DE2138580B2 - Flexibles Widerstandselement aus einem Körper aus elastomerem Material - Google Patents

Flexibles Widerstandselement aus einem Körper aus elastomerem Material

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Description

Die Erfindung betrifft ein flexibles Widerstandselernent aus einem Körper aus elastomerern Material, welcher aus einer Dispersion von Ruß in einem Elastomer besteht und in welchem flexible Elektroden eingebettet sind, wobei zumindest über der leitenden Schicht eine Folie aus elektrisch isolierendem polymeren! Material haftend anliegt
Ein Widerstandselement der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 15 40 843 bekannt, bei welchem als Träger für die leitenden Teilchen ein Organopolysiloxanelastomer verwendet wird.
Die Widerstar.-faelemente können als dünne, biegsame Folien hergestellt werden, die bei der Strahlungsbeheizung von Räumen und dergleichen oder als Beheizung für Rohrleitungen, Behälter und andere Arten von Apparaten verwendet we, den.
Die mit bekannten Siloxanelastomeren als Träger erzielbarcn spezifischen Widerstandswerte sind verhältnismäßig hoch und liegen zwischen 3,6 und 92 Ohm/cm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Widerstandselement zu schaffen, welches bei leichter Verarbeitbarkeit einen sehr niedrigen spezifischen Widerstandswert aufweist, so daß für eine vorgegebene Heizleistung sehr dünne Folien eingesetzt werden können.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Erzielung eines niedrigen, spezifischen elektrischen Widerstands als Elastomer ein Fluorkohlenstoffelastomer verwendet wird. Das erfindungsgemäße Widerstandselement weist den weiteren Vorteil auf, daß es im Gegensatz zu den gemäß der DE-OS 1540843 verwendeten Siloxan-Elastomeren kein Aushärten erfordert, so daß kein Aufwand durch erforderliche öfen und Weiterverarbeitungszeit erforderlich ist
Die Erzielung vergleichsweise niedriger spezifischer Widerstände mit einem Träger aus Polytetrafluoräthylen ist aus der US-PS 32 77 419 der Anmelderin bekannt, jedoch handelt es sich bei Polytetrafluoräthylen um kein elastomeres Material, was zur Folge hat, daß es bezüglich der erzielbaren Elastizität, Biegsamkeit und Löslichkeit nicht die Eigenschaften eines elastomeren Stoffes erreicht
Ruß bzw. Acetylenruß werden bei leitendem Kunst' stoff vielfach als Leitpigment verwendet
Durch die Verwendung eines Fluorkohlenstoffelastomers als Träger wird es beim erfindungsgemäßen Widerstandselement möglich, die Elastomerschicht mittels eines Tauchverfahrens als sehr dünne Schicht mit niedrigem Widerstandswert auf eine Isolationsfolie aufzubringen, wobei die getrocknete Schicht auf der Isolationsfolie haftet Demgegenüber erfordert die Herstellung des bekannten Widerstandselements mit Polytetrafluoräthylen als Träger eine Vielzahl von Verfahrensschritten, welche die Herstellung des Elements erheblich verteuern und welche zudem eine Herstellung sehr dünner Schichten mit sehr niedrigen Widerstandswerten gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nicht gestatten.
Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnung erläutert
Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform des Widerstandselements ist in der Dicke stark vergrößert Die isolierende Folie 2 liegt haftend über dem leitfähigen Elastomer 3, und die isolierende Folie 1 haftet an der unteren Oberfläche des Elastomers 3. Die beiden Elektroden 5 sind aus Kupferstreifen hergestellt; die eine befindet sich an der linken Kante des Elastomers und die andere an der t'chten Kante. Beide sind mit dem Elastomer 3 verbunden und enthalten nicht gezeigte Anschlußelemente.
Beide Elektroden sind zwischen den Folien 1 und 2 gebunden. Ein Teil des Elastomers 3 ist haftend zwischen jeder Elektrode und der Folie 2 eingefügt
Auf der äußeren Oberfläche der Folie 1 ist ein haftender Oberzug 6 aus einem wärmereflektierenden Material aufgebracht Der offene Rand 4 der linken Seite des Widerstandselements veranschaulicht eine
so Kante, an der die Folien 1 und 2 nicht zusammengeführt und nicht verbunden oder verschweißt worden sind. Der Rand 4' an der rechten Seite veranschaulicht eine Kante, ar der die Folie miteinander verbunden worden sind, z. B. mittels bekannten Folienschweiß- oder Klebeverfahren. Der isolierte Randtyp wird aus offensichtlichen Gründen bei vielen Anwendungen, beispielsweise dort, wo es wahrscheinlich ist, daß Personen mit dem Rand des Widerstandselements während des Gebrauchs in Berührung kommen, bevorzugt
Einen bevorzugten Typ von Fluorkohlenstoff-Elastomeren stellen elastomere Mischpolymere aus Vinylidenfluorid und mindestens einem anderen fluorierten Monomeren dar; z. B. ein Mischpolymer aus Vinylenfluorid und Hexafluorpropylen, ein Mischpolymer aus Vinylidenfluorid und Chlortrifluoräthylen, ein Terpolymer aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluoräthylen oder eine Mischung aus zwei oder mehreren solcher Mischpolymeren. Besonders bevor-
zugt sind Vinylidenfluorid/Hexafluorpropylen-Mischpolymere, in denen die Monomeren in einem Molverhältnis von etwa 85; 15 bis 50:50 kombiniert sind. Bevorzugt isit auch ein Mischpolymer aus etwa 30 bis 80 Mol Vinylidenfluorid, 15 bis 40 Mol Hexafluorpropylen und 5 bis 30 Mol Tetrafluoräthylen. Mischpolymere von Vinylidenfluorid mit Dichlordifluoräthylen oder Chlorfluoräthylen, mit fluorierten Vinylestern, mit Derivaten der Perfluoracrylsäure und mit fluorierten Alkylvinyläthem sind ebenfalls nützlich; die letzteren werden von Mischpolymeren aus Vinylidenfluorid und einem Perfluoralkyl-perfluorvinyl-äther (vgL USA-Patentschrift 3136 745) und von Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Tetrafluoräthylen und dem genannten Äther (vgL USA-Patentschrift 3235 537) veranschaulicht Das »andere fluorierte Monomer« des Fluorelastomers ist vorzugsweise ein äthylenisch ungesättigtes Monomer, das mindestens so viele Fluoratome wie Kohlenstoffanome enthält Andere bekannte Fluorelastomere können ebenfalls verwendet werden, z. B. ein Mischpolymer aus etwa 50 bis 70 Mol Tetrafluoräthylen und 30 bis 50 Mol eines Peifiuoralkyl-perfluQrvinyläthers.
Zur Herstellung des leitfähigen Elastomers wird das Elastomer mit genügend viel RuB gemischt, damit sich die gewünschte Leitfähigkeit ergibt und dabei noch die geeignete Festigkeit und die anderen notwendigen Eigenschaften erhalten bleiben. Gewöhnlich wird das Elastomer mit etwa 10 bis 100 Teilen leitfähigen RuB je 100 Teile Elastomer vermischt; oft werden etwa 35 bis 100 Teile Ruß bevorzugt Acetylenruß findet bei vielen der besten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Verwendung. Die meisten anderen RuBarten verursachen leicht Probleme bei der Herstellung der Elastomerenschicht oder neigen dazu, die Erzielung der gewünschten Güte des Widerstandselements zu erschweren oder unmöglich zu machen. Ergebnisse, weiche für einige Anwendungszwecke brauchbar sind, können jedoch auch mit anderen RuBarten, die hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, z. B. mit einem stark agglomerier u:n Ofenruß erhalten werden.
Während der Herstellung des Widerstandselements kann eine Schicht des leitfähigen Elastomers auf einer oder beiden (vorzugsweise beiden) isolierenden Folien mit der Walze als Überzug aufgetragen werden, um die gesamte oder einen Teil der leitfähigen Elastomerschicht zu bilden. Bei dieser Methode kann das Elastomer als flüssige Überzugsmasse angesetzt werden, in welcher das Elastomer in einem organischen Lösungsmittel das der isolierenden Folie nicht schadet, gelöst oder dispergiert oder in Wasser unter Bildung eines Latex dispergiert is*. Eine Methode, bei der der Überzug «us einer Lösung aufgebracht wird, wird besonders bevorzugt.
Das leitfähige Elastomer kann auch durch Spiflhbeschichtung, Extrusion, Rakelbeschichtung, Seidenraster· beschichtung und nach anderen bekannten Methoden zur Herstellung von Überzügen, Folien und dgl. aus Elastomermausen gebildet werden.
Das Widerstandselement vermag mindestens 270 Watt Wärme je m2 Erzeugnis (1 mJ Erzeugnis enthalt 2 m5 Heizfläche, während jede Seite des Erzeugnisses für die Wirkung als Heizvorrichtung frei ist) bei einer Temperatur von etwa 460C zu erzeugen. Vorzugsweise erzeugt es mindestens 380 Watt Wärme je m2 bei etwa 57° C
Das Widerntandselement weist einen Temperaturkoeffizienten de» elektriscl f η Widerstandes von etwa 0 bis 0,02 je "C, vorzugsweise von etwa 0 bis 0,005 je "C auf.
Das leitfähige Elastomer 3 ist etwa 0,0013 bis 0,13 mm, vorzugsweise 0,003 bis 0,05 mm dick.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung. Alle Mengen sind als Gewichtsmengen angegeben, soweit nicht anders angezeigt
Beispiel 1 Herstellung eines Widerstandselements aus einem
elektrisch leitfähigen Fluorkohlenstoff-
Eiastomer und Polyesterfolie
Eine elektrisch-leitfähige Fluorkohlenstoff-Elastomermasse folgenden Ansatzes wird in einer Kugelmühle hergestellt
Gramm
Mischpolymer 100 Acetylenruß 40
MgO 15
N,N'%-Dicinnamyliden-
1,6-hexandiamin 3
Aceton 2ri§
Butylacetat 297
Das Mischpolymer ist zusammengesetzt aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropen (60/40 Gew.-%) mit einer Mooney-Viskosität von 35 (ML-10 bei 1000C).
Es wurde auch noch Methyläthylketon in genügender Menge zugefügt, damit sich eine Mischung ergab, die eine für Tiefdruckbeschichtung genügende Fließfähigkeit aufweis.
Zwei Streifen einer Polyester (Polyäthylenterephthalat-Folie (38 cm breit, 230 m lang und 0,23 mm dick) werden jeweils auf einer Seite unter Verwendung einer gleichsinnig-laufenden Tiefdruckwalzen-Auftragmaschine mit einem 3 m langen Drucklufttrockner mit der Elastomermasse beschichtet Die Folie läuft durch die Beschichtungs- und Trocknungsapparatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 9 m je Minute. Die Temperatur in der Trocknungszone beträgt etwa 110° C. Die Dicke (trockene Folie) des Elastomerüberzuges auf jedsr Folie beträgt 0,0075 mm.
Zwei Kupfer-Elektroden, von denen jede 0,05 mm dick und 13 cm breit ist, werden in den Spalt zwischen glatten Metallwalzen (Durchmesser: 15,5 cm) einer Zweiwalzen-Presse eingeführt; gleichzeitig werden die oben beschriebenen beiden beschichteten und getrockneten Folienstreifen den Walzen derart zugeführt, daß die Elektroden in Zwischenlage in Berührung mit den
so Elastomerschichten stehen. Der auf dem Aufbau lastende Druck beträgt an dem Walzenspalt etwa 10 bar, und die Walzentemperatur ist 175° C. Jede Walze ist etwa 70 cm lang, und die Lineargeschwindigkeit beträgt etwa 9 m/Min. Der Aufbau aus den beschichteten Folienstreifen und Kupfer-Elektroden verläßt die Presse als ein zusammengesetztes Folierschichutoff-Material.
Aluminiumanstrichfarbe wird auf eine Seite des Schichtstoffs aufgesprüht und unter Bildung einer
wärmereflektierer den Überzugs trocknen gelassen (vgL Position 6 der Zeichnung). Der Anstrich ist etwa 0,0013 mm dick. Das erhaltene Widerstandselement hat einen ähnlichen Querschnitt wie das in der Zeichnung dargestellte Gebilde, wobei jedoch ein Teil des
Elastomers 3 auch unterhalb der Elektroden liegt
Die folgenden elektrischen Eigenschaften des Schichtstoffes, die unter Verwendung einer Kelvin-Brücke bestimmt werden, werden beobachtet:
Spezifischer elektrischer Widerstand, Ohm-cm
Vor dem lirhitzen Nach dem Erhitzen Nach einer Ge-
und Pressen und Pressen brauchsdauer
von 1000 Stunden bei 7IX
Gramm
3,5
0,7
0,63
Das Widerstandselement ist biegsam und reißt weder vor noch nach der elektrischen Prüfung, wenn es um 360° um einen Dorn mit einem Durchmesser von 03 cm gewickelt wird. Das Widerstandselement zeigt gute Haftung der leitfähigen Elastomere an die Polyesterfolie. Die Wärmeerzeugung (Leistungsverbrauch) beträgt für dieses Erzeugnis bei 230 Volt 1500 V/att je m2 Erzeugnis bei etwa 116 bis 119° C und bei 115 Volt 375 Ws1.'. je .ti2 Erzeugnis bei etwa 54 bis 57° C (Qberflächentemperatur). Das Erzeugnis weist einen Temperaturkoeffizienten lies elektrischen Widerstands von 13 χ 10-3 je 0C auf. Über die teilweise Härtung hinaus, die während der Trocknungs- und Preßvorgänge erhalten wurde, wurde die Elastomerschicht nicht weiter gehärtet.
Beispiel 2
Herstellung von Widerstandselementen aus elektrischleitfähigem Fluorkohlenstoffelastomer und Kunststoff-Folie
Eine elektrisch-leitfähige Fluorkohlenstoff-Elastomermasse wird gemäß der folgenden Vorschrift in eine Kugelmühle hergestellt:
Mischpolymer des 100
Beispiels 1 50
Acetylenruß 15
MgO
Ν,Ν'-Dicinnamyliden- 3
1,6-hexandiamin
Die Elastomermasse wird mit etwa 280Og einer 50/50-Mlschung aus Aceton und Butylacetat verschnitten. Für jeden Schichtstoff wird die verschnittene Masse auf je eine Seite von zwei undurchlässigen Grundstoff-Folienschichten, deren Abmessungen 30,5 cm x -1O--S ran betragen, durch Sprühbeschichten als Oberzug aufgebracht Der Folientyp für jeden Schichtstoff wird in Tabelle I gezeigt.
Zwei Kupfer-Elektroden, wie sie in Beispiel 1 beschrieben wurden, werden zwischen jeden Satz der beschichteten und getrockneten Folienstreifen gebracht, und es wird ein Aufbau gebildet, in welchem die Elektroden als Zwischenlage in Berührung mit den leitfähigen Fluorelastomerschichten stehen. Jeder Aufbau wird be\ 100°C und 7 bar 15 Minuten lang in einer normalen Werkstatt-Etagenpresse unter Bildung eines Schichtstoffes heißgepreßt In den mit den ersten drei Folientypen der Tabelle I hergestellten Schichtstoffen ist die Fluorelastomerschicht insgesamt 0,05 mm dick; bei dem letzten Folientyp ist die Elastomerschicht 0,076 mm dick.
Tabelle
Folie Spezifischer elektrischer Widerstand
(Ohtn-cni)		 Nach dem
Pressen		 Änderung
in%
Vor dem
Pressen		 0,965
0,775
1,52		 310
445
205
Polyäthylen (zwei 0,076 mm dicke Folien) 3,0
3,45
3,12		 0,615
0,615
0,55		 435
405
495
Polyäthylenterephthalat
(zwei 0,126 mm dicke Folien)		 2,68
2,5
2,72		 0,835
0,715
0,70		 360
420
435
Polyvinylfluorid (zwei 0,025 mm dicke Folien) 3,0
3,0
3,04		 0,834
0,757
0,834		 391
445
402
Polytetrafluorethylen (zwei 0,076 mm dicke Folien) 3,26
3,37
3,35
Jeder Schichtstoff ist biegsam und reißt nicht, wenn er um 360° um einen Dorn mit einem Durchmesser von 03 cm gewickelt wird, und zeigt gute Haftung des leitfähigen Elastomers an der Folie.
Beispiel 3
Ein Widerstandselement aus einer leitfähigen Fhiorelastomerschicht und Polyesterfolien wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Art und Weise mit der Abänderung hergestellt, daß (1) in der Elastomermasse mehr Aceton und Butylacetat und weniger Methylethylketon verwendet werden und eine dickere Schicht auf die Folien aufgebracht wird, wie unter (4) gezeigt wird; (2) die Zweiwalzen-Presse Walzen mit einem Durchmesser von 20 cm besitzt und der Druck, der auf dem Aufbau am Spalt lastet, etwa 35 bar beträgt; (3) die Breite des Anfbaus, der die leitfähige Fluorelastomer-Zwischenschicht enthält, 36 cm beträgt; und (4) die FluoreUstomerschicht eine Gesamtdicke von 0,023 mm im Erzeugnis aufweist.
Das Erzeugnis vermag mindestens 375 Watt Wärme
je m2 Heizfläche bei einer Temperatur von etwa 57° C zu erzeugen. Es weist einen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes von 0,9 χ 10-Jje°Cauf,und seine Biegsamkeit und Schicht-an-Schicht-Haftung sind gut.
Ungefähr 24 Stunden, nachdem das Widerstandsele-
ment fertiggestellt ist, beträgt sein spezifischer elektrischer Widerstand 1,25 Ohm-cm. Nachdem der Widerstand 18 Monate lang bei 24° C und 50% relativer Feuchtigkeit gelagert worden ist, weist er einen -, spezifischen elektrischen Widerstand von 1,18 Ohm-cm auf (geringfügig niedriger als 18 Monate vorher).
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;
1. Flexibles Widerstandselement aus einem Körper aus elastomerem Material, welcher aus einer Dispersion von Ruß in einem Elastomeren besteht und in welchem flexible Elektroden eingebettet sind, wobei zumindest Ober der leitenden Schicht eine Folie aus elektrisch isolierendem polymeren Material anhaftend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines niedrigen spezifischen Widerstandes als Elastomer ein Fluor-Kohlenstoff elastomer verwendet wird.
2. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rußgehalt der Schicht (1) etwa lObis 100 Teile je 100 Teile Elastomer beträgt
3. Widerstandselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß Acetylenruß ist
4. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rußgehalt etwa 35 bis 100 Teile je 100 Teile Elastomer beträgt
5. Widerstandselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere leitende Schicht (1) eine Dicke von etwa 0,0013 bis 0,13 mm aufweist
DE2138580A 1970-08-03 1971-08-02 Flexibles Widerstandselement aus einem Körper aus elastomerem Material Expired DE2138580C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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US6055170A 1970-08-03 1970-08-03
US16287071A 1971-07-15 1971-07-15

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