DE2616855C3 - Verfahren zum Isolieren von Organopolysiloxanelastomer als Bindemittel enthaltendem Widerstandsmaterial von Flächenheizwiderständen - Google Patents
Verfahren zum Isolieren von Organopolysiloxanelastomer als Bindemittel enthaltendem Widerstandsmaterial von FlächenheizwiderständenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Rein-organische Kunststoffe, wie Polytetrafluoräthylen
oder Polyester, als Bindemittel enthaltendes Widerstandsmaterial von Flächenheizwiderständen läßt
sich mit beliebigen Isoliermaterialien durch zusammenhängende Klebschichten verbinden, solange die Klebschichten
sowohl auf dem Widerstandsmaterial als auch auf dem Isoliermaterial haften. So kann z. B. eine
isolierende Polyesterfolie, die gleichmäßig mit Polyäthylen als Klebschicht beschichtet ist, in der Hitze auf
Polytetrafluoräthylen oder Polyester als Bindemittel enthaltendes Widerstandsmaterial von Flächenheizwiderständen
aufgepreßt werden. Auch Klebstoffe auf Grundlage von monomeren oder polymeren Acrylaten
eignen sich für die Erzeugung derartiger Klebschichten bei rein-organische Kunststoffe als Bindemittel enthaltenden
Widerstandsmaterial von Flächenheizwiderständen. Organopolysiloxanelastomer als Bindemittel enthaltendes
Widerstandsmaterial von Flächenheizwiderständen läßt sich jedoch nicht auf diese Weise isolieren.
Alle bisher erprobten Klebstoffe führten nämlich, wenn sie als zusammenhängende Klebschichten zwischen
Widerstands- und Isoliermaterial angewendet wurden, zu unkontrollierter Widerstandsänderung des Widerstandsmaterials,
meist zu beträchtlicher Erhöhung des Widerstandes.
Deshalb wurde bisher Organopolysiloxan als Bindemittel enthaltendes Widerstandsmaterial von Flächenheizwiderständen
lose zwischen Isoliermaterial, das mit sich selbst verklebt wurde, eingebettet (vgl. DE-OS
23 07 776, offengelegt: 22. August 1974, Anmelder: Wacker-Chemie GmbH). Bei Widerstandsmaterial mit
einer Breite von mehr als 30 cn und einer Länge von mehi· als 100 cm, das lose zwischen Isoliermaterial
eingebettet ist, können jedoch leicht Knicke und/oder Brüche und/oder andere Beschädigungen auftreten, die
zu Kurzschluß führen können.
ίο Des weiteren ist bekannt, zur Herstellung eines
Flächenheizelementes eine Bahn aus ungehärtetem oder klebrigen, leitendem Material, z. B. Organopolysiloxanelastomer,
zwischen Druckwalzen zu führen und dort mit Isolierschichten zu verbinden. Im Anschluß
daran wird die Anordnung durch einen Härteofen geführt (DE-OS 15 90 277).
Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem Flächenheizwiderstand der eingangs genannten Art
einerseits die Knicke oder Brüche des Widerstandsmaterials zu vermeiden und andererseits zu verhindern,
daß eine unkontrollierte Widerstandsänderung eintritt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäß isolierte Organopolysiloxanelastomer
als Bindemittel enthaltende Widerstandsmaterial von Flächenheizwiderständen hat die Vorteile,
daß es fester als bisher mit dem Isoliermaterial verbunden ist, also keine Knicke und/oder Brüche
und/oder andere Beschädigungen wie bei lose zwischen Isoliermaterial eingebettetem Widerstandsmaterial auftreten
können, ohne daß durch die Isolierung eine merkliche Widerstandsänderung auftritt.
Als Organopolysiloxanelastomer als Bindemittel enthaltendes Widerstandsmaterial kann auch im Rahmen
der Erfindung jedes beliebige, Organopolysiloxanelastomer als Bindemittel enthaltende Widerstandsmaterial
eingesetzt werden, das bisher in Flächenheizwiderständen eingesetzt werden konnte. Es handelt
sich dabei um Organopolysiloxanelastomere, die feinteiliges, elektrisch leitfähiges Material, wie Pulver aus
elektrisch leitfähigen Metallen, z.B. Silber, Kupfer, Aluminium oder Eisen, oder Pulver aus anderen
leitfähigen Stoffen, wie Silicium, Siliciumcarbid oder Graphit, oder Ruß, oder Gemische aus solchen
elektrisch leitfähigen Stoffen enthalten und deshalb leitfähig sind, und in Form von Folien, die selbsttragend
sein oder Verstärkungsmittel, wie Glasfasergewebe oder -vliese, enthalten können, vorliegen.
Als Isoliermaterial werden vorzugsweise isolierende
so Folien verwendet. Solche Folien können z. B. aus Polyester, wie Polyäthylenterephthalat, Polyarylenimid,
isolierendem Organopolysiloxan oder Polyhydantoin
bestehen.
Als Klebstoffe bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind zu Elastomeren härtbare Massen auf Grundlage
von Organopolysiloxanen bevorzugt. Dementsprechend sind als Klebschichten in dem erfindungsgemäßen
isolierten Widerstandsmaterial solche aus Organopolysiloxanelastomer bevorzugt. Die Organopolysiloxane in
diesen Massen können als über Kohlenstoff an Silicium gebundene organische Reste ausschließlich Kohlenwasserstoffreste,
die durch monomere Gruppen oder Atome substituiert sein können und 1 bis 18 Kohlenstoffatome je organischem Rest enthalten,
aufweisen oder sogenannte modifizierte Organopolysil- ^ane sein. Modifizierte Organopolysiloxane sind
beispielsweise durch Pfropfpolymerisation vom mindestens einem aliphatische Mehrfachbindungen enthalten-
dem Monomeren^ ζ. B. eines Gemisches aus Styrol und
n-Butylacrylat, auf Organopolysiloxane mittels freier
Radikale erhältlich, wie dem Fachmann wohlbekannt
Bei den als Klebstoffe verwendeten Massen auf Grundlage von Organopolysiloxanen kann es sich um
solche mit Organosiliciumverbindungen, die mindestens drei hydrolysierbare Gruppen, z.B. Acetoxygruppen,
Alkoxygnippen und/oder Aminogruppen, je Molekül enthalten, oder um solche mit Si-gebundenen Wasserstoffatomen,
über Kohlenstoff an Silicium gebundene Alkenylgrupijen, insbesondere Vinylgruppen, und die
Anlagerung von Si-gebundenem Wasserstoff an aliphatische Mehrfachbindungen fördernden Katalysatoren,
insbesondere solchen auf Grundlage von Platin, oder um solche, die durch freie Radikale härtbar oder vernetzbar
sind, handeln.
Beispielsweise weil sie leichte Zugänglichkeit mit ausgezeichneter Haftfestigkeit sowohl auf dem Widerstandsmaterial
als auch auf dem Isoliermaterial verbinden, sind die als Klebstoff verwendeten, zu
Elastomeren härtbaren Massen auf Grundlage von Organopolysiloxanen vorzugsweise solche mit Organosiliciumverbindungen,
die insgesamt mindestens drei tert-Butoxy- und Acetoxygruppen je Molekül enthalten.
Ebenso handelt es sich bei druckempfindlichem Klebstoff auf den mit solchem Klebstoff doppelseitig
beschichteten Streifen, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, vorzugsweise um Organopolysiloxane.
Falls erwünscht, können die bei dem erfindungsgemä-Ben Verfahren verwendeten Klebstoffe und somit au.h
die Klebschichten des erfindungsgemäßen, isolierten Widerstandsmaterials durch einen Gehalt an elektrisch
leitfähigem Material, für das bereits oben Beispiele angegeben wurden, also z. B. durch einen Gehalt von
Ruß, elektrisch leitfähig sein. Die erfindungsgemäß verwendeten Klebstoffe sind jedoch vorzugsweise frei
oder praktisch frei von Lösungsmittel.
Bei im wesentlichen gleichseitigen polygonalen Flächen, auf die erfindungsgemäß Klebstoff aufgetragen
werden kann, kann es sich z. B. um gleichseitige Dreiecke, gleichseitige Vierecke, gleichseitige Fünfecke,
gleichseitige Sechsecke usw. handeln. Wenn die im wesentlichen kreisförmigen und/oder im wesentlichen
gleichseitigen polygonalen Flächen, auf die erfindungsgemäß Klebstoff aufgetragen werden kann, nicht
gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche von mindestens einer Seite des Widerstandsmaterials angeordnet
sind, und/oder nicht gleichmäßig auf denjenigen Teilen der Oberfläche des Isoliermaterials, die mit dem
Widerstandsmaterial verbunden werden sollen, angeordnet sind, so sind sie vorzugsweise in in
Stromrichtung verlaufenden, streifenförmigen Abschnitten in gleichmäßigen Abständen angeordnet.
Die streifenförmigen, in Stromrichtung verlaufenden Flächen, auf die erfindungsgemäß Klebstoff aufgetragen
werden kann, können gerade oder wellenförmig sein. Das Auftragen von Klebstoff auf im wesentlichen
kreisförmige und/oder im wesentlichen gleichseitige polygonale Flächen ist gegenüber dem Auftragen auf
streifenförmige Flächen bevorzugt.
Der Durchmesser der im wesentlichen kreisförmigen Flächen, auf die erfindungsgemäß Klebstoff aufgetragen
werden kann, der mittlere Durchmesser der im wesentlichen gleichseitigen polygonalen Flächen, auf
die erfindungsgemäß Klebstoff aufgetragen werden kann, und die Breite der parallel zum Stromfluß
verlaufenden Flächen, auf die erfindungsgemäß Klebstoff aufgetragen werden kann, beträgt verzugsweise
jeweils 0,1 bis 100 mm, insbesondere 1 bis 10 mm.
Der Mindestabstand der Ränder der von einander getrennten Flächen, auf die erfindungsgemäß Klebstoff
aufgetragen werden kann, und/oder der Klebestreifen von einander beträgt vorzugsweise 5 mm. Die obere
Grenze dieses Abstandes ergibt sich aus der jeweils gewünschten Festigkeit der Verklebung von Widerstandsmaterial
mit Isoliermaterial. Ebenso ergibt sich die Anzahl der Flächen, auf die erfindungsgemäß
Klebstoff aufgetragen werden kann, je Oberflächengröße aus der jeweils gewünschten Festigkeit der
Verklebung von Widerstandsmaterial mit Isoliermaterial.
Die Dicke des Klebstoffauftrags bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenso wie die Dicke der
Klebschichten des erfindungsgemäßen, isolierten Widerstandsmaterials beträgt vorzugsweise 20 bis 1000
mikron.
Das Auftragen von Klebstoff im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in beliebiger, für
das Auftragen flüssiger oder pastenförmiger Stoffe auf örtlich begrenzte Stellen bekannter Weise, z. B. durch
Tief- oder Seidenschirmdruck oder von Hand, erfolgen.
Die Härtung oder Vernetzung von als Klebstoff verwendeten Massen auf Grundlage von Organopolysiloxanen
mit Organosiliciumverbindungen, die mindestens drei hydrolysierbare Gruppen je Molekül
enthalten, erfolgt bei Raumtemperatur durch Zutritt von Wasser, wobei das in der normalen Luftatmosphäre
enthaltene Wasser ausreicht Diese Härtung kann durch Erwärmen und/oder den Einsatz von zusätzlichem
Wasser beschleunigt werden.
Die Härtung oder Vernetzung von als Klebstoff verwendeten Massen auf Grundlage von Organopolysiloxanen
mit Si-gebundenen Wasserstoffatomen, über Kohlenstoff an Silicium gebundenen Alkenylgruppen
und die Anlagerung von Si-gebundenem Wasserstoff an aliphatische Mehrfachbindungen fördernden Katalysatoren
erfolgt bei Raumtemperatur oder durch Erwärmen auf Temperaturen von meist höchstens 150° C.
Die Härtung oder Vernetzung von als Klebstoff verwendeten Massen auf Grundlage von Organopolysiloxanen,
die durch freie Radikale härtbar oder vernetzbar sind, erfolgt durch Erwärmen auf Temperaturen
von 100 bis 25O0C oder durch Hochenergiestrahlen, wie gamma-Strahlen.
Das Widerstandsmaterial kann in bekannter Weise mit Hilfe von zwei Elektroden, z. B. Kupferbändern, die
parallel an zwei einander gegenüberliegenden und selbstverständlich mit Isoliermaterial zumindest nicht
fest verbundenen Kanten des Widerstandsmaterials z. B. mittels einer elektrisch leitfähigen, zu einem
Elastomer härtbaren Masse auf Grundlage von Organopolysiloxan verklebt sind, mit einer Stromquelle
verbunden werden. Die so erhaltenen Flächenheizwiderstände können mit Gleich- oder Wechselstrom
betrieben werden und eignen sich für alle Anwendungen, bei denen auch bisher Flächenheizwiderstände
eingesetzt werden konnten, einschließlich der Beheizung von zylindrischen Warmwasserbereitern.
Der im folgenden Beispiel und im Vergleichsversuch verwendete Klebstoff wird durch Vermischen von 100 g
in den endständigen Einheiten je eine Si-gebundene Hydroxylgruppe enthaltendes Dimethylpolysiloxan mit
einer Viskosität von 74 00OcP bei 25° C, 35 g durch Trimethylsiloxygruppen endblockiertes Dimethylpolysiloxan
mit einer Viskosität von 33 cP bei 25°C, 6 g eines
Umsetzungsproduktes aus 85 g Methyltriacetoxysilan und 15 g einer Flüssigkeit der Formel
[(CH3)3CO],Si(OOCCH3)4-«,
worin a einen Wert von etwa 1,5 hat, 2 Tropfen Di-n-butylzinndiact. at hergestellt.
Organopolysiloxanelastomer als Bindemittel enthaltendes
Widerstandsmaterial für einen Flächenheizwiderstand mit einem Quadratwiderstand von 75 Ohm,
einer Breite von 30 cm und einer Länge von 150 cm wird an den beiden 150 cm langen Kanten mit Kupferbändern
kontaktiert. Der Widerstand des so kontaktierten Widerstandsmateriais beträgt i4,8öhm. Nun wird auf
beide Seiten des Widerstandsmaterials der Klebstoff von Hand auf etwa kreisförmige Flächen mit einem
Durchmesser von etwa 3 bis 5 mm und einem Abstand von etwa 5 cm aufgetragen. Die Auftragsdicke des
Klebstoffs beträgt etwa 400mikron. Auf die so beschichteten Flächen werden anschließend sofort
Folien aus Polyäthylenterephthalat aufgelegt und mittels einer Gummiwalze angedrückt
Nach etwa 24 Stunden bei Raumtemperatur ist der Klebstoff völlig gehärtet und die Folien aus Polyäthylenterephthalat
sind fest und faltenfrei mit dem Widerstandsmaterial verbunden. Die Messung des Widerstands ergibt erneut 14,8 Ohm. Die Leistungsaufnahme
des Flächenheizwiderstands beträgt etwa 3200 Watt Nach einer Betriebsdauer von 500 Stunden
bei einer Betriebsspannung von 220 Volt lassen sich keine Veränderungen des Flächenheizwiderstandes
nachweisen.
Vergleichsversuch 1
Zum Vergleich wird der Klebstoff auf jeweils eine Fläche der Folien aus Polyäthylenterephthalat gleichmäßig
aufgestrichen. Anschließend werden die Folien aus Polyäthylenterephthalat mit den so beschichteten
Flächen sofort auf die beiden Seiten des Widerstandsmaterials gelegt und mittels der Gummiwalze aufgedrückt.
Nach 24 Stunden bei Raumtemperatur ergibt die Messung des Widerstandes 42 Ohm.
Vergleichsversuch 2
Zum weiteren Vergleich wird der Klebstoff auf beide Seiten des Widerstandsmaterials auf einen 1 cm breiten
parallel zu den Kupferbändern, also nicht in Stromrichtung, sondern senkrecht zur Stromrichtung verlaufenden
Streifen aufgetragen. Auf die so beschichteten Flächen werden anschließend sofort Folien aus
Polyäthylenterephthalat aufgelegt und mittels einer Gummiwalze angedrückt.
Nach 24 Stunden bei Raumtemperatur ergibt die Messung des Widerstands 15,3 Ohm. Nach einer
Betriebsdauer von nur 30 Stunden bei 220 Volt ist der Widerstand auf etwa 30 Ohm angestiegen. In den
folgenden 50 Stunden Betriebsdauer verringert sich die Leistungsaufnahme stetig und nach etwa 100 Stunden
Betriebsdauer ist der Flächenwiderstand zerstört
Die Zeichnung soll die Erfindung weiter erläutern. Dabei bedeutet jeweils 1 das Organopolysiloxanelastomer
als Bindemittel enthaltendes Widerstandsmaterial, 2 die Flächen, auf die Klebstoff aufgetragen ist, wobei es
sich bei F i g. 1 um im wesentlichen kreisförmige Flächen handeln soll, während es sich bei Fig.2 um
streifenförmige, in Stromrichtung verlaufende Flächen handelt, 3 die Elektroden, 4 das Isoliermaterial und 5 die
Lötstellen, durch die die von der Stromquelle kommenden Drähte 6 mit den Elektroden 3 verbunden sind.
Claims (4)
- Patentansprüche:1, Verfahren zum Isolieren von Organopolysiloxanelastomer als Bindemittel enthaltendem Widerstandsmaterial von Flächenheizwiderständen zwischen zwei verklebten Schichten aus Isoliermaterial, wobei die verklebte Anordnung anschließend einer Erwärmung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klebstoff auf von einander getrennte, im wesentlichen kreisförmige und/oder im wesentlichen gleichseitige polygonale und/oder streifenförmige, in Stromrichtung verlaufende Flächen des Widerstandsmaterials und/oder derjenigen Teile der Oberfläche des Isoliermaterials, die mit dem Widerstandsmaterial verbunden werden sollen, aufgetragen wird.
- 2. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff eine zu einem Elastomer härtbare Masse auf Grundlage von Organopolysiloxanen verwendet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff bzw. als zu Elastomeren härtbare Massen auf Grundlage von Organopolysiloxanen solche mit Organosiliciumverbindungen, die mindestens drei hydrolysierbare Gruppen enthalten, verwendet werden.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff bzw. als Elastomer härtbare Massen auf Grundlage von Organopolysiloxanen solche mit Organosiliciumverbindungen, die insgesamt mindestens drei tert.-Butoxy- und Acetoxygruppen je Molekül enthalten, verwendet werden.
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