WO2004049763A1 - Hochbelastbare, beständige, flexible heizfolie - Google Patents

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WO2004049763A1 PCT/EP2003/012858 EP0312858W WO2004049763A1 WO 2004049763 A1 WO2004049763 A1 WO 2004049763A1 EP 0312858 W EP0312858 W EP 0312858W WO 2004049763 A1 WO2004049763 A1 WO 2004049763A1
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conductive
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heating
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Friedrich Kastner
Johann Hilburger
Martin Bergsmann
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Hueck Folien GmbH
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Hueck Folien GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a preferably flexible heating film which is highly resilient and durable.
  • Heating foils are used in various areas of technology. For example, heating foils are used for heating vehicle windows, for example rear windows. In automotive engineering, heating foils can also be used for seat heaters, steering wheel heaters.
  • flat heating foils for flexible heating devices for example electric blankets, heating pads, heated carpet underlays, floor mats, seating, in particular padded seating, also for use outdoors, car floor mats, incubators, in horticulture for cold frames in greenhouses or outdoors, in the clothing industry for heatable shoe inserts, for heatable items of clothing, for example over jackets, gloves and the like, but also for water-heating devices or for mirror heating, for example for motor vehicle mirrors or traffic mirrors, bathroom mirrors, satellite mirrors, or sanitary facilities.
  • surface heating conductors for flexible heating devices consist of a dense, flexible fabric made of plastic threads, preferably polyester, the entire surface of which is connected to a dense, coherent metal layer.
  • DE 40 12 643 describes a two-dimensional heating element for use in water heating devices, a heating conductor produced by screen printing of metal conductive adhesives being produced by airtight and bubble-free laminating between plastic films.
  • BEST ⁇ TSGUNGSKOPIE From DE 16 15 142 an electrical surface heating element is known, this element consisting of a metal film-coated plastic film, the metal coating being vapor-deposited in separate webs extending in the longitudinal direction of the film.
  • DE 41 39 959 discloses an electrically heatable, flexible and transparent pane, in which an electrically conductive metal oxide layer with a low surface resistance is applied to a flexible polymer film, preferably a polyester film.
  • a heating element with a heating foil is known from DE 199 39 174, the heating foil having a carrier layer and a conductive layer.
  • Heating element is used in particular for vehicle seats.
  • the conductive layer preferably has at least one recess around which
  • the recesses being perpendicular to the mechanical load directions.
  • the thickness or the width of a guide strip or a conductor track can vary over its longitudinal course in order to bring about a local adaptation of the area performance. At least part of the conductive layer can be used to supply power to further electrical functional elements, for example sensors.
  • a heating foil is known from DE 19939 175, a conductive layer made of metal being deposited on a carrier layer, in particular a polyester, polyimide, polyamide, polypropylene or polycarbonate foil.
  • the known flexible heating elements are controlled by external control devices, are very sensitive to strain and are generally not flame-retardant or flammable.
  • the object of the invention is to provide a flexible heating foil, which may consist of a plurality of coated foils, the conductive layers on the heating foil having improved resistance to strain due to deformation or the intended use. Furthermore, the heating foil should, if necessary, be equipped with a flame-retardant device, and the heating power should be regulated, if necessary, by means of devices applied directly to the heating foil. A method for producing such a heating foil is also to be provided.
  • the invention therefore relates to a highly resilient and durable heating film consisting of a flexible carrier layer and at least one conductive layer applied thereon, characterized in that the carrier layer is a carrier substrate activated by plasma or corona treatment and the conductive layer is a vapor-deposited metallic conductive layer, a conductive lacquer layer or a is conductive polymer layer.
  • the carrier substrate is, for example, carrier films, preferably flexible plastic films, for example made of PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PSU, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC in question.
  • Flame retardant plastic films such as Hostaphan ® film types, are particularly suitable.
  • conductive pigmented and / or mixed with conductive polymers plastic foils can be used as carrier substrates.
  • the carrier films preferably have a thickness of 5 to 700 ⁇ m, preferably 8 to 200 ⁇ m, particularly preferably 20 to 150 ⁇ m.
  • metal foils for example Al, Cu, Sn, Ni, Fe or stainless steel foils with a thickness of 5-200 ⁇ m, preferably 10 to 80 ⁇ m, particularly preferably 20-50 ⁇ m, can also serve as the carrier substrate.
  • the foils can also be surface-treated, coated or laminated, for example lacquered with plastics or lacquered or printed over the entire surface or in a partially conductive manner.
  • paper or composites with paper for example composites with plastics with a weight per unit area of 20-500 g / m 2 , preferably 40-200 g / m 2 , can also be used as carrier substrates, which are optionally made flame-resistant.
  • woven or non-woven fabrics such as continuous fiber non-woven fabrics, staple fiber non-woven fabrics and the like, which can optionally be needled or calendered, can be used as carrier substrates.
  • Such fabrics or nonwovens preferably consist of plastics, such as PP, PET, PA, PPS and the like, but woven or nonwovens made of natural, optionally treated fibers, such as viscose nonwovens, can also be used.
  • the fabrics or nonwovens used have a weight per unit area of approximately 20 g / m 2 to 500 g / m 2 . If necessary, these fabrics or nonwovens can be surface-treated.
  • the carrier substrate is pretreated by an energy-intensive process.
  • the carrier substrate is treated by means of an inline plasma (low-pressure or atmospheric plasma), corona or flame process.
  • the surface is cleaned and activated by high-energy plasma, for example Ar or Ar / O 2 plasma. Terminal polar groups are created on the surface. This improves the adhesion of metals and / or further layers of paint or varnish and the like to the surface.
  • a thin metal or metal oxide layer can be applied as an adhesion promoter, for example by sputtering or vapor deposition, simultaneously with the application of the plasma or corona or flame treatment. Cr, Al, Ag, Ti, Cu, Ti0 2 , Si oxides or chromium oxides are particularly suitable.
  • This adhesion promoter layer generally has a thickness of 0.1 nm - 5 nm, preferably 0.2 nm - 2 nm, particularly preferably 0.2 to 1 nm.
  • the heating foil has a non-conductive carrier substrate, a conductive metal layer thereon, for example a copper layer, then optionally a conductive lacquer layer or a further copper layer and then optionally a non-conductive carrier substrate or a non-conductive lacquer layer, for example a protective lacquer layer.
  • the heating foil according to the invention consists of a non-conductive carrier substrate, a conductive metal layer, thereon a resistance layer (less conductive layer) and a further conductive layer, for example a metal layer or a layer of conductive polymers.
  • the heating foil according to the invention consists of a conductive carrier substrate, for example a metal foil or a plastic foil mixed with conductive polymers or pigments.
  • a conductive layer is provided on both sides on a non-conductive carrier substrate, which functions as a resistance layer.
  • the load on a seat can be recognized by appropriate arrangement of the layers.
  • Such a “seat occupied” detection function can be implemented in different ways.
  • the heating foil may optionally have two guide layers separated by a spacer layer, the guide layers each being able to be the same or different and made of a metal, a metallic printing ink or an electrically conductive layer Polymer can exist.
  • the spacer layer applied between the guiding layers changes its thickness when the seat is loaded.
  • Flexible plastic films can therefore be used as the spacer layer, which can be compressed sufficiently under load, for example by at least 10%, preferably at least 30%.
  • compositions which foam during production under the influence of temperature, but are stable at the temperatures reached during operation of the heating film can also be used as the spacer layer.
  • polyurethane-based compositions that can be foamed with aromatic or aliphatic isocyanates are used.
  • foamable hotmelts known from automotive engineering can be used.
  • the two conductive layers then serve as capacitor plates of a measuring capacitor. If the thickness of the spacer layer changes under load, the capacitance of the capacitor also changes, which is then recognized by the electronics.
  • conductive layers can be provided one above the other, which are alternately electrically connected to one another. This enables higher capacities to be achieved in the same area.
  • the seat load can be recorded more precisely over several measuring points.
  • the air conditioning of the seat can be controlled by the seat occupied detection. If the seat is recognized as occupied, the heating is switched on.
  • a further possibility of realizing a seat occupied detection function by means of the foils according to the invention is to place a capacitor layer in the backrest and in the seat surface of the seat. The occupancy of the seat is then used to detect the change in the dielectric, since a seated person influences the quiet field of the capacitor.
  • the conductive layers are preferably protected by applying a protective lacquer layer or by lamination.
  • the individual layers can be applied over the entire surface or partially.
  • the high-energy pretreatment described above improves the adhesion of a structured or functional layer applied partially or over the entire surface. This is a prerequisite for the creation of functional layers with high precision and good adhesion.
  • the respective functional layer is then applied to the carrier substrate activated in this way.
  • the application can be carried out by known methods, for example by vapor deposition, sputtering, printing (gravure, flexographic, screen, digital printing and the like), spraying, electroplating and the like.
  • This layer consists of a metal, a metal compound or an alloy.
  • Layers of Al, Cu, Fe, Ag, Au, Cr, Ni, Zn and the like are suitable as the metal layer.
  • suitable metal compounds are oxides or sulfides of metals, in particular TiO 2 , Cr oxides, ZnS, ITO, ATO, FTO, ZnO, Al 2 O 3 or silicon oxides.
  • Suitable alloys are, for example, Cu-Al alloys, Cu-Zn alloys and the like.
  • insulators are organic substances and their derivatives and compounds, for example dyeing and lacquer systems, for example epoxy, polyester, rosin, acrylate, alkyd, melamine, PVA, PVC, isocyanate, urethane systems, which are radiation-curing can be suitable, for example by heat or UV radiation.
  • dyeing and lacquer systems for example epoxy, polyester, rosin, acrylate, alkyd, melamine, PVA, PVC, isocyanate, urethane systems, which are radiation-curing can be suitable, for example by heat or UV radiation.
  • the thickness of the respective layer is 0.001 to 50 ⁇ m, preferably 0.1 to 5 ⁇ m.
  • the layer can be structured by means of an etching process (application of a full-surface metal layer and subsequent partial removal by etching) or by means of a demetallization process.
  • a solvent-soluble paint (optionally in the form of an inverse coding) is applied in a first step.
  • the color application can be carried out by any method, for example gravure printing, flexographic printing, screen printing, digital printing and the like.
  • the color or the color lacquer used is soluble in a solvent, preferably in water, but a color soluble in any solvent, for example in alcohol, esters and the like, can also be used.
  • the color or the colored lacquer can be conventional compositions based on natural or artificial macromolecules.
  • the soluble color can be pigmented or unpigmented. All known pigments can be used as pigments. TiO 2 , ZnS, kaolin and the like are particularly suitable.
  • the printed carrier substrate can then optionally be treated again using an inline plasma (low-pressure or atmospheric plasma), corona or flame process in order to clean the surface of toning residues.
  • an inline plasma low-pressure or atmospheric plasma
  • corona or flame process in order to clean the surface of toning residues.
  • a blow bar can also be located between the doctor blade and the pressure roller, with a plurality of nozzles arranged over the entire width. Through these nozzles, filtered air with defined air humidity, possibly heated or cooled, is directed onto the printing cylinder at the same speed, as a result of which the thin layers on the cylinder dry and can no longer be applied to the carrier substrate.
  • an IR drying device situated over the entire width can also be used.
  • a thin metal or metal oxide layer can be applied as an adhesion promoter, for example by sputtering or vapor deposition, simultaneously with the application of the plasma or corona or flame treatment.
  • Cr, Al, Ag, Ti, Cu, TiO 2 , Si oxides or chromium oxides are particularly suitable.
  • This adhesion promoter layer generally has a thickness of 0.1 nm - 5 nm, preferably 0.2 nm - 2 nm, particularly preferably 0.2 to 1 nm.
  • This layer can consist of a metal, a metal compound, or an alloy.
  • Layers of Al, Cu, Fe, Ag, Au, Cr, Ni, Zn and the like are suitable as the metal layer.
  • suitable metal compounds are oxides or sulfides of metals, in particular TiO 2 , Cr oxides, ZnS, ITO, ATO, FTO, ZnO, Al 2 O 3 or silicon oxides.
  • Suitable alloys are, for example, Cu-Al alloys, Cu-Zn alloys and the like.
  • the electrically conductive metallic layer preferably consists of Al, Cu, Ag or Ni.
  • the electrically conductive layer can also be done in terms of printing technology by applying an appropriate dye or lacquer composition.
  • electrical properties for example conductivity, graphite, carbon black, conductive organic or inorganic polymers can be used.
  • Metal pigments for example copper, aluminum, silver, gold, iron, chromium and the like
  • metal alloys such as copper-zinc or copper-aluminum or also amorphous or crystalline ceramic pigments such as ITO or molecular crystals and the like can be added.
  • doped or undoped semiconductors such as silicon, germanium or ion conductors such as amorphous or crystalline metal oxides or metal sulfides can also be used as additives.
  • polar or partially polar compounds such as surfactants or non-polar compounds such as silicone additives or hygroscopic or non-hygroscopic salts can be used or added to adjust the electrical properties of the layer.
  • binders such as e.g. use natural oils and resins such as phenol formaldehyde, urea, melamine, ketone, aldehyde, epoxy, polyterpene resins.
  • natural oils and resins such as phenol formaldehyde, urea, melamine, ketone, aldehyde, epoxy, polyterpene resins.
  • polyesters, polyvinyl alcohols, polyvinyl acetates, ethers, propionates and chlorides, poly (methyl) acrylates, polystyrenes, olefins, nitrocellulose, polyisocyanate, urethane systems and others can be used as additional binders.
  • a further stretchable electrically conductive layer made of electrically conductive polymers is then optionally applied to the metallic electrically conductive layer or the electrically conductive coloring or lacquer layer.
  • the electrically conductive polymers can be, for example, polyaniline or polyethylene dioxythiophene.
  • the polymers can be applied to the carrier material in the form of a dispersion in a dispersant.
  • Inert solvents for example, are preferably aqueous solvents or Alcohols, such as i-propanol in question.
  • matrix polymers for example water-soluble polyesters, polyurethanes, polystyrene sulfonates, polyacrylates or ethylene acrylate copolymers, can also be added to the polymer dispersions as matrix polymers.
  • polyethylene dioxythiophene with polystyrene sulfonate can be used particularly advantageously as a matrix polymer.
  • the particle size of the polymers in the dispersion is 20 nm - 10 ⁇ m, preferably 20 - 500 nm.
  • soluble monomers or prepolymers to form the electrically conductive polymers and to polymerize them in situ.
  • radical and redox or photoinitiators for example UV initiators, can be used as catalysts.
  • the corresponding monomer or prepolymer is mixed with the catalyst and applied immediately to the carrier substrate.
  • Catalyst residues and other contaminating reaction products can also be removed in situ or, if appropriate, subsequently removed from the layer by treatment with a solvent, generally water.
  • Volatile constituents can optionally also be removed by drying with an IR dryer, a convection dryer and the like.
  • the electrically conductive polymer layer has a high elasticity. If the heating foil is subjected to excessive strain, the metallic conductive layer may break or be interrupted. The stretchable polymeric conductive layer remains undamaged, a bridging layer is then created which ensures the desired function of the conductive layer.
  • metallic and / or polymeric electrically conductive layers can be present on the heating foil according to the invention.
  • the various conductive layers can either be completely opaque and / or have different dimensions. It is therefore also possible, for example, to initially apply a metal electrically conductive layer over the entire surface, the electrically conductive layer applied thereon can be partially implemented, a further electrically conductive layer on the underlying electrically conductive layer may be applied in an opaque manner but to a small extent in register, whereby contact the different layers with each other.
  • the heating film according to the invention can optionally also consist of a plurality of appropriately activated and coated carrier substrates which are connected to one another, for example by lamination, it being possible to use known lamination adhesives and known lamination processes
  • the heating film according to the invention can also have further elements, for example sensors for temperature control and the like, these elements can be represented either by printing using functional printing inks, by metallization or by polymeric conductive elements.
  • the conductive layer or the conductive layers of the heating foil according to the invention have one or more recesses in order to specifically direct the flow of the current through the conductive layer or layers or that the heating film has slots or air distribution channels in order to increase its stability and its flexibility and adaptability under strain.
  • These recesses or slots can be produced by known mechanical or thermal methods, for example by punching, perforating, cutting, (laser or water jet cutting) deep drawing, molding and the like.
  • Air distribution ducts can also be created using printing technology or by deep drawing or by partial lamination. Such air distribution channels can be used to blow heated or cooled air, if necessary.
  • an electrically conductive carrier substrate for example a metal foil, a pigmented or electrically conductive plastic film or mixed with electrically conductive polymers
  • the punched-out areas or the slots can be arranged as desired.
  • the redundancy of the interconnects can be increased. If the heating foil is used, for example, in the seat of a vehicle seat, the foil does not wrinkle, but rather unfolds in a controlled manner along the slots. Furthermore, the film can move through the clearance given by the slots also adapt to larger loads without the film tearing and the conductive layers on it being damaged.
  • the single-layer or multi-layer heating film according to the invention can optionally be coated with a protective lacquer, or be scratch-resistant and / or antistatic.
  • the heating foil according to the invention can be provided with a sealing layer, for example with a hot or cold sealing lacquer or a self-adhesive coating.
  • the protective lacquer can be pigmented, the pigment content being up to 30%, preferably up to 15%, all known and customary pigments, for example inorganic and / or organic pigments such as titanium dioxide, zinc sulfide, kaolin, barium sulfate, aluminum and chromium - And silicon oxides, metal pigments (for example copper, aluminum, silver, gold, iron, chromium and the like), metal alloys, such as copper-zinc or copper-aluminum, as well as colored, optionally organic pigments, such as phthalocyanine blue, indolide yellow, dioxazine violet, or amorphous or crystalline ceramic pigments such as ITO, ATO, FTO and the like or liquid crystal pigments are also suitable.
  • inorganic and / or organic pigments such as titanium dioxide, zinc sulfide, kaolin, barium sulfate, aluminum and chromium - And silicon oxides, metal pigments (for example copper, aluminum, silver, gold,
  • colored and / or encapsulated pigments can also be used in chemically, physically or reactively drying binder systems.
  • Suitable dyes are, for example, 1,1- or 1,2-chromium-cobalt complexes.
  • the protective lacquer according to the invention can contain further additives.
  • specific properties of the protective lacquer can be set, for example not only to achieve sufficient resistance to external influences, but also to protect the layers under the protective lacquer from the inside and outside, for example against the action of residues from other layers and the like.
  • inorganic corrosion protection additives such as Zn phosphate
  • organic corrosion protection additives such as toluene triazole derivatives can be added to protect metallic layers.
  • UV absorbers for example UV absorbers
  • radical scavengers for example sterically hindered amines and the like
  • HALS radical scavengers
  • antioxidants for example phenolic antioxidants
  • flame retardant additives for example known halogenated or halogen-free flame retardant additives
  • high-temperature stabilizers based on disulfides or thioethers can also be added.
  • elastomeric modifiers for example elastomeric polymers and copolymers, such as EPR and the like, are preferably added.
  • blowing agents such as Na 2 CO 3 , CaCO 3 or other known blowing agents, or so-called structural colors which foam under the influence of temperature, can also be added.
  • This increases the stability and elasticity of the protective lacquer at the same time. This is particularly important if the data carrier or the carrier substrate has, for example, an electronic component, for example a microchip, and is then to be further processed under mechanical stress.
  • suitable absorbers or barrier layers such as mica, active metals and the like are preferably installed.
  • silicones, acrylates, silicone oils, waxes and the like can be added to increase the scratch resistance.
  • the protective lacquer can also be given an antistatic treatment using known additives.
  • additives and modifiers are added in amounts of about 0.1-10%, but higher amounts up to 50% are also conceivable.
  • 1 to 5 show structures for heating foils according to the invention.
  • 1 means a flexible carrier substrate, 2 an electrically conductive metallic layer, 2a an electrically conductive lacquer layer or polymer layer, and 3 a resistance layer.
  • 1 means the non-conductive carrier substrate, for example a polyester film
  • 2 the conductive metal layer for example a copper layer
  • 3 a non-conductive carrier substrate for example a polyester film.
  • 1 means the non-conductive carrier substrate, 2 a conductive metal layer, 3 a resistance layer and 2a a layer made of conductive polymers.
  • 1 means a conductive carrier substrate, for example a metal foil or a plastic foil mixed with conductive polymers or pigments, 3 a resistance layer and 2 an electrically conductive metal layer.
  • 1 denotes a non-conductive carrier substrate, for example a polyester film, which functions as a resistance layer, and 2 denotes the conductive layers located on both sides.
  • 1 denotes a non-conductive carrier substrate, for example a polyester film
  • 2 denotes the electrically conductive layers each having different dimensions in terms of their surface extension.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine vorzugsweise flexible Heizfolie, die hochbelastbar und beständig ist und aus mindestens einer flexiblen Trägerschicht mit mindestens einer darauf aufgebrachten Leitschicht besteht, wobei die Trägerschicht ein aktiviertes Trägersubstrat und die Leitschicht eine aufgedampfte metallische Leitschicht ist.

Description

Hochbelastbare, beständige, flexible Heizfolie
Die Erfindung betrifft eine vorzugsweise flexible Heizfolie, die hochbelastbar und beständig ist.
Heizfolien werden in verschiedenen Bereichen der Technik verwendet. So werden Heizfolien beispielsweise für Heizungen von Kraftfahrzeugscheiben, beispielsweise Heckscheiben verwendet. Im Kraftfahrzeugbau können Heizfolien ferner für Sitzheizungen, Lenkradheizungen verwendet werden.
Ferner ist bekannt flächige Heizfolien für flexible Wärmegeräte, beispielsweise Heizdecken, Heizkissen, heizbare Teppichunterlagen, Fußmatten, Sitzgelegenheiten, insbesondere gepolsterte Sitzgelegenheiten, auch für die Verwendung im Freien, Autofußmatten, Brutapparate, im Gartenbau für Frühbeete in Gewächshäusern oder im Freien, in der Bekleidungsindustrie für heizbare Schuheinlagen, für heizbare Bekleidungsstücke, beispielsweise Überjacken, Handschuhe und dergleichen, aber auch für wasserwärmende Geräte oder für Spiegelheizungen, beispielsweise für KFZ-Spiegel oder Verkehrsspiegel, Badspiegel, Satellitenspiegel, oder Sanitäreinrichtungen zu verwenden.
Aus der DE 32 10 097 sind beispielsweise Flächenheizleiter für flexible Wärmegeräte bekannt, die aus einem dichten flexiblen Gewebe aus Kunststofffäden, vorzugsweise Polyester, deren gesamte Oberfläche mit einer dichten zusammenhängenden Metallschicht verbunden ist, bestehen.
Aus der DE 40 12 643 ist ein flächenhaftes Heizelement zum Einsatz in Wasserwärmegeräten beschrieben, wobei ein durch Siebdruck von Metallleitklebern hergestellter Heizleiter durch luftdichtes und blasenfreies Einlaminieren zwischen Kunststofffolien hergestellt wird.
BESTÄTSGUNGSKOPIE Aus der DE 16 15 142 ist ein elektrisches Flächenheizelement bekannt, wobei dieses Element aus einer mit Metall bedampften Kunststofffolie besteht, wobei der Metallbelag in voneinander getrennten, sich in der Längsrichtung der Folie erstreckenden Bahnen aufgedampft ist.
Aus der DE 25 55 428 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Flächenwiderstandes von Metallfilmen bekannt, wobei auf einen durchsichtigen Träger ein Metall (Cu, Ag, Au) aufgedampft wird und der Flächenwiderstand der Schicht auf dem Träger bestimmt wird.
Aus der DE 41 39 959 ist eine elektrisch heizbare, flexible und transparente Scheibe geoffenbart, bei der auf eine flexible Polymerfolie, vorzugsweise eine Polyesterfolie, eine elektrisch leitfähige Metalloxidschicht mit einem niedrigen Flächenwiderstand aufgebracht ist.
Aus der DE 199 39 174 ist ein Heizelement mit einer Heizfolie bekannt, wobei die Heizfolie eine Trägerschicht und eine Leitschicht aufweist. Das
Heizelement wird insbesondere für Fahrzeugsitze verwendet.
Die Leitschicht weist vorzugsweise mindestens eine Ausnehmung auf, um den
Stromfluss gezielt zu lenken, wobei die Ausnehmungen senkrecht zu den mechanischen Belastungsrichtungen verlaufen.
Die Dicke bzw. die Breite eines Leitstreifens bzw. einer Leiterbahn kann über deren Längsverlauf variieren, um eine lokale Anpassung der Flächenleistung zu bewirken. Zumindest ein Teil der Leitschicht kann zur Stromversorgung weiterer elektrische Funktionselemente, beispielsweise von Sensoren dienen.
Aus der DE 19939 175 ist eine Heizfolie bekannt, wobei auf eine Trägerschicht, insbesondere einer Polyester-, Polyimid-, Polyamid-, Polypropylen- oder Polycarbonatfolie eine Leitschicht aus Metall abgeschieden ist. Die bekannten flexiblen Heizelemente werden durch externe Regeleinrichtungen gesteuert, sind gegenüber Dehnungsbeanspruchung sehr empfindlich und im allgemeinen nicht flammsicher oder brennbar.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer flexiblen, gegebenenfalls aus mehreren beschichteten Folien bestehenden Heizfolie, wobei die auf der Heizfolie vorhandenen Leitschichten eine verbesserte Beständigkeit gegen Dehnungsbeanspruchung durch Verformen oder den bestimmungsgemäßen Gebrauch aufweisen. Ferner soll die Heizfolie gegebenenfalls flammsicher ausgerüstet sein, die Regelung der Heizleistung soll gegebenenfalls durch direkt auf der Heizfolie aufgebrachte Einrichtungen möglich sein. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Heizfolie bereitgestellt werden.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine hochbelastbare und beständige Heizfolie bestehend aus einer flexiblen Trägerschicht und mindestens einer darauf aufgebrachten Leitschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht ein durch Plasma- oder Coronabehandlung aktiviertes Trägersubstrat ist und die Leitschicht eine aufgedampfte metallische Leitschicht, eine leitfähige Lackschicht oder eine leitfähige Polymerschicht ist.
Als Trägersubstrat kommen beispielsweise Trägerfolien vorzugsweise flexible Kunststofffolien, beispielsweise aus Pl, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PSU, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC in Frage. Besonders geeignet sind flammhemmend ausgerüstete Kunststofffolien, wie beispielsweise Hostaphan®-Folientypen.
Ferner können je nach Aufbau der Heizleiters als Trägersubstrate auch leitfähige pigmentierte und/oder mit leitfähigen Polymeren versetzte Kunststofffolien eingesetzt werden.
Die Trägerfolien weisen vorzugsweise eine Dicke von 5 - 700 μm, bevorzugt 8 - 200 μm, besonders bevorzugt 20 - 150 μm auf. Ferner können als Trägersubstrat auch Metallfolien, beispielsweise AI-, Cu-, Sn-, Ni-, Fe- oder Edelstahlfolien mit einer Dicke von 5 - 200 μm, vorzugsweise 10 bis 80 μm, besonders bevorzugt 20 - 50 μm dienen. Die Folien können auch oberflächenbehandelt, beschichtet oder kaschiert beispielsweise mit Kunststoffen lackiert oder vollflächig oder partiell leitfähig lackiert oder bedruckt sein.
Ferner können als Trägersubstrate auch Papier oder Verbünde mit Papier, beispielsweise Verbünde mit Kunststoffen mit einem Flächengewicht von 20 - 500 g/m2, vorzugsweise 40 - 200 g/m2, verwendet werden, die gegebenenfalls flammfest ausgerüstet sind.
Ferner können als Trägersubstrate Gewebe oder Vliese, wie Endlosfaservliese, Stapelfaservliese und dergleichen, die gegebenenfalls vernadelt oder kalandriert sein können, verwendet werden. Vorzugsweise bestehen solche Gewebe oder Vliese aus Kunststoffen, wie PP, PET, PA, PPS und dergleichen, es können aber auch Gewebe oder Vliese aus natürlichen, gegebenenfalls behandelten Fasern, wie Viskosefaservliese eingesetzt werden. Die eingesetzten Gewebe oder Vliese weisen ein Flächengewicht von etwa 20 g/m2 bis 500 g/m2 auf. Gegebenfalls können diese Gewebe oder Vliese oberflächenbehandelt sein.
Das Trägersubstrat wird durch ein energiereiches Verfahren vorbehandelt. Dabei wird das Trägersubstrat mittels eines Inline-Plasma- (Niederdruck- oder Atmosphärenplasma), Corona- oder Flammprozesses behandelt. Durch energiereiches Plasma, beispielsweise Ar- oder Ar/O2-Plasma wird die Oberfläche gereinigt und aktiviert. Dabei werden endständige polare Gruppen an der Oberfläche erzeugt. Dadurch wird die Haftung von Metallen und/oder weiteren Färb- oder Lackschichten und dergleichen an der Oberfläche verbessert. Gegebenenfalls kann gleichzeitig mit der Anwendung der Plasma- bzw. Corona- oder Flammbehandlung eine dünne Metall- oder Metalloxidschicht als Haftvermittler, beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen aufgebracht werden. Besonders geeignet sind dabei Cr, AI, Ag, Ti, Cu, Ti02, Si-Oxide oder Chromoxide. Diese Haftvermittlerschicht weist im allgemeinen eine Dicke von 0,1 nm - 5 nm, vorzugsweise 0,2 nm - 2 nm, besonders bevorzugt 0,2 bis 1 nm auf.
Erfindungsgemäß sind folgende Grundaufbauten der erfindungsgemäßen Heizfolie umfasst:
Die Heizfolie weist in einer ersten Ausführungsform ein nicht leitfähiges Trägersubstrat, darauf eine leitfähige Metallschicht, beispielsweise eine Kupferschicht, anschließend gegebenenfalls eine leitfähige Lackschicht oder eine weitere Kupferschicht und anschließend gegebenenfalls ein nicht leitfähiges Trägersubstrat oder eine nicht leitfähige Lackschicht beispielsweise eine Schutzlackschicht auf.
In einer zweiten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Heizfolie aus einem nicht leitfähigen Trägersubstrat, einer leitfähigen Metallschicht, darauf einer Widerstandsschicht (wenig leitfähige Schicht) und einer weiteren leitfähigen Schicht, beispielsweise einer Metallschicht oder einer Schicht aus leitfähigen Polymeren.
In einer dritten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Heizfolie aus einem leitfähigen Trägersubstrat, beispielsweise einer Metallfolie oder einer mit leitfähigen Polymeren oder Pigmenten versetzten Kunststofffolie. Auf dieses elektrisch leitfähige Trägersubstrat wird eine Widerstandsschicht und anschließend eine weitere leitfähige Schicht, bevorzugt eine Metallschicht oder eine Schicht aus leitfähigen Polymeren aufgebracht. In einer vierten Ausführungsform wird auf einem nicht leitfähigen Trägersubstrat, das als Widerstandsschicht fungiert, auf beiden Seiten eine leitfähige Schicht vorgesehen.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, durch entsprechenden Aufbau der Heizfolie zusätzliche Funktionen einzubringen.
So kann beispielsweise durch entsprechende Anordnung der Schichten die Belastung eines Sitzes erkannt werden.
Eine derartige „Sitz besetzt" - Erkennungsfunktion kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden.
In einer ersten Ausführungsform kann die Heizfolie gegebenenfalls zusätzlich zu einer oder mehreren für die Heizfunktion vorgesehenen Leitschichten bzw. Zwischenschichten zwei durch eine Abstandsschicht getrennte Leitschichten aufweisen, wobei die Leitschichten jeweils gleich oder unterschiedlich sein können und aus einem Metall, einer metallischen Druckfarbe oder einem elektrisch leitfähigen Polymer bestehen können.
Die zwischen den Leitschichten aufgebrachte Abstandsschicht ändert bei Belastung des Sitzes ihre Dicke. Als Abstandsschicht können daher flexible Kunststofffolien verwendet werden, die bei Belastung ausreichend komprimierbar sind, beispielsweise um mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 30%.
Als Abstandsschicht sind auch Zusammensetzungen, die bei der Herstellung unter Temperatureinfluss aufschäumen, bei den im Betrieb der Heizfolie erreichten Temperaturen aber stabil sind, verwendbar. Insbesondere werden polyurethanbasierte Zusammensetzungen, die mit aromatischen oder aliphatischen Isocyanaten aufschäumbar sind, verwendet. Ferner können aus dem Automobilbau bekannte schäumbare Hotmelts verwendet werden. Die beiden Leitschichten dienen dann als Kondensatorplatten eines Messkondensators. Ändert sich bei Belastung die Dicke der Abstandsschicht, ändert sich auch die Kapazität des Kondensators, die dann von der Elektronik erkannt wird.
Es ist auch möglich die beiden durch eine komprimierbare Abstandsschicht getrennten Leitschichten so zu schalten, dass eine oder beide Leitschichten sowohl die Heizfunktion als auch die Sitz-Besetzt-Erkennungsfunktion aufweisen. Dabei wird abwechselnd während eines bestimmten Zeitabschnitts die Kapazitätsänderung gemessen, anschließend geheizt.
Ferner können auch mehrere Leitschichten übereinander vorgesehen werden, die abwechselnd miteinander elektrisch verbunden sind. Dadurch werden höhere Kapazitäten auf der gleichen Grundfläche erreicht.
Es ist auch möglich die Leitschichten und die Abstandsschicht partiell aufzubringen und/oder die Abstandsschicht unterschiedlich dick zu gestalten. Dadurch kann über mehrere Messpunkte eine genauere Erfassung der Sitzbelastung erfolgen.
Ferner kann durch die Sitz-Besetzt-Erkennung die Klimatisierung des Sitzes gesteuert werden. Wird der Sitz als besetzt erkannt, wird die Heizung eingeschaltet.
Eine weitere Möglichkeit eine Sitz-Besetzt-Erkennungsfunktion mittels der erfindungsgemäßen Folien zu realisieren besteht darin, je eine Kondensatorschicht in der Lehne und in der Sitzfläche des Sitzes zu situieren. Durch Belegung des Sitzes wird dann die Änderung des Dielektrikums erfasst, da eine sitzende Person das Ruhefeld des Kondensators beeinflusst. Die leitfähigen Schichten werden vorzugsweise durch Aufbringen einer Schutzlackschicht oder durch Kaschieren geschützt.
Die einzelnen Schichten können vollflächig oder partiell aufgebracht sein.
Durch die oben beschriebene energiereiche Vorbehandlung wird die Haftung einer partiell oder vollflächig aufgebrachten strukturierten funktioneilen Schicht verbessert. Das ist Voraussetzung für die Erzeugung von funktioneilen Schichten mit hoher Präzision und guter Haftung.
Auf das derart aktivierte Trägersubstrat wird dann die jeweilige funktionelle Schicht aufgebracht.
Die Aufbringung kann durch bekannte Verfahren, beispielsweise durch Bedampfen, Sputtern, Drucken (Tief-, Flexo-, Sieb-, Digitaldruck und dergleichen) , Sprühen, Galvanisieren und dergleichen erfolgen.
Diese Schicht besteht aus einem Metall, einer Metallverbindung oder einer Legierung. Als Metallschicht sind Schichten aus AI, Cu, Fe, Ag, Au, Cr, Ni, Zn und dergleichen geeignet. Als Metallverbindungen sind beispielsweise Oxide oder Sulfide von Metallen, insbesondere TiO2, Cr-Oxide, ZnS, ITO, ATO, FTO, ZnO, AI2O3 oder Siliciumoxide geeignet. Geeignete Legierungen sind beispielsweise Cu-Al Legierungen, Cu-Zn Legierungen und dergleichen. Als Isolatoren sind beispielsweise organische Substanzen und deren Derivate und Verbindungen, beispielsweise Färb- und Lacksysteme, z.B. Epoxy-, Polyester-, Kolophonium-, Acrylat-, Alkyd-, Melamin-, PVA-, PVC-, Isocyanat-, Urethansysteme, die strahlungshärtend sein können, beispielsweise durch Wärme- oder UV-Strahlung, geeignet.
Die Dicke der jeweiligen Schicht beträgt 0,001 bis 50 μm, vorzugsweise 0,1 bis 5 μm. Die Strukturierung der Schicht kann mittels eines Ätzverfahrens (Aufbringung einer vollflächigen Metallschicht und anschließende partielle Entfernung durch Ätzen) oder mittels eines Demetallisierungsverfahrens erfolgen.
Bei Verwendung eines Demetallisierungsverfahrens wird in einem ersten Schritt eine in einem Lösungsmittel lösliche Farbe (gegebenenfalls in Form einer inversen Codierung) aufgebracht.
Die Aufbringung des Farbauftrags kann durch ein beliebiges Verfahren, beispielsweise durch Tiefdruck, Flexodruck, Siebdruck, Digitaldruck und dergleichen erfolgen. Die verwendete Farbe bzw. der verwendete Farblack ist in einem Lösungsmittel, vorzugsweise in Wasser löslich, es kann jedoch auch eine in jedem beliebigen Lösungsmittel, beispielsweise in Alkohol, Estern und dergleichen lösliche Farbe verwendet werden. Die Farbe bzw. der Farblack können übliche Zusammensetzungen auf Basis von natürlichen oder künstlichen Makromolekülen sein. Die lösliche Farbe kann pigmentiert oder nicht pigmentiert sein. Als Pigmente können alle bekannten Pigmente verwendet werden. Besonders geeignet sind TiO2, ZnS, Kaolin und dergleichen.
Anschließend kann das bedruckte Trägersubstrat gegebenenfalls erneut mittels eines Inline-Plasma- (Niederdruck- oder Atmosphärenplasma-), Corona- oder Flammprozesses behandelt werden um die Oberfläche von Tonungsresten zu reinigen.
Zur Vermeidung von Tonungsresten kann beispielsweise auch zwischen Rakel und Andruckwalze eine Blasleiste situiert werden, mit mehreren über die gesamte Breite angeordneten Düsen. Durch diese Düsen wird gefilterte Luft mit definierter Luftfeuchtigkeit, gegebenenfalls beheizt oder gekühlt, mit gleicher Geschwindigkeit auf den Druckzylinder gelenkt, wodurch die dünnen Schichten auf dem Zylinder abtrocknen und nicht mehr auf das Trägersubstrat appliziert werden können. Anstelle einer derartigen Blasleiste kann auch eine über die gesamte Breite situierte IR-Trockeneinrichtung verwendet werden.
Gegebenenfalls kann gleichzeitig mit der Anwendung der Plasma- bzw. Corona- oder Flammbehandlung eine dünne Metall- oder Metalloxidschicht als Haftvermittler, beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen aufgebracht werden. Besonders geeignet sind dabei Cr, AI, Ag, Ti, Cu, TiO2, Si-Oxide oder Chromoxide. Diese Haftvermittlerschicht weist im allgemeinen eine Dicke von 0,1 nm - 5 nm, vorzugsweise 0,2 nm - 2 nm, besonders bevorzugt 0,2 bis 1 nm auf.
Dadurch wird die Haftung der partiell oder vollflächig aufgebrachten strukturierten funktioneilen Schicht weiter verbessert.
Anschließend wird die eigentliche funktionelle, elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht.
Diese Schicht kann aus einem Metall, einer Metallverbindung, oder einer Legierung bestehen. Als Metallschicht sind Schichten aus AI, Cu, Fe, Ag, Au, Cr, Ni, Zn und dergleichen geeignet. Als Metallverbindungen sind beispielsweise Oxide oder Sulfide von Metallen, insbesondere Tiθ2, Cr-Oxide, ZnS, ITO, ATO, FTO, ZnO, AI2O3 oder Siliciumoxide geeignet. Geeignete Legierungen sind beispielsweise Cu-Al Legierungen, Cu-Zn Legierungen und dergleichen.
Vorzugsweise besteht die elektrisch leitfähige metallische Schicht aus AI, Cu, Ag oder Ni.
Die elektrisch leitfähige Schicht kann auch drucktechnisch durch Aufbringen einer entsprechenden Färb- oder Lackzusammensetzung erfolgen. Zur Einstellung elektrischer Eigenschaften, beispielsweise Leitfähigkeit können beispielsweise Graphit, Ruß, leitfähige organische oder anorganische Polymere. Metallpigmente (beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Eisen, Chrom und dergleichen), Metalllegierungen wie Kupfer-Zink oder Kupfer- Aluminium oder auch amorphe oder kristalline keramische Pigmente wie ITO oder Molekülkristalle und dergleichen zugegeben werden. Weiters können auch dotierte oder nicht dotierte Halbleiter wie beispielsweise Silicium, Germanium oder lonenleiter wie amorphe oder kristalline Metalloxide oder Metallsulfide als Zusatz verwendet werden. Ferner können zur Einstellung der elektrischen Eigenschaften der Schicht polare oder teilweise polare Verbindungen, wie Tenside oder unpolare Verbindungen wie Silikonadditive oder hygroskopische oder nicht hygroskopische Salze verwendet oder zugesetzt werden.
Als Bindemittel kommen verschieden natürliche oder synthetische Bindemittel in Frage, wie z.B. natürliche Öle und Harze, wie Phenolformaldehyd, Harnstoff-, Melamin-, Keton-, Aldehyd-, Epoxy-, Polyterpenharzen verwenden. Als zusätzliche Bindemittel können beispielsweise Polyester, Polyvinylakohole, Polyvinylacetate, - ether, -propionate und -Chloride, Poly(methyl)acrylate, Polystyrole, Olefine, Nitrocellulose, Polyisocyanat, Urethansysteme und andere verwendet werden.
Auf die metallische elektrisch leitfähige Schicht bzw. die elektrisch leitfähige Färb- bzw. Lackschicht wird gegebenenfalls anschließend eine weitere dehnbare elektrisch leitfähige Schicht aus elektrisch leitfähigen Polymeren aufgebracht.
Die elektrisch leitfähigen Polymere können beispielsweise Polyanilin, oder Polyethylendioxythiophen sein.
Die Polymere können in Form einer Dispersion in einem Dispersionsmittel auf das Trägermaterial aufgebracht werden. Als Dispersionsmittel kommen beispielsweise inerte Lösungsmittel vorzugsweise wässrige Lösungsmittel oder Alkohole, wie i-Propanol in Frage. Gegebenenfalls können den Polymerdispersionen auch Matrixpolymere, beispielsweise wasserlösliche Polyester, Polyurethane, Polystyrolsulfonate, Polyacrylate oder Ethylenacrylatcopolymere als Matrixpolymere zugesetzt werden. Beispielsweise kann Polyethylendioxythiophen mit Polystyrolsulfonat als Matrixpolymer besonders vorteilhaft verwendet werden. Die Partikelgröße der Polymere in der Dispersion beträgt 20 nm - 10 μm, vorzugsweise 20 - 500 nm.
Es können aber auch bevorzugt die löslichen Monomere bzw. Vorpolymere zur Bildung der elektrisch leitfähigen Polymere aufgebracht und in situ auspolymerisiert werden. Dabei können als Katalysatoren sowohl radikalische als auch Redox- oder Photoinitiatoren, beispielsweise UV-Initiatoren verwendet werden.
Dabei wird das entsprechende Monomer bzw. Vorpolymer mit dem Katalysator gemischt und sofort auf das Trägersubstrat aufgetragen. Katalysatorreste und andere verunreinigende Reaktionsprodukte können dabei ebenfalls in situ entfernt werden oder gegebenenfalls anschließend durch Behandlung mit einem Lösungsmittel, im allgemeinen Wasser aus der Schicht entfernt werden. Leicht flüchtige Bestandteile können gegebenenfalls auch durch Trocknen mit einem IR-Trockner, einen Konvektionstrockner und dergleichen entfernt werden.
Die elektrisch leitfähige Polymerschicht weist eine hohe Dehnbarkeit auf. Bei starker Dehnbeanspruchung der Heizfolie kann es zu einem Bruch oder zu Unterbrechungen in der metallischen Leitschicht kommen. Die dehnbare polymere Leitschicht bleibt dabei unbeschädigt, es entsteht dann eine Überbrückungsschicht, die die gewünschte Funktion der Leitschicht gewährleistet.
Auf der erfindungsgemäßen Heizfolie können jeweils mehrere metallische und/oder polymere elektrisch leitfähige Schichten vorhanden sein. Dabei können die verschiedenen leitfähigen Schichten entweder vollständig deckend sein und/oder unterschiedliche Dimensionen aufweisen. Es ist daher auch möglich beispielsweise vorerst vollflächig eine metallische elektrisch leitfähige Schicht aufzubringen, die darauf aufgebrachte elektrisch leitfähige Schicht kann partiell ausgeführt sein, eine weitere elektrisch leitfähige Schicht auf der darunter liegenden elektrisch leitfähigen Schicht zwar deckend aber in geringer Ausdehnung passergenau aufgebracht sein, wobei sich die unterschiedlichen Schichten untereinander kontaktieren.
Durch entsprechende Anordnung der leitfähigen Schichten können auf einer Heizfolie auch unterschiedliche Heizzonen auch mit unterschiedlichen Heizleistungen realisiert werden..
Ferner ist es möglich durch Drucken einer PTC- oder NTC- Schicht zwischen den partiellen metallischen Schichten bzw. den leitfähigen Schichten aus den beschriebenen funktionellen Färb- bzw. Lackzusammensetzungen entsprechende Regeleinrichtungen, beispielsweise zur Temperaturregelung, und dergleichen, oder Peltier-Elemente einzubauen. Dabei ändert sich bei Erreichung einer bestimmten Temperatur der spezifische Widerstand und damit auch der Stromfluss.
Eine derartige Konstruktion stellt dann gegebenenfalls gleichzeitig eine Übertemperatursicherung dar.
Die erfindungsgemäße Heizfolie kann gegebenenfalls auch aus mehreren entsprechend aktivierten und beschichteten Trägersubstraten bestehen, die miteinander, beispielsweise durch Kaschieren verbunden werden, wobei bekannte Kaschierklebemittel und bekannte Kaschierverfahren verwendet werden können
Gegebenenfalls kann die erfindungsgemäße Heizfolie auch weitere Elemente, beispielsweise Sensoren zur Temperaturregelung und dergleichen aufweisen, wobei diese Elemente entweder drucktechnisch mittels funktioneller Druckfarben, durch Metallisierung oder durch polymere leitfähige Elemente dargestellt werden können.
Für die Verwendung der erfindungsgemäßen ein- oder mehrschichtigen Heizfolien beispielsweise in Anwendungen, in denen die flexible Heizfolie verformt wird, beispielsweise als Heizfolie in Fahrzeugssitzen, Schuhsohlen, Handschuhen und dergleichen, ist es vorteilhaft, dass die leitfähige Schicht bzw. die leitfähigen Schichten der erfindungsgemäßen Heizfolie ein oder mehrere Ausnehmungen aufweisen um den Fluss des Stroms durch die Leitschicht bzw. die Leitschichten gezielt zu lenken bzw. dass die Heizfolie Schlitze bzw. Luftverteilerkanäle aufweist, um ihre Stabilität und ihre Flexibilität und Anpassungsfähigkeit unter Dehnungsbeanspruchung zu erhöhen.
Diese Ausnehmungen bzw. Schlitze können durch bekannte mechanische oder thermische Verfahren, beispielsweise durch Stanzen, Perforieren, Schneiden, (Laser- oder Wasserstrahlschneiden) Tiefziehen, Formen und dergleichen erzeugt werden.
Luftverteilerkanäle können aber auch drucktechnisch oder durch Tiefziehen oder durch partielles Laminieren erzeugt werden. Durch derartige Luftverteilerkanäle kann gegebenenfalls geheizte oder gekühlte Luft durchgeblasen werden.
Auch insbesondere bei Verwendung eines elektrisch leitfähigen Trägersubstrats, beispielsweise einer Metallfolie, einer pigmentierten oder mit elektrisch leitfähigen Polymeren versetzten elektrisch leitfähigen Kunststofffolie können die Ausstanzungen bzw. die Schlitze beliebig angeordnet sein.
Gleichzeitig kann dadurch die Redundanz der Leitbahnen erhöht werden. Wird die Heizfolie beispielsweise in der Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes benutzt, knittert die Folie nicht, sondern entfaltet sich kontrolliert entlang der Schlitze. Ferner kann sich die Folie durch den durch die Schlitze gegebenen Spielraum auch an größere Belastungen anpassen, ohne dass die Folie reißt und die darauf befindlichen leitfähigen Schichten beschädigt werden.
Die erfindungsgemäße ein- oder mehrschichtige Heizfolie kann gegebenenfalls mit einem Schutzlack beschichtet sein,, oder kratzfest und/oder antistatisch ausgerüstet sein. Ferner kann die erfindungsgemäße Heizfolie mit einer Siegelbschichtung, beispielsweise mit einem Heiß- oder Kaltsiegellack oder einer Selbstklebebeschichtung versehen sein.
Der Schutzlack kann pigmentiert sein, wobei der Pigmentanteil bis zu 30% betragen kann, vorzugsweise bis zu 15%, wobei alle bekannten und üblichen Pigmente, beispielsweise anorganische und/oder organische Pigmente wie beispielsweise Titandioxid, Zinksulfid, Kaolin, Bariumsulfat, Aluminium-, Chrom- und Siliciumoxide, Metallpigmente (beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Eisen, Chrom und dergleichen), Metalllegierungen, wie Kupfer-Zink oder Kupfer- Aluminium als auch farbige ggf. organische Pigmente, wie Phthalocyaninblau, i-lndolidingelb, Dioxazinviolett, oder auch amorphe oder kristalline keramische Pigmente wie ITO, ATO, FTO und dergleichen oder auch Flüssigkristallpigmente geeignet sind.
Ferner sind auch farbige und/oder verkapselte Pigmente in chemisch, physikalisch oder reaktiv trocknenden Bindemittelsystemen verwendbar. Als Farbstoffe kommen beispielsweise 1,1- oder 1,2- Chrom-Cobalt-Komplexe in Frage.
Ferner kann der erfindungsgemäße Schutzlack, gegebenenfalls abgestimmt auf das geplante Einsatzgebiet weitere Additive enthalten.
So können spezifische Eigenschaften des Schutzlacks eingestellt werden, beispielsweise nicht nur um eine ausreichende Beständigkeit gegen äußere Einwirkungen zu erreichen, sondern auch um die unter der Schutzlack liegenden Schichten beispielsweise gegen die Einwirkung von Rückständen aus anderen Schichten und dergleichen von innen und außen zu schützen. So können beispielsweise anorganische Korrosionsschutzadditive, wie Zn- Phosphat oder organische Korrosionsschutzadditive, wie Toluoltriazolderivate zum Schutz metallischer Schichten zugegeben werden.
Um einen erhöhten Schutz gegen Strahlung verschiedener Wellenlängen zu ereichen können beispielsweise UV-Absorber, Radikalfänger (HALS), beispielsweise sterisch gehinderte Amine und dergleichen zugegeben werden. Diese Zusätze erhöhen die Stabilität bei Heizfolien, die beispielsweise als Scheibenheizungen eingesetzt werden.
Ferner können bekannte Antioxidantien, beispielsweise phenolische Antioxidantien Flammschutzadditive, beispeilsweise bekannte halogenierte oder halogenfreie Flammschutzadditive, Hochtemperatur-stabilisatoren basierend auf Disulfiden oder Thioethern zugegeben werden.
Zur Erhöhung der mechanischen Beständigkeit, beispielsweise der Scheer- und Dehnungssicherheit, der Walzfestigkeit und dergleichen werden vorzugsweise elastomere Modifikatoren, beispielsweise elastomere Polymere und Copolymere, wie EPR und dergleichen zugegeben.
Ferner können auch Treibmittel, wie Na2CO3, CaCO3 oder andere bekannte Treibmittel, oder auch sogenannte Strukturfarben, die unter Temperatureinfluss aufschäumen, zugegeben werden. Dadurch wird gleichzeitig die Stabilität und die Elastizität des Schutzlacks erhöht. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Datenträger oder das Trägersubstrat beispielsweise einen elektronischen Bauteil , z.B. einen Mikrochip aufweist und anschließend noch unter mechanischer Beanspruchung weiterverarbeitet werden soll. Durch das Treibmittel schäumt der Schutzlack auf, bei mechanischer Beanspruchung federt die Schutzlackschicht Belastungen ab. Die darunter befindlichen Schichten werden daher vor mechanischer Beanspruchung geschützt. Zur Erhöhung der Beständigkeit gegen Wasserdampf, werden vorzugsweise geeignete Absorber, oder Barriereschichten wie Glimmer, aktive Metalle und dergleichen eingebaut.
Ferner können zur Erhöhung der Kratzfestigkeit Silikone, Acrylate, Silikon-Öle, Wachse und dergleichen zugegeben werden.
Gewünschtenfalls kann der Schutzlack auch durch bekannte Additive antistatisch ausgerüstet werden.
Im allgemeinen werden derartige Additive und Modifikatoren in Mengen von etwa 0.1 - 10 % zugegeben, es sind aber auch höhere Mengen bis zu 50% denkbar.
In den Fig. 1 bis 5 sind Aufbauten für erfindungsgemäße Heizfolien dargestellt. Darin bedeuten 1 ein flexibles Trägersubstrat, 2 eine elektrisch leitfähige metallische Schicht, 2a eine elektrisch leitfähige Lackschicht oder Polymerschicht, und 3 eine Widerstandsschicht.
In Fig. 1 bedeutet 1 das nicht leitfähige Trägersubstrat, beispielsweise eine Polyesterfolie, 2 die leitfähige Metallschicht, beispielsweise eine Kupferschicht, 2a eine leitfähige Lackschicht bzw. 2 eine weitere Kupferschicht und 3 ein nicht leitfähiges Trägersubstrat, beispielsweise eine Polyesterfolie.
In Fig. 2 bedeutet 1 das nicht leitfähigen Trägersubstrat, 2 eine leitfähige Metallschicht, 3 eine Widerstandsschicht und 2a eine Schicht aus leitfähigen Polymeren.
In Fig. 3 bedeutet 1 ein leitfähiges Trägersubstrat, beispielsweise eine Metallfolie oder eine mit leitfähigen Polymeren oder Pigmenten versetzte Kunststofffolie, 3 eine Widerstandsschicht und 2 eine elektrisch leitfähige Metallschicht. In Fig. 4 bedeutet 1 ein nicht leitfähiges Trägersubstrat, beispielsweise eine Polyesterfolie, das als Widerstandsschicht fungiert, und 2 die auf beiden Seiten situierten leitfähigen Schichten.
In Fig. 5 bedeutet 1 ein nicht leitfähiges Trägersubstrat, beispielsweise eine Polyesterfolie und 2 die jeweils in ihrer Flächenerstreckung unterschiedlich dimensionierten elektrisch leitfähigen Schichten.

Claims

Patentansprüche:
1) Hochbelastbare und beständige Heizfolie bestehend aus mindestens einer flexiblen Trägerschicht und mindestens einer darauf aufgebrachten Leitschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht ein aktiviertes Trägersubstrat ist und die Leitschicht eine aufgedampfte metallische Leitschicht ist.
2) Heizfolie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie ein nicht leitfähiges Trägersubstrat, darauf eine leitfähige Metallschicht, anschließend gegebenenfalls eine leitfähige Lackschicht oder eine weitere Kupferschicht und anschließend gegebenenfalls ein nicht leitfähiges Trägersubstrat aufweist.
3) Heizfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie aus einem nicht leitfähigen Trägersubstrat, einer leitfähigen Metallschicht, darauf einer Widerstandsschicht und einer weiteren leitfähigen Schicht, beispielsweise einer Metallschicht oder einer Schicht aus leitfähigen Polymeren besteht.
4) Heizfolie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie aus einem leitfähigen Trägersubstrat, beispielsweise einer Metallfolie oder einer mit leitfähigen Polymeren oder Pigmenten versetzten Kunststofffolie, einer Widerstandsschicht und anschließend einer weiteren leitfähige Schicht, bevorzugt einer Metallschicht besteht.
5) Heizfolie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie aus einem gering leitfähigen Trägersubstrat, das als Widerstandsschicht fungiert, auf das auf beiden Seiten eine leitfähige Schicht aufgebracht wird, besteht. 6) Heizfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie mehrere Leitschichten aufweist, die gegebenenfalls teilweise voneinander getrennt sind.
7) Heizfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie zusätzlich eine oder mehrere partielle oder vollflächige Schichten aus leitfähigen Polymeren aufweist.
8) Heizfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige(n) Schicht(en) eine Dicke von 0,1 nm bis 50 μm aufweist (aufweisen).
9) Heizfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie Ausnehmungen zur gezielten Lenkung des Stromflusses durch die leitfähige(n) Schicht(en) aufweist.
10) Heizfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie mit einer Schutzlackschicht versehen ist oder kaschiert ist.
11) Heizfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie mindestens 2 durch eine komprimierbare Abstandsschicht getrennte Leitschichten aufweist, und durch die Kapazitätsänderung bei Änderung der Dicke der Abstandsschicht eine Sitz-Besetzt-Erkennung erfolgt.
12) Heizfolie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschichten partiell aufgebracht sind. 13) Heizfolie nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsschicht eine Schicht unterschiedlicher Dicke ist.
14) Heizfolie nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschichten sowohl zur Heizung als auch zur Sitz-Besetzt- Erkennung dienen.
15) Heizfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Heizfolie mit einer Kondensatorschicht in der Lehne und in der Sitzfläche situiert ist, wobei durch die Änderung des Dielektrikums bei Belastung eine Sitz-Besetzt-Erkennung erfolgt.
16) Verfahren zur Herstellung einer Heizfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat durch Plasmaoder Coronavorbehandlung aktiviert wird, anschließend gegebenenfalls eine Haftvermittlerschicht abgeschieden wird und anschließend die elektrisch leitfähige Schicht aufgedampft wird bzw. aufgedruckt wird.
17) Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wiederholung des Verfahrens mehrschichtige Aufbauten hergestellt werden.
18) Verfahren zur Herstellung einer Heizfolie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 die Ausnehmungen durch mechanische oder thermische Verfahren hergestellt werden.
19) Verwendung der Heizfolien nach einem der Ansprüche 1 bis 15 für Heizelemente in flexiblen Wärmegeräten, beispielsweise Heizdecken, Heizkissen, heizbare Teppichunterlagen, Fußmatten, Sitzgelegenheiten, insbesondere gepolsterte Sitzgelegenheiten, auch für die Verwendung im Freien, für Autofußmatten, Brutapparate, im Gartenbau für Frühbeete in Gewächshäusern oder im Freien, in der Bekleidungsindustrie für heizbare Schuheinlagen, für heizbare Bekleidungsstücke, beispielsweise Überjacken, Handschuhe für wasserwärmende Geräte oder für Spiegelheizungen, beispielsweise für KFZ-Spiegel oder Verkehrsspiegel, Badspiegel, Satellitenspiegel, oder Sanitäreinrichtungen.
PCT/EP2003/012858 2002-11-22 2003-11-17 Hochbelastbare, beständige, flexible heizfolie Ceased WO2004049763A1 (de)

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