PL75956B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Hoechst AktiangeselLschaft, Fr&nkfurt/Main (Re¬ publika Federalna Niemiec) Powierzchniowy elektryczny element oporowy Przedmiotem wynalazku jest powierzchniowy elektryczny element oporowy, skladajacy sie z folii o duzej wytrzymalosci z tworzywa sztucznego i z nalozonej bezspoiwowo na przynajmniej jedna powierzchnie tej folii, warstwy elektrycznie przewo¬ dzacych, niemetalicznych czastek tworzacych na tej powierzchni opornosc mniejsza niz 10* omów. Opor¬ nosc ta jest okreslona zgodnie z normatywnymi przepisami VDE 0303 cz. 3/3. 67 wydanymi przez Zwiazek Elektrotechników Niemieckich Ponadto wynalazek dotyczy powierzchniowego elektrycznego elementu oporowego, sluzacego do wytwarzania elementu do ogrzewania powierzchnio¬ wego.Znane jest stosowanie -do ogrzewania powierzch¬ niowego, elektrycznych elementów oporowych, któ¬ re stanowia powierzchnie wyrobu tekstylnego, im¬ pregnowanego zawiesina tworzywa sztucznego, za¬ wierajaca przewodzacy pigment.W znanych elektrycznych elementach oporowych, znajdujacych zastosowanie do ogrzewania powierz¬ chniowego, czasflki elektrycznie przewodzace lub ich skupienia sa ze wszystkich stron lub zasadniczo ze wszystkich stron otoczone elektrycznie izolujacym tworzywem sztucznym. Otoczone przez warstwe izo¬ lujacego tworzywa szitucznego czastki przewodzace¬ go pigmentu lub ich skupienia sa zatem oddzielone od sasiednich czasitek przewodzacego pigmentu lub ich skupien przez izolujace warstwy posrednie. We wlóknistym wyrobie plaskim, impregnowanym za- 10 15 20 wiesina (przewodzacego pigmentu w tworzywie sztucznym, zawiesina ta osadzona jest pomiedzy wlóknami. Wlókna maja przy tym inny sklad che¬ miczny niz tworzywo sztuczne otaczajace czastki przewodzacego pigmentu, bowiem (tworzywo sztucz¬ ne ma dzialac jako mechaniczne spoiwo pomiedzy powierzchnia wlókien a powierzchnia czastek prze¬ wodzacego pigmentu, a zatem tworzywo sztuczne ma inna budowe chemiczna niz material nosny.Znane elektryczne elementy oporowe, które sa stosowane do ogrzewania powierzchniowego, maja te wade, ze czastki przewodzacego pigmentu nie sa optymalnie czynne elektrycznie, poniewaz sa oto¬ czone izolujacym materialem wysokopoiimerowym, przez co tylko niewielka czesc tych czastek ma wplyw na przewodnosc powierzchni elementu opo¬ rowego. Alby osiagnac zamierzona duza przewod¬ nosc elementu oporowego koniecznym jest, by do Impregnaicji tkaniny sluzacej jako material nosny stosowac zawiesine, która zawiera duzo przewodza¬ cego pigmentu, co ma jednak te wade, ze tkaniny takie zawieraja stosunkowo duzo objetosciowego i wagowo polimerowego wypelniacza.Celem i zadaniem wynalazku jest powierzch¬ niowy elektryczny element oporowy, nie posia¬ dajacy powyzszych wad, a majacy opornosc po¬ wierzchni mniejsza niz 101 omów, przy czym nawet przy duzych, zmiennych obciazeniach na zginanie warstwa elektrycznie przewodzacych, niemetalicz- 75956lSdSG I 25 30 nych czastek nie bedzie odlaczac sie od powierzchni folii nosnej.Zadanie to zostalo rozwiazane wedlug wynalazku w ten sposób, ze element oporowy sklada sie z folii, z tworzywa sztucznego o duzej wytrzymalosci oraz 5 z nalozonej bezspoiwowo na przynajmniej jedna po¬ wierzchnie tej folii warstwy elektrycznie przewo¬ dzacych niemetalicznych czastek, przy czym opor¬ nosc powierzchni tego elementu oporowego jest mniejsza niz 10* omów, przykladowo wynosi od 10* io do 101 omów, a przewodzace czastki zasadniczo nie sa otaczane przez warstwy materialu izolujacego elektrycznie.Elektrycznie przewodzace czastki z niemetalicz¬ nego materialu nalozone i zlaczone bezspoiwowo 15 z powierzchnia folii nosnej w powierzchniowym ele¬ mencie oporowym wedlug wynalazku sa dalej na¬ zywane w skrócie czastkami przewodzacymi elek¬ trycznie.Istotna cecha elementu oporowego wedlug wyna- 20 lazku jest to, ze na powierzchni folii wykonanej z tworzywa sztucznego o duzej wytrzymalosci nie ma zadnego dodatkowego, chemicznego spoiwa, któ¬ re sluzyloby do mechanicznego polaczenia czastek przewodzacych elektrycznie z powierzchnia folii. Za dodatkowe spoiwa uwazane sa w tym przypadku takie srodki, które maja inny sklad chemiczny niz folia nosna i sluza do spojenia czastek przewodza¬ cych elektrycznie z powierzchnia folii nosnej. Slo¬ wo — dodatkowo — oznacza przy tym, ze spoiwo w stosunku do folii nosnej tworzy warstwe majaca wyraznie okreslona powierzchnie graniczna.Powierzchniowy elektryczny element oporowy stanowi zatem uklad dwuskladnikowy, jednym skladnikiem sa przewodzace czastki a drugim sklad- 35 nikiem jest material, którym jest folia nosna.Dalsza istotna cecha elementu oporowego wedlug wynalazku jest to, ze warstwa przewodzaca elek¬ trycznie na swej powierzchni w przewazajacej czesci, zlozona jest z przewodzacych elektrycznie 40 czastek, które zasadniczo nie sa otaczane, ze wszyst¬ kich stron, przez warstwy materialu izolujacego elektrycznie.Czastki przewodzace lub ich skupienia, które sa rozlozone równomiernie na warstwie materialu izo- 45 lujacego elektrycznie lub w warstwie tej leza na powierzchni materialu nosnego, nie sa wedlug po¬ wyzszej definicji uwazane za wolne od otaczajacej je warstwy materialu izolujacego elektrycznie.Folia elementu oporowego z tworzywa sztucznego 50 o duzej wytrzymalosci, jest wedlug wynalazku wy¬ konana z tworzywa sztucznego wystarczajaco trwa¬ lego i wystarczajaco wytrzymalego termicznie w za¬ kresie temperatur w którym stosowany jest element oporowy. Przewidziany zakres stosowanych tempe- 55 ratur jest to zakres od 20 do 70°C, zwlaszcza od 30 do 60°C.Tworzywo sztuczne uwazane jest za wystarcza¬ jaco wytrzymale termicznie, w podanych wyzej gra¬ nicach temperatury, gdy nie podlega zadnym lub M zasadniczo zadnym uszkodzeniom pod wplywem oie- pla. Wystarczajaco wytrzymalymi foliami z tworzy¬ wa sztucznego sa zwlaszcza folie na bazie polipro¬ pylenu, folie z polichlorku winylu oraz z poliamidu, przy czym szczególnie zalecana jest folia oparta na 65 bazie polietylenotereftalanu. Korzystne sa równie! folie z kopolimerów na bazie kwasów izoftalowego i tereftalowego w stosunku wagowym 20 : 80 — 70 : 30.Jako folie poliestrowe, spelniajace wymagania od¬ nosnie wytrzymalosci, wchodza w rachube takie, które moga byc rozciagane jednokierunkowo w sto¬ sunku 1:1,5 — 1: 6, korzystnie 1: 2,5 — 1: 4,5.Szczególnie korzystne, dwukierunkowo rozciag¬ niete folie ipolietylenoterefltalanowe maja stosunek rozszerzalnosci powierzchni 1:6 do 1:8. Wymie¬ nione folie poliestrowe sa korzystnie utrwalone ter¬ micznie.Gdy na przyklad wykonana z tworzywa sztucz¬ nego folia dwuwarstwowego elementu oporowego wedlug wynalazku jest rozciagnieta folia poliestro¬ wa to ma ona korzystnie girubosc od 10 do 50 /*m, do stosowania nadaja sie jednak równiez folie cien- fize i grubsze.Ponizej opisany jest sposób wytwarzania wedlug wynalazku szczególnie korzystnego elementu oporo¬ wego.Na jedna lub obie powierzchnie folii poliestrowej o duzej wytrzymalosci naklada sie rozpuszczalnik,1 który rozpuszcza powierzchnie folii, a nastepnie na tak przygotowana powierzchnie nanosi sie elek¬ trycznie przewodzace czastki, na przyklad sadze, po czym folie -poddaje sie obróbce cieplnej. Przy sto¬ sowaniu przewodzacych czastek, które sa obojetne w stosunku do uzytego rozpuszczalnika, na przyklad sadzy, robi sie zawiesine czastek przewodzacych elektrycznie w rozpuszczalniku. Przy czym zawar¬ tosc czastek przewodzacych w zawiesinie powinna wynosic od 2,5 do 5,0°/o wagowo, a na m2 powierz¬ chni folii nanoszone jest od 0,6 do 3,0 g czastek przewodzacych.Jako rozpuszczalnik folii polipropylenowej nadaje sie dekalina, tetralina i czterowodorofuran. Jako rozpuszczalnik folii z polichlorku winylu lub folii poliamidowej nadaje sie czterowodorofuran. Roz¬ puszczalnikami folii nadajacymi sie do zastosowa¬ nia sa te, które maja zdolnosc wystarczajaco sku¬ tecznego i wystarczajaco szybkiego rozpuszczania poliestrów. Mozna je podzielic na trzy grupy, fenole lub ich pochodne jak — jednochlorofenól lub czte- rochlorofenol, krezole, jednoohilorotymol; chlorowco¬ wane weglowodory jak — chlorek metylenu, chloro¬ form, trójoztero- i pieciochloroeian lub trójchloro- tuluol oraz chlorowcowane kwasy tluszczowe niskie¬ go rzedu jak — kwas bromowany, kwas octowy, kwas dwuibromopropionowy, kwas dwuchloroocto- wy, kwas trójchlorooctowy, kwas trójchlorofenoksy- lowy, kwas trójfluorooctowy lub kwas trójfluoro- propionowy. Chlorowcowane kwasy tluszczowe nis¬ kiego rzedu sa przy tym szczególnie korzysitne.Stosuje sie je w roztworach wodnych w stezeniu 5—30V«, szczególnie korzystnie w stezeniu 10—20§/t wagowo. W szczególnych przypadkach okazuje sie korzystne stosowanie mieszaniny chlorowcowanych kwasów organicznych lub ich roztworów wodnych.Jako czastki niemetaliczne stosowane sa czastki o wystarczajaco duzej przewodnosci elektrycznej, przy czym szczególnie korzysrtne sa czastki sadzy.W niektórych przypadkach okazuje sie korzystne nakladanie warstwy przewodzacej z mieszaniny róz¬ nych czastek przewodzacych.75956 W czasie obróbki cieplnej rozpuszczalnik zostaje calkowicie lub zasadniczo calkowicie usuniety z po¬ wierzchni folii. Obróbka cieplna folii trwa przynaj¬ mniej jedna sekunde, praktycznie przykladowo od 1 -do 60 sekund, w temperaturze powyzej tempe¬ ratury przemiany wysokopolimerowego materialu fofldi. Na ogól stosuje sie temperatury w zakresie 120—160°C, korzystnie 130—135°C. Oddzialywanie ciepla przez czas dluzszy niz 60 sekund nie jest przy tym [krytyczne jesli pracuje sie w wymienionym za¬ kresie temperatur, skrócenie obróbki cieplnej jest jednak uzasadnione racjonalnym prowadzeniem procesu.Przy powierzchniowym, dwuwarstwowym elek¬ trycznym elemencie oporowym wedlug wynalazku, korzystne jest chronienie warstwy elektrycznie przewodzacych czastek elementu oporowego przed uszkodzeniami mechanicznymi przez pokrycie tej warstwy folia z tworzywa nie przewodzacego elek¬ trycznie. Folia taka przykladowo wykonana jest na bazie materialu celulozowego i posiada grubosc wy¬ starczajaca do ochrony warstwy przewodzacej.W tym przypadku folia ochronna powinna byc nie¬ przepuszczalna dla wody, nadaja sie do tego rów¬ niez nieprzepuszczalne dla wody folie z tworzyw sztucznych.Powierzchniowo mocowany element oporowy we¬ dlug wynalazku ma opornosc powierzchni mniejsza od 10* omów korzystnie od 102 do 10* omów.Opornosc powierzchni elementu oporowego we¬ dlug wynalazku po dluzszym scieraniu warstwy czastek przewodzacych zmienia sie jedynie nie¬ znacznie, co wykazuje nastepujace doswiadczenie. 4,5 g sadzy rozmieszano w roztworze 15,0 g kwa¬ su trójchlorooctowego w 80,5 g wody, po czym 66,6 g tak otrzymanej zawiesiny nalozono na m2 powierz¬ chni folii polietylenotereftalanowej o wspólczynniku rozciagniecia powierzchniowego 16, ogrzewanej w temperaturze 200°C przez czas 10 sekund w wa¬ runkach uniemozliwiajacych skurcz folii. Po nalo¬ zeniu tej zawiesiny folia zawierala 3 g sadzy nam1.Nastepnie folie suszono przez 10 minut w tempera¬ turze 150°C. Folie poliestrowa pokryta nastepnie poddano badaniom. Próbke w postaci pasa bez kon¬ ca przeprowadzano pomiedzy dwoma krazkami fil¬ cowymi przy nacisku na folie 150 g/cm2, predkosc posuwu pasa byla tak wyregulowana, ze wykony¬ wal on 50 pelnych cykli na minute. Jako miare wy¬ trzymalosci na scieranie przyjeto opornosc powierz¬ chni folii, mierzona wedlug przepisów VDE 0303, czesc 3/10,55, za pomoca sprezystych elektrod je¬ zyczkowych.Wyniki pomiarów zestawiono w tablicy 1.Przy stosowaniu opisanego powierzchniowego ele¬ mentu oporowego wedlug wynalazku, jako po¬ wierzchniowego elementu grzejnego, prad elektrycz¬ ny ze zródla jest doprowadzany do powierzchnio¬ wego elementu oporowego w celu ogrzania go w znany sposób, na przyklad przez naniesienie znanej, zawierajacej przewodzacy pigment zawiesi¬ ny na obszary stykowe warstwy sadzy elementu oporowego i spowodowanie przerwania ciaglosci zawiesiny przez odparowanie. Obszary stykowe sa nastepnie laczone z doprowadzeniami elektrycz- 6 Tablica 1 10 15 20 25 45 50 55 60 65 Czas trwania badania — — 5 minuit 25 minut 65 minut 7 godzin obciazenie scierajace — — 250 cykli 1240 „ 3 250 „ 21000 „ opornosc powierzchni ' (omy) 2,0X10" folia bez pi¬ gmentu 1,4 X10* powierzch¬ niowy 1,5X10* element opo¬ rowy wedlug wynalazku 1,5X10* 1,6X10* 2,0X10* „ | nymi. Element oporowy wedlug wynalazku moze byc wytwarzany w postaci, tasm lub arkuszy.' Powierzchniowy elektryczny element oporowy wedlug wynalazku nadaje sie zwlaszcza do stosowa¬ nia go jako ogrzewania powierzchniowego, podlo¬ gowego, sciennego i/lub sufitowego. Mozliwe jest ponadto wytwarzanie grzajników panelowych. Ele¬ ment oporowy wedlug wynalazku nadaje sie do ogrzewania namiotów i hal, jako bandaz grzejny 4o ogrzewania przewodów rurowych do podgrzewa¬ nia gleby, w zakladach ogrodniczych, do ogrzewania nawierzchni inostów,twjazdów do garazy i narazo¬ nych na zamarzanie miejsc ulicznych, boisk sporto¬ wych oraz cieplarek. Element grzejny nadaje sie ponadto do zastosowania jako grzejna wykladzina podlogowa pod dywany lub inny material wykla¬ dzinowy podlogi, do wytwarzania poduszek 'grzej¬ nych, kocy grzejnych oraz ogrzewanych lezaków i .poduszek do siedzenia. Ponadto element oporowy wedlug wynalazku ma zastosowanie do wytwarzania siedzen samochodowych, oraz okladzin grzejnycn", przykladowo do samolotów.Przedmiot wynalazku jest dokladniej przedstawio¬ ny na podstawie nastepujacych przykladów.Przyklad I. Jako powierzchniowy elektryczny element oporowy zastosowano arkusz folia polie- tylenoreftalanowej o wymiarach 77 X 40 cm i gru¬ bosci 36 /im o wspólczynniku rozszerzalnosci po¬ wierzchniowej 16, z nalozona na powierzchni war¬ stwa 3 g sadzy na m2 powierzchni folii. Opornosc powierzchniowa powierzchni pokrytej sadza zmie¬ rzona wedlug VDE 0303, wynosila 34 omy.Arkusz ten wzdluz boków o dlugosci 40 cm po stronie pokrytej sadza zaopatrzono w obszary sty¬ kowe przez nalozenie warstw zwyklego znanego lakieru przewodzacego. Warstwy te mialy szerokosc 1 cm. Lakier przewodzacy naniesiono na powierz¬ chnie arkusza sposobem sitodrukowym.Jako lakier przewodzacy zastosowano lakier, skla¬ dajacy sie z czastek srebra, zawieszonych w cieczy utworzonej przez rozpuszczony w rozpuszczalniku material blonotwórczy, kitóry jest wytrzymaly na dzialanie ciepla w temperaturze stosowania elemen¬ tu oporowego i nie oddziela sie od podloza. Po na¬ lozeniu warstwy przewodzacego lakieru odparowano rozpuszczalnik w temperaturze pokojowej.Do wytworzonych w ten sposób obszarów styko¬ wych elementu oporowego przymocowano za porno-1 75d5« 6 ca posrebrzonych nitów miedzianych, miedziane przewody plecione 0,5 mm1, przewody te dolaczono do zacisków zródla pradu zmiennego 220 V. Przy zmierzonej opornosci powierzchniowej 637 omów powstal przeplyw pradu o natezeniu 0,34 A, Odpo¬ wiada to mocy 75 V, lub mocy powierzchniowej 250 W/m*.Przyklad II. Tasme z pokrytej sadza folii, typu podanej w przykladzie 1, o dlugosci 200 cm i o szerokosci 27 cm zaopatrzono wzdluz boków 0 dlugosci 200 cm w obszary stykowe o szerokosci 1 cm, wykonane przez nalozenie, sposobem opisa¬ nym w przykladzie I, lakieru przewodzacego. Na¬ stepnie -do obszarów stykowych dolaczono doprowa¬ dzenia.Elektryczny element oporowy podlaczono do zró¬ dla pradu zmiennego 40 V. Przy zmierzonej opor¬ nosci 42,5 omów powstal przeplyw pradu o nateze¬ niu 0,94 A. Odpowiada to mocy, 37 W lub mocy powierzchniowej 47 W/m1 Przyklad III. Powierzchniowy element opo¬ rowy wykonany jak w przykladzie I o wymiarach 26 X 30 cm, wzdluz boków o dlugosci 26 cm zaopa¬ trzono na calej dlugosci w warstwy przewodzacego lakiem nalozone na powierzchnie pokryta sadza.Szerokosc tych warstw przewodzacego lakieru wy¬ nosila 1 cm. Arkusz ten, podlaczony do napiecia zmiennego 200 V ulozono strona pokryta sadza do góry na plycie o grubosci 20 mm ze spienionego tworzywa sztucznego. Na wysokosci 3 mm powyzej punktu przeciecia przekatnych powierzchni grzejnej elementu oporowego, umieszczono termoelemertt, który w znany sposób polaczono z przyrzadem wskaznikowym, do pomiaru napiecia wyskaiow^- nym w jednostkach temperatury. Piec minut po wlaczeniu pradu, przyrzad ten wskazywal tempera¬ ture 42°C, 5 PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Powierzchniowy elektryczny element oporowy, znamienny tym, ze siklada sie z folii z tworzywa 10 sztucznego o duzej wytrzymalosci i z trwale nalo¬ zonej bez dodatkowego spoiwa na przynajmniej jedna powierzchnie tej ifolii warstwy elektrycznie przewodzacej z niemetalicznych czastek i posiada opornosc powierzchni mniejsza od 10* omów, przy w czym wymienione czastki sa zasadniczo nie otoczone przez material warstwy izolujacej elektrycznie.

2. Powierzchniowy element wedlug zastrz. 1, zna¬ mienny tym, ze czastki przewodzace sa czastkami sadzy. * *0

3. Powierzchniowy element wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze ma opornosc powierzchni od 10* do W omów.

4. Powierzchniowy element wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze warstwe z tworzywa sztucznego 26 o duzej wytrzymalosci stanowi rozciagnieta folia polietylenotereftalanowa.

5. Powierzchniowy element wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze folia polietylenotereftalanowa ma grubosc od 10 do &0 pcm. w

6. Powierzchniowy element wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze warstwe tworzywa sztucznego o duzej wytrzymalosci stanowi rozciagnieta folia polipropylenowa. 4 krak. Zakl. ttrafiesne nr S, sam. ttd/74 Cena !• zl PL PL