vliesstoffgebildes folgen. Hierdurch ist der Kontakt zwischen den einzelnen leitfähigen Partikeln der Beschichtung sichergestellt. Die Leitfähigkeit ändert sich nur unwesentlich.
Im Gegensatz hierzu würde bei sphärischen Partikeln sich der Abstand der Partikel und damit die Leitfähigkeit unerwünscht stark ändern.
Der auf CNT-basierten Tinte bzw. Druckfarbe können auch weitere leitfähige Partikel zugegeben sein. Hier kann es sich beispielsweise um Leitruß handeln.
Bevorzugt wird zum Ausbilden der leitfähigen Schicht auf ein Siebdruckverfahren zurückgegriffen, da sich hierbei größere Auftragsmengen realisieren lassen.
In überraschender Weise wurde gefunden, dass die Rastung bzw. die Geometrie der Druckschablone nicht speziell auf die Oberflächenstruktur des Vliesstoffes abzustimmen ist. Eine gleichmäßige Schichtbildung auf der Maschenschicht wird unabhängig von der Rasterung der Schablone erreicht.
Selbstverständlich können aber auch alternative Verfahren zum Bedrucken oder Beschichten zum Einsatz kommen, welche die gewünschte verbleibende offene Struktur des Vliesstoffgebildes nicht beeinträchtigen.
Zur elektrischen Verschaltung können Leiterbahnen vorgesehen sein, welche eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die gedruckte Heizfläche aufweisen. Diese elektrischen Leiterbahnen können auf unterschiedlichsten Technologien basieren, beispielsweise leitfähige Garne, metallische Folien, aber auch gedruckte Bereiche umfassen. Das Aufbringen der Leiterbahnen, die als Elektroden zur Stromzuführung dienen, kann vor oder nach dem Bedrucken der eigentlichen Heizfläche vorgenommen werden.
Als besonderer Vorteil ist festzuhalten, dass die durch Drucken erhaltene Beschichtung aus leitfähigem Material weder sichtbar, noch fühlbar ist, wenn der entsprechend fertige Aufbau, zum Beispiel eines Fahrzeugsitzes erfolgt. Das Material bleibt trotz der Bedruckung flexibel, dehnbar, elastisch und atmungsaktiv. Die erhaltene offene Materialstruktur und die Beschränkung der leitfähigen Beschichtung auf die Maschenstege fördert die gewünschte Atmungsaktivität mit einem guten Feuchtigkeitstransport. Gerade bei Fahrzeugsitzen, die neben der Möglichkeit einer Beheizung auch belüftet und damit gekühlt werden, stellt sich dies als besonders zweckmäßig dar. Dies trifft besonders auch dann zu, wenn die elektrischen Leiterbahnen ebenfalls gedruckt sind.
Es liegt im Sinne der Erfindung, die durch Drucken erhaltene Beschichtung mit leitfähigem Material auf einzelne ansteuerbare Segmente oder Teilflächen zu begrenzen, um bestimmte Bereiche, zum Beispiel eines Fahrzeugsitzes oder einer Kopfstütze oder dergleichen Bauteilen unterschiedlich mit Heizenergie zu versorgen.
Aufgrund der nicht vollflächigen, aber dennoch durchgängigen leitfähigen Flächen führen kleinere Beschädigungen der Beschichtung nicht zu einer Beeinflussung der Funktionalität im Gegensatz zu üblichen Heizdrähten. Die Entstehung von Hotspots oder ein Totalausfall der Funktion wird sicher vermieden.
Multiknit-Vliesstoffe weisen üblicherweise eine stärker vermaschte und eine weniger vermaschte Seite auf. Im Fahrzeugbau ist die stärker vermaschte Seite im Kraftfahrzeugsitz zur Dekorlage hin ausgerichtet. Aus diesem Grunde wird diese, stärker vermaschte Seite bevorzugt bedruckt. Hierdurch gelangt die Heizfläche nahe an die Oberfläche.
Ergänzend besteht die Möglichkeit, auch die weniger vermaschte Seite zu bedrucken.
Bei Malivlies- oder Kunit-Materialien wird erfindungsgemäß nur die Maschenseite bedruckt.
Aufgrund der weiteren, bekannten und vorteilhaften Eigenschaften der Vliesgewirke, beispielsweise eine gute akustische und thermische Isolation, ist die mittels der Erfindung realisierbare Flächenheizung auch für andere Einsatzbereiche geeignet. Hier seien beispielsweise im Automobilbau der Dachhimmel oder die Türverkleidungen oder im Heimbereich die Anwendung für Raumteiler, Wandverkleidungen, Teppiche oder ähnliches benannt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie einer Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt hierbei eine Ansicht auf ein erfindungsgemäß teilflächig bedrucktes Multiknit-Material mit erkennbaren, vom Beschichtungsmaterial freien Öffnungen mit durch Bedrucken beschichteten Maschenstegen.
Beim Ausführungsbeispiel wird von einem Multiknit-Vliesstoff aus 100 % Polyester mit einem Flächengewicht von 320 g/m², einer Dicke von 6,5 mm, einer Maschinenfeinheit von 18 Nadeln/25 mm sowie einer Stichlänge von 2,5 mm ausgegangen.
Auf diesen Multiknit-Vliesstoff wurde eine leitfähige Teilfläche einer Größe von 5×5 cm² mittels Flachbett-Siebdruck bei einer Siebfeinheit von 30 mesh gedruckt.
Als leitfähiges Material wurde eine wässrige, CNT-basierte Tinte (Firma GSB Wahl) eingesetzt.
Zwei gegenüberliegende Seiten der bedruckten Fläche wurden mit jeweils einem Streifen einer silberbasierten Tinte der Firma DuPont versehen, welche als Elektroden dienen.
Nach dem Anlegen einer Gleichspannung von 12 V wurde mittels der Thermographie-Messung nach 120 s eine mittlere Temperatur von 80°C ermittelt.
Im Anschluss wurde auf die bedruckte Seite ein für Kraftfahrzeugsitze typisches Obermaterial (PES-Gewebe) aufkaschiert.
Die Kaschierung erfolgte auf einer Flachbett-Kaschieranlage. Dabei wurden beide Lagen mit Hilfe eines Polyester-Klebewebs stoffschlüssig verbunden, so dass ein sortenreiner Polyesterverbund erhalten wird.
Nach Anlegen einer Gleichspannung von 12 V wurde mittels Thermographie-Messung nach 120 s eine mittlere Oberflächentemperatur von 60°C ermittelt. Die umgesetzte elektrische Leistung liegt bei etwa 800 W/m².
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/056557 A1 [0009]
WO 2014/202768 A1 [0009]
DE 19923399 A1 [0011]
DE 102015220253 A1 [0012]
DD 232407 A3 [0013]
DD 288634 A5 [0014]

Claims

Nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde mit mindestens einer Maschenschicht aus Stapelfasern, wobei Öffnungen auf der Maschenschicht durch Maschenstege voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschenstege eine durch Bedrucken aufgebrachte Schicht aus einem Kohlenstoff-basierten leitfähigen Material aufweisen, wobei die Öffnungen der Maschenschicht im Wesentlichen von einem diesbezüglichen Material freibleiben.
Nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich Teilflächen mit der Schicht aus dem leitfähigen Material versehen sind, wobei die Teilflächen des Vliesstoffgebildes elektrisch verschaltbar ausgebildet sind.
Nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vliesstoffgebilde aus Malivlies-, Kunit- oder Multiknit-Vliesgewirke ausgebildet ist.
Nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Multiknit-Vliesgewirke mindestens eine stärker vermaschte Oberflächenseite die Schicht aus leitfähigem Material aufweist.
Nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) aufweist.
Nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material mittels Siebdruck aufgebracht ist.
Nähwirkverfestigtes Vliesstoffgebilde nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die elektrische Verschaltung Leiterbahnen vorgesehen sind, welche eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die gedruckte Kohlenstoff-basierte Schicht aufweisen.
Verbundmaterial, bestehend aus einem nähwirkverfestigten Vliesstoffgebilde nach einem der vorangegangenen Ansprüche und einem auf der bedruckten Seite aufkaschierten Dekor-Obermaterial.
Verwendung eines nähwirkverfestigten Vliesstoffgebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder eines Verbundmaterials nach Anspruch 8 zum Beheizen von Oberflächen, Räumen oder Gegenständen, insbesondere eines Fahrzeuginnenraumes oder als Sitzheizung.