DE69029174T2

DE69029174T2 - Leitfähige Heizungseinheit

Info

Publication number: DE69029174T2
Application number: DE69029174T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ota
Original assignee: Fujii Kinzoku Kako Co Ltd
Current assignee: Fujii Kinzoku Kako Co Ltd
Priority date: 1989-07-17
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2010-07-14
Also published as: NO303160B1; JPH0347878A; CA2021291A1; EP0409099B1; EP0409099A3; JP2849405B2; KR910004064A; NO903151D0; DE69029174D1; EP0409099A2; CA2021291C; KR0181499B1; NO903151L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine leitfähige Heizeinheit, die bei niedrigen Spannungen betriebsfähig ist.
Es sind verschiedene Heizeinheiten bekannt, von denen jede eine leitfähige Folie oder einen leitfähigen Beschichtungsfilm umfaßt, die bzw. der ein feines, leitfähiges Pulver und ein Bindemittel enthält, und als das feine, leitfähige Pulver wird ein feines Pulver aus Ruß, Graphit, einem Metall oder einem Metalloxid verwendet (Veröffentlichung der japanischen Offenlegungsschriften Nr. 60-59131/1985 und 54-149758/1979).
Leitfähige Heizeinheiten nach dem Stand der Technik, bei denen Ruß oder Graphitals das feine, leitfähige Pulver verwendet wird, können bei kommerziellen Spaflnungen von 100 bis 200 V verwendet werden, können aber nicht bei niedrigen Spannungen von 1,2 bis 24 V verwendet werden, die zum Beispiel bei der Verwendung von Batterien als Spannungsquelle angelegt werden, da der Widerstand von RuB oder Graphit zu hoch ist, um Wärme zu entwickeln. Zum Zweck der Verminderung des Widerstands (Ω) einer leitfähigen Heizeinheit auf mehrere Zehntel bis mehrere Hundertstel von dem der Ruß oder Graphit enthaltenden Heizeinheit erregen Metallpulver Aufmerksamkeit.
Die in Beschichtungslösungen eingearbeiteten Metallpulver fallen, sogar, wenn sie fein pulverisiert sind, während der Lagerung als leitfähige Beschichtungen oder während des Verfestigungsverfahrens von flüssigen Beschichtungsfilmen aufgrund ihrer hohen spezifischen Dichte nach unten aus. Folglich führt die Herstellung der Heizeinheiten durch die Verwendung der Metallpulver zur Schwierigkeit, gleichmäßig exotherme Oberflächen zu erhalten. Eine mögliche Lösung zur Verhinderung dieses Ausfallens besteht darin, die Beschichtung mit einem Verdickungsmittel oder Suspensionsmittel zu vermischen. Solche Verdickungsmittel oder Suspensionsmittel nach dem Stand der Technik können die Metallpulver jedoch nicht wirksam dispergieren, und folglich werden exotherme, leitfähige Beschichtungen erhalten, deren Widerstand nur teilweise verschieden ist. Aus diesem Grund sind solche Beschichtungen für Oberflächen- Heizgeräte, für die eine gleichmäßige Temperaturverteilung erforderlich ist, nicht geeignet.
JP 600 965 48 A offenbart hohle Glasteilchen mit einem scheinbaren spezifischen Gewicht von > 1, einem mittleren Teilchendurchmesser von vorzugsweise < 100 µm, d.h., sogenannte Glasballons, die sensibilisiert werden, indem sie mit einer wässrigen Lösung einer löslichen Zinn(II)-Verbindung in Berührung gebracht werden und dann mit einer wässrigen Lösung eines löslichen Pd-Salzes in Berührung gebracht werden. Die Teilchen sind in einem wässrigen Medium dispergiert, und eine Flüssigkeit zum stromlosen Plattieren wird mit einer gesteuerten Zugabegeschwindigkeit zur Dispersion gegeben, um eine schnelle Beschichtungsreaktion zu bewirken.
WO 87/05385 offenbart eine Zielscheibe, insbesondere ein Ziel, umfassend ein Grundmaterial und eine elektrisch leitfähige und heizbare Beschichtung, die an eine Stromquelle angeschlossen werden kann. Die elektrisch leitfähige und heizbare Beschichtung besteht aus einem Lack, der ein leitfähiges Material enthält.
EP 0 162 979 A1 betrifft elektrisch leitfähige Mikroteilchen, die durch eine hohe Leitfähigkeit und eine niedrige Dichte gekennzeichnet sind, umfassend elektrisch nicht leitfähige Mikroballons mit einem elektrisch leitfähigen Metallüberzug.
JP 481 014 55 A offenbart kugelförmige Aluminiumoxid-Silikat- Hohlteilchen, die sensibilisiert, aktiviert und mit Cu nichtelektrolytisch überzogen werden.
JP 611 527 75 A offenbart eine elektrisch leitfähige Beschichtungs-Verbindung, die für Gehäuse elektrischer Geräte nützlich ist und eine verbesserte Haftfähigkeit an Kunststoffen und einen ausreichenden Abschirmeffekt für starke elektromagnetische Wellen aufweist, die durch das Einarbeiten eines Harzes einer Beschichtungsverbindung mit elektrisch leitfähigen Teilchen mit etwa derselben relativen Dichte wie der des Harzes erhalten wird.
JP 621 431 46 A betrifft die Herstellung von Silas-Ballons mit einem Metallüberzug. Silas-Ballons, die im wesentlichen aus Siliciumdioxid bestehen und ein sehr niedriges Gewicht aufweisen, werden zuerst für einen vorgegebenen Zeitraum in Wasser getaucht, um ausschließlich vollständig expandierte und hohle, feine, kugelförmige Teilchen, die auf der Oberfläche treiben, abzutrennen und zu gewinnen. Die abgetrennten und gewonnenen, vollständig hohlen Silas-Ballons werden dann in eine Tasche gefüllt, die-aus Fasern hergestellt ist, an denen Metallüberzüge kaum haften, zum Beispiel ein Nylon-Netz.
Zur Zeit werden daher keine Oberflächen-Heizvorrichtungen verwendet, die bei niedrigen Spannungen betriebsfähig sind, die beispielsweise angelegt werden, wenn Batterien als Stromquellen verwendet werden.
Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine leitfähige Heizeinheit verfügbar zu machen, die bei niedrigen Spannungen betriebsfähig ist.
Andere Aufgaben dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung klar.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, daß feine, hohle, mit einem Metall überzogene Harz- oder Glasteilchen in einem exothermen, leitfähigen Beschichtungsfilm gleichmäßig dispergiert werden können, wodurch eine leitfähige Heizeinheit erhalten wird, die bei niedrigen Spannungen betriebsfähig ist.
Die vorliegende Erfindung macht eine leitfähige Heizeinheit mit einem Feststoff oder einer Feststoff-Oberfläche, auf einer Oberfläche mit einem 0,1 bis 3,0 mm dicken Film beschichtet und mit Anschlüssen zum Anlegen einer Spannung von 0,5 bis 200 V, wobei der Film erhalten wird, indem eine Beschichtung oder Paste auf die Oberfläche des Feststoffs aufgetragen wird, oder indem der Feststoff in einer Beschichtung oder Paste getränkt wird, wobei die Beschichtung oder Paste (ein) Pulver aus feinen, leitfähigen Teilchen und ein synthetisches Harzbindemittel umfaßt, wobei das (die) Pulver aus leitfähigen Teilchen feine, hohle, kugelförmige Teilchen aus Glas oder einem wärmebeständigen Harz umfaßt (umfassen), wobei die Teilchen in einer Dicke von 0,1 bis 0,3 µm mit einem Metall überzogen sind und das Pulver eine Schüttdichte von 0,2 bis weniger als 0,9 g/cm³ aufweist, verfügbar.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die den Widerstand als Funktion des Verhältnisses vom Harz zum leitfähigen Pulver darstellt, und
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der exothermen Temperatur der vorliegenden Erfindung bei 6 V und dem elektrischen Widerstand darstellt.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten feinen, hohlen, kugelförmigen Glas- oder Harzteilchen umfassen beispielsweise Glas, wie Scotch Light (eingetragenes Warenzeichen), Glass Bubble (S60/10000 usw., Sumitomo 3M) und Harze wie Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polystyrol).
Als das Glas wird Natronkalk-Borosilikat-Glas (SiO&sub2; 54, Al&sub2;O&sub3; 14, BeO 8,3, Fe&sub2;O&sub3; 0,2, Na&sub2;O 0,5, MgO 1, CaO 22) verwendet, und als wärmebeständige Harze werden Polyamid-Harze verwendet.
Die Größe der feinen, hohlen, kugelförmigen Glas- oder Harzteilchen beträgt zweckmäßigerweise 4 bis 350 µm, vorzugsweise 10 bis 200 µm. Durch Teilchen mit einer Größe von weniger als 4 µm wird der Widerstand (Ω) der Oberflächen-Heizvorrichtung zu weit vergrößert, und Teilchen mit einer Größe von mehr als 350 µm sind schwierig in der Beschichtung zu dispergieren. Diese Teilchen sind daher ungünstig. Die Dicke der Glas- oder Harzteilchen kann 0,5 bis 2 µm betragen.
Der Metallüberzug auf dem feinen, hohlen, kugelförmigen Glas- oder Harzteilchen wird durch stromloses Plattieren eine Kombination aus stromlosem Plattieren und elektrochemischem Plattieren oder dergleichen durchgeführt. Im Fall des Metallüberzugs werden Pt, Au, Ag und Ni vorzugsweise als die Metalle verwendet. Andere Metalle wie Cu und Sn sind ungeeignet, da sie bei der Verwendung der Heizeinheit oxidiert werden, wodurch der elektrische Widerstand ansteigt.
Von den Metallen ist Ag sowohl mit Hinsicht auf die Kosten als auch auf die Qualität der Stabilität zufriedenstellend.
Die Dicke der metallischen Abscheidungen kann ausgewählt werden, wobei Kosten und Dispergierbarkeit in Betracht zu ziehen sind. Die Dicke beträgt 0,1 bis 0,3 µm. Durch die Abscheidungen mit einer Dicke von weniger als 0,03 µm wird der Widerstand (Ω) der Oberflächen-Heizvorrichtung zu sehr erhöht, und durch Abscheidungen mit einer Dicke von mehr als 0,8 µm wird das Dispergieren der Teilchen in der Beschichtung zu sehr erschwert, was zum Ansteigen der Kosten führt.
Die Schüttdichte der aus feinen, hohlen, kugelförmigen, mit Metall überzogenen Glas- oder Harzteilchen bestehenden Pulver ist ähnlich wie die der synthetischen Harz-Bindemittel, nämlich 0,2 bis weniger als 0,9 g/cm³. Falls die Schüttdichte weniger als 0,2 g/cm³ beträgt, findet eine Entmischung statt, wodurch eine unzureichende Festigkeit erhalten wird. Falls die Schüttdichte andererseits 0,9 g/cm³ oder mehr beträgt, tritt ein Ausfällen auf, was zur Verschlechterung der Dispergierbarkeit führt.
Als die synthetischen Harz-Bindemittel für die leitfähigen Materialien werden thermoplastische, wärmehärtbare und durch Elektronenstrahlen härtbare Harze verwendet, die in Abhängigkeit vom Anwendungsbereich der Heizeinheit auf geeignete Weise ausgewählt werden können. Die thermoplastischen Harze weisen einen Erweichungspunkt von wenigstens 15 ºC und eine mittlere Molmasse von Tausenden bis Hunderttausenden auf. Die wärmehärtbaren Harze oder Reaktivharze weisen im Zustand der Beschichtungslösungen eine Molmasse von nicht mehr als 200 000 auf. Die Harze werden nach ihrem Auftrag und ihrem Trocknen gehärtet, so daß ihre Molmasse durch Reaktionen wie die Kondensation und Addition unendlich erhöht wird. Es können auch die durch Strahlung härtbaren Harze verwendet werden, bei denen durch die Einwirkung von Strahlung bis zur Trockene vernetzbare oder polymerisierbare Gruppen in den Molekülen der wärmehärtbaren Harze enthalten sind oder in sie eingeführt werden. Solche Gruppen umfassen aus Acryl-Doppelbindungen bestehende Gruppen wie eine in Acrylsäure, Methacrylsäure oder deren Esterverbindungen enthaltene, radikalisch polymerisierbare, aus ungesättigten Doppelbindungen bestehende Gruppe, aus Allyl-Doppelbindungen bestehende Gruppen wie eine Gruppe, die in Diallylphthalat enthalten ist, und aus ungesättigten Bindungen bestehende Gruppen wie eine Gruppe, die in Maleinsäure oder deren Derivaten enthalten ist.
Beispiele für solche synthetischen Harze umfassen Polyimidharze, Polyamidharze, Polyphenylenoxidharze, Siliconharze, Polytitanocarbosilanharze, Phenolharze, Epoxyharze, Polyparabansäureharze, Polyurethanharze, Polyesterharze, Polyetheretherketonharze, Polyphenylensulfidharze, Polyflonharze, Polyolefinharze und Polyvinylchloridharze. Es kann ein Harz ausgewählt werden, dessen Erweichungstemperatur oder Zersetzungstemperatur von der für den aufgetragenen Film erwünschten Temperatur abhängt.
Das Mengenverhältnis des synthetischen Harz-Bindemittels zu dem aus feinen, hohlen, kugelförmigen Teilchen bestehenden Pulver wird abhängig von der erwünschten Heiztemperatur, dem Bereich der Heizoberfläche, der Art des aus feinen, leitfähigen Teilchen bestehenden Pulvers und dem synthetischen Harz, deren Kombinationen und dergleichen verschieden ausgewählt. Das synthetische Harz wird im allgemeinen in einem Anteil von 25 bis 360 Gew.-Teilen, vorzugsweise 30 bis 200 Gew.-Teilen, auf 100 Gew.-Teile des aus feinen, leitfähigen Teilchen bestehenden Pulvers verwendet.
Wenn der Anteil des synthetischen Harzes weniger als 25 Gew.-Teile beträgt, nimmt der Wert des elektrischen Widerstandes ab, und die Temperatur der Heizeinheit kann erhöht werden (was daher auf eine Heizeinheit mit einer großen Heizoberfläche anwendbar ist). Die Festigkeit des aufgetragenen Films ist unzureichend, und der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes ist vermindert, wodurch die Erzeugung von Temperaturungleichheiten wahrscheinlich ist. Wenn der Anteil des synthetischen Harzes andererseits mehr als 360 Gew.-Teile beträgt, kann der für das Heizen erforderliche elektrische Strom (aufgrund des übermäßigen Widerstandswertes)nicht erhalten werden, was zu einer fehlenden Eignung für die praktische Verwendung führt.
Die angelegte Spannung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, beträgt 0,5 bis 200 V und kann eingestellt werden, indem das Verhältnis des aus synthetischem Harz bestehenden Bindemittels zum feinen, leitfähigen Pulver und die Dicke des Films angepaßt werden. Wenn beispielsweise niedrige Spannung aus einer Batterie angelegt wird, wird das Mengenverhältnis des feinen, leitfähigen Pulvers erhöht. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächentemperatur der Heizeinheit auf erwünschte Temperaturen bis zu etwa 450 ºC (bei einer Umgebungstemperatur von -30 bis 40 ºC) für einen langen Zeitraum durch Kombinationen der Kompoundierung der Beschichtung, der Dicke des aufgetragenen Films, die angelegte Spannung und dergleichen stabil erwärmt.
Die Beschichtungen, die hauptsächlich die aus feinem, leitfähigen Teilchen bestehenden Pulver und die synthetischen Harze enthalten, werden durch verschiedene Beschichtungsverfahren wie Aufbürsten, Walzenbeschichten, Sprühbeschichten, elektrostatisches Beschichten, Elektroabscheidungsbeschichten und Pulverbeschichten oder durch Eintauchverfahren aufgetragen. Zu den Beschichtungen können andere Zusätze oder Hilfsmittel gegeben werden. Beispiele für die Zusätze oder Hilfsmittel umfassen Verdünnungsmittel, Suspensionsmittel, Dispergiermittel, Oxidationsschutzmittel, andere Pigmente und andere erforderliche Zusätze.
Als Verdünnungsmittel werden für Beschichtungen verwendete Lösungsmittel verwendet, wie aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatisches Naphta, aromatische Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel Toluol und Xylol), Alkohole (zum Beispiel Isopropylalkohol, Butanol und Ethylhexylalkohol), Etheralkohole (zum Beispiel Ethylcellosolve, Butylcellosolve und Ethylenglycolmonoether), Ether (zum Beispiel Butylether), Acetate, Säureanhydride, Etherester (zum Beispiel Ethylcellosolveacetat), Ketone (zum Beispiel Methylethylketon und Methylisobutylketon), N-Methyl-2-pyrrolidon, Dimethylacetamid und Tetrahydrofuran. Das bevorzugte Lösungsmittel wird auf geeignete Weise abhängig von dem als Bindemittel verwendeten synthetischen Harz ausgewählt. Das Verdünnungslösungsmittel wird in einer Menge von 400 Gew.-Teilen oder weniger auf 100 Gew.-Teile des Harzes verwendet.
Die nach Bedarf verwendeten Suspensionsmittel umfassen Methylcellulose, Calciumcarbonat und feine Pulver aus modifiziertem Bentonit. Als Dispergiermittel werden verschiedene oberflächenaktive Mittel verwendet. Solche oberflächenaktive Mittel umfassen anionische oberflächenaktive Mittel (wie Fettsäuresalze und flüssige Fettölsulfatsalze), kationische oberflächenaktive Mittel (wie aliphatische Aminsalze und quaternäre Ammoniumsalze), amphotere oberflächenaktive Mittel und nichtionische oberflächenaktive Mittel.
Um eine leichte Verfestigung der Beschichtungen oder Pasten bis zur Trockene oder deren Härten in kurzer Zeit zu erreichen, können Härter zugegeben werden. Der Härter kann abhängig vom verwendeten Harz ausgewählt werden, und es werden bekannte Härter wie aliphatische oder aromatische Amine, Polyisocyanate, Polyamide, Amine, Thioharnstoff und Säureanhydride verwendet.
Darüber hinaus werden Stabilisatoren, Weichmacher, Oxidationsschutzmittel oder dergleichen auf geeignete Weise verwendet.
Die aus Substraten wie Kunststoff-Materialien, keramischen Materialien, holzartigen Materialien, Fasern und Papier und mit elektrischen Isolatoren in gewünschte Gegenstände geformten Feststoffe oder deren Oberflächen werden mit den exothermen, leitfähigen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung beschichtet oder darin eingetaucht, um die Heizeinheiten herzustellen.
Beispielsweise wird das aus mit dem elektrischen Isolator beschichteten Metallmaterial, dem keramischen Material, dem Kunststoffmaterial, dem holzartigen Material oder deren Kombination geformte Substrat, an dem wenigstens zwei Metallanschlüsse fest angebracht sind, mit der Beschichtung der vorliegenden Erfindung bis zu einer Dicke von etwa 0,2 bis 3,5 mm (wobei die Dicke des aufgetragenen Films nach dem Härten 0,1 bis 3 mm beträgt) beschichtet.
Die Form des oben beschriebenen Substrats ist nicht besönders eingeschränkt, dabei kann es sich um eine ebene Oberfläche oder eine gekrümmte Oberfläche handeln. Die Heizeinheiten können aus linearen, stabförmigen, zylindrischen, ebenen oder anderen dreidimensional gebogenen Substraten gebildet sein.
Obwohl es wünschenswert ist, die Oberflächen des Substrats mit den keramischen Materialien zu beschichten, sind die holzartigen Materialien manchmal verwendbar, wenn die erwünschte Temperatur 150 ºC oder weniger beträgt. Es gibt auch verwendbare kombinierte Gegenstände wie einen Verbundwerkstoff, umfassend das holzartige Material, das Kunststoffmaterial oder das Metallmaterial, auf das das keramische Material aufgetragen ist.
Wenn die zu beschichtende, feste Oberfläche groß ist und das Aufbürsten, Walzenbeschichten oder das Sprühbeschichten angewandt wird, wird die Fließfähigkeit der Beschichtung erhöht, um die Verarbeitbarkeit zu erhöhen. In diesem Fall wird vorzugsweise ein zur Verdünnung dienendes Lösungsmittel in einer Menge von nicht mehr als 400 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile des leitfähigen Pulvers eingearbeitet. Falls mehr Lösungsmittel eingearbeitet wird, ist die Beschichtung zu dünnflüssig, und es ist schwierig, eine vorgeschriebene Dicke des Films zu erhalten. Die Verwendung von überschüssigem Lösungsmittel ist daher für das Erhalten einer erwünschten Oberflächentemperatur des aufgetragenen Films ungeeignet.
Der aufgetragene Film wird gehärtet, mit Elektronenstrahlen (Strahlung) bei einer Temperatur, die von 70 bis 350 ºC reicht, bis zur Trockene verfestigt oder gehärtet.
Wenn die Verfestigung bis zur Trockene oder das Härten für einen ausreichenden Zeitraum bei einer von 70 bis 350 ºC reichenden Temperatur durchgeführt wird, kann ein glatter Film mit einer vorgeschriebenen Dicke erhalten werden. Höhere Temperaturen sind nicht wünschenswert, da wahrscheinlich ein Schäumen, Fließen, Reißen und eine Qualitätsverschlechterung stattfinden. Eine Temperatur von weniger als 70 ºC ist ebenfalls nicht wünschenswert, da sie viel Zeit erfordert.
Wenn die Beschichtung mit einer Dicke von etwa 0,2 bis 3,5 mm aufgetragen wird, gefolgt von einer Reaktion bei einer Temperatur von nicht mehr als 350 ºC, um die Beschichtung zu härten, wird ein aufgetragener, bis zur Trockene verfestigter Film mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 3,0 mm erhalten. Dieser aufgetragene, als elektrische Widerstandsheizvorrichtung dienende Film erzeugt sowohl hohe Temperaturen als auch tiefe Temperaturen. Es ist bevorzugt, daß die Beschichtung zu einer Dicke von etwa 0,1 bis 3,0 mm aufgetragen wird. Wenn die Dicke weniger als 0,1 mm beträgt, steigt der elektrische Widerstand zu stark an, die pro Einheitsfläche aufgenommene Leistung fällt zu schwach ab, und darüber hinaus ist die Festigkeit des Films unzureichend. Falls die Dicke mehr als 3,0 mm beträgt, tritt durch das Ausfallen und Trennen der Teilchen wahrscheinlich eine Entmischung auf, und es ist schwierig, den gleichmäßig aufgetragenen Film zu erhalten. Der elektrische Widerstand zwischen den Metallanschlüssen an diesem beschichteten Film beträgt bei normalen Temperaturen 0,1 bis 300 Ω/ (wobei Ω/ den Wert des elektrischen Widerstands pro Quadratfläche darstellt).
Falls mit einer Undichtigkeit gerechnet wird, wird der exotherme, aufgetragene Film mit einem elektrisch isolierenden Film dünn so weit abgedeckt, daß die Festigkeit beibehalten wird. Ein zu dicker Film führt zu einer Störung der Wärmeübertragung.
Die Heizeinheiten werden auf vergleichbare Weise hergestellt, indem die Fasern oder das Papier mit den die feinen, hohlen, kugelförmigen, mit Metall überzogenen Teilchen und die synthetischen Harze enthaltenden Beschichtungen oder Pasten der vorliegenden Erfindung behandelt werden.
Darüber hinaus können Heizeinheiten mit hervorragenden Oberflächen-Eigenschaften durch die Verwendung von mit Elektronenstrahlen (-strahlung) härtbaren Harzen erhalten werden.
Nach den exothermen, leitfähigen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung ist die Temperatur der Heizeinheiten auf eine erwünschte Temperatur einstellbar, indem die Art der feinen, hohlen, kugelförmigen, mit Metall überzogenen Teilchen und des synthetischen Harzes, das Kompoundierungsverhältnis, die Dicke des aufgetragenen Films und deren Kombination ausgewählt werden und weiterhin, indem der Heizbereich oder die angelegte Spannung ausgewählt werden.
Die exothermen, leitfähigen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung weisen eine Temperatur-Selbststeuerungsfunktion auf. Insbesondere muß die Dicke des aufgetragenen Films nicht notwendigerweise präzise gleichmäßig gemacht werden, und die aufgetragenen Filme können auf den festen Oberflächen mit einer erwünschten Form manuell geformt werden. Weiterhin können die Heizeinheiten hergestellt werden, indem die imprägnierbaren festen Materialien (wie die Fasern und das Papier) mit einer erwünschten Form in die Beschichtungen eingetaucht werden. Die Heizeinheiten der vorliegenden Erfindung können daher in verschiedenen Bereichen wie der Herstellung einer Innenwandung, Fußböden, Bedachungen, inneren Oberflächen von Öfen, Anwendungen innerer und äußerer Rohroberflächen, Teppichen, Abdeckungen, vereinfachten Heizvorrichtungen, Wärmern, Frostschutzvorrichtungen, Signalabdeckungen und Töpfen umfassend verwendet werden. Insbesondere sind die Heizeinheiten hervorragend als Heizvorrichtungen für die Raumbeheizung und die Wärmedämmung und das Erwärmen von Teilen. Nach der vorliegenden Erfindung können Heizeinheiten erhalten werden, die eine Temperatur-Selbststeuerung aufweisen, beliebig auf erwünschte Temperaturen bis zu etwa 450 ºC einstellbar sind und darüber hinaus von einer großen Heizoberfläche bis zu einer kleinen Heizoberfläche mit verschiedenen Formen und mit verschiedenen Oberflächen (einschließlich einer unebenen Oberfläche) eine gleichmäßige Temperaturverteilung aufweisen.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele ausführlich beschrieben. Es gilt natürlich als vereinbart, daß diese nicht dazu dienen sollen, den Rahmen der Erfindung einzuschränken. In den folgenden Beispielen sind alle Teile auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Ein aus hohlen, kugelförmigen, mit Ag bezogenen, leitfähigen Teilchen bestehendes Pulver (PM) mit einer Schüttdichte von 0,6 bis 0,8 g/cm³, erhalten durch das Überziehen von hohlen, kugelförmigen Teilchen (mit einer Größe von 30 bis 70 µm) aus Natronkalkborosilikatglas mit Silber bis auf eine Abscheidungsdicke von 0,1 bis 0,2 µm durch stromloses Abscheiden, wurde mit jedem von verschiedenen synthetischen Harzen (R) als Bindemittel vermischt, um eine Beschichtung herzustellen. Die Beschichtungen, in die R mit Anteilen von 50, 100, 200 bzw. 500 Teile auf 100 Teile PM kompoundiert wurde, wurden auf Glasplatten von 3 cm x 3 cm aufgetragen, von denen jede Anschlüsse aufwies, die an beiden ihrer Enden angebracht waren, so daß Heizeinheiten mit einer Filmdicke von 1 mm erzeugt wurden. Der elektrische Widerstand einer jeden Heizvorrichtung (Ω/ ) wurde mit einem Ohmmeter gemessen. Die Ergebnisse fallen zwischen zwei Kurven, eine obere und eine untere, durch die in Fig. 1 die Beziehung zwischen R/PM und Ω/ dargestellt wird. Der Widerstand differiert in Abhängigkeit der Harzart. Wenn beispielsweise R/PM 2 ist, wiesen die Heizeinheiten mit einem hohen Widerstand bei Normaltemperatur einen Widerstand von 10 Ω/ auf (Silicone vom Einkomponenten- Typ und Urethanharze), und die Heizeinheiten mit einem niedrigen Widerstand wiesen einen Widerstand von 3 Ω/ auf (ungesättigte Polyesterharze). Der Widerstand der Epoxyharze, Polyamidharze, Polyflonharze, Polyetheretherketonharze, Polytitanocarbosilanharze, Polyphenylenoxidharze und dergleichen enthaltenden Heizeinheiten fiel zwischen die obigen Widerstandswerte. Es wurde gezeigt, daß der Widerstand in Abhängigkeit von der Harzart und der Herstellungsbedingung variierte und zwischen die beiden in Fig. 1 gezeigten Kurven fiel.
Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß der Widerstand Ω/ mit einer Erhöhung des Anteils des Harz-Bindemittels ansteigt. Dies zeigt, daß die verschiedene Temperaturen erzeugenden Heizeinheiten erhalten werden können, indem die Art und dessen Anteil geändert werden.

Beispiel 2

100 Teile der hohlen, kugelförmigen, mit Ag überzogenen Glasteilchen (mit einer Größe von 30 bis 70 µm, einer Abscheidungsdicke von 0,1 bis 0,2 µm und einer Schüttdichte von 0,6 bis 0,8 g/cm³), auf dieselbe Weise wie bei Beispiel 1 erhalten, und 130 Teile eines Epoxyharzes vom Einkomponententyp, das Dodecenylbernsteinsäureanhydrid (DDSA) als Härtungsmittel enthielt, wurden zur Herstellung einer leitfähigen Beschichtung kompoundiert. Die resultierende Beschichtung wurde auf ein Glassubstrat von 10 cm x 10 cm auf eine Dicke von 2 mm aufgetragen, gefolgt vom Härten bei 100 ºC. Die Beziehung zwischen dem Widerstand (Ω/ ) und der Temperatur in der so erhaltenen Oberflächen-Heizvorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Wenn eine Spannung von 6 V an diese Heizvorrichtung angelegt wurde, wurde eine Oberflächentemperatur von 55 ºC erhalten (die Raumtemperatur betrug 18 ºC).
Aus diesem Experiment wurde abgeschätzt, daß die Temperatur des aufgetragenen Films mit einem Widerstand von 10 Ω/ und einer Größe von 172 cm x 172 cm auf 55 ºC erhöht werden kann, wenn eine Spannung von 100 V daran angelegt wird.

Beispiel 3

Ein aufgetragener Film, der 100 Teile der hohlen, kugelförmigen, mit Ag überzogenen Glasteilchen (mit einer Größe von 30 bis 70 µm, einer Abscheidungsdicke von 0,1 bis 0,2 µm und einer Schüttdichte von 0,6 bis 0,8 g/cm³) und 60 Teile eines Polyamidharzes enthielt, wurde auf einer Keramikplatte aus 95%igem Al&sub2;O&sub3; (mit einer Größe von 20 cm x 20 cm und einer Dicke von 2 cm) gebildet. Wenn eine Spannung von 24 V (144 W) an Kupferanschlüsse angelegt wurde, die parallel zueinander an beiden Enden der Platte im beschichteten Film eingebettet waren, wurde eine hohe Temperatur von 210 ºC erhalten (die Raumtemperatur betrug 20 ºC). Wenn eine Spannung von 100 V angelegt wurde, wurde die Leistung von 144 W auf 2500 W erhöht, und die Temperatur des aufgetragenen Films mit einer Größe von etwa 80 cm x 80 cm wurde auf 210 ºC erhöht. Somit konnte eine Oberflächen-Heizvorrichtung erhalten werden, die eine so große Heißfläche aufwies, wie sie zuvor nicht in Betracht gezogen werden konnte. Im Gegensatz dazu weist unter Bezugnahme auf Oberflächen-Heizgeräte nach dem Stand der Technik eine SiC-, Ni-Cr-Heizvorrichtung nur eine maximale Größe von 15 cm x 30 cm auf, und ihre Temperatur wird bei 100 V auf 200 ºC erhöht.

Claims

1. Leitfähige Heizeinheit mit einem Feststoff oder einer Feststoff-Oberfläche, auf einer Oberfläche mit einem 0,1 bis 3,0 mm dicken Film beschichtet und mit Anschlüssen zum Anlegen einer Spannung von 0,5 bis 200 V, wobei der Film erhalten wird, indem eine Beschichtung oder Paste auf die Oberfläche des Feststoffs aufgetragen wird, oder indem der Feststoff in einer Beschichtung oder Paste getränkt wird, wobei die Beschichtung oder Paste (ein) Pulver aus feinen, leitfähigen Teilchen und ein synthetisches Harzbindemittel umfaßt, wobei das (die) Pulver aus leitfähigen Teilchen feine, hohle, kugelförmige Teilchen aus Glas oder einem wärmebeständigen Harz umfaßt (umfassen), wobei die Teilchen in einer Dicke von 0,1 bis 0,3 µm mit einem Metall beschichtet sind und das Pulver eine Schüttdichte von 0,2 bis weniger als 0,9 g/cm³ aufweist.

2. Leitfähige Heizeinheit nach Anspruch 1, wobei die feinen, hohlen, kugelförmigen Teilchen eine Größe von 4 bis 350 µm aufweisen.

3. Leitfähige Heizeinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei das synthetische Harzbindemittel mit einem Anteil von 25 bis 360 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile des Pulvers aus feinen, leitfähigen Teilchen vorhanden ist.

4. Leitfähige Heizeinheit nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei es sich bei dem synthetischen Harzbindemittel um wenigstens ein Harz handelt, das aus der aus einem Siliconharz, einem Urethanharz, einem Epoxyharz, einem Polyamidharz, einem Polyesterharz, einem Polyimidharz, einem Polyolefinharz, einem Polyflonharz, einem Polyetheretherketonharz, einem Polyphenylensulfidharz und einem Polytitanocarbosilanharz bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Verfahren zur Herstellung der in Anspruch 1 definierten, leitfähigen Heizeinheit, umfassend das Auftragen einer Beschichtung oder Paste auf die Oberfläche des Feststoffs oder das Tränken des Feststoffs in einer Beschichtung oder Paste, was zu einer Dicke von 0,1 bis 3,0 mm führt, und anschließend das Härten der Beschichtung oder Paste bei einer Temperatur von 70 bis 350 ºC.

6. Verwendung der leitfähigen Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung einer Innenwandanwendung, Fußböden, Bedachungen, inneren Oberflächen von Öfen, Anwendungen innerer und äußerer Rohroberflächen, Teppichen, Abdeckungen, Wärmern, Frostschutzvorrichtungen, Signalabdeckungen und Töpfen.