DE112016001545T5 - Substrate, Laminate und Anordnungen für flexible Heizfolien, flexible Heizfolien sowie Herstellungsverfahren - Google Patents

Substrate, Laminate und Anordnungen für flexible Heizfolien, flexible Heizfolien sowie Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Substrat für eine flexible Heizung (Heizfolie) bestehend aus einer Polyimid-Schicht, einer auf einer ersten Seite der Polyimid-Schicht angebrachten Primerschicht, und einer auf die erste Seite der Polyimid-Schicht kalandrierten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht.

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Diese Offenlegung betrifft Substrate und Laminate, die bei der Herstellung von Anordnungen für flexible Heizungen (Heizfolien) Verwendung finden, die flexiblen Heizfolien selbst einschließlich der Substrate, Laminate und Anordnungen, sowie Verfahren zur Herstellung derselben.
  • Flexible Heizfolien werden weitgehend bei verschiedenen Anwendungen eingesetzt wie z.B. für Rohre, Kfz-Zubehör, Batterien, Computergeräte, medizinische und optische Geräte sowie für Ausrüstung für Speisen und Getränke. In der Regel weisen flexible Heizfolien eine elektrisch isolierende Substratschicht auf, die aus Material wie Polymer- oder Glasfasermatten bestehen kann und einem elektrisch leitfähigen Heizelement, das in Form eines drahtgewundenen Heizelements oder eines Ätzfolien-Heizelements bestehen kann. Eine flexible Heizfolie kann an die Form des zu beheizenden Gegenstands angepasst werden und wird gewöhnlich hergestellt, um einem gewissen Bereich an Temperaturen standzuhalten.
  • Als Substrate für flexible Heizfolien sind verschiedene Polymere einschließlich Polyimide im Einsatz. Die Polyimid-Schichten werden häufig mit einer Klebeschicht versehen, um die Bindung zum Heizelement zu verbessern. So können flexible Heizfolien-Substrate beispielsweise aus Polyimid/Acryl-Substraten oder Polyimid/fluorierten Ethylen-Propylen-Substraten (FEP-Substraten) hergestellt werden. Diese Substrate erfordern jedoch hohe Temperaturen und lange Härtungszeiten bei der Laminierung und obwohl sie mit Ätzfolien-Heizelementen eingesetzt werden können, eignen sie sich nicht für flexible Heizfolien mit einem drahtgewundenen Heizelement. Außerdem kann die begrenzte Wärmebeständigkeit dieser Substrate ihre Anwendung bei niedrigen Temperaturen einschränken und zur Beeinträchtigung der Langlebigkeit des Produkts führen.
  • Zur Lösung dieser Probleme wird ein Polymer-Substrat für flexible Heizfolien gewünscht, das in der Lage ist, mit einem Ätzfolien-Heizelement oder mit einem drahtgewundenen Heizelement Anwendung zu finden. Es wäre weiterhin von Vorteil, wenn die Substrate für kürzere Zeit oder bei niedrigeren Temperaturen laminiert werden könnten. Auch eine verbesserte Wärmebeständigkeit im Vergleich mit den Polyimid/Acryl- oder Polyimid-FEP-Substraten wäre von Vorteil. Ebenfalls wäre die Entwicklung eines verbesserten Verfahrens für die Herstellung eines Substrats für flexible Heizfolien von Vorteil, wobei ein Substrat mit hoher Wärmebeständigkeit erzeugt würde, das eine gute Bindung mit metallischen Heizelementen gewährt.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Eine Ausführungsform sieht ein Substrat für eine flexible Heizung (Heizfolie) vor, das eine Polyimid-Schicht, eine auf einer ersten Seite der Polyimid-Schicht angeordnete Primerschicht und eine auf die erste Seite der Polyimid-Schicht kalandrierte hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht aufweist, wobei die Primerschicht zwischen der Polyimid-Schicht und der hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht angeordnet ist.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht ein Laminat für eine flexible Heizfolie vor, das eine Polymid-Schicht, eine Polyimid-Schicht, eine auf einer ersten Seite der Polyimid-Schicht befindliche Primerschicht und eine auf der ersten Seite der Polyimid-Schicht befindliche hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht aufweist, wobei sich die Primerschicht zwischen der Polyimid-Schicht und der hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht befindet, und wobei auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polyimid-Schicht ein elektrisch leitendes Heizelement angeordnet ist.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht ein Laminat für eine flexible Heizfolie vor, das eine Polymid-Schicht, eine auf einer ersten Seite der Polyimid-Schicht befindliche Primerschicht und eine auf die erste Seite der Polyimid-Schicht kalandrierte hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht aufweist, wobei sich die Primerschicht zwischen der Polyimid-Schicht und der hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht befindet und wobei eine kontinuierliche, elektrisch leitende, flexible Metallschicht auf eine Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polyimid-Schicht laminiert ist.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht ein Laminat für eine flexible Heizfolie vor, das eine erste elektrisch isolierende flexible Polymer-Schicht mit einer ersten Polyimid-Schicht, eine auf einer ersten Seite der Polyimid-Schicht angeordnete Primerschicht und eine hochkonsistente, auf die erste Seite der Polyimid-Schicht kalandrierte Silikonkautschuk-Klebeschicht aufweist, wobei sich die Primerschicht zwischen der Polyimid-Schicht und der hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht befindet, und eine strukturierte, elektrisch leitende, flexible Metallschicht aufweist, die auf eine Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht laminiert ist, die gegenüber der Polyimid-Schicht liegt.
  • Ebenfalls weiterhin offengelegt sind Anordnungen für flexible Heizfolien und flexible elektrische Heizfolien, welche die oben genannten Polyimid-/Silikon-Substrate aufweisen, die auf eine Metallschicht laminiert sind.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nachfolgend sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei gleichartige Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind falls nicht anderweitig angegeben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Querschnittdarstellung eines Substrats für eine flexible Heizfolie;
  • 2 eine schematische Querschnittdarstellung eines Laminats für eine flexible Heizfolie;
  • 3 eine schematische Querschnittdarstellung einer Ausführungsform eines Aggregats für eine flexible Heizfolie;
  • 4 eine dreidimensionale Darstellung zweier Ausführungsformen einer Anordnung für eine flexible Heizfolie.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die hiesigen Erfinder haben verbesserte Substrate, Laminate und Anordnungen für die Anwendung in flexiblen Heizungen (Heizfolien) entdeckt. Insbesondere haben die Erfinder entdeckt, dass die Verwendung eines kalandrierten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebemittels zu verbesserten Eigenschaften führt, zu denen hervorragende Klebkraft am Heizelement, besonders bei höheren Temperaturen im Gebrauch, und effiziente Herstellung, einschließlich schneller Laminierung bei niedrigen Temperaturen, gehören. Das hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebemittel wird auf eine mit einer Primerschicht versehene Seite der Polyimid-Platte oder -Schicht kalandriert, um eine elektrisch isolierte Schicht zu bilden und ein Substrat für eine flexible Heizfolie. Die Substrate können sowohl mit drahtgewundenen Heizelementen als auch mit Ätzfolien-Heizelementen verwendet werden. Weiterhin schaffen die Substrate eine flexible Heizfolie, die mit niedrigen Kosten in verschiedene Formen gebracht und sowohl einfach als auch schnell hergestellt werden kann.
  • 1 zeigt ein flexibles Heizfoliensubstrat 100 bestehend aus einer Polyimid-Schicht 200, auf deren eine Seite wie dargestellt eine Primer-Klebeschicht 300 angebracht ist. Wie hier verwendet, bedeutet „angebracht” in unmittelbarem Kontakt mit einem Primerelement oder in Kontakt mit einem anderen in Kontakt mit dem Primerelement stehenden Element (z.B. einer Schicht). Ein hochkonsistentes Silikonkautschuk-Klebemittel 400 wird auf einer Seite der Polyimid-Schicht 200, vorzugsweise auf der Primerschicht 300, angebracht, um das flexible Heizfoliensubstrat 100 nach 1 zu schaffen.
  • Polyimid ist wärmeresistent und hat bei alleiniger Verwendung eine hohe maximale Betriebstemperatur; wird es jedoch mit anderen Werkstoffen laminiert, kann die Betriebstemperatur des Gesamtprodukts durch die Wärmeresistenz der Nicht-Polyimid-Werkstoffe begrenzt werden. So liegt beispielsweise die maximale Betriebstemperatur für Polyimid/FRP-Laminate allgemein unter 200° C und für Polyimid/Acryl-Laminate unter 100° C. Andererseits kann ein Laminat aus Polyimid/Silikon-Substrat eine maximale Betriebstemperatur von bis zu 240° C aufweisen, wodurch sich dieses Substrat für Anwendungen eignet, die ein Aufheizen auf höhere Temperaturen fordern. Außerdem führt höhere Wärmebeständigkeit wahrscheinlich auch zu einer längeren Produktlebensdauer der Polyimid/Silikon-Substrate.
  • Die Polyimid-Schicht kann aus jedem beliebigen Polyimid oder Polyetherimid bestehen wie aus dem von Dupont lieferbaren KAPTON (poly(4,4'oxydiphenylen-Pyromellitimid)), APICAL von Kaneka Corporation, UPILEX von Ube Industries, Polyimid THiTL/BK von Taimide oder KAPTREX von Professional Plastics. Obwohl das Polyimid hier als Polyimid-Schicht 200 beschrieben wird, können statt dem in Schicht 200 verwendeten Polyimid in Schicht 200 auch andere Polymere verwendet werden, vorausgesetzt das Polymer hat die gewünschten Eigenschaften, z.B. mehr Flexibilität, höhere Wärmebeständigkeit, Verarbeitbarkeit unter den gewünschten Herstellungsbedingungen usw. Zu den verwendbaren Polymeren gehören Polyacetate, Polyacrylate wie Polymethylmethacrylate, Polyacrylonitrile, Polyamide, Polycarbonate, Polydiene, Polyester, Polyether, Polyetherether, Ketone, Polyethersulfone, Polyfluorkohlenwasserstoffe, Polyfluorchlorkohlenwasserstoffe, Polyketone, Polyolefine wie Polyethylene und Polypropylene, Polyoxazole, Polyphosphazene, Polysiloxane, Polystyrole, Polysulfone, Polyurethane, Polyvinylacetate, Polyvinylchloride, Polyvinylidenchloride, Polyvinylester, Polyvinylether, Polyvinylketone, Polyvinylpyridine, Polyvinylpyrrolidone und deren Copolymere wie z.B. Polyetherimidsiloxane, Ethylenvinylacetate und Acrylonitrilbutadienstyrene. Zu den in Frage kommenden spezifische Polymeren gehören Polyimide, Polyester wie Polyethylenterephthalate (PET), Polybutylenterephthalate (PBT) und Polyethylennaphthalate (PEN), Polyetherimide und Polyetherimidsiloxane. In einer Ausführungsform wird das Polymer gewählt, um eine transparente Polymer-Schicht zu bilden wie z.B. PET.
  • Die Dicke jeder Polyimid-Schicht richtet sich nach der beabsichtigten Anwendung der flexiblen Heizfolie, insbesondere auf Grund von Überlegungen wie Kosten und Haltbarkeit. So können die Polyimid-Schichten beispielsweise eine Dicke von 2 bis 5000 µm aufweisen (0,08 bis 200 mil) und bei manchen Ausführungsformen können die Polymid-Schichten eine Dicke von 10 bis 500 µm (0,4 bis 20 mil) oder 10 bis 150 µm (0,4 bis 5,9 mil) aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen kann jede Polyimid-Schicht des Substrats eine Dicke von 10 µm (0,4 mil) bis 150 µm (5,9 mil) aufweisen.
  • Bei manchen Ausführungsformen ist die Polyimid-Schicht mit einer in 1 dargestellten Primer-Klebeschicht beschichtet. Primer-Haftvermittler sind bekannt und umfassen zum Beispiel multifunktionelle mit Silikon und mit dem Substrat reagierende Verbindungen wie Silane, die zur Vinylgruppe oder zur substituierten Vinylgruppe gehören. Eine solche Verbindung ist zum Beispiel ein Vinyltris(alkoxyalkoxy)silan. In einer Ausführungsform ist das Vinyl-tris(alkoxyalkoxy)silan in eine Menge von 2–20 Gew.-Teilen – nach dem Gesamtgewicht der Primerbestandteile – vorhanden. In einer Anwendungsform ist das Vinyl-tris(alkoxyalkoxy)silan ein Vinyl-tris C1C6alkoxy [C1-C6-Alkoxy]silan. In einer Anwendungsform ist das Vinyl-tris(alkoxyalkoxy)silan ein Vinyl-tris (2-Methoxyethoxy)silan. Obwohl nicht bevorzugt, kann der Primer-Haftvermittler eine Verbindung sein, wie Poly(tetrafluorethylen-co-hexafluorpropylen) (FEP), die nach Wahl mit einem zweiten Polymer aus folgender Gruppe vermischt werden kann: Polytetrafluorethylen (PTFE), Poly(tetrafluorethylen-co-perfluor[alkylvinylether]) (PFA); Poly(ethylen-cotetrafluorethylen) (ETFE) und Copolymeren – Primer 1100 von Union Carbide, Primer C von Shin-Etsu Chemical Corp. Der Primer kann als kontinuierliche oder diskontinuierliche Schicht eingesetzt werden. Der Primer kann mit Methoden aufgebracht werden, die nach dem Stand der Technik bekannt sind wie z.B. durch Beschichten. Bei manchen Ausführungsformen hat der Primer eine Dicke von 1 µm (0,04 mil) bis 2000 µm (80 mil). Die Dicke jeder Primerschicht richtet sich nach dem Polymer und der flexiblen Heizfolie sowie nach der vorgesehenen Nutzung der flexiblen Heizfolie, insbesondere nach Überlegungen wie Kosten und Haltbarkeit. Zum Beispiel können die Primerschichten eine Dicke von 1 bis 2000 µm (0,04 bis 80 mil) aufweisen, und bei manchen Ausführungsformen können sie eine Dicke von 2 bis 1000 µm (0,08 bis 40 mil) oder 2 bis 100 µm (0,08 bis 4 mil) aufweisen.
  • Im hier angewandten Sinne bedeuten „hochkonsistente Silikon-Zusammensetzungen” oder „hochkonsistenter Silikonkautschuk” Silikon-Zusammensetzung mit einer Viskosität, die groß genug ist, dass die Zusammensetzungen vor der vollständigen Aushärtung kalandriert und anschließend gehärtet werden können, um einen flexiblen elastomeren Zusammensetzungen zu erhalten, mit der sich die Polymer-Schicht effektiv mit der flexiblen Heizfolie verkleben lässt. wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Solche Verbundwerkstoffe sind nach dem Stand der Technik bekannt und enthalten gewöhnlich ein mit Peroxid härtendes oder mit Platin katalysiertes Additionshärtungssystem. Auch andere Härtungsmechanismen können verwendet werden, z.B. Kondensationshärtung (Acetoxy, Alkoxy oder Oxim), oder Lichthärtung. Auch eine Kombination von verschiedenen Härtungsverfahren kann verwendet werden.
  • Peroxid-gehärtete Silikone werden am häufigsten in hochkonsistenten Kautschukwerkstoffen angewendet und härten eine Kombination aus vinylfunktionellen, hydrid-funktionellen und wahlweise nicht-funktionellen Silikon-Prepolymeren. Die Wahl des Peroxidkatalysators richtet sich nach der Härtungstechnik und den gewünschten Parametern (vinylspezifisch und nicht-vinylspezifisch). Zu den Beispielen von Peroxid-Härtungskatalysatoren gehören Bis(2,4-dichlorbenzoyl)peroxid, Benzoylperoxid, t-Butylperbenzoat, Di-t-butylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan und Dicumylperoxid. Die Konzentration nicht-vinylspezifischer Peroxid-Katalysatoren ist direkt proportional zur gewünschten Vernetzungsdichte des gehärteten Elastomers. Das Peroxid kann in das Silikon eingemischt werden bei einem Gewichtsverhältnis (organisches Peroxid zu Silikon) von 1 × 10–6: 1 zu 0,1:1, oder 1 × 10–5:1 zu 0,01:1, vorzugsweise 4 × 10–4:1 zu 2 × 10–3:1, und noch bevorzugter 2 × 10–4:1 zu 2 × 10–2:1. Typischerweise kann die Härtung nicht-peroxidspezifisch katalysierter Elastomere 1 bis 20 Minuten lang bei 90° C bis 140° C stattfinden, gefolgt von einer 2–4 Stunden langen „Nachhärtung” bei höheren Temperaturen (z.B. 150° C bis 177° C), um residuale Nebenprodukte zu entfernen. Alternativ können solche Silikon-Verbundwerkstoffe nachträglich vernetzt werden, und zwar bei Temperaturen von 150 ° F bis 350 ° F (87,7° C bis 176,6° C) oder 230 ° F bis 310 ° F(110° C bis 154,4° C). mit Verweilzeiten von 1 bis 5 Stunden oder 0,5 bis 4 Stunden. Alternativ kann eine typische Härtung von nicht-vinylspezifisch Peroxid-katalysierten Elastomeren 1 bis 60 min bei Raumtemperatur stattfinden, gefolgt von einer „Nachhärtung” bei höheren Temperaturen. Natürlich ist dem Durchschnittsfachmann bekannt, dass optimale Vernetzungstemperaturen und Verweilzeiten je nach Faktoren wie dem Verhältnis Vernetzungsagent zu Silikon, der Silikonmenge, der gewünschten teilweisen Vernetzung und dem verwendeten Gerät schwanken können.
  • Additionsgehärtete Silikonelastomere werden allgemein platin-katalysierte Silikone genannt und sind allgemein zweiteilige Systeme, wobei jeder Teil andere Funktionskomponenten aufweist und Teil A allgemein vinylfunktionelle Silikone und den Platin-Katalysatoren aufweist und Teil B das vinylfunktionelle Polymer, wasserstoff-funktionelle Vernetzer und härtungshemmende Stoffe aufweist, die dazu dienen können, die Härtungsgeschwindigkeit des Systems zu beeinflussen. Zur Härtungschemie gehört die direkte Hinzufügung der Si-H-funktionellen Vernetzer zu den vinylfunktionellen härtbaren Silikonelastomeren, die eine Ethylenbrücken-Vernetzung bilden. Die Vulkanisierung der additionshärtbaren Silikonelastomere kann hitzebeschleunigt werden. Je nach dem spezifischen Produkt können additionshärtbare Elastomere zwischen 20 Minuten bei 110° C und 2 Minuten bei 150° C vollständig gehärtet werden.
  • Beispiele härtbarer hochkonsistenter Silikonkautschuk-Verbundwerkstoffe, die verwendet werden können, sind SILASTIC von Dow Corning, XIAMETER von Dow Corning, die Klebstoffe der IS800-Serie von Momentive Performance Materials und die ELASTOSIL R-Serie selbstklebender Klebstoffe von Wacker.
  • Die Dicke jeder Silikon-Klebeschicht richtet sich nach der vorgesehenen Verwendung der flexiblen Heizfolie, insbesondere auf Grund von Überlegungen wie Kosten und Haltbarkeit. So können die Silikon-Klebeschichten zum Beispiel 2 bis 10000 µm (0,08 bis 400 mil) dick sein, und in manchen Ausführungsformen können die Silikon-Klebeschichten 10 bis 1000 µm (0,4 bis 40 mil) oder 10 bis 300 µm (0,4 bis 11.8 mil) dick sein. Jede Silikon-Klebeschicht des Substrats kann zwischen 10 µm (0,4 mil) und 150 µm (5,9 mil) dick sein.
  • Die Werkstoffe für die Substrate oder Laminate der flexiblen Heizfolie, insbesondere die für die Polyimid-Schicht(en), die Silikon-Klebeschicht(en), die wahlweise eingesetzten Primerschicht(en) und die für die Metallschicht(en) verwendeten Werkstoffe können so gewählt werden, dass das Substrat oder Laminat transparent oder lichtduchlässig ist. Zum Beispiel kann das Substrat oder Laminat eine Transparenz von mehr als 50 %, mehr als 70 %, mehr als 80 % oder mehr als 90 % aufweisen. Die Transparenz kann beispielsweise mit ASTM D1003-00 festgestellt werden.
  • 2 zeigt ein Laminat für eine flexible Heizung (Heizfolie) enthaltend das flexible Substrat 100 und eine elektrisch leitende Metallschicht 500, die hier auch als eine Elektrowiderstands-Metallschicht 500 bezeichnet wird. Die Elektrowiderstands-Metallschicht 500 ist auf der Seite der Silikon-Klebeschicht 400 angebracht, die sich gegenüber der Polyimid-Schicht 200 befindet. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) kann die Elektrowiderstands-Metallschicht 500 ein elektrisches Heizelement darstellen, d.h. eine strukturierte Metallschicht oder ein mit Elektrowiderstands-Metalldraht umwickeltes Heizelement, das auf der Silikon-Klebeschicht 400 angebracht ist.
  • Das Elektrowiderstands-Metall kann ein Metall wie Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Nickel. Chrom oder eine Legierung aus mindestens einem der vorgenannten Metalle sein. So kann die Elektrowiderstands-Metallschicht beispielsweise eine Nickel-Chrom-Legierung unter dem Namen Inconel darstellen, die oxidations- und korrosionsbeständig ist und unter extremen Umweltbedingungen eingesetzt werden kann. Nichrome ist eine weitere Nickel-Chrom-Legierung, die sich für die Verwendung in flexiblen Heizelementen eignet. Das Elektrowiderstands-Metall wird so gewählt, dass es Wärme erzeugt, wenn ein elektrischer Strom hindurchführt.
  • Die Dicke der Elektrowiderstands-Metallschicht kann sich nach der vorgesehenen Verwendung der flexiblen Heizfolie richten, insbesondere nach Überlegungen wie Kosten und Haltbarkeit. Zum Beispiel kann die Metallschicht eine Dicke von 2 bis 10000 µm (0,08 bis 400 mil) aufweisen, und in manchen Ausführungsformen kann sie eine Dicke von 10 bis 5000 µm (0,4 bis 80 mil) oder von 10 bis 2000 µm (0,4 bis 40 mil) aufweisen. In manchen Ausführungsformen kann die Elektrowiderstands-Metallschicht eine Dicke von 10 bis 1000 µm (0,4 bis 20 mil) aufweisen.
  • Die Elektrowiderstands-Metallschicht kann, wie dargestellt, eine kontinuierliche Metallschicht oder eine diskontinuierliche Schicht sein. Die kontinuierliche Metallschicht kann direkt als Heizelement verwendet werden oder später in einem weiteren Schritt geätzt werden, um eine strukturierte (gemusterte) Metallschicht zu erzeugen, die das Heizelement bildet. Alternativ kann die diskontinuierliche Metallschicht ein drahtgewundenes Heizelement sein. Ätzfolien-Elemente werden generell aus einer kontinuierlichen Metallschicht hergestellt, die nach dem Laminieren einem Ätzverfahren unterzogen wird. Drahtgewundene Elemente eignen sich besonders gut für größere Heizelemente, niedrige Leistungsdichte und kleinere Produktionsserien. Außerdem können sie, da die Drähte sehr dünn sein können, in transparenten flexiblen Heizfolien verwendet werden, ohne so viel Lichteinfall zu blockieren wie ein Ätzfolien-Heizelement. Das drahtgewundene Element wird aus Drähten gebildet, die in einem Muster gewunden werden, das das Heizen über den gewünschten Teil der Oberfläche der flexiblen Heizfolie ermöglicht. Das drahtgewundene Element kann separat gebildet und dann auf das flexible Heizsubstrat aufgelegt oder laminiert werden, oder es kann direkt auf das Substrat gewunden werden.
  • Die oben beschriebenen Substrate und Laminate können wie in 4 schematisch dargestellt bei der Herstellung einer Anordnung für eine flexible Heizfolie verwendet werden. Dort werden zwei Ausführungsformen einer Anordnung dargestellt. Eine dargestellte Anordnung weist eine wie oben beschriebene flexible Heizsubstratschicht 610 auf (d.h. ein flexibles Heizsubstrat 100), wobei die diskontinuierliche Metallschicht 700 ein drahtgewundenes Elektrowiderstands-Heizelement darstellt. Das andere gezeigte Aggregat weist eine oben beschriebene Substratschicht 610 und eine diskontinuierliche Metallschicht 710 auf, die ein geätztes Elektrowiderstands-Heizelement aus geätztem Metall darstellt. Die Heizelemente 700, 710 sind auf der Silikon-Klebeschicht der Substratschicht 610 angebracht. Eine elektrisch isolierende, flexible Polymer-Schicht 600 ist auf einer Seite der Heizelemente 700, 710 gegenüber der Substratschicht 610 angebracht, besonders gegenüber der Silikon-Klebeschicht des Substrats 610. Bei manchen Ausführungsformen sind die Substratschicht 610 und die elektrisch isolierende flexible Polymer-Schicht 600 nicht identisch und können verschiedene Werkstoffe enthalten oder eine verschiedene Dicke aufweisen. Zum Beispiel kann die Polymer-Schicht 600 eine flexible isolierende Polymer-Schicht sein (z.B. aus Polyetherimid oder einem Substrat, das ein Polyimid/acrylisches oder Polyimid/fluoriertes Ethylenpropylen-Substrat enthält).
  • In bevorzugten Ausführungsformen sind die Substratschicht 610 und die elektrisch isolierende flexible Polymer-Schicht 600 identisch, sodass die Polymer-Schicht 600 auch einen wie oben beschriebenen Substratwerkstoff aufweist. Unter Bezugnahme auf 3 weist eine Anordnung für eine flexible Heizfolie eine erste Substratschicht 120, eine diskontinuierliche Metallschicht 519 in der gewünschten Form für das Widerstands-Heizelement sowie eine zweite isolierende Substratschicht 110 auf, die am Elektrowiderstands-Heizelement 510 auf der Seite gegenüber der ersten Substratschicht angebracht ist, sodass das Heizelement 510 wie dargestellt zwischen der ersten und zweiten Schicht 110 und 120 liegt. Insbesondere weist das in 3 dargestellte Heizanordnung eine Substratschicht 110 auf, die eine Polyimid-Schicht (oder andere Polymer-Schicht) 200 enthält, und weist einen auf deren einer Seite angebrachten Primer 300 sowie eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht 400 auf, die auf der Primerschicht 300 angebracht ist, sowie eine weitere Substratschicht 120, die eine Polyimid-Schicht (oder andere Polymer-Schicht) 210 enthält ein klebe-Primer 300, der auf deren einen Seite angebracht ist, sowie eine hochkonsistente Silikon-Klebeschicht 410, die auf der Primerschicht 310 angebracht ist. Wie oben erwähnt, können in Schichten 200, 210 auch Polymere außer Polyimiden verwendet werden, vorausgesetzt, dass das Polymer die gewünschten Eigenschaften aufweist.
  • Bei einem Herstellungsverfahren für eine flexible Heizfolie wird eine Polyimid-Schicht 200 auf einer Seite mit einem Klebeprimer 300 beschichtet, und ein hochkonsistentes Silikonkautschuk-Klebemittel 400 wird auf die grundierte Seite der Polyimid-Schicht 200 kalandriert, um das flexible Heizsubstrat 100 zu bilden. Das Silikon-Klebemittel kann vor dem Kalandrieren ungehärtet sein, teilweise vor dem Kalandrieren gehärtet werden oder teilweise nach dem Kalandrieren gehärtet werden. Bei manchen Ausführungsformen ist das Silikonkautschuk-Klebemittel beim Kalandrieren ungehärtet und wird teilweise gehärtet (in den B-Zustand gebracht), wenn es bei Raumtemperatur, z.B. bei 20° C bis 26° C (68 bis 79 ° F) 1 bis 5 Tage lang oder 2 bis 4 Tage lang oder 3 Tage lang aufbewahrt wird. Alternativ kann der B-Zustand nach dem Kalandrieren erreicht werden, wenn das Substrat teilweise Härtebedingungen ausgesetzt wird.
  • Kalandrieren ist nach dem Stand der Technik bekannt, und es können verschiedene Geräte und Bedingungen eingesetzt werden. So können zum Beispiel 3 oder 4 Walzen beim Kalandrieren verwendet werden. Der Vierwalzen-Kalander bietet den Vorteil, dass die Luft gründlicher aus dem Kautschuk entfernt wird. Ein Hauptantrieb mit variabler Drehzahl ermöglicht die Verstellung der Walzengeschwindigkeit. So kann beispielsweise die durchschnittliche Walzengeschwindigkeit zwischen 0,1 und 5 oder zwischen 0,6 und 3 Oberflächenmetern pro Minute betragen. Der Kalander kann auf „schlanke” bzw. „gleiche” Beschichtung eingestellt werden, wobei die mittleren und unteren Walzen gleichzeitig rollen und schneller laufen als die oberen. Bei manchen Ausführungsformen, besonders bei Kautschuk mit steiferen Inhaltsstoffen, werden bessere Erfolge mit der „ungleichen” Einstellung erzielt, wobei die mittleren und unteren Walzen unterschiedlich schnell rollen. Silikonkautschuk wird zumeist bei Raumtemperatur kalandriert. Die Walzen können jedoch auch erhitzt werden, um weniger zu haften, so lange das Erhitzen das Silikon nicht vorzeitig härtet oder eine Zersetzung verursacht. Das Silikon kann auf eine Trennfolie, z.B. eine Polyethylen-Trennfolie, kalandriert werden und dann mit der Polyimid-Schicht gestapelt werden. Vorzugsweise wird das Silikon-Klebemittel direkt auf die Polyimid-Schicht kalandriert.
  • Bei der Herstellung des Laminats wird das flexible Heizsubstrat mit der Elektrowiderstands-Metallschicht geschichtet und laminiert, um das Silikon-Klebemittel und die Metallschicht klebend zu verbinden und das Silikon-Klebemittel zu härten. Bei der Laminierung werden die Schichten des zusammengefügten Substrats durch Druck zusammengehalten; das Substrat wird auf entsprechende Temperaturen und auf entsprechende Zeiten erhitzt, um das Klebemittel vollständig und effektiv zu härten. So werden zum Beispiel bei manchen Ausführungsformen das flexible Heizsubstrat und die Metallschicht zwischen Platten geklemmt und 5 bis 180 Minuten lang auf eine Temperatur zwischen 100° C und 230° C (212° F bis 446° F) erhitzt. Bei anderen Ausführungsformen werden das flexible Heizsubstrat und die Metallschicht 10 bis 60 Minuten lang auf 100° C bis 150° C (230° F bis 266° F) oder 15 bis 30 Minuten lang auf 110° C bis 130° C (212° F bis 302° F) erhitzt. Alternativ kann das Laminat gelagert oder schon teilweise gehärtet verkauft und dann später vollständig gehärtet werden.
  • Wenn das Laminat mit einer kontinuierlichen Metallschicht versehen ist, kann die kontinuierliche Metallschicht nach der Laminierung mit einem subtraktiven Ätzverfahren wie Fotoätzung geätzt werden, um eine Folie mit einem komplexen Widerstandsmuster zu erzeugen. Generell verläuft die Fotoätzung nach folgenden Verfahrensschritten: Zuerst wird ein fotostrukturierbares Resistmittel auf die Metallschicht aufgebracht. Dann wird eine Maskenfolie, welche die Dimensionen und die Form der flexiblen Heizfolie bestimmt, über das Resistmittel gebracht. Schließlich wird in einem Ätzschritt die Metallschicht den chemischen Ätz- und Reinigungszyklen ausgesetzt, wobei Metall beseitigt wird, das nicht von der Maskenfolie geschützt ist und wobei nur die gewünschte Form des Ätzfolien-Heizelements zurückbleibt. Alternativ kann auch ein drahtgewundenes Heizelement auf die Silikon-Klebeschicht aufgetragen oder separat geformt und dann auf das flexible Heizsubstrat laminiert werden.
  • Anordnungen zur Verwendung in flexiblen Heizfolien können mit den oben genannten Substraten oder Laminaten hergestellt werden. Bei einer Ausführungsform kann zum Beispiel ein teilweise oder voll gehärtetes Laminat mit einer flexiblen Polymer-Schicht oder einem zweiten Polyimid-Silikon-Substrat beschichtet und wie beschrieben laminiert werden, um ein Aggregat zu formen. Alternativ kann eine Metallschicht auf eine ungehärtete oder teilweise gehärtete Silikon-Klebeschicht eines ersten Substrats angebracht werden: die ungehärtete oder teilweise gehärtete Silikon-Klebeschicht eines zweiten Substrats kann auf einer Seite der Elektrowiderstands-Metallschicht gegenüber der ersten Silikon-Klebeschicht gestapelt werden, und der Stapel kann wie oben beschrieben laminiert werden, um die Schichten zu verkleben und die Klebemittel vollständig zu härten.
  • Es werden hier auch flexible Heizfolien offengelegt, welche die Substrate, Laminate und Anordnungen aufweisen. Dem Durchschnittsfachmann sind Verfahren und Komponenten bekannt, mit denen Substrate, Laminate und Anordnungen zu flexiblen Heizfolien verarbeitet werden. Die flexiblen Heizfolien können in einer Vielfalt von Anwendungen eingesetzt werden, zum Beispiel zum Beheizen einer Batterie, damit die Batterie in extrem kaltem Wetter Strom hält. Solche Batterien können in Fahrzeugen, Outdoor-Geräten wie Kunstschneeanlagen, in medizinischen Geräten wie Infusionspumpen und für andere Zwecke Verwendung finden.
  • Obwohl flexible Heizfolien auch aus Polyimid/acrylischen und Polyimid/FEP-Substraten hergestellt werden können, haben die Polyimid-Silikon-Substrate, Laminate und Anordnungen mehrere Vorteile gegenüber jenen anderen Werkstoffen. Um ein Laminat für eine flexible Heizfolie zu härten, die ein Substrat und eine Metallschicht aufweist, muss ein Polyimid/acrylisches Substrat typischerweise 2 Stunden lang bei 180° C (356 ° F) erhitzt werden und ein Polyimid/FEP-Substrat 1 Stunde lang bei 290° C (554° F). Diese hohen Temperaturen und langen Zeiten steigern die Produktionskosten und sind zeitraubend. Ein Laminat mit dem Substrat gemäß der gegenwärtigen Offenlegung und einer Metallschicht kann 15 Minuten lang bei 120° C (248 ° F) gehärtet werden – eine starke Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen Substrat – wobei sich erwartungsgemäß die Kosten und der Zeitaufwand der Produktion verringern. Weder Polyimid/acrylische noch Polyimid/FEP-Substrate binden sich gut an drahtgewundene Heizelemente, und darin liegt ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik.
  • Außerdem können die Substrate, Laminate und flexiblen HeizAnordnungen hervorragende Wärmebeständigkeit aufweisen. So ist zum Beispiel der relative Temperaturindex (RTI) eine bekannte Größe, die zeigt, wie die Eigenschaften eines Polymers nach thermischer Alterung abgebaut werden. Werkstoffe werden in Bezug auf ihre Erhaltung gewisser kritischer Eigenschaften (z.B. Durchschlagfestigkeit, Entflammbarkeit, Schlagfestigkeit und Zugfestigkeit) untersucht im Rahmen eines langfristigen Werkstoffprüfprogramms, das gemäß den Normen der University Underwriters Laboratories, Inc. durchgeführt wird [Standard for Polymeric Materials-Long Term Property Evaluations (UL746)].
  • Bei manchen Ausführungsformen können die Substrate, Laminate und Anordnungen 100.000 Stunden lang einer Temperatur von 180 °C ausgesetzt werden, wobei 50 % oder weniger der Festigkeitseigenschaften (z.B. Zugfestigkeit) oder der elektrischen Eigenschaften verloren gehen. Bei anderen Ausführungsformen können die Substrate, Laminate und Anordnungen 100.000 Stunden lang einer Temperatur von 200 °C ausgesetzt werden, wobei nur 50 % oder weniger der Festigkeitseigenschaften oder der elektrischen Eigenschaften verloren gehen. Bei anderen Ausführungsformen können die Substrate, Laminate und Anordnungen 100.000 Stunden lang einer Temperatur von 220 °C ausgesetzt werden, wobei nur 50 % oder weniger der Festigkeitseigenschaften oder der elektrischen Eigenschaften verloren gehen. Bei einer spezifischen Ausführungsform können die Substrate, Laminate und Anordnungen 100.000 Stunden lang einer Temperatur von 220 °C ausgesetzt werden, wobei nur 50 % oder weniger der Festigkeitseigenschaften (z.B. Zugfestigkeit) verloren gehen und 100.000 Stunden lang einer Temperatur von 240 °C ausgesetzt werden, wobei nur 50 % oder weniger der elektrischen Eigenschaften verloren gehen.
  • Die Ansprüche werden anhand der nachfolgenden Beispiele näher beschrieben, die jedoch den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
  • BEISPIEL 1
  • Eine 50 µm (2 mil) dicke Polyimid-Folie (KAPTON HN) wurde mit Primer besprüht, und eine 76 µm {3 mil) dicke Silikonkautschuk-Klebefolie wurde auf die beklebte Seite der KAPTON HN-Folie aufgetragen und mit 64 µm (2,5 mil) dickem Polyethylen als Trennfolie verflochten. Das so entstandene Substrat wurde nach Maß geschnitten und könnte bei Bedarf verpackt oder direkt verwendet werden, um Laminate mit zusätzlichen Lagen zu erzeugen.
  • BEISPIEL 2
  • Eine 25 µm (1 mil) dicke Lage INCONEL 600 wurde auf die freie Silikonkautschuk-Seite des Substrats aus Beispiel 1 gelegt. Das Material wurde mit einem Druck von 16 psi zusammengedrückt und dann in einer IR-Heizung bei 600° F und einer Produktionsgeschwindigkeit von 5 Fuß pro Minute (fpm) gehärtet. Das entstandene Laminat konnte weiter zu einer flexiblen Heizfolie verarbeitet werden.
  • Substrat, Laminat, Aggregat, Elektrowiderstands-Heizfolie und deren Herstellungsverfahren werden weiter durch folgende Ausführungsbeispiele beschrieben, die keine einschränkende Bedeutung haben.
  • Ausführungsbeispiel 1. Substrat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht; einer Primerschicht bestehend auf einer ersten Seite aus der Polymer-Schicht, und einer hochkonsistenten, auf die Primerschicht kalandrierten Silikonkautschuk-Klebeschicht.
  • Ausführungsform 2. Laminat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht; eine auf einer ersten Seite der Polymer-Schicht angeordnete Primerschicht; eine hochkonsistente auf die Primerschicht kalandrierte Silikonkautschuk-Klebeschicht; und eine kontinuierliche auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht laminierte Elektrowiderstands-Metallschicht, die sich gegenüber der Primerschicht befindet.
  • Ausführungsform 3. Laminat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht; einer auf einer ersten Seite der Polymer-Schicht angeordnete Primerschicht; eine hochkonsistente auf die Primerschicht kalandrierte Silikonkautschuk-Klebeschicht; und ein auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymer-Schicht angebrachtes Elektrowiderstands-Heizelement.
  • Ausführungsform 4. Das Laminat von Ausführungsbeispiel 3, wobei das Elektrowiderstands-Heizelement ein geätztes Heizelement oder ein drahtgewundenes Heizelement darstellt.
  • Ausführungsform 5. Aggregat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einem Laminat aus mindestens einer der Ausführungsformen 3 bis 4 und einer auf dem Heizelement auf einer Seite gegenüber der Silikonkautschuk-Klebeschicht angebrachten elektrisch leitenden flexiblen Polymer-Schicht.
  • Ausführungsform 6. Aggregat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einem Laminat aus mindestens einer der Ausführungsformen 3 bis 4 und einem an dem Elektrowiderstands-Heizelement auf einer Seite gegenüber der Silikonkautschuk-Klebeschicht angebrachten zweiten Substrat, wobei das zweite Substrat eine zweite Polymer-Schicht, vorzugsweise eine zweite Polyimid-Schicht, aufweist, eine auf einer ersten Seite der zweiten Polymer-Schicht angebrachte zweite Primerschicht, und eine auf der ersten Seite der zweiten Polymer-Schicht, vorzugsweise der zweiten Polymer-Schicht, kalandrierte hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht, wobei die zweite Primerschicht zwischen der zweiten Polymer-Schicht, vorzugsweise der zweiten Polyimid-Schicht, und der zweiten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht angebracht ist; und wobei das Elektrowiderstands-Heizelement auf einer Seite der zweiten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der zweiten Polymer-Schicht angebracht ist.
  • Ausführungsform 7. Das Substrat, Laminat oder Aggregat nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei eine Polymer-Schicht, vorzugsweise eine Polyimid-Schicht, eine Dicke von 10 µm bis 150 µm aufweist.
  • Ausführungsform 8. Das Substrat, Laminat oder Aggregat nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei eine Silikonkautschuk-Klebeschicht eine Dicke von 10 µm bis 300 µm aufweist.
  • Ausführungsform 9. Das Substrat, Laminat oder Aggregat nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 8, wobei das Substrat eine maximale Betriebstemperatur von 180 bis 240° C hat.
  • Ausführungsform 10. Das Laminat oder Aggregat nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 2 bis 9, wobei die Metallschicht oder das Heizelement Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Nickel, Chrom oder eine Legierung aus mindestens einem dieser Metalle aufweist.
  • Ausführungsform 11. Verfahren zur Herstellung des Substrats, Laminats oder Aggregats nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um eine elektrisch isolierende flexible Polymer-Schicht zu bilden, sowie die kalandrierte Silikonkautschuk-Klebeschicht teilweise zu härten.
  • Ausführungsform 12. Verfahren zur Herstellung des Substrats, Laminats oder Aggregats nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 2 und 7 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um eine kontinuierliche Elektrowiderstands-Metallschicht auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymer-Schicht anzubringen, und die Silikonkautschuk-Klebeschicht teilweise oder vollständig zu härten.
  • Ausführungsform 13. Verfahren zur Herstellung des Substrats, Laminats oder Aggregats nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 2 und 7 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um die Klebeschicht teilweise oder vollständig zu härten: eine kontinuierliche Elektrowiderstands-Metallschicht auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymerschicht anzubringen, und die Schichten unter Bedingungen zu laminieren, die sich dazu eignen, die Silikonkautschuk-Klebeschicht vollständig zu härten.
  • Ausführungsform 14. Verfahren zur Herstellung des Substrats, Laminats oder Aggregats nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 2 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um eine kontinuierliche Elektrowiderstands-Metallschicht auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymerschicht anzubringen, und die Silikonkautschuk-Klebeschicht teilweise oder vollständig zu härten.
  • Ausführungsform 15. Verfahren zur Herstellung des Substrats, Laminats oder Aggregats nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 2 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um die Klebeschicht teilweise zu härten, eine kontinuierliche Elektrowiderstands-Metallschicht auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymerschicht anzubringen, und die Schichten unter Bedingungen zu laminieren, die sich dazu eignen, die Silikonkautschuk-Klebeschicht vollständig zu härten.
  • Ausführungsform 16. Verfahren zur Herstellung eines Aggregats nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 5 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymerschicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um ein erstes Substrat zu bilden; ein Elektrowiderstands-Heizelement auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymerschicht anzubringen; eine elektrisch isolierende flexible Polymer-Schicht auf das Heizelement auf einer Seite gegenüber der Silikonkautschuk-Klebeschicht anzubringen und die Silikonkautschuk-Klebeschicht zu härten.
  • Ausführungsform 17. Verfahren zur Herstellung eines Aggregats nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 5 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer ersten Polymerschicht, vorzugsweise einer ersten Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um ein zweites Substrat zu bilden; ein Elektrowiderstands-Heizelement zwischen den kalandrierten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschichten des ersten und des zweiten Substrats anzubringen, um einen Stapel zu bilden, und den Stapel unter Bedingungen zu laminieren, die sich dazu eignen, die erste und die zweite Silikonkautschuk-Klebeschicht zu härten.
  • Ausführungsform 18. Verfahren zur Herstellung eines Aggregats nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 5 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine erste hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer ersten Polymerschicht, vorzugsweise einer ersten Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um ein erstes Substrat zu bilden; eine zweite hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer zweiten Polymerschicht, vorzugsweise einer zweiten Polyimid-Schicht zu kalandrieren, um ein zweites Substrat zu bilden; eine kontinuierliche Elektrowiderstands-Metallschicht auf der ersten kalandrierten Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der ersten Polymer-Schicht anzubringen; das erste Substrat und die Metallschicht bei einer Temperatur zu laminieren, die sich dazu eignet, die Silikonkautschuk-Klebeschicht zu härten, um ein Laminat zu bilden, die Metallschicht zu ätzen, um ein elektrisches Heizelement zu bilden, eine Seite der zweiten kalandrierten Silikonschicht des zweiten Substrats gegenüber der zweiten Polymer-Schicht mit einer Seite der Metallschicht gegenüber der ersten gehärteten Silikonkautschuk-Klebeschicht zu kontaktieren, um einen Stapel zu bilden, und den Stapel unter Bedingungen zu laminieren, die sich dazu eignen, die zweite Silikonkautschuk-Klebeschicht zu härten.
  • Ausführungsform 19. Verfahren nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 11 bis 18, wobei das Verfahren weiterhin umfasst, 5 bis 180 Minuten lang bei einer Temperatur zwischen 100 °C und 230 °C, 10 bis 60 Minuten lang zwischen 100 °C und 150 °C oder 15 bis 30 Minuten lang zwischen 110 °C und 130 °C zu härten oder zu laminieren.
  • Ausführungsform 20. Elektrowiderstands-Heizfolie bestehend aus dem Substrat, Laminat oder Aggregat nach einer oder mehreren der Ausführungsformen 1 bis 19.
  • Generell können die Kompositionen oder Verfahren als Alternative im Wesentlichen alle entsprechenden hier offengelegten Komponenten oder Verfahrensschritte aufweisen oder enthalten. Zusätzlich oder alternativ kann die Erfindung so formuliert werden, dass sie frei von oder im Wesentlichen frei von allen Komponenten, Werkstoffen, Inhaltstoffen, Hilfsstoffen oder Sorten oder Verfahrensschritten ist, die nach dem vorherigen Stand der Technik angewandt worden sind oder die anderweitig nicht notwendig sind, um die Funktion und/oder die Aufgabe der vorliegenden Ansprüche zu erzielen.
  • Die Bezeichnungen „ein/eine” bedeuten keine Einschränkung der Quantität, sondern das Bestehen mindestens eines der bezeichneten Gegenstände. Die Bezeichnung „oder” bedeutet „und/oder”, wenn der Zusammenhang nicht deutlich auf etwas anderes hinweist. Die Endpunkte aller angegebenen Bereiche beinhalten auch diese Endpunkte selbst, sind unabhängig kombinierbar und enthalten alle Punkte und Bereiche dazwischen. Die Begriffe „erste”, „zweite” usw. sowie „primär”, „sekundär” usw. stellen keine Rangordnung, Qualität oder Wichtigkeitsstufe dar, sondern dienen nur dazu, ein Element vom anderen zu unterscheiden. Die Bezeichnung „Kombination” beinhaltet auch Mischungen, Gemenge, Legierungen, Reaktionsprodukte usw. Falls nicht anderweitig angegeben, haben die hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Fachausdrücke dieselbe Bedeutung, die dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, um das es sich bei dieser Erfindung handelt, allgemein bekannt ist.
  • Die Polyimid-/Silikon-Substrate und -Laminate für eine flexible Heizfolie gemäß den detaillierten Ausführungsbeispielen, und das Herstellungsverfahren für diese werden in größerem Detail erklärt. Sie werden jedoch nur als Beispiele der vorliegenden Erfindung aufgeführt, und es ist dem Durchschnittsfachmann daher völlig klar, dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die detaillierten Anwendungsformen beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen und Ausführungen möglich sind, die sich auf den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung erstrecken.

Claims (20)

  1. Substrat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht; einer auf einer ersten Seite der Polymer-Schicht angebrachten Primerschicht, und einer auf die Primerschicht kalandrierten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht.
  2. Laminat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, einer auf einer ersten Seite der Polymer-Schicht angebrachten Primerschicht, einer auf die Primerschicht kalandrierten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht, und einer auf eine Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Primerschicht laminierten kontinuierlichen Elektrowiderstands-Metallschicht.
  3. Laminat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, einer auf einer ersten Seite der Polymer-Schicht angebrachten Primerschicht, einer auf die Primerschicht kalandrierten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht, und einem auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymer-Schicht angebrachten Elektrowiderstands-Heizelement.
  4. Laminat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrowiderstands-Heizelement ein geätztes Heizelement oder ein drahtgewundenes Heizelement darstellt.
  5. Aggregat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einem Laminat nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 4, und einer am Heizelement auf einer Seite gegenüber der Silikonkautschuk-Klebeschicht angebrachten elektrisch isolierenden flexiblen Polymer-Schicht.
  6. Aggregat für eine flexible Heizfolie bestehend aus einem Laminat nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 4 und einem auf das Elektrowiderstands-Heizelement auf einer Seite gegenüber der Silikonkautschuk-Klebeschicht laminierten zweiten Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Substrateine zweite Polymerschicht, vorzugsweise eine zweite Polyimid-Schicht aufweist, einer auf einer ersten Seite der zweiten Polymerschicht angebrachten zweiten Primerschicht und einer auf die erste Seite der zweiten Polymer-Schicht, vorzugsweise der zweiten Polyimid-Schicht kalandrierten zweiten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht, wobei die zweite Primerschicht zwischen der zweiten Polymer-Schicht, vorzugsweise der zweiten Polyimid-Schicht und der hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschicht angebracht ist, und wobei das Elektrowiderstands-Heizelement auf eine Seite der zweiten Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der zweiten Polymer-Schicht laminiert ist.
  7. Substrat, Laminat oder Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polymer-Schicht, vorzugsweise eine Polyimid-Schicht, eine Dicke zwischen 10 µm und 150 µm aufweist.
  8. Substrat, Laminat oder Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Silikonkautschuk-Klebeschicht eine Dicke zwischen 10 µm und 300 µm aufweist.
  9. Substrat, Laminat oder Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine maximale Betriebstemperatur zwischen 180° C und 240“ C hat.
  10. Laminat oder Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht oder das Heizelement Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Nickel, Chrom oder einer Legierung aus mindestens einem dieser Metalle aufweist.
  11. Verfahren für die Herstellung des Substrats, Laminats oder Aggregats nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, dass eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, kalandriert wird, um eine elektrisch isolierende flexible Polymer-Schicht zu bilden und die kalandrierte Silikonkautschuk-Klebeschicht teilweise zu härten.
  12. Verfahren für die Herstellung des Laminats oder des Aggregats nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 und 7 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht zu kalandrieren, eine kontinuierliche Elektrowiderstands-Metallschicht auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymer-Schicht anzubringen und die Silikonkautschuk-Klebeschicht teilweise oder vollständig zu härten.
  13. Verfahren für die Herstellung des Laminats oder Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 und 7 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite eine Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, die Schicht teilweise zu härten, eine kontinuierliche Elektrowiderstands-Metallschicht auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymer-Schicht anzubringen und die Schichten unter Bedingungen zu laminieren, die sich dazu eignen, die Silikonkautschuk-Klebeschicht teilweise oder vollständig zu härten.
  14. Verfahren für die Herstellung des Laminats oder Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite eine Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, ein kontinuierliches Elektrowiderstands-Heizelement auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymer-Schicht anzubringen und die Silikonkautschuk-Klebeschicht teilweise oder vollständig zu härten.
  15. Verfahren für die Herstellung des Laminats oder Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite eine Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, die Klebeschicht teilweise zu härten, ein Elektrowiderstands-Heizelement auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der Polymer-Schicht anzubringen und die Schichten unter Bedingungen zu laminieren, die sich dazu eignen, die Silikonkautschuk-Klebeschicht vollständig zu härten.
  16. Verfahren für die Herstellung einer Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um ein erstes Substrat zu bilden, ein Elektrowiderstands-Heizelement auf einer Seite der Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der ersten Polymer-Schicht anzubringen; eine elektrisch isolierende flexible Polymer-Schicht auf dem Heizelement auf einer Seite gegenüber der Silikonkautschuk-Klebeschicht anzubringen: und die Silikonkautschuk-Klebeschicht zu härten.
  17. Verfahren für die Herstellung eines Aggregats nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um ein erstes Substrat zu bilden, eine zweite hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer zweiten Polymer-Schicht, vorzugsweise einer zweiten Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um ein zweites Substrat zu bilden, ein Elektrowiderstands-Heizelement zwischen den kalandrierten hochkonsistenten Silikonkautschuk-Klebeschichten des ersten und des zweiten Substrats anzubringen und einen Stapel zu bilden, und den Stapel unter Bedingungen zu laminieren, die sich dazu eignen, die ersten und zweiten Silikonkautschuk-Klebeschichten zu härten.
  18. Verfahren für die Herstellung eines Aggregats nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 10, wobei das Verfahren umfasst, eine hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer Polymer-Schicht, vorzugsweise einer Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um ein erstes Substrat zu bilden, eine zweite hochkonsistente Silikonkautschuk-Klebeschicht auf eine grundierte Seite einer zweiten Polymer-Schicht, vorzugsweise einer zweiten Polyimid-Schicht, zu kalandrieren, um ein zweites Substrat tu bilden, eine kontinuierliche Elektrowiderstands-Metallschicht an der ersten kalandrierten Silikonkautschuk-Klebeschicht gegenüber der ersten Polymer-Schicht anzubringen; das erste Substrat und die Metallschicht bei einer Temperatur zu laminieren, die sich dazu eignet, die erste Silikonkautschuk-Klebeschicht zu härten, um ein Laminat zu bilden die Metallschicht zu ätzen, um ein elektrisches Heizelement zu formen, eine Seite der zweiten kalandrierten Silikonschicht des zweiten Substrats gegenüber der zweiten Polymer-Schicht mit der Seite der Metallschicht gegenüber der ersten gehärteten Silikonkautschuk-Klebeschicht zu kontaktieren, um einen Stapel zu bilden, und den Stapel unter Bedingungen zu laminieren, die sich dazu eignen, die zweite Silikonkautschuk-Klebeschicht zu härten.
  19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 18, das weiterhin umfasst, zwischen 5 und 180 Minuten lang bei einer Temperatur von 100° C bis 230° C, 10 bis 60 Minuten lang bei einer Temperatur von 100° C bis 150° C oder 15 bis 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 110° C bis 130° C zu härten oder zu laminieren.
  20. Elektrowiderstands-Heizfolie bestehend aus dem Substrat, Laminat oder Aggregat nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19.
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