DE7428555U - Elektrisch leitende Textilmaterialbahn - Google Patents

Description

Intern. Uni-Heat Anstalt, Schaan

Elektrisch leitende Textilmaterialbahn

^Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitende Textilviterialbahn, die ganz oder teilweise aus Kunststoffasern mit eingelagerten Kunststoffpartikeln besteht und beispielsweise als Flächenheizelement geeignet ist

Es sind verschiedene flächenhafte textile Gebilde bekannt, die als elektrische Flächenheizelemente verwendbar sind. Häufig sind zu diesem Zweck Wide^rstandsdrähte in das Grundgewebe eingebettet (z. B. US-PS 2 025 586 und 2 327 756). Anstelle von Widerstandsdrähten sind auch schon widerstandsbehaftete Fäden vorgeschlagen worden; diese bestehen aus einem nichtleitenden Träger, in den leitende Partikeln (z. B. Kohlenstoffteilchen oder Metallteilchen) eingebettet sind (US-PS 3 513 297). Diese Flächenheizelemente haben sich aber nicht bewährt„ weil sie keine ausreichende mechanische Festigkeit haben und weil es schwierig ist, eine gleichmäßige Verteilung der leitenden Teilchen in dem isolierenden Kunststoffmaterial zu erzielen; infolgedessen machen sich örtliche Schwankungen des Widerstandswertes bemerkbar, die

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durch die Unterschiede <3_er temperaturabhängigen physikalischen Kenngrößen gleicher Art des Bindemittels einerseits und der leitenden Partikeln andererseits noch verstärkt werden. Dadurch ist die Gefahr örtlicher überhitzung gegeben. Auch sind verhältnismäßig niedrige spezifische Widerstahdswerte, wie sie bei einer größaren Ausdehnung des Flächenheizelementes erwünscht sind, nur schwer zu erzielen.

Aus der US-PS 3 349 359 ist es bekannt, in ein Gewebe elektrisch leitende Fasern einzulagern; diese leitenden Fasern sollen aus verkohlten Textilfasern (vorzugsweise Kunststoffaserr»} oder auch aus mit einem leitenden Überzug versehenen Glasfasern bestehen. Mehr oder weniger verkohlte Fasern haben aber bekanntlich geringe mechanische Festigkeit; sie müssen deshalb mit einem ziemlich hohen Anteil nichtleitender Fasern vermischt werden, so daß der spezifische Flächenwiderstand einen gewissen Wert nicht unterschreiten kann. Ähnliches gilt für die leitend gemachten Glasfasern, die in gleich- .' mäßiger Qualität nicht leicht herzustellen und auch wegen ihrer von normalen Textilfasern abweichenden Natur nicht immer einsetzbar sind.

Ferner ist die Verwendung eines elektrisch leitenden Materials zum Zwecke der Flächenbeheizun? bekannt, das aus einem flächenhaften, textilen Gebilde besteht, das mit einer Leitpigment enthaltenden Kunststoffaispersion imprägniert ist. Diete Dispersion ist zwischen den Fasern des

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textlien Flächengebildes abgelagert. Die Fasern des Flächengebildes haben dabei eine andere chemische Zusammensetzung als der die Leitpigmentpartikeln umhüllende Kunststoff (DT-PS 1 127 511). Der als Bindemittel zwischen der Trägeroberfläche und der Oberfläche der Leitpigmentpartikeln sowie zwischen diesen selbst wirkende Kunststoff bewirkt, daß nur ein Teil der Leitpigmentpartikeln zur elektrischen Stromleitung des Flächenheizelementes beiträgt. Um die angestrebte hohe Leitfähigkeit des elektrischen Flächenheizelementes zu erreichen, muß die Kunststoffdispersion mit einem hohen Anteil von Leitpigment versehen werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß entweder infolge des relativ hohen Leitpigmentgehaltes die Festigkeit der Schicht abnimmt oder der Anteil des Bindemittels entsprechend erhöht werden muß, was zu unerwünschten großen Schichtdicken führt.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch leitendes Textilmaterial der angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, das eine hohe mechanische Festigkeit und zugleich einen niedrigen, gleichmäßig verteilten Widerstand hat.

Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß die das Leitpigment

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darstellenden Kohlenstoffpartikeln als Schicht ohne Bindemittelzusatz mit der Oberfläche der Kunststoffasern festhaftend verbunden.

Die Oberfläche der betreffenden Kunststoffasern weist keine zusätzlichen chemischen Bindemittel auf, die für die mechanische Bindung der Kohlenstoffpartikeln mit der Faseroberfläche verantwortlich sind. Als zusätzliche Bindemittel

sollen dabei solche Mittel gelten, die eine andere chemische Zusammensetzung als die Trägerfasern haben und für die haftfeste Verbindung zwischen Kohlenstoffpartikeln und der Oberfläche der Fasern verantwortlich sind.

Der Widerstands-behaftete Anteil des elektrisch leitenden Textilmaterial besteht somi*- aus Fasern, die ein zweischichtiges Gebilde darstellen, das aus zwei chemisch unterschiedlichen Materialien aufgebaut ist, nämlich einem Kern aus nichtleitendem Kunststoff und einem Mantel aus Kohlenstoffpartikeln, die frei von sie allseitig umhüllenden elektrisch isolierendem Bindemittel vorliegen.

Um den Trägerfasern erhöhte Festigkeit zu verleihen, bestehen diese vorzugsweise aus orientiertem Kunststoff. Es kommen hierbei alle hinreichend festeiund im Gebrauchstemperaturbereich

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ausreichend wärmebeständigen, zur Faserbildung geeigneten Kunststoffe inFrage. Als Gebrauchstemperatur ist eine Temperaturspanne im Bereich zwischen 20 und 70 C, insbesondere eine solche im Bereich zwischen 30 und 60°C anzusehen.

Hinreichend feste Fasern aus Kunststoff sind insbesondere orientierte Fasern auf Basis von Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamid und Polyäthylenterephthalat. Auch Fasern aus Copolymerisaten dieser Kunststoffe sind hervorragend geeignet.

Als Polyesterfasern, welche die Forderungen bezüglich der Festigkeit erfüllen, kommen solche .inFrage, die durch einachsige Streckung im Verhältnis 1 : 1,5 bis 1,6 orientiert sind. Besonders vorteilhaft geeignete, durch Streckung

axial c-ientierte Polyäthylenterephthalatfasern weisen ein Flächenstreckverhältnis im Bereich zwischen 1 : 6 bis 1 : 8 auf. Die genannten Polyesterfasern sind vorzugsweise thermofixiert.

Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt einer leitenden Faser. Ein nichtleitender Kern 1 aus Kunststoff trägt einen Überzug ;i

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aus Kohlenstoffpartikeln, die als Schicht ohne Bindemittelzusatz mit der Oberfläche des Kunststoffkerns festhaftend verbunden sind.

Nachstehend wird die Herstellung solcher Fasern an einem Beispiel beschrieben.

Ein orientierter Polyesterfaden durchläuft ein Bad eines Lösungs- oder Quellmittels, das die Oberfläche des Fadens anquillt oder anlöst, jedoch nicht solange einwirken kann, daß der Faden in seinem Kern geschädigt wird. In dem Lösungs- oder Quellmittel sind Kohlenstoffpartikeln dispergiert. Die Konzentration der Dispersion, bezogen auf den Anteil der Kohlenstoffpartikeln soll im Bereich zwischen 2,5 bis 5 % liegen. Es wird dann eine derartige Menge der Dispersion/qm Faseroberfläche aufgetragen, daß die auf diese Weise aufgebrachte Gewichtsmenge an leitfähigen Kohlenetoffpartikeln zwischen 0,6 und 3 g beträgt.

Als Lösungs- oder Quellmittel für Polypropylenfasern eignen sich Dekalin, Tetralin und Tetrahydrofuran. Als Lösungsoder Quellmittel für Polyvinylchlorid- oder Polyamidfasern ist Tetrahydrofuran geeignet. Geeignete Lösungs- oder Quellmittel für die bevorzugten Fasern sind dabei die für ihre Fähigkeit, Polyester hinreichend wirkungsvoll und ausreichend

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schnell anzuquellen oder anzulösen, bekannten. Man kann ' diese in drei Gruppen einteilen: Phenole bzw. doren Derivate wie Monochlorphenol oder Tetrachlorphenol, Kresole, Monochlorthymole, Di- oder Trioxybenzole wie Resorcin oder Pyrogallol, halogenierte Kohlenwasserstoffe wie Methylenchlorid, Chloroform, Tri-, Tetra- oder Pentachloräthan oder Trichlortoluol sowie halogenierte niedere Fettsäuren wie Bromessigsäure, Dibrompropionsäure, Dlchloressigsäure, Trichloressigsäure, Trichlorphenoxyessigsäure·, Trifluoressigsäure oder Trifluorpropionsäure. Hiervon sind die halogenierten niederen Fettsäuren besonders gut geeignet. Sie werden als wäßrige Lösung in Konzentration von 5 bis 30 % eingesetzt, besonders vorteilhaft jedoch werden sie in einer Konzentration von 10 bis 20 % angewandt. In befaonderen Fällen kann es von Vorteil sein, die geeigneten halogenierten Carbonsäuren oder deren wäßrige Lösungen in Abmischungen untereinander zu verwenden. Geeignete nichtmetallische Partikel sind diejenigen, die ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, besonders vorteilhaft ist Ruß geeignet.

In manchen Fällen kann es besonders vorteilhaft sein, Abmischungen verschiedener leitfähiger Partikel als leitfähige Schicht des elektrischen Widerstandselements zu verwenden. Die wie vorbeschrieben behandelten Flächen werden dann einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der das Lösungs-

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mittel vollständig oder im wesentlichen vollständig von der Fadenoberflache entfernt wird.

Die Wärmebehandlung der Fäden erfolgt wenigstens eine Sekunde bei Temperaturen oberhalb des sogenannten Glasumwand-» lungspunktes des hochpolymeren Fasermaterials. Es werden im allgemeinen Temperaturen im Bereich von 120 bis 160 C angewandt, insbesondere ist es jedoch vorteilhaft, im Bereich zwischen 130 und 135°C zu arbeiten. .Dabei ist eine längere Wärmeeinwirkung nicht kritisch, sofern im bevorzugten Temperaturbereich gearbeitet wird; man ist nur aus Gründen einer rationellen Verfahrensweise daran interessiert, die Wärmebehandlung möglichst kurz zu halten.

Statt Fäden aus endlosen Fasern oder aus Stapelfasern können auch Rohfasern in Form eines Vließes oder Strangs mittels geeigneter Vorrichtungen durch ein Bad der genannten Art und eine anschließende Wärmebehandlungszone geführt werden.

Die auf diese Weise leitend gemachten Fäden oder Fasern werden allein oder nach Mischung mit nichtleitenden Fasern zu textlien Flächengebilden verarbeitet.

Bei der Verwendung als elektrisches Flächenheizelement ar-

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folgt die Zufuhr des elektrischen Stroms von der Stromquelle* zu dem Flächenheizelement zum Zwecke der Aufheizung desselben in an sich bekannter Weise, z.B. durch Auftragen einer an sich bekannten _f Leitpigment enthaltenden Dispersion auf den oder die zur Kontaktierung vorgesehenen Bereich oder Bereiche der Rußschicht des textilen Gebildes und Vertreiben des Kontinuums der Dispersion, beispielsweise durch Verdampfen desselben. Die kontaktierten Stellen werden mit elektrischen Zuleitungen verbunden. Das Flächenheizelement kann in Form von Bahnen oder Zuschnitten vorliegen.

Das Textilmaterial kann z.B. als heizbarer Teppich oder Bodenauslegware, zur Herstellung von Heizkissen, Heizdecken und für beheizbare Liegestühle und Sitzkissen verwendet werden.

Als weiteres Anwendungsgebiet sind Autositze, heizbare Bekleidungen, beispielsweise Fliegerkombinationen, zu nennen. Schon die Beimischung sehr geringer Mengen (weniger als 1 %) der leitenden Fäden zu einem Textilmaterial verleiht diesem antistatische Eigenschaften; solche Stoffe haben ein großes Anwendungsgebiet, vor allem als Teppich und Bodenbelag, um die lästigen statischen Aufladungen zu vermeiden.

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Claims (4)

PATUNTANWAW ." ' · ' DR. HEINRICH HERMEUNK München, dien 27. November 1974 Mündien 60, Apolklwen 1J, Tel. 8114370 46/2 04 Intern. Uni-Heat Anstalt, Schaan Schut zansprüche

1. Elektrisch leitende Textilmaterialbahn, die ganz oder teilweise aus Kunststoffasern mit eingelagerten Kohlenstoffpartikeln besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffpartikeln (2) als Schicht ohne Bindemittelzusatz mit der Oberfläche der Kunststoffasern (1) festhaftend verbunden sind.

2. Textilmaterialbahn nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Partikeln aus Ruß bestehen.

3. Textilmaterialbahn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffasern aus Polyäthylentere phthalat oder Polypropylen bestehen.

4. Textilmaterialbahn nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffasern aus orientiertem Kunststoff bestehen.

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