Ziel der Entwicklung
Flexible Heizfolien mit PTC-Eigenschaften sind für vielfältige Anwendungen von Interesse. Neben einem ausreichend kleinen Widerstand, um die benötigten Heizleistungen zu generieren, ist ein PTC-Verhalten des Materials wünschenswert. Der PTC-Effekt (positive temperature coefficient) bewirkt eine starke Zunahme des Widerstands mit der Temperatur infolge der erzeugten Stromwärme und damit eine Begrenzung der umgesetzten Leistung. Dadurch ist es möglich beispielsweise eine bestimmte Temperatur selbsttätig, das heißt ohne externe elektronische Regelung einzustellen und somit empfindliche Güter, Personen oder die Heizung selbst vor Überhitzung zu schützen. Gleichzeitig passt sich die Heizung dem aktuellen Wärmebedarf an (hohe Leistung bei niedrigen Temperaturen und umgekehrt). Darüber hinaus lässt sich die PTC-Eigenschaft auch als Überstromschutz nutzen, wodurch zum Beispiel die Sicherheit der Heizung bei eventuellen Kurzschlüssen gewährleistet ist.
Vorteile und Lösungen
Im Ergebnis des Projekts konnten Folien aus verschiedenen hochleitfähigen Polymerkompositen mit Ruß als Leitfähigkeitsadditiv durch Extrusion im Doppelschneckenextruder erfolgreich hergestellt werden. Dabei wurden die Materialzusammensetzung (Füllgrad, Leitfähigkeitsadditive, Matrixpolymere) und die Verarbeitungsbedingungen variiert. Mit spezifischen Widerständen bei Raumtemperatur zwischen 10 cm und 500 cm und Widerstandsänderungen zwischen 240 Prozent und 800 Prozent bei Erwärmung auf 80°C steht damit für Heizanwendungen eine Palette von Polymerkompositen mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen bereit, aus denen man je nach Anwendungsfall auswählen kann. Die Folien besitzen eine hohe Zyklenfestigkeit, sind thermoplastisch gut verarbeitbar und hinterspritzbar.
Zielgruppe und Zielmarkt
Flexible Heizfolien mit PTC-Eigenschaften können zum Beispiel für elektrische Fußboden- und Wandheizungen, Fahrzeugheizungen (E-Mobil, Schienenfahrzeuge), Aquarien-, Wasserbetten-, Operationstisch-, Sensor-, Spiegel-, Behälter-, Schuhsohlen-, Sitzheizungen und vieles andere mehr verwendet werden. Dabei passt sich die Heizleistung selbstregulierend dem aktuellen Wärmebedarf an. Zu Beginn des Aufheizprozesses, wenn die Temperatur des zu beheizenden Objekts noch niedrig ist, ist die Heizleistung hoch, während sie sich mit steigender Temperatur dem nunmehr verringerten Bedarf anpasst. Ebenso wird eine höhere Heizleistung bereitgestellt, wenn die Wärmeverluste zunehmen. Es lassen sich je nach Erfordernis anfängliche Heizleistungen von einigen Hundert Watt/m² bis zu 2 kW/m² und mehr realisieren. Durch geeignete Auswahl der PTC-Polymere und Anpassung der geometrischen Abmessungen kann man Flächenheizungen für die jeweils verfügbaren Betriebsspannungen in einem weiten Bereich von wenigen Volt bis zu einigen Hundert Volt realisieren.
