DE2832119A1

DE2832119A1 - Selbsterwaermbarer und waermerueckstellfaehiger gegenstand sowie verfahren zum aufbringen einer umhuellung auf einem gegenstand

Info

Publication number: DE2832119A1
Application number: DE19782832119
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-07-21
Publication date: 1979-02-08
Also published as: JPS5452187A; FR2399145A2; GB2012149A; FR2399145B2; GB2012149B; JPS6364291B2; CA1129512A

Description

RAYCHEM CORPORATION; 300 Constitution Drive, Menlo Park, California, U.S.A.

Selbsterwärmbarer und wärmerückstellfähiger Gegenstand sowie Verfahren zum Aufbringen einer Umhüllung auf einem Gegenstand

Die Erfindung betrifft selbsterwärmbare und wärmerückstellfähige Gegenstände sowie ein Verfahren zum Aufbringen eines Schutzbelages bzw. einer Umhüllung auf einem Gegenstand.

In der deutschen Patentanmeldung P 26 35 000.5 sind Gegenstände beschrieben, die ein wärmerückstellbares Material mit elektrischem Widerstandsverhalten und eine nachgiebige bzw. biegbare Elektrode aus textilem Material aufweisen ,die in Berührung mit dem wärmerückstellfähigen Material mit elektrischem Widerstandsverhalten steht. In der deutschen Patentanmeldung P 26 55 54-3 ist ein Heizelement beschrieben, das laminare flexible Elektroden, beispielsweise aus Metall, und eine Polymerschicht mit elektrischem Widerstandsverhalten aufweist, die zwischen den Elektroden liegt. Das Heizelement besitzt mehrere Öffnungen, die das Material in ihrer Dicke durchziehen, so daß es leicht verformbar ist. Das Heizelement selbst ist nicht wärmerückstellfähig, es kann jedoch fest mit einem wärmerückstellfähigen Gegenstand zur Rückstellung desselben verbunden werden.

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Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Gegenstand mit (a) einem Element, das wärmerückstellfähig ist, oder wärmerückstellfähig gemacht werden kann, oder das wärmezurückgestellt ist, und das ein organisches Polymer umfaßt, das ausreichend fein verteilte elektrisch leitende Partikel darin dispergiert besitzt, so daß das Element leitend wird, und (b) wenigstens zwei Elektroden, die in Berührung mit dem Element sind und die nach dem Anschließen an eine elektrische Stromquelle Strom durch das Element schicken, wobei wenigstens eine der Elektroden verformbar ist, dadurch aus, daß die verformbare Elek trode von einem Metallblech mit mehreren darin befindlichen öffnungen gebildet wird, daß die öffnungen im Querschnitt länglich und geschlossen sind und daß sie sich miteinander derart überlappen, daß sich wenigstens eine Abmessung des Bleches bei einer Formänderung der öffnungen ändert.

Die verformbare Elektrode besteht vorzugsweise aus einem Metall mit guter Duktilität, wie zum Beispiel Aluminium, das Kupfer oder Blei vorgezogen wird. Die Metalldicke und die öffnungen sollten derart gewählt sein, daß die Elektrode die erforderliche Strombelastbarkeit hat. Typischerweise ist die Elektrode 0,0075 bis 0,025 cm dick. Die öffnungen können beispielsweise rautenförmig sein und eine Maximalabmessung von 0,5 bis 1,2 cm und eine Minimalabmessung von 0,18 bis 0,4- cm vor ihrer Dehnung besitzen. Sie können auch hexagonal ausgebildet sein. Die Breite des Metalles zwischen den öffnungen beläuft sich im allgemeinen auf wenigstens 0,025 cm, wie zum Beispiel auf 0,025 bis 0,1 cm an der schmälsten Stelle. Die Elektrode wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß ein Metallblech beispielsweise durch Lochen oder Stanzen mit öffnungen versehen wird. Vorzugsweise wählt

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man das Lochen. Üblicherweise erhältliche gedehnte Metallbleche bilden insbesondere dann zufriedenstellend arbeitende Elektroden, wenn sie nach dem Lochen zum Abflachen gewalzt sind. Alternativ können auch mehrere Ketalldrähte zusammengeschweißt oder anderweitig miteinander fest verbunden werden.

Vorzugsweise sind alle Elektroden in dem Gegenstand verformbare Elektroden, wie zuvor beschrieben, jedoch können auch andere Sorten von Elektroden vorhanden sein einschließlich nicht verformbarer Elektroden, durch deren Vorhandensein eine differentielle Rückstellung möglich ist.

Vorzugsweise weist der Gegenstand ein leitendes Polymerelement auf, das von einem warmschrumpfenden Flächengebilde gebildet wird, das zwischen zwei oder mehr verformbaren Elektroden gelegt ist. Die Elektroden besitzen vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Ebenerstreckung wie das warmschrumpfende Flächengebilde.

Vorzugsweise besitzt wenigstens ein Teil des Elementes (a) ein Heißleiterverhalten (PTC-7erhalten), so daß beim Anschließen des Gegenstandes an eine Energiequelle im wesentlichen kein Strom durch das Element bei einer bestimmten Schalttemperatur fließt, die so ausreichend hoch liegt, daß das Element zurückgestellt wird. Sie liegt vorzugsweise nicht mehr als 25°C, insbesondere nicht mehr als 15 0 über der Rückstelltemperatur. Bei der bestimmungsgemaßen Verwendung des Gegenstandes ist es selbstverständlich unnötig, daß der Gegenstand auf eine Temperatur erwärmt wird, daß kein Strom durch die Heißleiterschicht fließt, sondern der Gegenstand wird so erwärmt, daß er lediglich seine Rück-Stelltemperatur erreicht. Das Vorhandensein der Heißlei-

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terschicht Jedoch stellt einen Schutz vor übermäßiger Erwärmung dar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das. wärmerückstellfähige Element eine Schicht mit Heißleiterverhalten auf, die zwischen zwei Schichten liegt _t von denen eine (a) eine konstante Wattleistung bei Temperaturen unterhalb der Schalttemperatur der Heißleiterschicht hat und die andere (b) wenigstens eine der verformbaren Elektroden enthält, die damit in Berührung ist. Vorzugsweise ist die verformbare Elektrode vollständig von der Schicht mit konstanter Wattleistung oder von der Schicht mit konstanter Wattleistung und der Heißleiterschicht umgeben. Bezüglich näheren Einzelheiten der Eigenschaften und der Ausbildung der Elemente (a) sei auf die eingangs erwähnte deutsche Patentanmeldung P 26 35 000.5 hingewiesen. Die erfindungsgemäßen Gegenstände können auf einfache Art und Weise mit Hilfe üblicher Methoden hergestellt werden» gemäß denen die metallische Flächenelektrode fest mit dem Element (a) verbunden wird, und zwar vorzugsweise bevor der Gegenstand seine Wärmerückstellfähigkeit erhält.

Die Gegenstände nach der Erfindung weisen üblicherweise einen äußeren Isoliermantel auf. Insbesondere wenn der Gegenstand die Gestalt eines Flächengebildes (einschließlich einer bandförmigen Auslegung) hat, wird der Isoliermantel vorzugsweise von einem Material gebildet, das bei der Erwärmung des Gegenstandes auf seine Rückstelltemperatur selbsthaftend ist, so daß bei einer Umwicklung eines Gegenstandes mit einem derartigen Flächengebilde die überlappenden Teile des Flächengebildes bei der Erwärmung von selbst haften.

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Die Erfindung bezieht sich, auch auf ein Verfahren zum Aufbringen eines Schutzüberzuges bzw. einer Umhüllung auf einem Gegenstand, das sich dadurch auszeichnet, daß (1) ein wärmerückstellbarer Gegenstand in die Nähe des Gegenstandes gebracht wird und (2) die Elektroden des Gegenstandes mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden, wobei sich der Gegenstand zurückstellt. Die innere Widerstandsheizung des Gegenstandes kann gewünschtenfalls durch eine Außenheizung ergänzt werden, jedoch ist dies üblicherweise nicht erwünscht.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in Gegenständen, die ein wärmerücksteilfähigeε Element, bestehend aus einer leitenden Polymermasse aufweist, wodurch die Gegenstände infolge eines Stromdurchganges durch das Element bei der Widerstandsbeheizung zurückgestellt werden. Die Erfindung befaßt sich mit der Ausbildung eines derartigen Gegenstandes mit einer Elektrode, insbesondere mit einem Metallblech, das Öffnungen enthält, so daß sich das Blech zusammen mit dem wärnerückstellfähigen Element zurückstellen kann. Insbesondere sind Gegenstände in Form eines Bandes zweckmäßig für die Ummantelung elektrischer Leiter bzw. elektrischer Leitungen einschließlich Telefonleitungen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert. Die Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozente .

Beispiel

Eine Heißleitermasse (PTC-Masse) mit einer Schalttemperatur von etwa 132⁰C wurde durch Vermischen von 37 % Ruß, 57 % Polyäthylen mit hoher Dichte, 5 % eines Ithy-

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len-Propylen-Kautschuks und 1 % eines Antioxidationsmittels hergestellt. Eine Masse mit konstantem Wattleistungsverhalten (CW) wurde durch Vermischen von 84- % eines Äthylenäthylacrylat-Copolymers, 17 % eines Rußes und 1 % eines Antioxidationsmittels hergestellt. Eine Isoliermasse wurde durch Vermischen von 76 % eines Äthylenäthylacrylat-Copolymers, 15 % Talk, 8 % Pigment und 1 % eines Antioxidationsmittels hergestellt. Unter Verwendung dieser Massen und in Verbindung mir einer Aluminiumelektrode wurde ein schachtförmig aufgebauter Gegenstand mit folgenden Schichten hergestellt:

	Isoliermasse	Watt-	Dicke
1.	Masse mit konstantem leistungsverhalten·		0,05 cm
2.	Elektrode	Watt-	0,025 cm
3.	Masse mit konstantem leistungsverhalten		0,013 cm
4-.	Heißleiter-Masse	Watt-	0,025 cm
5.	Masse mit konstantem leistungsverhalten		0,05 cm
6.	Elektrode	Watt-	0,025 cm
7.	Masse mit konstantem leistungsverhalten		0,013 cm
8.	Isoliermasse	0,025 cm
9.		0,05 cm

Das Elektrodenmaterial war ein im Handel üblich erhältliches gedehntes Aluminiumblech, das durch Walzen abgeflacht wurde. Es war 0,013 cm dick und besaß rautenförmige öffnungen mit einer Maximalabmessung von 1 cm und einer minimalen Abmessung von 0,25 cm. Der zwischen den öffnungen stehengebliebene Steg hatte eine Breite von 0,05 cm. Quer verlaufende Streifen aus einem hochschmelzenden Polyesterband wurden in Abständen auf jede Seite

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./ίο.

der Elektroden gelegt, so daß bei der anschließenden bestimmungsgemäßen Verwendung des Gegenstandes das Band von der Elektrode getrennt werden konnte, so daß man einen freiliegenden Abschnitt erhält, der zum Anschluß an eine elektrische Stromquelle dient.

Der schichtförmige Aufbau wurde mit einer Dosis von 10 Krad (1Cr Joule/kg) bestrahlt, um die Polymerschichten querzuvernetzen. Dann wurde der schichtförmige Aufbau erwärmt, in Längsrichtung auf das Zweifache gedehnt und im gedehnten Zustand abgekühlt, so daß er warmschrumpfend ist. Der Schichtaufbau wurde geschlitzt, um ein Band mit 10 cm Breite zu erhalten.

Das warmschrumpfende Band wurde zum dichten Verschliessen der Verbindung zwischen einer Bleihülse und einem Leiter verwendet, der einen Isoliermantel aus Polyolefin hat. Um die Verbindungsstelle wurde ein Band aus einem heißschmelzenden Kleber gewickelt. Das Klebeband wurde dann zusammen mit dem warmschrumpfenden Band darumgewickelt. Die Elektroden des warmschrumpfenden Bandes wurden an eine 12 Volt Gleichstromquelle angeschlossen. Nach etwa 8 Minuten, innerhalb denen sich das Band auf eine Temperatur von etwa 120 C erwärmt hatte, hatte sich das Band geschrumpft, der Klebstoff war erschmolzen und war haftend mit dem Leitermantel und mit sich selbst verbunden.

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Die Anmeldung wird gemäß beiliegender Zeichnung erläutert:

Die Figur zeigt den Querschnitt eines warmschrumpfenden Bandes mit Isolationsschichten 1 und 5, Schichten mit konstanter Wattleistung 2 und 4, Heißleiterschicht 3 und metallische Elektroden 6 und 7, die in die Schichten 2 und 4 eingelegt sind. Die gebogene Linie stellt eine rautenförmige Öffnung in der Elektrode 6 dar, und die Elektrode 7 ist mit einer ähnlicher Öffnung versehen.

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L e e r s e i \ e

Claims

Patentansprüche

1.) Gegenstand mit'

(a) einem Element, das wärmerückstellfähig ist, oder wärmerückstellfähig gemacht werden kann, oder das wärmezurückgestellt ist, und das ein organisches Polymer umfaßt, das ausreichend fein verteilte elektrisch leitende Partikel darin dispergiert besitzt, so daß das Element leitend wird und

(b) wenigstens zwei Elektroden, die in Berührung mit dem Element sind und die nach dem Anschließer, an eine elektrische Stromquelle Strom durch das Element schicken, wobei wenigstens eine der Elektroden verformbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Elektrode von einem Metallblech mit mehreren darin befindlichen öffnungen gebildet wird, daß die öffnungen im Querschnitt länglich und geschlossen sind und daß sie sich miteinander derart überlappen, daß sich wenigstens eine Abmessung des Bleches bei einer Formänderung der öffnungen ändert.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei verformbare Elektroden vorgesehen sind, und daß das Element zwischen den Elektroden in Form eines warmschrumpfenden Flächengebildes liegt.

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INSPECTED

3- Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbaren Elektroden im wesentlichen in der Ebene die gleichen Abmessungen wie das warmschrumpfende Flächengebilde haben.

4. Gegenstand nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß er in Form eines warmschrumpfenden Rohres bzw. Rohrstückes ausgebildet ist.

5- Gegenstand nach Anspruch 2 oder 3» dadurch g e kennz eichnet, daß er bandförmig ausgebildet ist.

6. Gegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, da£ wenigstens ein Teil des Elementes (a) ein Heißleiterverhalten (PTC-Verhalten) hat, so daß der Strom im wesentlichen nicht durch das Element bei einer bestimmten Schalttemperatur fließt, die 0 bis 25°C höher als die Rückstelltemperatur des Elementes ist.

7. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Schicht mit Heißleiterverhalten umfaßt, die zwischen zwei Schichten angeorndet ist, von denen eine (a) ein konstantes Wattleistungsverhalten bei Temperaturen unterhalb der Schalttemperatur der Heißleiterschicht und die andere (b) wenigstens eine verformbare Elektrode hat, die damit in Kontakt steht.

8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 2 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß er einen äußeren Isoliermantel besitzt, der selbsthaftend ist, wenn

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der Gegenstand auf seine Rücksteiltemperatur erwärmt wird.

9. Verfahren zum Aufbringen einer Ummantelung auf einen Gegenstand, dadurch gekennz eichnet, daß:

(1) ein wärmerückstellbarer Gegenstand nach einem der vorhergehenden Ansprüche in die Nähe des Gegenstandes gebracht wird, und

(2) die Elektroden des Gegenstandes mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden, wobei sich der Gegenstand zurückstellt. - - .