DE2303389A1 - Elektrisch leitende filze mit guten mechanischen eigenschaften - Google Patents

Elektrisch leitende filze mit guten mechanischen eigenschaften

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DE2303389A1 DE19732303389 DE2303389A DE2303389A1 DE 2303389 A1 DE2303389 A1 DE 2303389A1 DE 19732303389 DE19732303389 DE 19732303389 DE 2303389 A DE2303389 A DE 2303389A DE 2303389 A1 DE2303389 A1 DE 2303389A1
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Description

RHOHE-PGUIENC-TEXTIIiE, Paris/Frankreich
Elektrisch leitende PiI^e mit guten mechanischen Eigenschaften
Die vorliegende Erfindung betrifft nicht gewebte elektrischleitende Pilze insbesondere für Heizvorrichtungen. Sie betrifft im besonderen Pilze, öie zu 3 »5- 62 <f0 aus Synthetik-Pasern, auf der Basis von Polyamiden, die eventuell Imidketten enthalten, zu 7,5 - 65 ?° aus Kohlenstoff-Fasern, zu 3,5 - 8 $ aus einem Bindemittel und zu 23 - 28 fo aus einem Latex bestehen und gute mechanische Eigenschaften haben.
Die Anwendungsbereiche solcher Pilze sind sehr zahlreich: Beheizte Kleidungen und Verkleidungen, Heizkörper, Straßenbeheizung etc.
Sie betrifft insbesondere Pilze auf der Basis von Mischungen aus Kohlenstoff- und Polyamid-Pasern mit guten mechanischen Eigenschaften, die eine veränderliche Menge von Wärme abgeben können, entsprechend dem Gebrauch, den man davon machen will.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls Heizvorrichtungen, bei der diese Pilze verwendet werden.
Es ist bekannt (Französisches Patent 1 430 617), elektrisch leitende poröse Blätter herzustellen, die zu 1 - 35 i° des Gewichtes aus Kohlenstoff-Pasern und zu mindestens 50 $ aus isolierenden und unschmelzbaren Pasern bestehen, wie Zellulose und ihre Derivate, Asbest, Gemische aus Glas-Asbest, Zellulose-Asbest, Glas-Zellulose usw., mit einem spezifischen Widerstand zwischen 0,036 und 60 0hm pro Zentimeter. Aber diese Stoffe werden in Form dünner Blätter hergestellt, die nicht zur Anwendung im Textil_Bereich geeignet sind.
Es ist ebenfalls bekannt (Französisches Patent 1 462 564)» kohlenstoffhaltige elektrisch leitende faserige Stoffe, die mindestens 5 $ Kohlenstoff-Fasern und eventuell andere Fasern enthalten, wie Kieselerde, Glas, Metall, Tonerde, Aluminium-Silikat oder Fluor-Kohlenstoff, durch Erhitzung eines Stoffes aus regenerierter Zellulose und Verkokung herzustellen. Aber die aus solchen Fasermischungen gewonnenen Stoffe können keine guten mechanischen Eigenschaften haben und sind immer sehr steif.
Schließlich ist es bekannt (f ranzösisches-Patent 2 049 687) Heizvorrichtungen herzustellen, wobei man von einem Tuch ausgeht, durch das Kohlefäden gezogen sind, die an zwei auseinanderliegenden Elektroden angeschlossen sind, wobei das Tuch mit einer tragenden Gewebeschicht, einer Oberflächenschicht aus verfilztem Gewebe und mit einer Deckschicht, die über der tragenden Schicht liegt, verbunden ist.
Eine solche Anordnung hat den Nachteil, daß hier nur Tücher, die mit Kohlenstoff-Fasern aufgekämmt sind, verwendet werden können. Das Aufkämmen aber ist ein umständlicher Vorgang, und die mit Kohlenstoff—Pasern aufgekämmten Tücher sind sehr zerbrechlich und schwierig zu handhaben.
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Gemäß der Erfindung werden nicht gewebte elektrisch leitende Filze auf der Basis von Kohlenstoff-Fasern verwendet, die Temperaturen bis zu 12O0C aushalten, und die zu3,5- 62 Gew.-$ aus Synthetik-Fasern, auf der Basis von Polyamiden, die eventuell Imid-Ketten enthalten können zu 7,5 - 65 Gew.-$ aus Kohlenstoff-Fasern, zu 3,5 - -8 % des Gewichtes aus einem Binde-" mittel und zu 23- 28 <fo aus Latex bestehen, wobei ihr elektrischer Widerstand (für eine quadratische Oberfläche) zwischen ungefähr 4 und 200 Ohm schwankt, ihre Reißlänge mindestens 1190 m, ihr Reißindex mindestens 10,4 beträgt, und sie der Doppel-Faltung gut standhalten.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf alle Heiz-Vorrichtungen, die die obigen Filze verwenden. Die verwendeten Kohlenstoff-Fasern werden aus Gründen der Herstellungskosten vorzugsweise aus zellulose-haltigen Fasern hergestellt.
Unter "Polyamiden" versteht man die Zusammensetzungen, die aus einer Aminosäure oder einem Laktam, oder deren Derivaten, oder aus einer genau äquimolekularen Menge von mindestens einem Diamin und mindestens einem Diaeid, oder deren Derivaten, entstanden sind, gleichgültig ob diese Zusammensetzungen aliphatisch oder aromatisch sind, z.B. das Polycaprolaktam, das Polyhexamethylen-Adipamid, das Polybenzamid, die Polydicyclohexylmethan-Phthalamide, die Polyphenyl-Phthalamide, eto. Ebenfalls kann man Polyamide verwenden, die Imid-Ketten enthalten, d.h. die Zusammensetzungen, die durch die Reaktion in genau stöchiometrischen Proportionen - von mindestens einem aromatischen Diisocyanat und aus einer Mischung aus mindestens einer Anhydridsäure und mindestens einem aromatischen, aliphatischen oder cyclo-aliphatischen Diaeid entstehen, oder durch die Aktion der Diamine und Chloride von entsprechenden Säuren.
Unter "Reiß-Länge" versteht man die Länge, bei der ein Streifen Papier oder Karton, der auf einer Seite gehalten wird,
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unter seinem eigenen Gewicht reißt. (N.F. Q o3-oo4, Mai 1957). Diese Meßwerte werden für die Länge und Breite bestimmt.
Der "Reißindex" ist der Quotient aus Druck in g/cm , geteilt durch Papier-Masse in Gramm pro Quadratmeter. (N.F. Q o3-ö14, Juni 1961).
Die Widerstandskraft gegenüber der doppelten Faltung ist die Anzahl von Doppelfaltungen, der das Material unter konstanter Spannung (500 Gramm) standhält ohne zu brechen, wobei das Material 1,5 cm + 0,1 mm breit ist. (N.F. Q 03-001).
Der "elektrische Widerstand" wird in Bezug auf eine quadratische Oberfläche gemessen, aber er ist unabhängig von der
wirklichen Oberfläche, d.h. er ist für 1 cm genau so groß wie
für 1m2.
Die Filze werden gemäß der Erfindung im allgemeinen auf nassem Weg, wie bei der Papierherstellung gewonnen. Sie besteht darin, daß man ein Gemisch aus Kohlenstoff- und Kunst-Fasern, letztere aus den oben definierten Polyamiden hervorgegangen, in ein Wasserbad hängt, wobei dieses Gemisch zu 5 - 80 $ des Gewichtes aus Polyamid- oder Polyamid-Imid-Fasern zu 10 - 85 # des Gewichtes aus Kohlenstoff-Fasern und zu 5 - 10 $ des Gewichtes aus einem Bindemittel besteht, welches das Ganze gut binden soll. Das Bindemittel kann z.B. Polyvinyl-Alkohol sein, aber andere bekannte Bindemittel können ebenfalls verwendet werden. Man erhält ein Blatt, das auf übliche Art ausgepreßt und getrocknet wird, z.B. auf einem Trockenzylinder, der auf eine Temperatur bis zu ungefähr 120 oder 1300C erhitzt wird.
- Dann gibt man dem Filz eeine endgültigen Eigenschaften, indem man ihn mit einem Latex imprägniert, z.B. mit einem Harz des Typs ABS (Acrylonitril-Butadien-Styrol), und man trocknet das erhaltene Produkt auf übliche Art.
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_ 5 —
Der gewonnene Pilz ist außergewöhnlich haltbar und gleichzeitig sehr flexibel, was bei weiteren Behandlungen und verschiedenen Anwendungen von großem V/ert 1st. Er besitzt ebenfalls alle Vorteile des Gewebes, d.h. er kann geklebt, gefaltet und geschichtet werden, ohne deshalb seine elektrische Leitfähigkeit und mechanische Qualität zu verlieren.
In gewissen Grenzen und entsprechend dem Artikel, den man herstellen will, kann man die elektrischen Eigenschaften des Pilzes durch Hadelung oder Perforation verändern. Durch die Nadelung eines ßpunbondet Artikels zum Beispiel auf einen solchen nieht-gewebttn Filz kann man außer der Veränderung der elektrischen Figenschaften eine wirksame Isolierung einer der Seiten erzielen. Wie weit diese Isolation geht, hängt natürlich von der Art der Fasern ab, aus denen der "spunbondet11 besteht.
Unter spunbondet versteht man ein nicht gewebtes Tuch, das aus verfiiüten Endlos-Ff-sern besteht, die direkt durch Spinnen hergestellt werden.
Wenn man zwei Leiter mit Haken auf dem Pilz anbringt und an die Klemmen eine Spannung anlegt, gibt der Pilz Wärme ab, die sehr stark variiert werden kann, je nach Zusammensetzung, Abmessungen, Perm und Gewicht des Pilzes. Mit ihm kann man sehr wirtschaftlich heizende Widerstände erhalten, da die Wärme gleichmäßig verteilt wird.
Der so hergestellte Pilz iot von besonderem Interesse, wenn man die Temperatur nicht über etwa 800G steigen läßt. Es ist besonders günstig, für jede Vorrichtung, die in Kontakt mit dem nicht gewebten Material steht, gewöhnliche und leicht verarbeitbare Kunststoffe, wie z.B. Bakelit, zu verwenden. Die Lebensdauer des Pilzes kann hier sehr groß sein. Das gilt ganz besonders für Verwendungsbereiche wie z.B. bei Heizkörpern.
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Der Heizwiderstand kann auch vollkommen isoliert werden. z.B. mit Grummifolien oder durch einen Überzug aus Stoffen wie Silikonen, wobei die gleiche Wärmemenge ausgestrahlt wird. Er kann auch mit Bitumen angestrichen oder in Bitumen eingelegt werden, im Hinblick auf Straßenbeheizung zum Beispiel, um Eisbildung zu vermeiden und gegebenenfalls zum Auftauen von Straßen.
Außerdem kann man durch Veränderung des Abstandes "der Leiter Artikel erhalten, deren Oberflächentemperatur je nach Entfernung der beiden Leiter variiert. Diese Variationen sind nach Wunsch regulierbar. Ein solches Material kann z.B·. im Bereich der wärmenden Verkleidungen oder der Kleidung angewandt werden.
Die Anwendungsbereiche der oben beschriebenen Pilze sind von sehr verschiedener Art: Heiz-Kleidung, Heiz-Sitze, alle heizenden oder vorheizenden Apparate in der Industrie oder im Haus, wie das Vorwärmen von Dieselmotoren oder Tanks im Straßenoder Eisenbahn-Transport, Enteisung von Flugzeugtragflachen, Straßenbeheizung, .Boden- oder Mauernverkleidung usw.
Die so hergestellten Filze können mit anderen Textilien verbunden werden, z.B. durch dem Fachmann wohlbekannte Mittel wie Nadelung, Kleben etc.
Die folgenden Beispiele, in denen sich die einzelnen Anteile auf das Gewicht beziehen, erläutertn die Erfindung.
Beispiel 1
Man stellt Filze A, B, C, D, von verschiedenem Gewicht, auf nassem Weg her, die 85 i° Kohlenstoff-Fasern, entstanden aus Zellulose-Fasern, 5 °/° Adipamid-Polyhexamethylen-Fasern und 10 io Polyvinyl-Alkohol , enthalten. Der Filz wird ,anschließend mit 35 $ Latex .- bezogen auf den Filz - imprägniert,
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wobei die Latex aus einem ABS-Harz besteht. Die Eigenschaften der Filze A, B, G, D sind in der folgenden Tabelle aufgezeigt,
lze Gewi cht Widerstand Reißlänge in Reiß Paltwiderstand
g/m2 im Quadrat
in Ohm		 m der Länge/
Breite nach		 index Doppel-Faltung
A 67 7,2 1790/2090 10,4 6·
B 81 6,1 1480/1970 11,1 9
C 122 5 1800 11,4 12
D 135 5,3 1630/1920 12,6 10
Die erhaltenen Artikel haben einen sehr schwachen Widerstand im Quadrat und können deshalb beträchtliche Leistungen in der Größenordnung von 8000 Watt oder sogar mehr abgeben.
Beispiel 2
Man bereitet auf nassem Weg, wie in Beispiel 1, die Filze E, F, G, H, die 80 <fo Kohlenstoff-, 10 # Adipamid-PolyhexamethyleTP?~ünd 10 $ Polyvinyl-Alkohol . enthalten. Der Filz wird mit 35 i° - bezogen auf das Filzgewicht - ABS-Harz imprägniert. Die Eigenschaften der gewonnenen Produkte sind in der folgenden Tabelle aufgezeigt.
lze Gewicht Widerstand Reißlänge in Reiß Faltwiderstand
g/m2 im Quadrat
in 0hm		 m der Länge/
Breite nach		 index Doppe1-Faltung
E 81 7,9 2220/2960 12,3 22
F 95 6,0 2730/3150 12,6 · 33
G 108 4,5 2960/3140 12,9 35
H 135 4,3 2660/3260 12,9 53
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Beispiel 3
Man bereitet auf nassem Weg die Filze I, J, K, L, die 70 i> Kohlenstoff-, 20 # Adipamid-Polyhexamethyler^Tmd 10 <fo Polyvinyl-Alkohol " enthalten. Dann wird der Pilz, wie vorher, mit einem ABS-Harz imprägniert. Die gewonnenen Stoffe haben folgende Eigenschaften: ·
Filze Gewicht
g/m2 		Widerstand
im Quadrat
in 0hm		 Reißlange in
m der Länge/
Breite nach		 Reißin
dex		 Faltwiderstand
Doppel-Faltung
I
J
K
I		 67
95
108
148		 11,2
8,5
6,6
4,4		 2090/3280
189.0/2940
2400/3150
2700/2830		 19,4
16,8
16,6
14,8		 620
425
420
179
Beispiel 4
Man bereitet auf nasse Art die Filze M, N, 0, P, die 50 fo Kohlenstoff-Fasern, 40 fo Adipamid, Polyhexamethylen-Fasern und 10 io Polyvinyl-Alkohol ' .'. enthalten. Dann wird der Filz wie vorher imprägniert. Die gewonnenen Stoffe haben folgende Eigenschaften:
Filze Gewicht Widerstand Reißlänge in g/m'
im Quadrat m der Länge/ in 0hm Breite nach
Reißindex
Faltwiderstand Doppe1-FaIt ung
M 67
N 95
0 122
P 162
15.0 2380/2980.
11.1 2100/2520 9,2 ' 229O/295O 7,4 2090/2470
40,2 41,0 31,9 30,8
12 32Ö
7 430
7 120
4 100
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Beispiel 5 ' . .
Man bereitet wie vorher die Pilze Q, R, S, T, die 30 <$> Kohlenstoff-Pasern, 60 $> Adipamid-Polyhexamethylen-Fasern und 10 $> Polyvinyl-Alkohol enthalten und die man mit 35 $ - "bezogen auf das Pilzgewicht - ABS-Harz imprägniert. Die gewonnenen Pilze haben folgende Eigenschaften:
Pilze Gewicht Widerstand Reißlänge in Reiß- Paltwiderstand
g/m'
im Quadrat m der Länge/ index
in Ohm
Breite nach
Doppel-PaItung
Q
R
S
T
81 108
HS
57,0 21,3 20,2 19,3
?. 700/4 200 2220/2590 2460/2950 2430/2700
71,6 52,7 57,3 58,1
77 790
H It
Beispiel 6 \
Die Pilze Y, W, X, Y werden wie vorher hergestellt. Sie enthalten 10 % Kohlenstoff-, 80 $> Adipamid-PolyhexaraethyleTpS-urid 10 fo Polyvinal-Al-irohol . Sie werden mit 35 i° - in Bezug
auf das Filzgswieht - ABS-Earz Imprägniert. Sie haben folgende Eigenschaften:
Pilze Glicht Widerstand 2
g/m
Reißlänge in
Reiß- Paltwiderstand im Quadrat m der hänge/ Index in 0hm Breite nach
Doppel-Faltung
V
W
X
Y
.08 122 148 175
215 182 218 220
3330/4070 3280/3770 4050/5000 3660/4110
81,4 68,0 75,6 74,7
277 710
Il It It
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Beispiel 7 '
Man bereitet wie vorher einen Pilz, der zu 50 $ aus Kohlenstoff-Fasern, zu 40 io aus Fasern aus einem Copolyamid-Imid, das aus Diisocyanato-4,4'-diphenyltnethan, trimellithsäureanhydriG und Terephthal-Säure gewonnen wird, und zu 10 °/o aus Polyvinyl-Alkohol besteht und mit 35 $ - bezogen auf das Filzgewicht ABS-Harz imprägniert wird. Der erhaltene Filz hat folgende Eigenschaften:
2
Gewicht pro m 103 g
Reißlänge
der Länge nach 3
Ausdehnung (in der länge) ' 4,5
Reißlänge
der Breite nach 2
Ausdehung (in der Breite) 4,1 -
Reißindex 22,4
Widerstand gegen begonnenes Reißen in kg
der Länge nach · 0,51
der Breite nach 0,46
Widerstand, gemessen in einem Quadrat
in Ohm 10,5
Im obigen Versuch wird der Widerstand gegen begonnenes Reißen auf einem Versuchsstoff von trapezartiger Form von der amerikanischen Norm ASTM D 2263 abgeleitet.
Dieser Filz hat zusätzlich den Vorteil, thermostabil zu sein.
Beispiel 8
Wie vorher bereitet man einen Filz, der zu 7?,5 fi aus .Kohlenstoff-Fasern, zu 17,5 i» aus Fasern auf der Basis von
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Adipamid-Hexamethylen, zu 10 $ aus Polyvinyl-Alkohol und zu 35 - in Bezug auf den Grund-Filz - aus ABS-Harz besteht, mit einem
Gewicht von 90 g/m .
Zum Vergleich stellt man einen Filz mit Gewicht von 90 g/m entsprechend Beispiel 4 des Patentes 1 430 617 her. Der Filz besteht aus:
13 ^ 12 io 24 Io
Kohlenstoff-Fasern Glasfasern Phenol-Harz Asbest
Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche sind in der untenstehenden Tabelle aufgeführt.
Beispiel des
französischen
Patents
1 430 617		 Filz gemäß der
vorliegenden
Erfindung
90 90
46 100
810 m 3 780
: 0,6 io- 22 io
516 m 3 000
1,1 io 21 $>
5,6 71
0,140 0,8
0,115 1
0,57 io 8 io
Gewicht in g/m.
Widerstand im Quadrat in 0hm Reißlänge in Breitenrichtung Verlängerung in Breitenrichtung
Reißlänge in Längsrichtung Verlängerung in Längsrichtung Reißindex
Weiterreißfestigkeit
in Längsrichtung in Breitenrichtung Luftdurchlässigkeit
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Die Luftdurchlässigkeit wird auf einem Schmerber-Apparat gemessen, mit dem man den Prozentsatz von Hohlraum auf einer Papier-Oberfläche bestimmen kann. Je poröser ein Papier ist, desto leichter" kann es imprägniert werden.
Die obigen Versuche zeigen die guten mechanischen und elektrischen Eigenschaften, die die Pilz-e besitzen.
Beispiel 9
Man baut einen Heizkörper mit Zwangsluftführung, der drei Widerstände aus nicht gewebtem Stoff .enthält, die man aus Pilzen V des Beispiels 6 gewinnt, welche die Abmessungen 10 cm χ 50 cm besitzen und von denen jeder eine Leistung von 80 Watt bei 220 Volt hat. Jeder von ihnen ist um einen Motor gewickelt und durch Bakelit-Teile getrennt.
In Pig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt des Apparates dargestellt, der eine durchbrochene Abdeckung 1, die kalte Luft durchläßt, zeigt, ferner einen Ventilator 2, der von einem kleinen Interrupt-Motor 3 vom Typ 40 L - 40 W angetrieben wird und eine durchbrochene Platte 4, die den Apparat schützt. Die drei Widerstände 5 sind spiralförmig aufgerollt und durch gewellte Bakelit-Teile 6 getrennt, die die warme Luft rasch durchströmen lassen. Der Apparat wird durch drei Gewindestäbe und Muttern zusammengehalten.
Fig. 2 zeigt eine Teilansicht von oben, ohne die durchbrochene Abdeckung. Man sieht den Ventilator 2, angetrieben von dem Motor 3, die drei spiralförmig aufgerollten Widerstände 5, die durch die wellenförmigen Bakelit-Teile 6 getrennt werden.
Wird an den Apparat eine Spannung von 220 Volt angelegt, dann hat er eine Leistung von 240 Watt. Er ist sehr leicht
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und gut zu handhaben, da er außer den Widerständen zum größten Teil aus Kunststoff besteht.
Der Apparat ist leicht zerlegbar, um eventuell die Widerstände auswechseln zu können. Die Maxima1-Temperatur beträgt QO0C.
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Claims (8)

Patentansprüche
1. Nicht gewebte, elektrisch leitende Pilze auf der Basis von Kohlenstoff- und Synthetik-Fasern, die Temperaturen bis zu 120 C aushalten, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu3,5-62 ^ aus Synthetik-Fasern auf der Basis von Polyamiden, die Imid-Ketten enthalten können, zu 7,5 - 65 # aus Kohlenstoff-Pasern, zu 3,5 - 8 io aus einem Bindemittel und zu 23 - 28 $ aus einer Latex bestehen, daß ihr elektrischer Widerstand (für eine
quadratische Oberfläche) zwischen ungefähr 4 und 200 Ohm liegt, ihre Reißlänge mindestens ungefähr 1190 m, ihr Reißindex mindestens ungefähr 10,4 beträgt, und daß sie der Doppel-Faltung gut standhalten.
2. Nicht gewebte Filze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synthetik-Fasern aus aliphatischen Polyamiden, hervorgehen.
3. Nicht gewebte Filze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Temperaturen bis zu 1800C standhalten.
4. Nicht gewebte Filze gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Synthetik-Fasern aus aromatischen Polyamiden hergestellt sind.
5. Nicht gewebte Filze gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Synthetik-Fasern aus Imid-Polyamiden hervorgehen.
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6. Nicht gewebte Pilze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine ungleichmäßige Temperatur auf ihrer ganzen Oberfläche haben.
7. Nicht gewebte Filze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,' dadurch gekennzeichnet, daß sie isoliert sind.
8. Nicht gewebte elektrisch leitende Pilze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter mit der Oberfläche des Pilzes durch Haken verbunden sind.
9· Heiz-Vorrichtungen, die die nicht gewebten elektrisch leitenden Pilze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 enthalten.
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