STOFF IN FORM EINES GEWIRKTEN, GEWEBTEN ODER VLIESäHNLICHEN KLEDUNGSTEILS FUR EINE ¹ SITZFLäCHE ODER FüR EINE TEXTILE FLäCHE ODER FüR EIN TEXTILES ELEMENT

Die Erfindung betrifft einen Stoff in Form eines gewirkten, gewebten oder vliesähnlichen Kleidungsteils oder für eine Sitzfläche oder für eine textile Fläche oder für ein textiles Element mit in diesem integrierten oder daran angebrachten oder ganz oder teilweise daraus gebildeten Fasern oder Faserbündeln, die eine Vielzahl von Kunststofffilamenten aufweisen, welche auf ihrer Oberfläche eine leitfähige Beschichtung tragen.

Zur Herstellung von elektrischen Leiterbahnen in Textilien werden in immer stärkerem Umfang Kunststofffasern oder -fäden verwendet, die mit einer Metallschicht ummantelt sind. Diese Art der Leiter verwendet in erster Linie thermoplastische Kunststoffe als Kern, auf denen eine Gold- oder Silberauflage aufgebracht wird. Mit diesen Materialien ist es möglich, hoch flexible, reiß- und biegewechselfähige Leiter und Litzen herzustellen, die als Signal-, Stromzuführungs- oder Heizleiter eingesetzt werden können.

Leiter, wie sie vorstehend beschrieben sind, sind in der DE 10 2004 011 514 A1 beschrieben.

Insbesondere Leiter mit Durchmessern, die kleiner als 20 μm sind, erreichen die Flexibilität und Biegewechselfähigkeit von reinen textilen Fasern.

Leiterstrukturen, der vorstehenden Art, haben den Nachteil, dass der Einsatz in Textilen, die höheren Temperaturen ausgesetzt sind, nur bedingt möglich ist, da die verwendeten Kunststoffe nur bis ca. 200 ⁰ C temperaturstabil sind. Für Anwendungen in Textilien, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, beispielsweise in Schutzbekleidungen gegen Feuer und in Textilien zur Abschirmung gegen Strahlungswärme, sind diese Leiter folglich ungeeignet.

Setzt man dagegen fluorhaltige Kunststoffe (FEP, PTFE) ein, die Temperaturen im Bereich von 300 bis 400 ⁰ C standhalten, so ergibt sich zwar eine verbesserte Temperaturstabilität, jedoch ist die Zugfestigkeit dieser Kunststoffe so gering, dass die gewünschte Lebensdauer in Textilien, die ständigen Bewegungen ausgesetzt sind, nicht erreicht werden kann. Die Verwendung von Aramiden könnte zwar dieses Problem beheben, allerdings würde die Haftung eines Leitermaterials auf der Faseroberfläche des Aramides ungenügend sein, so dass die Biegewechselfähigkeit in Verbindung mit einem konstanten elektrischen Leitwert nicht erreicht werden kann.

Eine Lösung dieses Problems wird in der DE 102 06 336 A1 beschrieben, die sich mit elektrischen Heizelementen für Sitzheizungen und Lenkradheizungen befasst. Es werden unter anderem Heiz- und Zuleitungen angegeben, bei denen der Kern aus Stahl besteht, so dass ein solcher Leiter für höhere Temperaturen, wie beispielsweise für Heizleiter, einsetzbar ist. Derartige Drähte sind als Kern-Mantel-Drähte bekannt. Offensichtlich ist die Haftung zwischen dem Stahlkern und einem Leitermaterial, wie z.B. Kupfer, für Anwendungen ausreichend, bei denen diese Leiter zum Einsatz kommen, beispielsweise in tex- tilen Materialien, die ständigen Bewegungen ausgesetzt sind. Derartige Leiter sind allerdings, im Vergleich zu Leitern mit einem. Kunststoffkern, durch die sehr harten und wenig flexiblen Stahlkerne sowie die bei dieser Technik verwendeten Durchmesser der Einzelfäden nachteilig. übliche Verfahren der Ziehtechnik, um Kem-Mantel-Drähten zu bilden, lassen kaum Durchmesser von weniger als 30 μm zu, so dass diese Art der Leiter wegen ihrem Durchmesser von minimal 30 μm nur bedingt geeignet ist. Besteht der Kern aus Metall, so ergibt sich weiterhin ein Problem aufgrund des recht hohen spezifischen Gewichts der Faser im Vergleich zu reinen textilen Strukturen, was gerade Anwendungen, die einen hohen Materialeinsatz fordern, problematisch macht.

Eine andere Lösung sind galvanisch oder mittels Vakuumbedampfung ummantelte Stahl- filamente. Die rohen Stahlfilamente, d.h. solche ohne Beschichtung, sind dabei aus der US 3,472,289 bekannt; solche Stahlfilamente erreichen zum heutigen Zeitpunkt minimale Durchmesser von bis zu 8 μm. Das umgebende Mantel-Material kann Nickel, Gold, Silber oder ein anderes leitfähiges Metall sein. Zwar konnte die Flexibilität gegenüber einem Kern-Mantel-Leiter mit einem Durchmesser von 30 μm erheblich gesteigert werden, doch

ergeben sich durch den zähen Stahlkern und das recht hohe spezifische Gewicht immer noch gravierende Unterschiede zu reinen textilen Fasern.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik, und insbesondere von einem Stoff der eingangs beschriebenen Art, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stoff derart auszubilden, dass er die anhand des Stands der Technik dargelegten Nachteile nicht aufweist und insbesondere in Verbindung mit in oder an Textilien angebrachten, elektrischen Systemen einsetzbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, flexible, mit Metall beschichtete Fasern in unterschiedlichen Arten von Stoffen für Textilen zu integrieren und dadurch Haltbarkeit, Lebensdauer, Temperaturbeständigkeit und elektrische Eigenschaften so einzustellen, dass ein Gebrauch in einer mechanisch und thermisch oder optisch hoch belasteten Umgebung möglich ist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Stoff der eingangs genannten Art, dadurch gelöst, dass die Kunststofffilamente aus Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol) mit einem überzug aus einer leitfähigen Schicht gebildet sind. Diese Kunststofffilamente mit leitfähigem überzug können zu Faserbündeln zusammengefasst werden. Jedes Faserbündel umfasst dabei eine entsprechende Anzahl an Kunststofffilamenten aus Poly(p-phenylene- 2,6-benzobisoxazol). Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol), auch in abgekürzter Form als p-phenylene-2,6-benzobisoxazol, oder PBO, bezeichnet, hat einen fast doppelt so hohen Elastizitätsmodul wie übliche Aramidfasern. In Verbindung mit der hohen Zugfestigkeit von ca. 5,5 bis 6,0 GPA, was etwa der 10-fachen Zugfestigkeit von Stahl entspricht, können Stoffe, die ganz oder teilweise aus diesen Fasern gebildet sind, sehr vorteilhaft in mechanisch hoch belasteten Textilien eingesetzt werden. Geeignete Beschichtungsmaterialien, die eingesetzt werden können, sind prinzipiell alle Metalle, insbesondere aber Silber oder Nickel, wobei Nickel bei Hochtemperaturanwendungen und unter elektrochemischer Belastung (Elektrokorrosion) in Verbindung mit Salzlösungen (Natriumchlorid) Vorteile zeigt. Derartige Belastungen treten vor allem durch Körperschweiß in Kleidung und Sitzflächen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, auf.

Es wurde in überraschender Weise festgestellt, dass die Haftung von Metallen auf Poly(p- phenylene-2,6-benzobisoxazol)-Filamenten gegenüber Materialien wie Polyester oder Po- Iy- amid sehr stark verbessert ist und die Fasern somit widerstandsfähiger sind. Die Ursache hierfür wird hauptsächlich in der Oberflächenbeschaffenheit der Fasern und der gerin-

gen Bruchdehnung von ca. 4 % in Verbindung mit der Zugfestigkeit gesehen. Bei derart geringer Bruchdehnung erfolgt eine Ermüdung der Metallschicht und damit eine Rissbildung erheblich später.

Weiterhin wird ein Nachteil der Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol)-Filamente, nämlich die Zersetzung unter ultravioletter Strahlung, insbesondere durch die Metallschicht, wirksam verhindert.

In einer Ausgestaltung des Stoffs werden mehrere Fasern oder Faserbündel so angeordnet, dass sie, sich nicht berührend, parallel zueinander verlaufen. Hierbei können die Fasern oder Faserbündel wellenförmig, parallel zueinander verlaufend angeordnet werden.

Die Fasern oder Faserbündel aus den Kunststofffilamenten, die aus Poly(p-phenylene-2,6- benzobisoxazoO-Filamenten gebildet sind, können auf einer Basisfläche aufgestickt oder in die Maschen einer solchen Basisfläche eingewirkt werden. Hierdurch können elektrische Zuleitungen realisiert werden, bei denen es notwendig ist, Hin- und Rückleiter getrennt und parallel zu führen, da sichergestellt werden muss, dass sich diese unter Bewegung nicht berühren.

Die Fasern oder Faserbündel können als elektrische Zuleitungen für in Kleidungsteile oder Sitzflächen integrierte elektrische Verbraucher dienen.

Eine besonders sichere Führung der Fasern oder Faserbündel ist mittels Sticktechnik zu erreichen, bei der die Nähfäden das Faserbündel auf dem Textil fixieren.

Weiterhin können die Fasern oder Faserbündel als Heizleiter ausgelegt werden. Dies ist möglich, da die beschichteten Fasern oder Faserbündel eine Temperaturstabilität bei Temperaturen von bis zu 600 ⁰ C gewährleisten können. Die Anschlüsse und damit die hohe Zahl der Einzelfilamente können einfach mittels Löttechnik verbunden werden, da die Schmelztemperatur beispielsweise dann, wenn Zrnn zum Verlöten eingesetzt wird, weit unter der Zersetzungstemperatur der Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol)-Filamente liegt.

Die Fasern sind je nach Querschnitt als Heizleiter, Zuleitung oder in dünnerer Form zum übertragen von Daten geeignet. Somit ist es möglich, über die Fasern oder Faserbündel

sowohl die Versorgung elektrischer Verbraucher als auch eine elektrische Datenübertragung zu den Verbrauchern vorzunehmen.

Um Kurzschlüsse zu verhindern, können die mit Metall beschichteten Einzelfilamente zusätzlich mit einer isolierenden Lackschicht überzogen werden. Geeignete Lacke sind solche auf der Basis von Polyurethan oder Polyimid. Insbesondere Lackschichten aus Polyurethan können im heißen Lötzinnbad bei ca. 400 ⁰ C entfernt werden, wodurch gleichzeitig alle Filamente verbunden werden, ohne die Fasern zu zerstören.

Auch können für eine Isolation die einzelnen Fasern oder die Faserbündel eine äußere elektrische Isolationsschicht tragen. Eine solche äußere Isolationsschicht kann auch durch eine Lackschicht gebildet werden; vorzugsweise wird hierfür Polyurethan verwendet.

Da die geringe Dehnung der Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol)-Filamente in der Regel unter der Dehnung von gängigen textilen Fasern liegt, ist es vorteilhaft, diese wellenförmig und parallel auf oder in der Ebene der textilen Fläche zu führen.

Auch ist es möglich, die Fasern oder Faserbündel in einer engen, gitterähnlichen Struktur verlaufen zu lassen, so dass eine homogene, leitfähige Fläche gebildet wird. Ordnet man die leitfähigen Fasern in einer solchen Gitterstruktur an, können elektrische und elektromagnetische Felder wirksam abgeschirmt werden. Die Vorteile der beschichteten Poly(p- phenylene-2,6-benzobisoxazol)-Filamente sind in erster Linie eine flexible Abschirmung bei hohen Temperaturen, wie sie zum Beispiel in elektrisch gesteuerten oder überwachten Verbrennungsmaschinen auftreten.

Die Fasern oder Faserbündel können dazu eingesetzt werden, Drucksensoren für eine Sitzbelegungs- oder Berührungserkennung, die in die Sitzfläche oder in Kleidungsteile integriert sind, untereinander zu verbinden, und können auch als Verbindung mit einem Hauptanschluss dienen.

Auch ist es möglich, dass die Fasern oder Faserbündel dazu einzusetzen, Lüftermotore zur Belüftung, die an dem Sitz oder einem Kleidungsteil angebracht sind, untereinander verbinden, und können auch als Verbindung mit einem Hauptanschluss dienen.

Stoffe, wie sie vorstehend beschrieben sind, können als integraler Bestandteil von Feuerwehr-, Polizei- oder Militärbekleidung verwendet werden.

Auch können solche Stoffe als Abschirmung gegen elektromagnetische und elektrische Felder für Hochtemperaturanwendungen über 200 ⁰ C verwendet werden.

Schließlich sind solche Stoffe als Schutz gegen schnell fliegende Projektile in Umgebungen unter ultravioletter Bestrahlungsbelastung, insbesondere für Schutzwesten oder für Fahrzeugpanzerungen, einsetzbar. Es hat sich gezeigt, dass eine mit Metall beschichtete Faserstruktur die Zersetzung der Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol)-Filamente unter UV-Licht, wie dieses zum Beispiel im Sonnenlicht vorhanden ist, wirksam unterbinden kann und so die Schutzeinrichtung langzeitstabil halten kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Figur 1 einen Ausschnitt eines Flächenheizelements,

Figur 2 ein Element mit in gitterförmiger Struktur angeordneten Fasern oder Faserbündeln,

Figur 3 ein mattenformiges Heizelement mit einem mäanderförmigen Heizleiter,

Figur 4 einen Querschnitt eines einzelnen Fadens mit Kunststofffilamenten, die durch einen überzug umhüllt sind, und

Figur 5 einen Querschnitt, durch ein Faserbündel, das durch eine isolierende Hülle umgeben ist.

In Figur 1 ist ein Flächenheizelement 1 gezeigt, bei dem Heizleiter 2 in Form von Kunststofffilamenten, die aus Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol) gebildet sind und einen metallischen überzug aufweisen, verwirkt sind und eine Heizfläche oder Heizmatte 3 bilden. An den zwei gegenüberliegenden Randbereichen der Heizmatte 3 befinden sich Kontaktleiter 4, 5, die der Stromzu- und -abführung dienen. Diese Kontaktleiter 4, 5 sind

aus Faserbündeln gebildet, wobei jedes Faserbündel aus mehreren Fasern, jede Faser aus einer Vielzahl von Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol)-Filamenten, auch mit einem metallischen überzug, zusammengesetzt ist. Sowohl die Heizleiter 2 als auch die Kontaktleiter 4, 5 stehen somit über den metallischen überzug in leitendem Kontakt miteinander.

Figur 2 zeigt ein Flächenelement 6 mit in gitterförmiger Struktur auf einem Trägerstoff 7 angeordneten Fasern oder Faserbündeln 8, die über deren metallischen überzug in elektrischem Kontakt miteinamder stehen. Dieses Flächenelement kann beispielsweise als abschirmendes Teil eingesetzt werden.

Figur 3 zeigt ein mattenformiges Heizelement 9 mit einem mäanderförmig verlaufenden Heizleiter 10, der durch einen Isolationsüberzug isoliert ist.

In Figur 4 ist eine einzelne Faser 1 1 dargestellt, die einen Kern aus mehreren Kuststofffi- lamenten 12, die aus Poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazol) gebildet sind, aufweist. Die Kunststofffilamente 12 sind jeweils mit einem Metallüberzug versehen. Der Kern bzw. das Filament-Bündel 12 ist mit einem elektrisch nicht leitfähigen überzug 13 versehen.

Figur 5 zeigt ein Faserbündel 14, das aus mehreren einzelnen Fasern 15 zusammengesetzt ist, die durch eine Ummantelung 16 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, beispielsweise einer Lackschicht aus Polyurethan, umgeben sind. Bei den einzelnen Fasern 15 kann es sich um solche Fasern handeln, die in Figur 4 dargestellt sind, also demnach solche, die mit einer Isolationsschicht 13 versehen sind; es ist aber auch möglich, die einzelnen Fasern ohne einen überzug einzusetzen.