Mit elektrischen Leitkontakten versehene metallisierte textile Flächengebilde und ihre Herstellung

Beschreibung

[0001] Es ist bekannt, daß Leitkontakte als Zuführorgane von elektrischem Strom bei Flächenheizelementen aus niederohmigem Material, beispielsweise aus Metall, bestehen. So verwendet man z.B. bei Thermoheizfolien beidseitig _Kupferbänder, die entweder auf das leitfähige Material, z.B. graphit- oder rußhaltige Polymermischungen, aufschweißt, aufgenäht oder aufgepreßt werden. Die Verwendung solcher elektrischer Kontaktelemente ist nur für Objekte geeignet, die keiner dauerelastischen Belastung unterworfen sind.

[0002] Es ist bekannt, daß auch die mehrlitzigen Heizdrähte von elektrisch heizbaren Automobilsitzen partiell oder ganz brechen können. Unter Umständen kann dies führen. Somit sind auch mehrlitzige Kupferdrähte als Kontaktierungsmaterial ungeeignet.

[0003] Es ist weiterhin aus DE-OS 2 919 819 bekannt, daß textilelastische, den Strom leitende, metallisierte textile Flächengebilde vorteilhaft als Flächenheizelemente gegenüber starren Gebilden oder Folien sind, weil sie, ohne beschädigt zu werden, geknickt, gefaltet, gerollt oder gereckt werden können. Dabei steigt die elektrische Leitfähigkeit mit der Zunahme der Schichtdicke der Metallschicht.

[0004] Bei der Durchführung von Dauerstauchversuchen nach DIN 53574 mit Heizelementen aus vernickelten textilen Flächengebilden nach DE-OS 2 919 819 zeigte sich immer wieder, daß als Kontaktierungsmaterial verwendete Bänder, Gewirke, Gewebe oder Geflechte aus Kupfer, verzinntem Kupfer oder Edelstahl versagten. Oft trat schon nach einer sehr geringen Anzahl von Knickungen bzw. Stauchungen Unterbrechung des Stromflusses durch Bruch dieser Kontaktelemente ein.

[0005] Es ist weiterhin aus der Deutschen Patentanmeldung _P 30 49 626.5 bekannt, als Leitkontakte stark metallisierte textile Flächengebilde, wie metallisierte Gewebe, Gestricke, Gewirke, Vliese, Filze, Papiere oder ähnlich aufgebaute, z.B. textil-elastische Objekte zu verwenden.

[0006] Mit diesen Leitkontakten konnten die Nachteile, die durch Bruch herkömmlicher Leitkontakte eintraten, vermieden werden, jedoch war das funktionssichere Anbringen der Leitkontakte nach der Deutschen Patentanmeldung P 30 49 626.5 schwierig und aufwendig.

[0007] Es wurde nämlich beobachtet, daß bei dynamisch belasteten Heizgeweben die Stauchbelastung, wenn sie auf die Leitkontakte trifft, eine Schwächung des elektrischen Kontaktes bewirkt. Es entsteht eine örtliche, nicht ausreichende Flächenkontaktierung. Dabei entsteht eine unkontrollierbare, punktförmige Uberhitzung, die im Extremfall zum Versagen des Leitkontaktes führt.

[0008] Rohe Gewebe, die eingewebte Kupferdrähte, die auch verzinnt sein können, enthalten, lassen sich zwar zum Zwecke der chemischen Metallisierung, z.B. Vernickelung auf herkömmlichem Wege sowohl mit ionogenen als auch mit kolloidalen Edelmetallkatalysatoren aktivieren, wobei die eingewebten Metalldrähte als elektrische Zuführungskontakte, die den elektrischen Strom gleichmäßig der ganzen Fläche des metallisierten Gewebes zuführen und damit eine gleichmäßige Erwärmung der textilen Flächenheizelemente ermöglichen, dienen, jedoch werden durch die sauren ionogenen und kolloidalen Aktivierungsbäder kleine Mengen von Metall z.B. Kupfer.während der Aktivierungsbehandlung des textilen Flächengebildes abgelöst und reichern. sich in ionogener Form im Edelmetall-Aktivatorbad an. Dadurch wird die Aktivität des Edelmetallkatalysators geschwächt und seine Wiederverwertbarkeit stark eingeschränkt.

[0009] Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß dieser Nachteil nicht auftritt, wenn man die organometallische Aktivierung des eingewebte, eingestrickte, eingenadelte oder eingewirkte Kupferdrähte enthaltenden textilen Flächengebildes mit einer in einem organischen Lösungsmittel homogen verteilten organometallischen Verbindung von Elementen der 1. und 8. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente benetzt, das organische Lösungsmittel entfernt und die an der zu metallisierenden Oberfläche haftende organo- metallische Verbindung reduziert.

[0010] Diese organometallische Verbindung kann in dem organischen Lösungsmittel beispielsweise gelöst oder dispergiert sein, es kann sich auch um eine Anreibung der organometallischen Verbindungen in dem Lösungsmittel handeln.

[0011] Anschließend kann dann die Oberfläche in bekannter Weise stromlos metallisiert werden.

[0012] Es kommen grundsätzlich alle organometallischen Verbindungen in Frage, mit denen zum Zwecke der stromlosen Metallisierung die Substrate hinreichend aktiviert werden können. Ohne den Umfang der Erfindung einzuschränken, empfiehlt sich jedoch bei der Durchführung des Verfahrens im technischen Maßstab, folgende Bedingungen einzuhalten:

1. die verwendeten metallorganischen Verbindungen sollten an der Luft und gegenüber Feuchtigkeit stabil sein. Sie sollten in organischen Lösungsmittel gut löslich, in Wasser aber schwer löslich sein. Sie sollten außerdem mit gebräuchlichen Reduktionsmitteln zu einer bei der stromlosen Metallisierung katalytisch wirksamen Verbindung reduzierbar sein.

2. Die Lösungen der metallorganischen Verbindungen in organischen Lösungsmitteln sollten an der Luft und gegenüber Feuchtigkeit stabil sein.

3. Das organische Lösungsmittel sollte leicht entfernbar sein.

4. Bei der Reduktion der organcmetallischen Verbindung dürfen keine Liganden frei werden, die die Metallisierungsbäder vergiften.

5. Die reduzierten aktiven Keime sollten in wässriger Lösung fest an der Oberfläche haften, um eine Zersetzung der Bäder durch eingeschleppte Metalle zu verhindern.

[0013] Das erfindungsgemäß neue Verfahren wird im allgemeinen folgenderweise durchgeführt:

Eine metallorganische Verbindung von Elementen der 1. und 8. Nebengruppe des Periodensystems, insbesondere von Cu, Ag, Au, Co, Ni, Pd und Pt, wobei als organischer Bestandteil Olefine, Nitrile oder 1.3-Dicarbonylverbindungen Verwendung finden, ganz besonders Verbindungen des zweiwertigen Palladiums und Platins mit Olefinen, z.B. Butadienpalladiumdichlorid, mit Nitrilen, z.B. Diacetonitrilpalladiumdichlorid, Diacetonitrilplatindichlorid oder Dibenzonitrilpalladiumdichlorid, ferner Aaetylacet6onate des zweiwertigen Palladiums und Platins sowie Olefinkomnlexe des einwertigen Golds, z.B. Dicyclopentadien-Gold(I)-chlorid, werden in einem organischen Lösungemittel gelöst. Selbstverständlich können auch Mischungen der oben genannten Verbindungen eingesetzt werden. Die Konzentration an metallorganischer Verbindung soll zwischen 0,01 g und 10 g pro Liter betragen, kann aber in besonderen Fällen auch darunter oder darüber liegen.

[0014] Als organische Lösungsmittel sind besonders polare protische und.aprotische Lösungsmittel wie Methylenchlorid, Chloroform, 1,1,1-Trichlorethan, Trichlorethylen, Perchlorethylen, Aceton, Methylethylketon, Butanol, Ethylenglykol, Dioxan und Tetrahydrofuran geeignet.

[0015] Selbstverständlich können auch Gemische obiger Lösungsmittel und Verschnitte mit anderen Lösungsmitteln, wie Benzin, Ligroin, Toluol, usw. verwendet werden.

[0016] Mit diesen Lösungen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Oberflächen der zu metallisierenden Substrate benetzt, wobei die Einwirkungsdauer vorzugsweise 1 Sekunde bis 1 Minute beträgt. Be- - sonders geeignet sind dazu Verfahren wie das Eintauchen des Substrats in die Lösungen oder das Besprühen von Substratoberflächen mit den Aktivierungslösungen. Selbstverständlich ist es bei dem neuen Verfahren auch möglich, die Aktivierungslösungen durch Stempeln, Aufdrucken oder Aufwalzen aufzubringen.

[0017] Als textile Flächengebilde eignen sich z.B. Gewebe, Gewirke, Gestricke und Vliese aus Polyamid, Polyester, Polyalkylen, Polyacrylnitril, Polyvinylhalogeniden, Baumwolle und Wolle, sowie deren Mischungen oder Mischpolymerisaten.

[0018] Nach der Benetzung wird das organische Lösungsmittel entfernt. Dabei werden niedrig siedene Lösungsmittel bevorzugt durch Verdampfen, z.B. im Vakuum entfernt. Bei höher siedenden Lösungsmitteln sind andere Verfahren, wie Extraktion mit einem Lösungsmittel, in dem die organometallischen Verbindungen unlöslich sind, angebracht.

[0019] Die so imprägnierten Oberflächen müssen anschließend durch Reduktion aktiviert werden. Dazu können bevorzugt die in der Galvanotechnik üblichen Reduktionsmittel, wie Hydrazinhydrat, Formaldehyd, Hypophosphit oder Borane verwendet werden. Natürlich sind auch andere Reduktionsmittel möglich. Bevorzugt wird die Reduktion in wässriger Lösung durchgeführt. Es sind aber auch andere Lösungsmittel wie Alkohole, Ether, Kohlenwasserstoffe einsetzbar. Selbstverständlich können auch Suspensionen oder Aufschlämmungen der Reduktionsmittel verwendet werden.

[0020] Die so aktivierten Oberflächen können direkt zur stromlosen Metallisierung eingesetzt werden. Es kann aber auch erforderlich sein, die Oberflächen durch Spülen von den Reduktionsmittelresten zu reinigen..

[0021] Vorzugsweise wird die Reduktion im Metallisierungsbad gleich mit dem Reduktionsmittel der stromlosen Metallisierung durchgeführt.

[0022] Als Metallisierungsbäder kommen bevorzugt Bäder mit Nickelsalzen, Cobaltsalzen, Eisensalzen oder deren Gemische mit Kupfersalzen, Gold- und Silbersalzen in Betracht. Derartige Metallisierungsbäder sind in der Technik der stromlosen Metallisierung bekannt.

[0023] Als Kupferdrähte sind alle Produkte geeignet, die sich einweben, einstricken, einnadeln oder einwirken lassen. Besonders geeignet sind Drähte, die eine Seele aus Polyester-Filamentgarn besitzen und mit geplättetem Kupfer mehrlitzig umwunden sind. Diese Kupferdrähte kann man direkt als Metallfäden einweben, über Strickmaschinen einstricken, einnadeln oder über Wirkmaschinen einwirken.

[0024] Sie bleiben überraschenderweise textilelastisch und zeigen eine nicht erwartete hohe Dauerstauchfestigkeit, d.h. praktisch keine Dauerstauchermüdung.

[0025] Vorteile der Erfindung liegen insbesondere bei der Herstellung von dynamisch belasteten Heizmatten zur Beheizung von Automobilsitzen und bei der Herstellung von beheizbarer Kleidung, beheizbaren Nierengurten, Taucheranzügen, Handschuhen, die leicht durch vorher programmierte Formate erzeugt werden, indem man an den vorher festgelegten Stellen die metallischen Elemente z:B. Kupferdrähte einwebt oder einstrickt. Eine nachträgliche Beschichtung mit Polyurethanen oder PVC, Gummierung oder Imprägnierung mit den unterschiedlichsten Beschichtungsmaterialien auf kontinuierlichen Beschichtungsmaschinen mit Rakeln ist leicht durchzuführen, da das Aufbringen des Beschichtungsmaterials mit einem Rakel keine Unterbrechung durch das nachträglich aufgebrachte. Leitelement erleidet. Die Beschichtung der vorher kontaktierten metallisierten textilen Flächenelemente kann mit hoher Geschwindigkeit erfolgen.

[0026] Auch können voll beschichtete rohe Heizelemente nachträglich dadurch elektrisch kontaktiert werden, indem man z.B. den elektrischen Zuführungsdraht einfach auf die Stelle des Gewebes aufnietet, an der die eingewebten metallischen Drähte oder metallisierten Garne sich befinden. Ein besonderer Vorteil ist, daß die elektrischen Leitelemente in der Kleidung nicht mehr gespürt oder gefühlt werden. Besonders wichtig ist dieser Effekt bei der Beheizung von Glasaquarien, Rohren und Bauteilen im Flugzeugbau, bei beheizbaren Traktorensitzen usw.

Beispiel

[0027] In ein Polyester-Baumwollgewebe (65/35), Nm 100/2, Leinwandbindung mit je 24 Fäden in Kette und Schuß werden im Abstand von 30 cm Kupferleitstreifen zusammen mit den Kettfäden eingewebt. Der eingewebte Kunferleitstreifen ist 0,5 - 0,6 cm breit und besteht aus 12 Kupferlitzen mit je 16 Einzelfäden, die einen Durchmesser von 0,05 mm.aufweisen. Das Gewebe wurde entschlichtet und beidseitig gesengt.

[0028] Ein aus diesem Gewebe ausgeschnittenes quadratisches Element mit einer Kantenlänge von 31 cm, das entlang gegenüberliegender Kanten die beschriebenen Kupferleitstreifen enthält, wurde 30 Sekunden in eine Lösung von 0,1 g Butadienpalladiumdichlorid pro Liter Chloroform getaucht, bei Raumtemperatur getrocknet und dann 20 Minuten in einem alkalischen Vernickelungsbad vernickelt. Das Vernickelungsbad enthielt 30 g/1 Nickelchlorid, 3 g/1 Dimethylaminboran und 10 g/l Zitronensäure und wurde mit Ammoniak auf pH 8,1 eingestellt. Es wurde ein metallisch glänzendes Stoffstück mit einer Metallauflage von 25 g Nickel pro m² erhalten. Der elektrische Widerstand eines Quadrats von 10 x 10 cm in Schußrichtung betrug 3,2 Ohm.

[0029] Durch Verbinden der Kupferleitstreifen mit einer 12 Volt Stromquelle erwärmte sich das Gewebestück gleichmäßig auf eine Temperatur von 55°C.

Ansprüche

1. Metallisierte textile Flächengebilde, die als elektrische Leitkontakte eingewebte, eingestrickte, eingenadelte oder eingewirkte Kupferdrähte enthalten.

2. Metallisierte textile Flächengebilde nach Anspruch 1, die stromlos chemisch metallisiert wurden.

3. Metallisierte textile Flächengebilde nach Anspruch 2, die vor der stromlosen chemischen Metallisierung mit einer organometallischen Verbindung von Elementen der 1. und 8. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente aktiviert wurden.

4. Metallisierte textile Flächengebilde nach Anspruch 1, die als Kupferdrähte mit geplättetem Kupfer mehrlitzig umwundene Polyesterfilamentgarne besitzen.

5. Verfahren zur Herstellung von metallisierten textilen Flächengebilden, die als elektrische Leitkontakte Kupferdrähte enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man in ein textiles Flächengebilde Kupferdrähte einwebt, einstrickt, einnadelt oder einwirkt, die Oberfläche dieses mit Kupferdrähten versehenen textilen Flächengebildes mit einer in einem organischen Lösungsmittel homogen verteilten organometallischen Verbindung von Elementen der 1. und 8. Nebengruppe des-Periodensystems der Elemente benetzt, das organische Lösungsmittel entfernt, die an der Oberfläche haftende organo- metallische Verbindung reduziert und anschließend die Oberfläche in bekannter Weise stromlos metallisiert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Benetzungsdauer der mit der in einem organischen Lösungsmittel homogen verteilten organometallischen Verbindung 1 Sekunde bis 1 Minute beträgt.

7. Verwendung der metallisierten textilen Flächengebilde gemäß Anspruch 1, zur Herstellung beheizbarer Kleidung und dynamisch belastbarer Heizmatten.