DE3877314T2

DE3877314T2 - Exothermisches leitfaehiges ueberzugsmittel.

Info

Publication number: DE3877314T2
Application number: DE8888107673T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ota
Original assignee: ASK HEATING KK
Current assignee: OTA TAKASHI TAKARAZUKA HYOGO JP
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2008-05-14
Also published as: US5407741A; KR890006768A; NO173878C; NO882116L; EP0312688A3; EP0312688B1; CA1323717C; NO173878B; DE3877314D1; KR940001521B1; NO882116D0; EP0312688A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wärmeabgebende leitfähige Beschichtung, insbesondere eine wärmeabgebende leitfähige Beschichtung zur Bereitstellung einer leitfähigen Heizquelle, die eine gleichinäpige Temperatur-Verteilung bei jeder beliebigen Temperatur bis hinauf zu etwa 450 ºC erzeugt und deren Temperatur einstellbar ist, sowie eine daraus gewonnene Heizquelle.
Research Disclosure, November 1976, Seite 17, Abstract No. 15114, offenbart elektrisch leitfähige Anstrichmittel und Klebstoffe, die ein geeignetes Bindemittel-System und eine spezielle Art eines leitfähigen Kohlenstoffs (Ketjenblack EC) enthalten. Ein Beispiel für die Herstellung einer elektrisch leitfähigen Beschichtung ist angegeben, bei dem das Verhältnis von Ketjenblack EC 0,2 Gew.-Teile auf 1 Gew.- Teil Schellack beträgt.
Patent Abstracts of Japan, Band 9, Nr. 119 (C-282) (1842), 23. Mai 1985, referieren einen elektrisch leitfähigen Klebstoff, der 0,01 bis 10 Gew.-Teile eines Pulvers aus kugeligem Ruß mit einem mittleren Teilchen-Durchmesser von mehr als 30 um, 0,01 bis 10 Gew.-Teile eines anorganischen elektrisch isolierenden Pulvers und 100 Gew.-Teile eines synthetischen Harzes enthält.
US-A-4 035 265 beschreibt Anstrichmittel-Zusammensetzungen, die als leitfähige Filme mit niedrigem spezifischen Widerstand eingesetzt werden können. Diese Zusammensetzungen enthalten dünne Graphit-Plättchen und kolloidale Kohlenstoff- Teilchen mit einer Teilchen-Größe von 20 bis 60 x 10&supmin;&sup9; m sowie ein Bindemittel. Das angewandte Verhältnis Graphit zu Bindemittel beträgt 0,33 : 1 bis 4 : 1, in Gew.-Teilen.
Die Japanische Patent-Veröffentlichung 60-59131/1985 offenbart ein ebenes elektrisches Heizelement, das einen Film aus einem synthetischen Harz mit einem darin eingearbeiteten leitfähigen feinen Kohlenstoff-Pulver, etwa muschelartigem, flockenartigem, nadelartigem oder faserartigem Kohlenstoff oder Graphit, und in dem Film an beiden Enden in Längsrichtung desselben eingebettete Elektroden-Drähte umfaßt. Bekannt ist eine Heizquelle, die einen mit diesem Element belegten Feststoff umfaßt und deren Temperatur auf etwa 60 ºC erhöht werden kann.
Jedoch ist für die das Ruß- oder Graphit-Pulver und das synthetische Harz enthaltende Heizquelle beispielsweise der Abstand zwischen den Elektroden auf einem Beschichtungs-Film kurz, und eine große Heizfläche mit einer gleichmäßigen Temperatur-Verteilung ist nicht erhältlich. In der Heizquelle, in der das leitfähige feine Pulver, etwa das herkömmliche Kohlenstoff- oder Graphit-Pulver, verwendet wird, wird von einem bandförmigen Heizelement Gebrauch gemacht, das durch Schmelz-Extrusion aus dem synthetischen Harz mit dem darin eingearbeiteten Pulver gebildet wird. Eine Verwendung einer Paste oder Beschichtung, die dieses leitfähige feine Pulver enthält, und das Aufbringen der Beschichtung zur Herstellung einer Heizquelle mit einer großen Oberfläche sind bisher nicht durchgeführt worden.
Wenn etwa eine Maßnahme zur Verhinderung einer Wärmestrahlung auf dieser Heizfläche getätigt wird, besteht bei der herkömmlichen Heizquelle die Gefahr einer örtlichen Oxidation oder Schädigung durch Brand. Aus diesem Grunde kann die Temperatur dieser Einheit nur auf eine Temperatur unterhalb von etwa 60 ºC erhöht werden.
In der herkömmlichen Heizquelle ist beispielsweise ein Substrat 1 mit einem ebenen Heizelement (Band) 2 belegt, wie in Fig. 10(a) gezeigt ist. Die Zufuhr von Elektrizität über die Metall-Anschlüsse 3 bewirkt, daß der Heizungs-Teil (Element 2) erhitzt wird, wodurch eine Temperatur-Verteilung 6 auf dem Substrat erzeugt wird, wie in Fig. 10(b) dargestellt ist.
Somit läßt sich für die Heizquelle, die das herkömmliche leitfähige Pulver, etwa ein Pulver aus muschelartigem, flockenartigem, nadelartigem oder faserartigem Kohlenstoff oder Graphit, enthält, eine große Heizfläche mit gleichmäßiger Temperatur-Verteilung nicht erhalten. Wenn das Substrat mit der ein solches leitfähiges Pulver enthaltenden Paste oder Beschichtung überzogen wird, muß die Dicke des Beschichtungs-Films präzise gesteuert werden. Die Paste oder Beschichtung muß notwendigerweise präzise mit Hilfe einer Maschine aufgetragen werden, beispielsweise mit einer Präzision von 1/10 bis 1/100 mm, und kann nicht manuell aufgebracht werden. Bei der konventionellen Heizquelle wird bei sich verändernder Dicke des Beschichtungs-Films dem dickeren Teil ein stärkerer elektrischer Strom zugeführt, und folglich wird die Temperatur dieses Teils erhöht. Weiterhin nimmt der Widerstand mit steigender Temperatur geringfügig zu {Fig. 1(b)}. Aus diesem Grunde ist eine örtliche Überhitzung zu erwarten, wenn eine ungleichmäßige Wirkung der Wärmestrahlung ausgeübt wird. Zur Verhinderung einer derartigen Überhitzung werden Maßnahmen wie der Einsatz von Thermostaten und der Einbau von Temperatur-Steuergeräten getroffen. Es ist jedoch unmöglich, den Teil vorher auszumachen, wo auf der großen Oberfläche eine Wärmestrahlung örtlich verhindert wird. Darüber hinaus ist es unmöglich, die Anzahl solcher örtlicher Teile abzuschätzen und auf diesen eine Anzahl Sensoren zu befestigen. Infolgedessen ist die ebene elektrische Widerstands-Heizquelle mit diesen herkömmlichen leitfähigen feinen Pulvern nicht sonderlich populär.
Nach dem Stand der Technik ist es notwendig, daß die Paste oder Beschichtung präzise mit Hilfe der Maschine aufgetragen wird. Bei einer elektrischen Widerstands-Heizquelle mit einer gekrümmten Oberfläche, einer inneren Oberfläche eines Lochs oder einer ungleichmäßigen Oberfläche, auf die die Paste oder Beschichtung nicht mit Hilfe der Maschine aufgetragen werden kann, findet die obenbeschriebene örtliche Überhitzung statt. Aus diesem Grunde ist es sehr schwierig, nach dem Stand der Technik eine elektrische Widerstands- Heizquelle in zufriedenstellender Weise zu produzieren.
Demzufolge besteht seit langer Zeit Bedarf an der Realisierung einer wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung oder Paste unter Verwendung eines vorteilhaft verfügbaren kohlenstoffhaltigen Pulver als leitfähiges Pulver zur Schaffung einer elektrischen Widerstands-Heizquelle mit einer großen Heizfläche, auf der eine gleichmäßige Temperatur-Verteilung selbst dann erhalten werden kann, wenn ein Substrat eine komplexe Struktur hat, etwa eine gekrümmte Oberfläche, eine innere Oberfläche eines Lochs oder eine ungleichmäßige Oberfläche, wobei das Substrat mit der Paste oder Beschichtung von Hand oder durch Imprägnieren in einer Dicke beschichtet wird, die nicht so präzise gleichmäßig ist, eine örtliche Schädigung durch eine schmelzende oder verbrennende Dosis nicht stattfindet und die Heiztemperatur frei gesteuert werden kann.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auf verschiedenartige Weisen wärmeabgebende Pasten oder Beschichtungen zur Erzeugung ausgezeichneter Heizquellen untersucht, insbesondere den Typ, die Gestalt und die Größe der Kohlenstoff- Pulver, die in bezug auf chemische Beständigkeit und Hygiene als leitfähiges Material meistbevorzugt sind, Harze, die Bindemittel für jene sind, das Kompoundierungs-Verhältnis derselben und die Kombination der Verfahren der Wärme- Behandlung, die Beschichtungs-Verfahren und dergleichen. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die obenbeschriebenen Aufgaben durch eine Paste oder Beschichtung gelöst werden, die hauptsächlich ein synthetisches Harz und Kohlenstoff-Teilchen mit spezifischer Gestalt und kristalliner Struktur umfaßt, und daß eine hervorragende Heizquelle produziert werden kann; auf diese Weise sind sie zu der vorliegenden Erfindung gelangt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden
(1) eine wärmeabgebende leitfähige Beschichtung,
(2) eine leitfähige Heizquelle, die einen wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtungs-Film auf einem in geeigneter Weise geformten Feststoff oder einer in geeigneter Weise geformten festen Oberfläche mit daran befestigten Elektroden-Anschlüssen umfaßt, wobei der Film Kohlenstoff-Teilchen, die wenigstens 60 Gew.-% kugeliger Kohlenstoff-Teilchen umfassen, die einen Durchmesser von nicht mehr als 500 um haben und einen Abstand zwischen den Ebenen im kristallinen Zustand von 0,3425 bis 0,3358 nm (3,425 bis 3,358 Å) haben, und ein synthetisches Harz umfaßt und weiterhin eine oder mehrere darauf laminierte wärmeabgebende Schichten, von denen jede Elektroden-Anschlüsse und einen wärmeabgebenden leitfähige Beschichtungs-Film umfaßt,
(3) ein Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Heizquelle und
(4) ein Verfahren, das durch die weitere anschließende Befestigung von Elektroden-Anschlüssen auf dem wärmeabgebenden Beschichtungs-Film und die nachfolgende Behandlung des Beschichtens oder Imprägnierens mit der wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung oder Paste und des Aushärtens der Beschichtung oder Paste zur Bildung einer wärmeabgebenden Schicht gekennzeichnet ist, und damit die Wiederholung dieser Arbeitsweise zur Laminierung mehrerer wärmeabgebender Schichten, wie sie insbesondere in den unabhängigen Ansprüchen 1, 5 und 10 zu finden ist, verfügbar gemacht.
Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem elektrischen Widerstand (X/ ) der aus den wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung und des Standes der Technik hergestellten Heizquellen und deren Oberflächentemperatur darstellt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht, die die Temperatur- Meßpositionen auf dem Beschichtungs-Film darstellt.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Zeit und der Temperaturdifferenz darstellt, wenn eine örtliche Wärmestrahlung der aus den wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung und des Standes der Technik hergestellten Heizquellen verhindert wird.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung des elektrischen Widerstandes in Relation zu der Größe der kugeligen Kohlenstoff-Teilchen und der kompoundierten Menge des synthetischen Harzes.
Fig. 5 zeigt eine graphische Darstellung des elektrischen Widerstandes und der exothermen Temperatur in Relation zu der kompoundierten Menge der Kohlenstoff-Teilchen und des synthetischen Harzes.
Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Abstand zwischen den Ebenen der kugeligen Kohlenstoff-Teilchen und dem elektrischen Widerstand darstellt.
Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Temperatur der Wärmebehandlung und dem Abstand zwischen den Ebenen in der kristallinen Struktur der Kohlenstoff-Teilchen darstellt.
Fig. 8(a) und Fig. 8(b) zeigen graphische Darstellungen zur Erläuterung der mit der Beschichtung der vorliegenden Erfindung beschichteten Heizquellen.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der mit der Beschichtung der vorliegenden Erfindung beschichteten Heizquelle.
Fig. 10(a), Fig. 10(b) und Fig. 10(c) zeigen schematische Ansichten, die konventionelle Heizquellen darstellen.
Fig. 11(a) und Fig. 11(b) zeigen Ansichten zur Erläuterung verschiedener, in der Heizquelle verwendeter Anschlüsse.
Fig. 12 zeigt eine schematische Ansicht einer Heizquelle, die Beschichtungs-Filme umfaßt, die laminiert sind.
In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen
1 ein Substrat,
2 einen Beschichtungs-Film,
3 einen Anschluß
4 ein wärmeisolierendes Bauteil,
5 eine keramische Beschichtung und A und B Temperatur-Meßpunkte.
Es ist notwendig, daß die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Kohlenstoff-Teilchen wenigstens 60 Gew.-% kugelige Teilchen enthalten. Die in einer konventionellen Heizquelle verwendeten Kohlenstoff-Teilchen sind flockenartig, nadelartig, faserartig oder muschelartig, oder die meisten von ihnen haben diese Formen. Es gibt keinen Fall, in dem kugelförmige Kohlenstoff-Teilchen als wärmeabgebende Beschichtung verwendet werden. Aus der herkömmlichen Beschichtung, bei der die flockenartigen, nadelartigen, faserartigen oder muschelartigen Kohlenstoff-Teilchen verwendet werden, läßt sich eine Heizquelle mit einer großen Heizfläche ohne örtliche Erhitzung und mit einer gleichmäßigen Temperatur-Verteilung nicht erreichen. Weiterhin war man auch nicht in der Lage, eine Heizquelle mit der Eigenschaft der selbständigen Temperatur-Steuerung zu erhalten, weil der sogenannte Temperatur-Koeffizient des elektrischen Widerstandes klein ist {Fig. 1(b)}.
Als in der vorliegenden Erfindung verwendete Kohlenstoff- Teilchen sind kugelförmige Graphit-Teilchen zu bevorzugen.
Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten kugeligen Kohlenstoff-Teilchen enthalten wenigstens 60 Gew.-% Teilchen mit einem Durchmesser von nicht mehr als 500 um, praktisch von 1 bis 200 um. Wenn die Kohlenstoff-Teilchen einen Durchmesser von mehr als 500 um haben, sind die Kohlenstoff-Teilchen heterogen dispergiert, und demgemäß besteht die Gefahr, daß in ungünstiger Weise Ungleichmäßigkeiten der Temperatur auftreten.
Als in der vorliegenden Erfindung eingesetzte kugelförmige Kohlenstoff-Teilchen werden Teilchen verwendet, deren Abstand zwischen den Ebenen auf nicht mehr als 0,3425 bis 0,3358 nm (3,425 bis 3,358 Å), vorzugsweise 0,338 bis 0,3358 nm (3,380 bis 3,358 Å), durch eine Wärmebehandlung bei 1500 ºC bis 3500 ºC erniedrigt worden ist Fig. 7). Die Teilchen mit einem Abstand zwischen den Ebenen von weniger als 0,3358 nm (3,358 Å) sind mehr zu bevorzugen, jedoch steigen die Kosten. Wenn der Abstand größer als 0,3425 nm (3,425 Å) ist, nimmt der Widerstand zu, und die Leistung pro Fläche (Watt/cm²) steigt auch bei Erhöhen der Spannung nicht an (beispielsweise bis zu 0,05 W/cm²). Dies ist infolgedessen ungünstig wegen der Schwierigkeit einer Erhöhung der Temperatur (beispielsweise bis zu 20 ºC). Die kugeligen Graphit-Teilchen sind vorzugsweise bei einer Temperatur von wenigstens 1500 ºC wärmezubehandeln und haben einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als etwa 1300 bis 5000 uX cm. Die Teilchen mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 1300 uX cm sind mehr zu bevorzugen, jedoch steigen die Kosten.
Das Verfahren zur Herstellung der in der vorliegenden Erfindung eingesetzten kugeligen Kohlenstoff-Teilchen ist von Taylor et al. angegeben worden [Brooks und Taylor, Carbon 3, 185 (1965)]. In jüngerer Zeit wurde die Nutzung der kugeligen Kohlenstoff-Teilchen für spezielle Kohlenstoff-Materialien, Einlagerungsverbindungen, Adsorptionsmaterialien, Füllstoffe und dergleichen vorgeschlagen. Es gibt jedoch keinen Fall, in dem kugelförmige Kohlenstoff-Teilchen als wärmeabgebende Beschichtung verwendet werden, wie oben angegeben wurde. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erstmals herausgefunden, daß eine hervorragende Wirkung durch die kugeligen Kohlenstoff-Teilchen erzielt wird.
Die in der vorliegenden Erfindung eingesetzten kugeligen Kohlenstoff-Teilchen können mittels jedes beliebigen Verfahrens hergestellt werden, beispielsweise durch Erhitzen von Erdöl, Kohle oder organischen Verbindungen auf eine Temperatur und Verkohlen oder Verkoken derselben und anschließende Graphitisierung.
Beispielsweise werden die kugeligen Kohlenstoff-Teilchen ebenfalls hergestellt nach dem Verfahren von Taylor et al. durch Hitze-Behandlung von Bitumen wie Steinkohlenteer, Steinkohlenteerpech, Öl mit hohem spezifischen Gewicht aus Erdöl oder dergleichen über lange Zeit bei einer Temperatur von 350 ºC bis 500 ºC, durch Wiederholung der Polykondensationsreaktion einer niedermolekularen Verbindung zur Polymerisation und Wärmebehandlung zur Reduktion von meso- Kohlenstoff-Mikrokugeln, die durch Abtrennung optisch anisotroper kugelförmiger Teilchen aus dem resultierenden kohlenstoffhaltigen Material erhalten wurden, oder von annähernd kugelförmigen Koks, der durch Verkohlung eines synthetischen Harzes erhalten wurde, bei einer Temperatur von eintausend und einigen hundert bis zu dreitausend und einigen hundert zu Graphitisierung. Der spezifische Widerstand liegt im Bereich von 1300 bis 6000 uX cm und wird entsprechend dem Anwendungszweck für hohen Widerstand oder niedrigen Widerstand ausgewählt.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Kohlenstoff- Teilchen sind vorzugsweise bei einer Temperatur von wenigstens 1500 ºC in der Wärme zu behandeln. Die wärmebehandelten Kohlenstoff-Teilchen sind notwendig, um die praktische elektrische Leitfähigkeit des Beschichtungs-Films und die gleichmäßige Dispersion der Kohlenstoff-Teilchen in einer die Kohlenstoff-Teilchen, ein Lösungsmittel und ein synthetisches Harz umfassenden flüssigen Beschichtung oder einer die Kohlenstoff-Teilchen und ein synthetisches Harz umfassenden pulverförmigen Beschichtung zu erreichen.
Das in der vorliegenden Erfindung zu verwendende synthetische Harz, das ein Bindemittel ist, kann ein thermoplastisches, ein warmhärtendes oder ein durch Elektronen-Bestrahlung aushärtendes Harz sein und kann in passender Weise entsprechend den Anwendungsgebieten der Heizquelle ausgewählt werden.
Als thermoplastisches Harz wird ein Harz mit einem Erweichungspunkt von wenigstens 15 ºC und einem mittleren Molekulargewicht von mehreren Tausend bis zu mehreren Hunderttausend eingesetzt. Als warmhärtendes Harz oder Harz vom Reaktions-Typ wird ein Harz mit einem Molekulargewicht von nicht mehr als 200 000 im Zustand einer Beschichtungs- Flüssigkeit eingestzt. Dieses Harz wird nach dem Beschichten und Trocknen erhitzt, und dementsprechend nähert sich sein Molekulargewicht durch eine solche Reaktion wie eine Kondensation oder eine Addition dem Wert unendlich. Weiterhin kann ein durch Elektronen-Bestrahlung aushärtendes Harz eingesetzt werden, in dem das durch Einwirkung der Strahlung vernetzbare oder zur Trockne polymerisierbare Radikal in dem Molekül des thermoplastischen Harzes enthalten ist oder in dieses eingeführt wird. Zu solchen Radikalen gehört eine in Acrylsäure, Methacrylsäure oder deren Estern enthaltene acrylische Doppelbindung, die die Eigenschaft der radikalischen Polymerisierbarkeit zeigt, eine in Diallylphthalat und dergleichen enthaltene allylische Doppelbindung und eine in Maleinsäure, deren Derivaten oder dergleichen enthaltene ungesättigte Bindung.
Als synthetisches Harz kann beispielsweise genannt werden ein Polyimid-Harz, ein Polyamid-Harz, ein Polyphenylenoxid- Harz, ein Silicon-Harz, ein Polytitanocarbosilan-Harz, ein Phenol-Harz, ein Epoxy-Harz, ein Polyparabansäure-Harz, ein Polyurethan-Harz, ein Polyester-Harz, ein Polyether-ether- keton-Harz, ein Polyphenylensulfid-Harz, ein fluorhaltiges Polymer, ein Polyolefin-Harz und ein Polyvinylchlorid-Harz. Man kann ein Harz mit einer Erweichungs-Temperatur oder einer Zersetzungs-Temperatur auswählen, die für den Beschichtungs-Film gewünscht wird.
Das Verhältnis des synthetischen Harzes zu den Kohlenstoff- Teilchen wird unterschiedlich gewählt, je nach der gewünschten Heiztemperatur, der Flächengröße der Heizfläche, der Art der Kohlenstoff-Teilchen und des synthetischen Harzes, der Kombination derselben und dergleichen. Das synthetische Harz wird im allgemeinen in einem Verhältnis von 25 bis 220 Gew.- Teilen, vorzugsweise von 30 bis 200 Gew.-Teilen, auf 100 Gew.-Teile der Kohlenstoff-Teilchen verwendet.
Wenn die relative Menge des synthetischen Harzes kleiner als 25 Gew.-Teile ist, nimmt der Wert des elektrischen Widerstandes ab, und die Temperatur der Heizquelle kann erhöht werden (dies ist deshalb anwendbar auf eine Heizquelle mit einer großen Heizfläche). Die Festigkeit des Beschichtungs- Films ist jedoch unzureichend, und der Temperatur-Koeffizient des elektrischen Widerstandes wird erniedrigt, so daß die Gefahr besteht, daß Temperaturungleichmäßigkeiten erzeugt werden. Wenn andererseits die relative Menge des synthetischen Harzes größer als 220 Gew.-Teile ist, kann ein zum Erhitzen notwendiger Wert des elektrischen Widerstandes nicht erhalten werden (wegen des übermäßig hohen Wertes des elektrischen Widerstandes), was dazu führt, daß die Beschichtung für den praktischen Gebrauch nutzlos ist. Das heißt, daß dann, wenn der elektrische Widerstand bei gewöhnlicher Temperatur kleiner als 1 X/ ist, worin X/ den Wert des elektrischen Widerstandes pro Quadratfläche bezeichnet, der elektrische Strom übermäßig fließt und dementsprechend die Temperatur zu hoch und ungleichmäßig wird. Im Fall von mehr als 6 000 X/ wird der elektrische Strom zu gering, und infolgedessen wird die Erzeugung von Wärme so stark erniedrigt, daß es schwierig ist, eine gewünschte Temperatur zu erreichen.
Im Fall einer großen Heizfläche wird die Beschichtung eingesetzt, die bei gewöhnlicher Temperatur einen niedrigen elektrischen Widerstand wie 1 X/ zeigt. Im Fall einer kleinen Heizfläche wird die Beschichtung eingesetzt, die bei gewöhnlicher Temperatur einen hohen elektrischen Widerstand wie 6 000 X/ zeigt. Im allgemeinen wird eine Beschichtung eingesetzt, die einen dazwischen liegenden Wert zeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächentemperatur der Heizquelle lange Zeit stabil auf eine gewünschte Temperatur von höchstens 450 ºC (Umgebungstemperatur + 30 ºC bis - 40 ºC) erhitzt, entsprechend der Kombination der Form des Graphits, der Heiztemperatur, der Kompoundierung der Beschichtung, der Dicke des Beschichtungsfilms, der angelegten Spannung und dergleichen.
Diese die Kohlenstoff-Pulver und das synthetische Harz umfassende Beschichtung wird mittels der verschiedenartigen Beschichtungsverfahren wie Pinseln, Walzenbeschichten, Sprühbeschichten, elektrostatisches Beschichten, Elektroabscheidungs-Beschichten und Pulver-Beschichten oder nach dem Tauch-Verfahren aufgebracht. Der Beschichtung kann ein anderes Additiv oder ein anderer Hilfsstoff zugesetzt werden.
Zu Additiven oder Hilfsstoffen zählen beispielsweise ein verdünnendes Lösungsmittel, ein suspendierendes Mittel oder Dispergiermittel, ein Antioxidationsmittel, ein anderes Pigment und andere notwendige Additive.
Als verdünnendes Lösungsmittel werden diejenigen Lösungsmittel eingesetzt, die gewöhnlich in Beschichtungen verwendet werden, etwa ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, ein aromatisches Erdölnaphtha, ein aromatischer Kohlenwasserstoff (Toluol, Xylol oder dergleichen), ein Alkohol (Isopropylalkohol, Butanol, Ethylhexylalkohol oder dergleichen), ein Etheralkohol (Ethylcellosolve, Butylcellosolve, Ethylenglycolmonoether oder dergleichen), ein Ether (Butylether), ein Acetat, ein Säureanhydrid, ein Etherester (Ethylcellosolveacetat), ein Keton (Methylethylketon, Methylisobutylketon), N-Methyl-2-pyrrolidon, Dimethylacetamid und Tetrahydrofuran. Das bevorzugte Lösungsmittel wird in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den synthetischen Harz als Bindemittel ausgewählt. Die Menge des verdünnenden Lösungsmittel wird im Bereich von 400 Gew.-Teilen oder von weniger als 100 Gew.-Teilen des Harzes ausgewählt.
Als Suspendiermittel erwähnt werden können Methylcellulose, Calciumcarbonat, ein feines Pulver aus modifiziertem Bentonit und so weiter. Als Dispergiermittel können verschiedene oberflächenaktive Mittel verwendet werden, etwa ein anionenoberflächenaktives Mittel (ein Fettsäure-Salz, ein flüssiges Fettölsulfat-Salz), ein kationen-oberflächenaktives Mittel (ein aliphatisches Amin-Salz, ein quaternäres Ammonium- Salz), ein amphoteres oberflächenaktives Mittel und ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel. Um eine Erstarrung durch Trocknen oder Aushärten der Beschichtung oder Paste mit Leichtigkeit in kurzer Zeit zu erzielen, kann ein Härtungsmittel zugesetzt werden.
Das Härtungsmittel wird entsprechend dem eingesetzten Harz ausgewählt, und verwendet werden konventionelle Härtungsmittel wie etwa ein aliphatisches oder aromatisches Polyamin, ein Polyisocyanat, ein Polyamid, ein Amin oder Thioharnstoff.
Zusätzlich wird ein Stabilisator, ein Weichmacher, ein Antioxidationsmittel oder dergleichen in geeigneter Weise verwendet.
Das aus einem festen Stoff bestehende Substrat, etwa ein Kunststoff-Material, ein Keramik-Material, ein hölzernes Material, ein faserförmiges Material, ein Papier-Material, ein mit einem elektrischen Isolator beschichtetes Metall- Material oder dergleichen, hat eine gewünschte Form, oder seine Oberfläche wird mit der vorliegenden wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung beschichtet oder in diese eingetaucht, um die Heizquelle zu erzeugen.
Beispielsweise wird das aus einem mit einem elektrischen Isolator beschichteten Metall-Material, einem Keramik- Material, einem Kunststoff-Material, einem hölzernen Material oder einer Kombination aus diesen bestehende Substrat, an dem wenigstens zwei Metall-Anschlüsse fest angebracht sind, mit der Beschichtung der vorliegenden Erfindung bis zu einer Dicke von 0,2 bis 3,5 mm beschichtet (die Dicke des Beschichtungs-Films nach dem Härten beträgt 0,1 bis 0,3 mm).
Die Form der ebenen Oberfläche oder der gekrümmten Oberfläche des obenbeschriebenen Substrats unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Die Heizquelle kann aus einem linearen, stabartigen, zylidrischen, ebenen oder anderen dreidimensional gekrümmten Substrat hergestellt werden.
Obwohl es wünschenswert ist, die Substratoberfläche mit einem Keramik-Material zu beschichten, ist ein hölzernes Material manchmal einsetzbar, wenn eine gewünschte Temperatur unterhalb von 150 ºC liegt. Ebenfalls verwendbar ist ein kombinierter Artikel wie ein Verbundstoff aus einem hölzernen Material, einem Kunststoff-Material oder einem Metall-Material und einem darauf aufgebrachten Keramik- Material.
Wenn die zu beschichtende Oberfläche groß ist und Pinseln, Walzenbeschichten oder Sprühbeschichten angewandt wird, wird die Fluidität der Beschichtung erhöht, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern. In diesem Falle wird ein Lösungsmittel zur Verdünnung vorzugsweise in einer Menge von weniger als 400 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile des leitfähigen Pulvers eingearbeitet. Wenn mehr Lösungsmittel eingearbeitet wird, wird die Beschichtung zu stark fluidisiert, und es ist schwierig, die vorgeschriebene Dicke des Beschichtungs-Films zu erhalten. Aus diesem Grunde ist die Verwendung von überschüssigem Lösungsmittel zur Erreichung einer angestrebten Oberflächen-Temperatur des Beschichtungs-Films ungeeignet.
Der Beschichtungs-Film wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 70 ºC bis 350 ºC ausgehärtet oder zum Erstarren getrocknet oder mittels Elektronenstrahlen (Strahlung) gehärtet.
Wenn das Trocknen zum Erstarren oder das Aushärten bei einer Temperatur im Bereich von etwa 70 ºC bis 350 ºC während einer reichlichen Zeitspanne durchgeführt wird, läßt sich der glatte Film mit der vorgeschriebenen Dicke erreichen. Ein Erstarren oder Aushärten bei einer höheren Temperatur als jener ist unzweckmäßig, da die Gefahr besteht, daß Schaumbildung, Fließen oder Qualitätseinbußen stattfinden, und ein Erstarren oder Aushärten bei einer niedrigeren Temperatur als 70 ºC ist ebenfalls nicht zweckmäßig, da dies eine Menge Zeit erfordert.
Wenn die Beschichtung bis zu einer Dicke von etwa 0,2 bis 3,5 mm aufgetragen und dann zum Aushärten bei einer Temperatur von nicht mehr als 350 ºC reagieren gelassen wird, wird ein Beschichtungs-Film erhalten, der zum Erstarren getrocknet ist und eine Dicke von etwa 0,1 bis 3 mm hat. Dieser Film aus einer Beschichtung mit einer elektrischen Widerstands-Heizung erzeugt hohe Temperaturen sowie niedrige Temperaturen. Es wird bevorzugt, daß der Film zu einer Dicke von etwa 0,1 bis 3 mm aufgetragen wird. Wenn die Dicke kleiner als 0,1 mm ist, steigt der elektrische Widerstand zu stark an, die Leistung pro Flächeneinheit nimmt zu stark ab, und weiterhin ist die Festigkeit des Films unzureichend. Wenn die Dicke größer als 3,0 mm ist, besteht die Gefahr einer Entmischung durch Ausfällung der Teilchen, und infolgedessen wird es schwierig, einen gleichmäßigen Beschichtungsfilm zu erhalten. Der elektrische Widerstand zwischen den Metall-Anschlüssen dieses Beschichtungs-Films beträgt bei gewöhnlicher Temperatur 1 bis 6 000 X/ , wie oben beschrieben ist. Wenn der elektrische Widerstand klein ist, wird dieser Film auch ein leitfähiger Film.
Falls die Befürchtung eines Lecks besteht, wird der wärmeabgebende Beschichtungs-Film dünn mit einem elektrischen Isolierfilm bedeckt, soweit die Festigkeit erhalten bleibt. Ein zu dicker Film ergibt Störungen des Wärmeübergangs.
Die Heizquelle wird in ähnlicher Weise dadurch hergestellt, daß ein faserförmiges Material oder ein Papier-Material mit der Beschichtung oder Paste der vorliegenden Erfindung behandelt wird, die den kugeligen Graphit und das synthetische Harz umfaßt.
Eine Heizquelle mit hervorragenden Oberflächen-Eigenschaften kann auch den Einsatz eines durch einen Elektronenstrahl (Strahlung) aushärtbaren Harzes erhalten werden.
Gemäß der wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung der vorliegenden Erfindung ist die Temperatur der Heizquelle durch die Auswahl der Kohlenstoff-Teilchen, des synthetischen Harzes, des Kompoundierungs-Verhältnisses, der Dicke des Beschichtungs-Films und die Kombination dieser Parameter und weiterhin durch die Wahl der Heizfläche oder die angelegte Spannung auf eine gewünschte Temperatur einstellbar.
Dies beruht auf der Auswahl der kugeligen Kohlenstoff-Teilchen in der vorliegenden Erfindung. Die herkömmliche Heizquelle, in der flockenartiger, nadelartiger, faserartiger oder muschelartiger Kohlenstoff oder Graphit verwendet wird, vermag möglicherweise diesen Effekt nicht zu erzielen.
Wenn die wärmeabgebende leitfähige Beschichtung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann die Heizquelle durch Laminieren der wärmeabgebenden Filme erhalten werden, wodurch der elektrische Widerstand einstellbar ist und die wärmeabgebende Fläche bei derselben Temperatur verdoppelt werden kann, wie unten beschrieben ist. Weiterhin kann eine Heizquelle mit der gleichen wärmeabgebenden Fläche bei derselben Temperatur durch Laminieren der wärmeabgebenden Filme erhalten werden, um die Spannung einzustellen.
Als in der Heizquelle der vorliegenden Erfindung eingesetzter Elektroden-Anschluß kann jeder beliebige Typ eines Anschlusses verwendet werden. Beispielsweise können ein Elektroden-Anschluß aus einem Metall-Draht oder einem Metall-Netz verwendet werden {Fig. 11(a) und Fig. 11(b)}. Insbesondere wird der Anschluß aus einem Metall-Netz, wie er in Fig. 11(b) dargestellt ist, bevorzugt, der beispielsweise ein Kupfer-Netz mit einer Öffnungs-Größe von 0,3 mm x 0,3 mm umfaßt, das aus vernickelten Kupfer-Drähten mit einem Durchmesser von etwa 0,2 mm besteht. Dieses Metall-Netz ermöglicht, daß die Heizquelle eine stabilere Temperatur der Wärmeabgabe erzielt.
Die wärmeabgebende leitfähige Beschichtung hat eine Funktion der selbständigen Temperatursteuerung. Insbesondere ist es nicht erforderlich, daß die Dicke des Beschichtungs-Films präzise gleichmäßig hergestellt sein muß, und der Beschichtungsfilm kann manuell auf der festen Oberfläche einer gewünschten Gestalt hergestellt werden. Weiterhin kann die Heizquelle dadurch hergestellt werden, daß das imprägnierbare feste Material mit einer gewünschten Gestalt, etwa ein faserförmiges Material oder ein Papier-Material, eingetaucht wird. Aus diesem Grunde kann die Heizquelle der vorliegenden Erfindung weit verbreitet auf verschiedenen Gebieten eingesetzt werden, etwa als Anwendung auf Innenwände, Fußböden, Dächer, Innenoberflächen eines Ofens, Anwendungen auf die inneren und äußeren Oberflächen von Rohren, Teppichen, Decken, vereinfachten Heizöfen, Wärmern und Gefrierschutzanlagen. Insbesondere ist diese Heizquelle ausgezeichnet für Teile für die Heizung von Räumen, Heißisolierung und Heizung.
Die wärmeabgebende leitfähige Beschichtung umfaßt hauptsächlich die kugeligen Kohlenstoff-Teilchen und das synthetische Harz. Aus diesem Grunde kann aus ihr die Heizquelle hergestellt werden, die die Funktion der selbständigen Temperatursteuerung hat, deren Temperatur willkürlich auf einen gewünschten Wert bis hinauf zu 450 ºC einstellbar ist, und die weiterhin eine einheitliche Temperatur-Verteilung über eine große Heizfläche sowie eine kleine Heizfläche hinweg in verschiedenen Gestalten und Oberflächen aufweist, die eine unebene Oberfläche und dergleichen enthalten. Weiterhin kann die Heizquelle aus mehreren laminierten Schichten des Beschichtungs-Films aufgebaut werden. Aus diesem Grunde ist die auf diese Weise erhaltene Heizquelle für breite Gebiete geeignet, nämlich für Innenwand-Anwendungen, Fußböden, Dächer, Innen und Außen-Oberflächen von Rohren, Verwendung als Innenoberflächen eines Ofens, Heizungen und Teppiche.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, die den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränken.

Beispiel 1

Unter Einsatz von PTFE (Polytetrafluorethylen) als synthetisches Harz für ein Bindemittel wurde eine Beschichtung (a) durch Vermischen von 1 Gew.-Teil kugeliger Graphit-Teilchen der vorliegenden Erfindung mit Durchmessern von 20 bis 50 um auf 0,9 Gew.-Teile des Harz-Feststoffs hergestellt. Andererseits wurde eine Beschichtung (b) durch Vermischen von 1 Gew.-Teil eines herkömmlichen Pulvers aus nadelartigem Graphit mit Größen von 10 bis 60 um mit dem gleichen Harz Feststoff hergestellt. Jede Beschichtung wurde als wärmeabgebende leitfähige Beschichtung verwendet.
Diese Beschichtungen (a) und (b) wurden jeweils auf feste Oberflächen zu einer Dicke von 0,6 mm aufgetragen, um Heizquellen herzustellen. Die Beziehungen zwischen dem elektrischen Widerstand X/ dieser Heizquellen und der Oberflächen- Temperatur derselben ist in Fig. 1 dargestellt.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, wurde im Fall der wärmeabgenden Beschichtung (a) der vorliegenden Erfindung eine Zunahme des elektrischen Widerstandes auf etwa das 30-fache bei 120 ºC beobachtet. Dieser plötzliche Anstieg des Temperatur-Koeffizienten des elektrischen Widerstandes bei 100 ºC zeigt die Wirkung der Temperatur-Selbststeuerung.
Im Gegensatz dazu stieg bei der Beschichtung (b), in der das konventionelle Pulver aus nadelförmigem Graphit verwendet wurde, der elektrische Widerstand nur wenig mit der Temperatur an. Dies zeigt, daß das konventionelle Pulver aus nadelförmigem Graphit nur einen sehr kleinen Temperatur-Koeffizienten des elektrischen Widerstandes ergibt. Wenn ein wärmeisolierendes Bauteil auf der Heizquelle plaziert wird, nimmt aus diesem Grunde der elektrische Strom nicht ab, und der fortschreitende Temperatur-Anstieg produziert überhitzte Stellen. Pulver aus flockenartigem, faserartigem und muschelartigem Graphit zeigten ebenfalls die gleiche Tendenz wie das Pulver aus nadelartigem Graphit.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, wurde ein wärmeisolierendes Bauteil 4 (Keramikwolle) auf die Oberfläche des Beschichtungs-Films 2 gebracht, durch den der elektrische Strom hindurchgeleitet wurde, um jenen auf 120 ºC zu erhitzen, und die Temperaturen am Punkt A und am Punkt B unter dem wärmeisolierenden Bauteil wurden gemessen. Fig. 3 zeigt die Temperatur-Differenzen zwischen den Temperaturen am Punkt (A) und am Punkt (B) der aus den Beschichtungen (a) und (b) erhaltenen Heizquellen in Abhängigkeit von der Heiz-Zeit bei Einspeisen einer elektrischen Leistung von 0,55 W/cm². Die aus der wärmeabgebenden Beschichtung (a) der vorliegenden Erfindung erhaltene Heizquelle zeigte nur eine Zunahme von etwa 3 ºC (123 ºC - 120 ºC = 3 ºC). Im Gegensatz hierzu zeigte die konventionelle wärmeabgebende Beschichtung (b) eine Zunahme von etwa 104 ºC (222 ºC - 118 ºC = 104 ºC). Wie hieraus hervorgeht, zeigte sich, daß der wärmeabgebende Film aus der wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung der vorliegenden Erfindung die Funktion der Temperatur-Selbststeuerung ohne die Erzeugung einer Überhitzung besaß, selbst wenn die Wärmestrahlung lokal gestört wurde.

Beispiel 2

Eine Heizquelle mit einem 1,5 mm dicken Beschichtungs-Film wurde aus einer Beschichtung erhalten, bei der 2,2 Gew.- Teile PTFE-Feststoff mit 1 Gew.-Teil kugeligen Graphit- Teilchen vermischt wurden, deren maximaler Durchmesser 600 um betrug und deren mittlerer Durchmesser 500 um betrug. Bei Anlegen einer Spannung von 100 V an diese Heizquelle bewirkte ein plötzlicher Anstieg des elektrischen Widerstandes, daß die Temperatur nicht anstieg. Wenn die Raumtemperatur 30 ºC betrug, ergab sich auf einer wärmeabgebenden Fläche von 100 cm² eine Temperatur-Ungleichmäßigkeit von 70 ºC ± 30 ºC, und nur ein örtlicher Temperaturanstieg wurde beobachtet. Bei einem ähnlichen Versuch, bei dem 2 Gew.- Teile des Teile PTFE-Feststoff mit 1 Gew.-Teil kugeligen Graphit-Teilchen vermischt wurden, deren maximaler Durchmesser 500 um betrug und deren mittlerer Durchmesser 400 um betrug, wurde die Temperatur-Ungleichmäßigkeit auf 75 ºC ± 12 ºC reduziert. Dieses Beispiel zeigte die Grenzen der Größe der Graphit-Teilchen und der Kompoundierungs-Menge des synthetischen Harzes für eine Homogenisierung der Temperatur.

Beispiel 3

Ein 1 mm dicker, wärmeabgebender Beschichtungs-Film wurde gebildet, in dem 0,3 Gew.-Teile PEEK(Polyetheretherketon- Harz)-Feststoff mit 1 Gew.-Teil Kohlenstoff-Teilchen vermischt wurden, die 0,6 Gew.-Teile kugeliger Graphit-Teilchen mit einem mittleren Teilchen-Durchmesser von 30 um (einem Abstand zwischen den Ebenen von 3, 36 ± 0,02 Å) und 0,4 Gew.- Teile nadelartiger Graphit-Teilchen mit einem mittleren Teilchen-Durchmesser von 30 um enthielten. Wenn 0,7 W/cm² auf diesen Film zur Einwirkung gebracht wurden, betrug der elektrische Widerstand selbst bei 260 ºC etwa 210 X/ , was das 7-fache desjenigen bei gewöhnlicher Temperatur war. Wenn wärmeisolierende Wolle auf den Film gelegt wurde, stieg die Temperatur unter dieser auf 290 ºC an. In einem Beschichtungs-Film, der 0,25 Gew.-Teile PEEK enthielt, wurde der elektrische Widerstand 105 X/ bei 260 ºC, was das 4-fache desjenigen bei gewöhnlicher Temperatur war. Wenn wärmeisolierende Wolle auf den Film gelegt wurde, stieg die Temperatur unter dieser auf über 300 ºC an, was eine Qualitätsminderung des Films verursachte. 60 Gew.-% der kugeligen Graphit-Teilchen (in den Kohlenstoff-Teilchen) und 30 Gew.- Teile des synthetischen Harzes (auf 100 Gew.-Teile der Kohlenstoff-Teilchen) sind die unteren Grenzwerte, bei denen die Funktion der Temperatur-Selbststeuerung noch wirkt.

Beispiel 4

Wärmeabgebende Filme mit einer Dicke von 0,5 mm wurden aus den Beschichtungen gebildet, die 100 Gew.-Teile kugeliger Graphit-Teilchen und bis zu 200 Gew.-Teile jeweils eines synthetischen Harzes aus Polyester-, Epoxy-, Polyamid-, Polyimid-, Polyethylen-, fluor-haltigen Polymer-, Polyether- etherketon-, Polyphenylensulfid-, Silicon- und Polytitanocarbosilan-Harzen enthielten. Wenn der elektrische Widerstand bei 30 ºC gemessen wurde, nahm der elektrische Widerstand mit einer Zunahme des Anteils des synthetischen Harzes zu, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Gröbere Teilchen (100 um) zeigten niedrigere Werte (a), und die feinen Teilchen (1 bis 8 um) zeigten höhere Werte (b). Das Kompoundieren von 30 bis 200 Gew.-% an synthetischem Harz liefert einen willkürlichen Widerstand im Bereich von 1 bis 6000 X/ .
Wenn der Widerstand 6000 X/ beträgt, kann die Temperatur einer Fläche eines Quadrats mit einer Länge jeder Seite von 5 cm bei einer Raumtemperatur von 0 ºC, 100 V und 1,7 W (1,7 W / 5 x 5 cm² = 0,07 W/cm²) auf 20 ºC erhöht werden. Wenn der Widerstand 3000 X/ beträgt, kann die Temperatur einer Fläche eines Quadrats mit einer Länge jeder Seite von 7 cm bei 100 V und 3,3 W auf 20 ºC erhöht werden. Weiterhin wird, wenn der Widerstand 10 X/ beträgt, bei Anlegen einer Spannung von 100 V die Temperatur einer Fläche eines Quadrats mit einer Länge jeder Seite von 42 cm auf 120 ºC erhöht.

Beispiel 5

Unter Verwendung wärmeabgebender leitfähiger Beschichtungen, die 200 Gew.-Teile, 100 Gew.-Teile und 70 Gew.-Teile PTFE auf 100 Gew.-Teile kugelförmiger Graphit-Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 50 um enthielten, wurden 0,5 mm dicke Beschichtungs-Filme gebildet, und der Widerstand und die Temperatur der Wärmeabgabe derselben wurden gemessen (Fig. 5). Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ergibt der höhere Gehalt an synthetischem Harz die niedrigere Temperatur der Wärmeabgabe. Wenn der Gehalt an PTFE 200 Gew.-Teile beträgt, beträgt bei einer Raumtemperatur von 0 ºC die maximale Temperatur der Wärmeabgabe etwa 30 ºC {(a) in Fig. 5}. Die Temperatur der Wärmeabgabe steigt mit einer Abnahme des Gehalts an synthetischem Harz. Wenn der Gehalt 100 Gew.- Teile beträgt, beträgt die Temperatur der Wärmeabgabe etwa 120 ºC {(b) in Fig. 5}. Wenn weiterhin der Gehalt 70 Gew.- Teile beträgt, kann die Temperatur auf etwa 220 ºC gesteigert werden {(c) in Fig. 5}.
Wenn ein wärmebeständiges Polytitanocarbosilan-Harz als dieses synthetische Harz eingesetzt wird, kann eine so hohe Temperatur wie etwa 450 ºC erreicht werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur der Wärmeabgabe frei und in einfacher Weise bis hinauf zu 450 ºC einstellbar, je nach dem Durchmesser der kugelförmigen Kohlenstoff-Teilchen, der kompoundierten Menge des synthetischen Harzes und der Art des synthetischen Harzes.

Beispiel 6

Wäremeabgebende leitfähige Filme mit einer Dicke von 0,5 mm wurden aus Beschichtungen gebildet, die 100 Gew.-Teile kugeliger Graphit-Teilchen mit einem Durchmesser von 30 um und einem Abstand zwischen den Ebenen von 0,3358 bis 0,3425 nm (3,358 bis 3,425 Å) und jeweils 50 Gew.-Teile, 100 Gew.-Teile und 150 Gew.-Teile eines synthetischen Harzes aus Polyester-, Epoxy-, Polyamid-, Polyimid-, Polyethylen-, fluor-haltigen Polymer-, Polyetheretherketon-, Polyphenylensulfid-, Silicon- und Polytitanosilan-Harzen enthielten. Der Widerstand bei 30 ºC wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 6 dargestellt. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, stieg der Wert X/ bei einem Abstand zwischen den Ebenen von 0,34 bis 0,3425 nm (3,40 bis 3,425 Å) schnell an, und die Temperatur stieg selbst dann nicht an, wenn eine hohe Spannung angelegt wurde. Dies ist aufgrunddessen für eine Oberflächen-Heizquelle ungeeignet.

Beispiel 7

Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, wurde ein festes Material 1 mit einer gewellten unebenen Oberfläche mit einem wärmebeständigen keramischen Material 5 beschichtet, an dem vernickelte Kupfer-Netzbänder mit einer Breite von 7 mm und einer Netz-Größe von 0,2 mm parallel zueinander als Elektroden-Anschlüsse 3 befestigt wurden. Eine wärmeabgebende leitfähige Beschichtung wurde darauf aufgebracht, in der 100 Gew.-Teile eines Epoxy-Harzes vom Ein-Flüssigkeits-Typ auf 100 Gew.-Teile der kugelförmigen Graphit-Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 30 um kompoundiert worden waren, um einen ausgehärteten Beschichtungs-Film mit einer Dicke von etwa 0,4 mm darauf zu befestigen.
Bei Anlegen einer Spannung von 100 V zwischen den Anschlüssen mit einem Abstand von 30 cm wurde eine annähernd gleichmäßige Temperatur-Verteilung 6 von 80 ºC ± 4 ºC (Raumtemperatur 30 ºC + 50 ºC) über der gesamten Oberfläche erhalten.

Beispiel 8

Wie in Fig. 9 dargestellt ist, wurden Metall-Anschlüsse 3 an einem kegelstumpfförmigen Keramik-Körper 1 mit breitem konischen Verlauf fest angebracht, wobei der Durchmesser der Oberseite 200 mm betrug, der Durchmesser der Basis 300 mm betrug und die Höhe 500 mm betrug. Unter Einsatz einer wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung, bei der 0,6 Gew.- Teile PTFE auf 1 Gew.-Teil kugeliger Graphit-Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 30 um vermischt worden waren, wurde ein ausgehärteter Beschichtungs-Film 2 mit einer Dicke von 0,5 mm an dem Teil des kleineren Durchmessers, einer Dicke von 0,8 mm an dem Teil des größeren Durchmessers und einer mittleren Dicke von 0,65 mm befestigt. Bei Anlegen einer Spannung von 120 V zwischen den Anschlüssen wurde bei Raumtemperatur eine annähernd gleichmäßige Temperatur von 220 ºC bis 240 ºC erhalten. Die Verwendung von 10 vernickelten Kupferdrähten mit einem Durchmesser von 0,3 mm als Anschlüssen verursachte bei kontinuierlichem Erhitzen über längere Zeit einen Anstieg des Widerstandes. Die Verwendung von Netzen (mit einer Netz- Größe von 0,3 mm und einer Netz-Breite von 7,5 mm) aus vernickelten Kupferdrähten mit einem Durchmesser von 0,2 mm stabilisierte jedoch den Widerstand, der sich im Laufe von mehreren tausend Stunden nicht änderte. Wenn die gleichen Netz-Leitungen aus Kupfer-Drähten und der gleiche wärmeabgebende Film weiter auf diesem wärmeabgebenden Film befestigt wurden, wurde der elektrische Widerstand halbiert. Folglich wurde selbst dann eine annähernd ähnliche Temperatur erhalten, wenn die Spannung von 120 V auf 85 V reduziert wurde.

Beispiel 9

Band-Leitungen aus Netzen mit einer Netz-Größe von 0,8 mm, die aus vernickelten Kupfer-Drähten mit einem Durchmesser von 0,3 mm bestanden, wurden als Anschlüsse auf den beiden Enden eines Quadrats einer 30 mm dicken Keramik-Platte befestigt, bei der jede Seite 1 m in lang war. Unter Einsatz einer wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung, die 0,6 Gew.-Teile PTFE auf 1 Gew.-Teil kugeliger Graphit-Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 20 um enthielt, wurde ein Beschichtungsfilm mit einer Dicke von etwa 0,8 mm darauf befestigt. Bei Anlegen einer Spannung von 130 V zwischen den Kupfer-Netz-Anschlüssen wurde eine Temperatur von etwa 145 ºC erhalten.
Band-Leitungen aus Netzen mit einer Netz-Größe von 0,8 mm, die aus vernickelten Kupfer-Drähten mit einem Durchmesser von 0,3 mm bestanden, wurden als Anschlüsse auf den beiden Enden eines Quadrats einer 30 mm dicken Keramik-Platte befestigt, bei der jede Seite 1,4 in lang war. Unter Einsatz einer wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung, die 0,6 Gew.-Teile PTFE auf 1 Gew.-Teil kugeliger Graphit-Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 20 um enthielt, wurde ein Beschichtungsfilm mit einer Dicke von etwa 0,8 mm darauf befestigt. Bei Anlegen einer Spannung von 130 V zwischen den Kupfer-Netz-Anschlüssen wurde eine Temperatur von etwa 70 ºC erhalten. Die gleichen Anschlüsse wurden überlappend auf jenen Anschlüssen angebracht und darauf befestigt, und der gleiche 0,8 min dicke Film wurde unter Verwendung der gleichen Beschichtung darauf befestigt. Die oberen und die unteren Leitungen wurden jeweils zu einer einzigen verbunden. Bei Anlegen einer Spannung von 130 V wurde eine Temperatur von etwa 103 ºC erhalten. Die Laminierung von drei Schichten könnte eine wärmeabgebende Oberfläche mit der dreifachen Fläche bei der gleichen Spannung liefern (Fig. 12).

Claims

1. Wärmeabgebende leitfähige Beschichtung, umfassend Kohlenstoff-Teilchen, die wenigstens 60 Gew.-% kugeliger Kohlenstoff-Teilchen umfassen, die einen Durchmesser von nicht mehr als 500 um haben und einen Abstand zwischen den Ebenen im kristallinen Zustand von 0,3425 bis 0,3358 nm (3,425 bis 3,358 Å) haben, und ein synthetisches Harz.

2. Beschichtung nach Anspruch 1, worin die Kohlenstoff- Teilchen in der Hitze bei einer Temperatur von wenigstens 1500 ºC behandelt worden sind.

3. Beschichtung nach Anspruch 1, worin das Verhältnis des synthetischen Harzes zu den Kohlenstoff-Teilchen 25 bis 220 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile der Kohlenstoff-Teilchen beträgt.

4. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 3, worin das synthetische Harz ein Polyester-Harz, ein Epoxy-Harz, ein Polyamid, ein Polyimid, Polyethylen, ein fluorhaltiges Polymer, Polyetheretherketon, Polyphenylensulfid, ein Silicon-Harz oder ein Polytitanocarbosilan-Harz ist.

5. Leitfähige Heizquelle, umfassend einen wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtungs-Film auf einer in geeigneter Weise geformten festen Oberfläche mit daran befestigten Elektroden-Anschlüssen, wobei der Film Kohlenstoff-Teilchen, die wenigstens 60 Gew.-% kugeliger Kohlenstoff- Teilchen umfassen, die einen Durchmesser von nicht mehr als 500 um haben und einen Abstand zwischen den Ebenen im kristallinen Zustand von 0,3425 bis 0,3358 nm (3,425 bis 3,358 Å) haben, und ein synthetisches Harz umfaßt.

6. Leitfähige Heizquelle nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine oder mehrere darauf laminierte wärmeabgebende Schichten, von denen jede Elektroden-Anschlüsse und einen wärmeabgebenden leitfähige Beschichtungs-Film umfaßt.

7. Leitfähige Heizquelle nach Anspruch 5 oder 6, worin die Kohlenstoff-Teilchen in der Hitze bei einer Temperatur von wenigstens 1500 ºC behandelt worden sind.

8. Leitfähige Heizquelle nach Anspruch 5 oder 6, worin das Verhältnis des synthetischen Harzes zu den Kohlenstoff- Teilchen 25 bis 220 Gew.-Teile des synthetischen Harzes auf 100 Gew.-Teile der Kohlenstoff-Teilchen beträgt.

9. Leitfähige Heizquelle nach Anspruch 5 oder 6, worin das synthetische Harz ein Polyester-Harz, ein Epoxy-Harz, ein Polyamid, ein Polyimid, Polyethylen, ein fluorhaltiges Polymer, Polyetheretherketon, Polyphenylensulfid, ein Silicon-Harz oder ein Polytitanocarbosilan-Harz ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Heizquelle, umfassend das Beschichten oder Imprägnieren eines geeignet geformten festen Körpers oder einer geeignet geformten festen Oberfläche, die daran befestigte Elektroden- Anschlüsse aufweist, mit einer wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung oder Paste, die Kohlenstoff-Teilchen, die wenigstens 60 Gew.-% kugeliger Kohlenstoff- Teilchen umfassen, die einen Durchmesser von nicht mehr als 500 um haben und einen Abstand zwischen den Ebenen im kristallinen Zustand von 0,3425 bis 0,3358 nm (3,425 bis 3,358 Å) haben, und ein synthetisches Harz umfaßt, und danach das Aushärten der Beschichtung oder Paste zur Bildung eines wärmeabgebenden Beschichtungs- Films.

11. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend die anschließende Befestigung von Elektroden-Anschlüssen auf dem wärmeabgebenden Beschichtungs-Film und die nachfolgende Behandlung des Beschichtens oder Imprägnierens mit der wärmeabgebenden leitfähigen Beschichtung oder Paste und des Aushärtens der Beschichtung oder Paste zur Bildung einer wärmeabgebenden Schicht und damit die Wiederholung dieser Arbeitsweise zur Laminierung mehrerer wärmeabgebender Schichten.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, worin die Reaktion des Aushärtens bei einer Temperatur im Bereich von 70 ºC bis 350 ºC durchgeführt wird.