DISPOSITIVO DE AQUECIMENTO, RESPECTIVO MÉTODOS DE IMPRESSÃO

E UTILIZAÇÃO

Campo técnico

O presente pedido descreve circuitos de aquecimento compostos por materiais condutores metálicos e/ou não metálicos em forma de filmes finos, impressos em substratos flexíveis, ou rígidos.

Estado da técnica

No documento WO2007021528A1 é divulgado um método para fabrico de dispositivos de aquecimento eléctrico flexíveis e não flexíveis. Contudo este documento não apresenta evidências de que estes dispositivos sejam fabricados pelas técnicas de impressão e/ou revestimento mencionadas neste pedido. A impressão dos dispositivos em sistemas rolo a rolo e/ou folha a folha, sobre substratos flexíveis e/ou rígidos também não é evidenciado. 0 documento mencionado apresenta uma forma de efectuar a conexão de um sistema resistivo a bus bar metálicos perfurados, podendo este ser um tecido ou não tecido, um filme ou uma malha. Desta forma não é reivindicada uma forma de fabricar um dispositivo de aquecimento impresso, mas sim uma forma de efectuar as conexões do sistema resistivo às respectivas bus bars .

No documento WO2007076506A1 é divulgado um sistema para descongelamento efectivo de uma janela plástica a qual inclui um painel plástico transparente, uma grelha de aquecimento que inclui uma pluralidade de linhas de aquecimento que estão integradas no painel de plástico e meios de equalização das correntes eléctricas que atravessam cada uma das linhas. Contudo este documento não apresenta a mesma geometria/estrutura/forma apresentada neste pedido, nem a possibilidade de processar estes sistemas nos substratos flexíveis já mencionados e/ou substratos rígidos como betão e/ou cerâmicos e/ou aglomerados de madeira. O material resistivo referido no documento é também diferente do apresentado no presente pedido, não sendo indicado em nenhuma revindicação a sua utilização. À parte da serigrafia, os métodos de processamento mencionados no presente pedido também gozam de novidade, quando conjugados com substratos flexíveis e/ou rígidos já mencionados, na fabricação destes sistemas de aquecimento.

No documento W09715171A2 é divulgado um sistema de aquecimento eléctrico por resistência com uma camada de aquecimento eléctrica capaz de ser aquecida por corrente eléctrica, consistindo numa mistura de partículas de grafite e elementos de ligação endurecedores e capazes de serem operados a uma temperatura de superfície mínima. Contudo este documento não apresenta a mesma geometria/estrutura/forma apresentada neste pedido, nem a possibilidade de processar estes dispositivos em sistemas rolo a rolo utilizando substratos flexíveis. 0 material resistivo referido no documento, nomeadamente a grafite, é também diferente do apresentado no presente pedido. À parte da serigrafia, os métodos de processamento mencionados no presente pedido também gozam de novidade, quando conjugados com os substratos flexíveis e/ou rígidos já mencionados, na fabricação destes sistemas de aquecimento. Sumário

0 presente pedido descreve um dispositivo de aquecimento impresso compreendido por:

- bus bars que compreendem materiais com resistividades de folha compreendidas entre os 5 e os 40 mQ/sq/mil; pistas impressas que compreendem materiais com resistividades de folha compreendidas entre os 10 e os 100 Ω/sq/mil;

- conexões impressas entre os módulos dos circuitos de aquecimento ;

- um substrato flexível ou rígido.

Numa forma de realização preferencial, é acoplado um sistema electrónico de controlo ao dispositivo de aquecimento impresso, o qual é compreendido por:

- uma fonte de alimentação para os circuitos;

- sensores de temperatura para monitorização;

- sistema de controlo de temperatura electrónico;

filme de barreira para a protecção eléctrica e mecânica .

Numa outra forma de realização preferencial, as bus bars impressas no dispositivo de aquecimento impresso apresentam comprimentos que variam entre os 50 e os 5000 mm.

Ainda numa outra forma de realização preferencial, as pistas impressas no dispositivo de aquecimento impresso apresentam um comprimento que poderá variar entre os 40 e os 200mm, uma largura compreendida entre 2,5 e 15 mm e uma espessura que está compreendida entre os 2 e os 100 μιη. Numa forma de realização preferencial, a distância entre as bus bars impressas no dispositivo de aquecimento impresso está compreendida entre 40 e 100 mm.

Numa outra forma de realização preferencial, a distância entre as pistas impressas no dispositivo de aquecimento impresso está compreendida entre 2,5 e 15 mm.

Ainda numa outra forma de realização preferencial, o substrato flexível do dispositivo de aquecimento impresso é efectuado em politeraftalato de etileno (PET) , e/ou polietileno naftalato (PEN) , e/ou cortiça, e/ou poliolefina termoplástica (TPO) , e/ou malhas revestidas com filmes polimérico .

Numa forma de realização preferencial, o substrato rígido do dispositivo de aquecimento impresso é efectuado em betão, e/ou vidro, e/ou cerâmicos, e/ou aglomerados de madeira tipicamente compatíveis com sistemas folha a folha.

Numa outra forma de realização preferencial, os materiais utilizados na impressão das pistas e/ou filmes resistivos do dispositivo de aquecimento impresso compreendem a seguinte composição:

- grafite (10-15 % em peso);

- negro de fumo (10-15 % em peso);

- monometil de éter do dipropileno glicol (60-65 ~6 em peso)

- bisfenol-a-epicloridrina (15-20 % em peso);

- destilados do petróleo (5-15 % em peso) .

Ainda numa outra forma de realização preferencial, os materiais utilizados na impressão de pistas condutoras do dispositivo de aquecimento impresso compreendem a seguinte composição :

- alumínio (60-85% em peso) ou prata (60-90 % em peso) ou cobre (60-90% em peso);

- metil-2-metoxietoxi) propanol (20-30% em peso);

- acetato de 2- (2etóxietóxil) etilo (7-10% em peso).

É ainda divulgado no presente pedido, o método para a impressão num sistema folha a folha em substratos flexíveis e/ou rígidos do dispositivo de aquecimento impresso descrito compreendido pelos seguintes passos:

- Impressão da pasta de carbono e/ou material compósito de carbono para as pistas e/ou filmes resistivos sobre o substrato flexível e/ou rígido;

- Cura térmica do padrão e/ou filme de carbono e/ou material compósito de carbono a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos ;

- Impressão das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio sobre o substrato flexível e/ou rígido;

Cura térmica das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos.

É ainda divulgado no presente pedido, o método para a impressão num sistema rolo a rolo em substratos flexíveis do dispositivo de aquecimento impresso compreendido pelos seguintes passos:

Impressão das pistas e/ou filmes de carbono e/ou material compósito de carbono para as pistas e/ou filmes resistivos a velocidades compreendidas entre os 0,1 e os 10 m/min sobre o substrato flexível; Cura térmica do padrão e/ou filme de carbono e/ou material compósito de carbono a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C a velocidades compreendidas entre os 0,1 e os 10 m/min;

- Impressão das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a velocidades compreendidas entre os 0,1 e os 10 m/min sobre o substrato flexível;

Cura térmica das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C a velocidades compreendidas entre os 0,1 e os 10 m/min .

É ainda divulgado no presente pedido, o método de impressão pela tecnologia de rotogravura num sistema rolo a rolo para obtenção do dispositivo de aquecimento impresso compreendido pelos seguintes passos:

Impressão das pistas e/ou filmes de carbono e/ou material compósito de carbono para as pistas e/ou filmes resistivos no substrato flexível, a velocidades compreendidas entre os 0,1 e 1 m/min;

Cura térmica do padrão e/ou filme de carbono e/ou material compósito de carbono a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C a velocidades compreendidas entre os 0,1 e 1 m/min;

- Impressão das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio no substrato flexível, a velocidades compreendidas entre os 0,1 e 1 m/min;

Cura térmica das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C a velocidades compreendidas entre os 0,1 e 1 m/min . É ainda divulgado no presente pedido, o método de impressão pela tecnologia de jacto de tinta num sistema folha a folha para obtenção do dispositivo de aquecimento impresso compreendido pelos seguintes passos:

Elaboração do desenho digital do circuito de aquecimento que se pretende imprimir;

Impressão das pistas e/ou filmes de carbono e/ou material compósito de carbono para as pistas e/ou filmes resistivos no substrato flexível e/ou rígido; Cura térmica do padrão e/ou filme de carbono e/ou material compósito de carbono a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C durante 10 a 20 minutos ;

- Impressão das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio no substrato flexível no substrato flexível e/ou rígido ;

Cura térmica das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos.

É ainda divulgada no presente pedido, a utilização do dispositivo de aquecimento no aquecimento de pavimentos interiores e exteriores, em cadeiras, sofás e bancos, em especial nos assentos e apoios para pés e braços e ainda em portas e tabliers de viaturas.

Descrição Geral

O presente pedido descreve dispositivos de aquecimento cujos elementos essenciais são: materiais de baixa condutividade eléctrica (resistivos) responsáveis pelo aquecimento do circuito, materiais de elevada condutividade eléctrica utilizados nas bus bars dos circuitos de aquecimento e pelas conexões entre os módulos dos circuitos de aquecimento e um substrato flexível, como por exemplo politeraftalato de etileno (PET) e/ou polietileno naftalato (PEN) e/ou cortiça e/ou poliolefina termoplástica (TPO) e/ou malhas revestidas com filmes poliméricos, ou substratos rígidos como betão e/ou vidro e/ou cerâmicos e/ou aglomerados de madeira através de técnicas de impressão por serigrafia e/ou rotogravura e/ou impressão por jacto de tinta em sistemas rolo a rolo e/ou folha a folha. Os circuitos podem ser laminados e/ou revestidos com diferentes materiais após a sua impressão para protecção eléctrica e mecânica, dependendo da aplicação final pretendida. Como aplicação final na construção civil são utilizados para o aquecimento de pavimentos interiores e exteriores, sendo também utilizados em cadeiras, sofás e bancos na área do mobiliário. Na indústria aeronáutica são utilizados em assentos e apoios para os pés e para os braços. Na indústria automóvel são utilizados em assentos, apoios de braços, portas e tabliers.

Como referido, os dispositivos de aquecimento são compostos por materiais metálicos e/ou não metálicos e/ou compósitos, utilizados como condutores de corrente e como sistemas resistivos. A conjugação destes dois tipos de materiais permite o aquecimento da estrutura através do conhecido efeito de Joule. No circuito impresso fluí uma corrente eléctrica regulável, cujo valor é dependente da tensão eléctrica aplicada e da resistência do circuito impresso à passagem de corrente eléctrica. Por sua vez, a passagem de corrente eléctrica dá origem ao aquecimento das pistas resistivas previamente dimensionadas aquando da projecção do circuito eléctrico. O dimensionamento das pistas condutoras e das pistas resistivas do sistema permite calibrar e dimensionar o circuito para a obtenção de diferentes temperaturas, modos de funcionamento, tensões e correntes de operação. Desta forma, garante-se a total adaptabilidade destes circuitos a sistemas externos de alimentação eléctrica.

O aquecimento dos materiais, ou a libertação de energia térmica por parte destes, é consequência do trabalho realizado pelo transporte de cargas eléctricas no material durante um determinado período de tempo. Desta forma, os dispositivos agora divulgados compreendem três geometrias/designs/formatos diferentes, apresentando diferentes vantagens, sendo de realçar a possibilidade de se obter uma maior área de aquecimento e/ou a oportunidade de efectuar o seccionamento do circuito à dimensão pretendida em duas direcções diferentes, sem perda de qualquer funcionalidade. A temperatura obtida na superfície do circuito impresso depende da tensão eléctrica aplicada aos terminais do mesmo, das dimensões das suas respectivas linhas, da espessura dos filmes impressos, do substrato em que é impresso, dos materiais utilizados no seu processamento, do tipo de associação, i.e. se é em série e/ou em paralelo, entre os vários circuitos impressos, do meio em que é embebido e/ou laminado e/ou impresso o circuito de aquecimento e da temperatura ambiente. Efectuando a conjugação ideal dos parâmetros anteriormente mencionados, obtêm-se circuitos de aquecimento impressos cuja temperatura superficial está compreendida entre os 30 e os 80 °C, podendo estes valores ser controlados através do circuito electrónico de controlo associado.

O dimensionamento eléctrico do circuito electrónico de controlo e das geometrias/designs/formatos dos circuitos impressos de aquecimento é projectado em função da área que se pretende aquecer, das propriedades dos materiais a utilizar e da tensão eléctrica disponível para efectuar a alimentação eléctrica do circuito. Para além dos pontos anteriormente referidos, e de forma a proceder ao correcto dimensionamento eléctrico dos circuitos de aquecimento, efectua-se o mesmo com base na potência por área pretendida. Tendo como base este valor é possível proceder ao cálculo dimensional das pistas de material resistivo, nomeadamente da sua largura, comprimento e espessura, e consequentemente do seu valor de resistência eléctrica, permitindo desta forma prever o valor de energia dissipada pelo circuito em forma de calor. Para o correcto dimensionamento eléctrico é necessário ter presente os valores de resistividade eléctrica dos materiais após a sua impressão .

A potência dos circuitos de aquecimento impressos varia com o dimensionamento eléctrico previamente efectuado, estando os valores obtidos compreendidos entre os 100 e os 350 W/m ² .

O encapsulamento dos circuitos de aquecimento impressos em substratos flexíveis e/ou rígidos, é efectuado através da laminagem, e/ou termocolagem, e/ou slot die, e/ou doctor blade, e/ou knife-over-edge, e/ou serigrafia, e/ou spray, de um material polimérico curável por UV e/ou temperatura. De todos os métodos de encapsulamento apresentados, a utilização de técnicas como slot die e/ou doctor blade e/ou knife-over-edge apresenta uma novidade em relação aos métodos já conhecidos para substratos flexíveis e/ou rígidos. Os principais objectivos do encapsulamento é a protecção do circuito contra, a abrasão e a humidade, e o isolamento eléctrico do sistema. 0 sistema electrónico de controlo regula a temperatura do sistema em função da temperatura previamente definida pelo utilizador. Este sistema é integrado entre a fonte de alimentação e o circuito de aquecimento impresso, regulando assim a intensidade de corrente e/ou o tempo de aplicação de tensão eléctrica ao circuito de aquecimento. Este sistema electrónico de controlo é constituído por: uma fonte de alimentação para os circuitos, sensores de temperatura para monitorização, sistema de controlo de temperatura electrónico, filme de barreira para a protecção eléctrica e mecânica.

Este tipo de dispositivos cuja finalidade de aplicação é o aquecimento, apresentam várias vantagens como o baixo peso, pouca espessura e uma elevada flexibilidade, podendo ser facilmente laminados com outro tipo de materiais. Uma vez que são colocados perto das superfícies a aquecer, a potência dissipada à superfície será menor, resultando em menores consumos energéticos em relação a outros sistemas de aquecimento convencionais.

Breve descrição das figuras

Para uma mais fácil compreensão da técnica juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais que, contudo, não pretendem limitar o objeto do presente pedido.

A Figura 1 ilustra um esquema do circuito de aquecimento composto por pistas de carbono e/ou material compósito e duas bus bars de prata e/ou material metálico, em que os números de referência ilustram: 1 - material compósito de carbono e/ou carbono;

2 - bus bar;

3 - bus bar.

A Figura 2 ilustra um circuito de aquecimento composto por pistas de carbono e/ou material compósito com maiores dimensões e três bus bars de prata e/ou material metálico, em que os números de referência ilustram:

1 - material compósito de carbono e/ou carbono;

2 - bus bar.

A Figura 3 ilustra um circuito de aquecimento composto por um filme continuo de carbono e/ou material compósito e bus bars perpendiculares de prata e/ou material metálico, impressas nas duas faces do filme de carbono e/ou material compósito, em que os números de referência ilustram:

1 - material compósito de carbono e/ou carbono;

2 - bus bar.

Descrição pormenorizada

A utilização de dois tipos de materiais com propriedades físicas e/ou químicas e/ou eléctricas distintas, tem como objectivo a possibilidade de se obter diferentes valores de resistividades eléctricas após o seu processamento. Como materiais resistivos são utilizadas pastas de carbono e/ou materiais compósitos de carbono, passíveis de serem processados pela tecnologia de serigrafia, e/ou rotogravura e/ou impressão por jacto de tinta. Este tipo de materiais é utilizado devido à sua resistividade de folha mais elevada, cujo valor está compreendido entre 10 e ΙΟΟΩ/sq/mil, de forma a possibilitar uma elevada eficiência no aquecimento através do efeito Joule. Devido à sua elevada resistência, o dimensionamento de circuitos longos apresenta algumas limitações devido à perda de tensão eléctrica que se verifica ao longo destes, influenciando assim o aquecimento pretendido .

Com o objectivo de diminuir a resistência eléctrica de circuitos com maiores dimensões, são impressas pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio, tipicamente denominadas por bus bars, ao longo dos circuitos. Estes materiais condutores apresentam baixas resistividades de folha, cujo valor está compreendido entre os 5 e os 40 mQ/sq/mil e, desta forma, não dissipam muita energia por efeito de Joule. Através desta configuração as bus bars transportam corrente eléctrica de forma uniforme até aos vários terminais das pistas de carbono e/ou material compósito de carbono, permitindo assim a libertação uniforme de energia térmica ao longo das várias pistas do material resistivo utilizado .

O dimensionamento dos circuitos de aquecimento está desenvolvido, tendo como base a resistividade eléctrica dos materiais utilizados e as tensões eléctricas que são tipicamente utilizadas nas várias aplicações onde podem ser embebidos. O circuito de aquecimento impresso é alimentado por tensão eléctrica DC (corrente contínua) ou AC (corrente alternada) , podendo o seu valor ser regulado de forma a controlar a temperatura deste, ou do ambiente em que este se encontra embebido. O tipo de tensão eléctrica aplicada aos circuitos varia com os produtos finais pretendidos, podendo ser DC para soluções de aquecimento cuja aplicação final pretendida está relacionada com a aeronáutica, a indústria automóvel e mobiliária, ou AC para soluções relacionadas com a construção civil. A utilização dos circuitos de aquecimento impressos é possível nesta gama de tensões eléctricas, através da utilização de um transformador AC-DC que permita a conversão de corrente alternada em corrente contínua.

A temperatura de funcionamento dos circuitos impressos pode ser monitorizada e controlada através da colocação de sensores de temperatura em contacto com estes. Os dados adquiridos são registados e/ou tratados pelo circuito electrónico em que estes estão inseridos, permitindo desta forma o controlo da temperatura em tempo real. De forma a controlar e/ou monitorizar os circuitos de aquecimento impressos efectua-se a associação destes a um circuito "on/off" que permite ligar e/ou desligar o circuito, mantendo desta forma a temperatura na sua superfície entre um valor máximo e um valor mínimo.

Numa outra forma de controlo da temperatura na superfície do circuito de aquecimento impresso, é possível a associação de um circuito que permite o controlo de corrente que fluí pelo circuito, tendo este como base os valores adquiridos pelos sensores de temperatura cuja colocação foi previamente efectuada na sua superfície.

Dada a vasta gama de aplicações existentes para este tipo de circuitos de aquecimento, é necessário proceder à utilização de diferentes tipos de conectores, de forma a não danificar o circuito de aquecimento. Estes são utilizados para a condução de corrente eléctrica e/ou sinal entre o sistema de controlo, a fonte de alimentação e os diferentes circuitos e/ou componentes que compõe o sistema. Para este efeito são utilizados conectores metálicos cuja aplicação pode ser efectuada por crimping e/ou soldadura permitindo o encaixe rápido, e/ou fitas metálicas condutoras com propriedades adesivas cuja aplicação pode ser efectuada através de colagem, e/ou fios metálicos condutores fixados no substrato por crimping, soldadura ou ambos .

Em seguida são apresentadas três geometrias/designs/formatos com base nos mesmos princípios de funcionamento, variando no entanto na funcionalidade e nas dimensões dos circuitos de aquecimento, as quais não pretendem limitar o objecto do presente pedido.

Geometria 1

Nesta geometria são impressas duas pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio denominadas bus bars (2,3), e pistas perpendiculares compostas por carbono e/ou material compósito de carbono (1) . Nesta geometria a tensão eléctrica é aplicada às bus bars, não havendo um aquecimento significativo por parte do material condutor utilizado, devido à sua baixa resistividade eléctrica. A corrente eléctrica fluí entre as dois bus bars através das pistas de carbono e/ou material compósito de carbono (1) que, como possuem uma resistência eléctrica elevada, geram uma maior dificuldade à passagem da corrente eléctrica que as pistas de prata, gerando desta forma a libertação de um maior valor de energia térmica através do efeito de Joule.

Nesta geometria são utilizadas bus bars (2,3) impressas com comprimentos que variam entre os 50 e os 5000 mm. Para comprimentos superiores ao máximo mencionado verifica-se uma queda de tensão eléctrica que afecta o normal funcionamento dos circuitos de aquecimento. As larguras destas pistas estão compreendidas entre 2,5 e 15 mm, e a sua espessura varia entre os 2 e os 100 μιη.

A distância entre as bus bars (2,3), varia entre os 40 e os lOOmm, devendo este valor ser dimensionado de acordo com as especificações das pistas de carbono e/ou material compósito de carbono. Dependendo das dimensões, as bus bars possuem uma resistência eléctrica total compreendida entre os 0,1 e os 10Ω, estando a resistividade de folha do material impresso compreendida entre os 5 e os 40 mQ/sq/mil .

Nesta geometria as pistas de carbono e/ou material compósito de carbono (1) impressas, possuem um comprimento que poderá variar entre os 40 e os lOOmm, uma largura entre os 2,5 e os 15mm, e uma espessura compreendida entre os 2 e os ΙΟΟμιη.

A distância entre as pistas de carbono e/ou material compósito de carbono (1), é igual ao valor da largura das pistas de carbono e/ou material compósito de carbono impressas, podendo variar assim entre 2,5 e 15mm.

Dependendo das dimensões, as pistas de carbono e/ou material compósito de carbono possuem uma resistência eléctrica total compreendida entre os 0,5 e os 8ΚΩ, estando a resistividade de folha do material impresso compreendida entre os 10 e os 100 Ω/sq/mil.

Geometria 2

Nesta geometria são impressas pistas de carbono e/ou material compósito (1) com o dobro do comprimento das pistas impressas da geometria apresentada na Figura 1, e por três bus bars de prata e/ou cobre e/ou alumínio (2) . Esta geometria permite o aquecimento de uma área superior mantendo a temperatura uniforme em toda a superfície, seguindo o princípio de funcionamento presente na geometria ilustrada na Figura 1. Nesta geometria o terminal positivo da fonte de alimentação é aplicado às bus bars exteriores e o terminal negativo aplicado à bus bar interior.

Nesta geometria são utilizadas bus bars (2) impressas com comprimentos que variam entre os 50 e os 5000 mm. Para comprimentos superiores ao máximo mencionado verifica-se uma queda de tensão eléctrica que afecta o normal funcionamento dos circuitos de aquecimento. As larguras destas pistas estão compreendidas entre 2,5 e 15 mm, e a sua espessura varia entre os 2 e os 100 μιη.

A distância entre as bus bars (2), varia entre os 40 e os lOOmm, devendo este valor ser dimensionado de acordo com as especificações das pistas impressas de carbono e/ou material compósito de carbono.

Dependendo das dimensões, as bus bars impressas possuem uma resistência eléctrica total compreendida entre os 0,01 e os 10Ω, estando a resistividade de folha do material impresso compreendida entre os 5 e os 40 mQ/sq/mil.

Nesta geometria as pistas de carbono e/ou material compósito de carbono (1) impressas, possuem um comprimento que poderá variar entre os 80 e os 200mm, uma largura entre os 2,5 e os 15mm, e uma espessura compreendida entre os 2 e os ΙΟΟμιη. A distância entre as pistas de carbono e/ou material compósito de carbono (1) impressas, é igual ao valor da largura das pistas de carbono e/ou material compósito de carbono, variando por este motivo entre 2,5 e 15mm.

Dependendo das dimensões, as pistas de carbono e/ou material compósito de carbono impressas possuem uma resistência eléctrica total compreendida entre os 1 e os 16ΚΩ, estando a resistividade de folha do material impresso compreendida entre os 10 e os 100 Ω/sq/mil.

Geometria 3

Nesta geometria são impressas bus bars de prata e/ou cobre e/ou alumínio (2), sendo posteriormente impresso um filme continuo de carbono e/ou material compósito de carbono (1) . Sobre o filme de carbono e/ou material compósito de carbono são impressas bus bars de prata e/ou cobre e/ou alumínio perpendiculares às previamente impressas. O principal objectivo da geometria utilizada na impressão de bus bars perpendiculares é permitir o posterior corte dos circuitos impressos em duas direcções diferentes, sem que haja qualquer interrupção na condução de corrente eléctrica através das bus bars. Desta forma é garantido que, independentemente do corte que se efectuar, haverá condução de corrente eléctrica pelas bus bars superiores e/ou inferiores. A utilização de um filme contínuo de carbono e/ou material compósito de carbono, tem como principal vantagem a elevada uniformidade térmica obtida ao longo de toda a superfície do dispositivo. No entanto, este dispositivo não é tão flexível como os dispositivos compostos por pistas de carbono e/ou material compósito. Nesta geometria são utilizadas bus bars (2) impressas com comprimentos que variam entre os 50 e os 500 mm. Para comprimentos superiores ao máximo mencionado verifica-se uma queda de tensão eléctrica que afecta o normal funcionamento dos circuitos de aquecimento. As larguras destas pistas estão compreendidas entre 2,5 e 15 mm, e a sua espessura varia entre os 2 e os 100 μιη.

A distância entre as bus bars (2) impressas, varia entre os 40 e os lOOmm, devendo este valor ser dimensionado de acordo com as especificações das pistas de carbono e/ou material compósito de carbono impressas.

Dependendo das dimensões, as bus bars impressas possuem uma resistência eléctrica total compreendida entre os 0,01 e os 35Ω, estando a resistividade de folha do material impresso compreendida entre os 5 e os 40 mQ/sq/mil.

Nesta geometria o filme de carbono e/ou material compósito de carbono (1) impresso, possui um comprimento que poderá variar entre os 80 e os 200mm, uma largura entre os 2,5 e os 15mm, e uma espessura compreendida entre os 2 e os ΙΟΟμπι.

Dependendo das dimensões, os filmes de carbono e/ou material compósito de carbono impressos possuem uma resistência eléctrica total compreendida entre os 10 e os 2000Ω, estando a resistividade de folha do material impresso compreendida entre os 10 e os 100 Ω/sq/mil.

Técnica de deposição

Os dois materiais que compõe os circuitos de aquecimento são impressos por serigrafia, e/ou rotogravura, e/ou impressão por jacto de tinta em sistemas rolo a rolo e/ou folha a folha, sendo a tecnologia de impressão escolhida, adaptada ao substrato utilizado.

Na tecnologia de serigrafia, a tinta é forçada a passar para o substrato através de um quadro que se encontra perfurado com o padrão que se pretende imprimir, sendo este constituído por poliéster ou metal. De forma a forçar a passagem da tinta, é utilizado um rodo composto por uma borracha natural ou sintética, normalmente policloropreno ou poliuretano flexível. 0 processo de impressão dos circuitos de aquecimento pela tecnologia de serigrafia, pode ser efectuada em sistemas folha a folha e/ou rolo a rolo. De seguida são apresentados os passos para a impressão num sistema folha a folha em substratos flexíveis e/ou rígidos:

1. Impressão da pasta de carbono e/ou material compósito de carbono para as pistas e/ou filmes resistivos sobre o substrato flexível e/ou rígido;

2. Cura térmica do padrão e/ou filme de carbono e/ou material compósito de carbono a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos ;

3. Impressão das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio sobre o substrato flexível e/ou rígido;

4. Cura térmica das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos.

A impressão dos circuitos de aquecimento num sistema rolo a rolo, em substratos flexíveis segue os seguintes passos:

1. Impressão das pistas e/ou filmes de carbono e/ou material compósito de carbono para as pistas e/ou filmes resistivos a velocidades compreendidas entre os 0,1 e os 10 m/min sobre o substrato flexível;

2. Cura térmica do padrão e/ou filme de carbono e/ou material compósito de carbono a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C a velocidades compreendidas entre os 0,1 e os 10 m/min;

3. Impressão das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a velocidades compreendidas entre os 0,1 e os 10 m/min sobre o substrato flexível;

4. Cura térmica das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C a velocidades compreendidas entre os 0,1 e os 10 m/min;

As dimensões dos circuitos impressos, e das pistas que os compõe, são definidas pelo quadro utilizado para efectuar a impressão. Nesta técnica a quantidade de material que é impresso é definido pelas características do quadro e pelos parâmetros de processamento utilizados. A cura do material após a impressão é feita em estufas/fornos com ventilação.

Na tecnologia de rotogravura em sistemas rolo a rolo, o padrão que se pretende imprimir é previamente gravado num cilindro de aço inox. Posteriormente este é forçado a passar num banho com a tinta e/ou pasta que se pretende imprimir, de forma a garantir que todo ele fica revestido por esta. Antes de se proceder à impressão, a tinta e/ou pasta em excesso que permanece na superfície do rolo não gravado é retirada através de uma lâmina metálica (ou um tecido) que se encontra em contacto permanente com a superfície do rolo. Uma contra pressão hidrodinâmica é exercida sobre a lâmina, sendo esta causada principalmente pelo ângulo de contacto desta, da velocidade de compressão e da viscosidade do material utilizado, posteriormente o padrão gravado é impresso no substrato flexível que se encontra em movimento no sistema rolo a rolo.

0 processo de impressão dos circuitos de aquecimento pela tecnologia de rotogravura num sistema rolo a rolo em substratos flexíveis, segue os seguintes passos:

1. Impressão das pistas e/ou filmes de carbono e/ou material compósito de carbono para as pistas e/ou filmes resistivos no substrato flexível, a velocidades compreendidas entre os 0,1 e 1 m/min;

2. Cura térmica do padrão e/ou filme de carbono e/ou material compósito de carbono a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C a velocidades compreendidas entre os 0,1 e 1 m/min;

3. Impressão das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio no substrato flexível, a velocidades compreendidas entre os 0,1 e 1 m/min;

4. Cura térmica das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C a velocidades compreendidas entre os 0,1 e 1 m/min .

Na tecnologia de impressão por jacto de tinta o padrão a imprimir é previamente desenhado em formato digital sendo posteriormente enviada a informação através de impulsos eléctricos para a cabeça de impressão do equipamento, cujo funcionamento é baseado em transdutores e/ou actuadores piezoeléctricos. Esta é responsável pela impressão dos materiais condutores metálicos e/ou materiais resistivos não metálicos. 0 processo de impressão dos circuitos de aquecimento pela tecnologia de impressão por jacto de tinta num sistema folha a folha em substratos flexíveis e/ou rígidos segue os seguintes passos:

1. Desenho digital do circuito de aquecimento que se pretende imprimir;

2. Impressão das pistas e/ou filmes de carbono e/ou material compósito de carbono para as pistas e/ou filmes resistivos no substrato flexível e/ou rígido;

3. Cura térmica do padrão e/ou filme de carbono e/ou material compósito de carbono a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos ;

4. Impressão das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio no substrato flexível e/ou rígido;

5. Cura térmica das pistas de prata e/ou cobre e/ou alumínio a temperaturas compreendidas entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos.

Materiais

A impressão dos circuitos de aquecimento pode ser efectuada em substratos flexíveis como politeraftalato de etileno (PET) , e/ou polietileno naftalato (PEN) , e/ou cortiça, e/ou poliolefina termoplástica (TPO) , e/ou malhas revestidas com filmes poliméricos, tipicamente compatíveis com sistemas rolo a rolo, ou substratos rígidos como betão, e/ou vidro, e/ou cerâmicos, e/ou aglomerados de madeira tipicamente compatíveis com sistemas folha a folha. Estes substratos resistem à temperatura de cura dos materiais metálicos e não metálicos, habitualmente compreendida entre 100 e 150°C com um tempo de exposição a temperatura compreendido entre os 10 e os 20 minutos, que constituem os circuitos de aquecimento . Os materiais resistivos não metálicos utilizados são à base de pastas de carbono e/ou materiais compósitos de carbono. Estes possuem uma viscosidade compreendida entre os 5 e os 250 Pa.S, uma resistividade de folha compreendida entre os 10 e os 100 Ω/sq/mil, e são curados termicamente a uma temperatura compreendida entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos.

Os materiais utilizados na impressão dos padrões resistivos possuem na sua composição grafite (10-15 % em peso) e/ou negro de fumo (10-15 % em peso) e/ou monometil de éter do dipropileno glicol (60-65 % em peso) e/ou bisfenol-a- epicloridrina (15-20 % em peso) e/ou destilados do petróleo (5-15 % em peso) sendo as suas percentagens alteradas com o intuito de obter as resistividades eléctricas pretendidas. A utilização de destilados do petróleo é opcional, no entanto a sua introdução permite a obtenção de uma maior estabilidade eléctrica, mecânica e química do material desenvolvido após a sua impressão e cura. Aquando a sua introdução dever-se-á reduzir o mesmo valor percentual ao bisfenol-a-epicloridina.

Os materiais condutores metálicos utilizados são à base de prata e/ou cobre e/ou alumínio. Estes possuem uma viscosidade compreendida entre os 5 e os 200 Pa.S, uma resistividade de folha compreendida entre os 5 e os 40 mQ/sq/mil, e são curados termicamente a uma temperatura compreendida entre os 100 e os 150°C, durante 10 a 20 minutos .

Os materiais utilizados na impressão das pistas condutoras possuem na sua composição alumínio (60-85% em peso) ou prata (60-90 % em peso) ou cobre (60-90% em peso) e/ou metil-2-metoxietoxi) propanol (20-30% em peso) e/ou acetato de 2- (2etóxietóxil) etilo (7-10% em peso), sendo as suas percentagens alteradas com o intuito de obter as resistividades eléctricas pretendidas.

O material utilizado na tela de serigrafia é composto por polietileno tereftalato (PET) e/ou metal, possuindo entre 50 e 110 fios por centímetro cujos diâmetros podem variar entre os 30 e os 60 ym.

Como objectos finais são obtidos circuitos de aquecimento impressos por serigrafia e/ou rotogravura e/ou impressão por jacto de tinta em sistemas folha a folha e/ou rolo a rolo, em substratos flexíveis e/ou rígidos. Os circuitos de aquecimento impressos, são compostos por materiais metálicos e/ou não metálicos, como prata e/ou alumínio, e/ou cobre e/ou carbono e/ou materiais compósito de carbono e possuem três geometrias/designs/formatos para aquecimento de diversos tipos de superfícies. Os circuitos apresentados apresentam diferentes vantagens, sendo de realçar a possibilidade de se obter uma maior área de aquecimento e/ou a oportunidade de efectuar o seccionamento à dimensão pretendida do circuito em duas direcções diferentes, sem perda de qualquer funcionalidade.

A temperatura obtida na superfície dos circuitos impressos depende da tensão eléctrica aplicada aos terminais do mesmo, das dimensões do circuito impresso e das suas respectivas linhas, da espessura dos filmes impressos, do substrato em que é impresso, dos materiais utilizados no seu processamento, do tipo de associação (série ou paralelo) entre os vários circuitos impressos e do ambiente em que é embebido e/ou laminado e/ou impresso o circuito de aquecimento .

Este tipo de dispositivos cuja finalidade de aplicação é o aquecimento, apresentam várias vantagens como o baixo peso, pouca espessura e uma elevada flexibilidade, podendo ser facilmente laminados com outro tipo de materiais. Uma vez que são colocados perto das superfícies a aquecer, a potência dissipada à superfície será menor, resultando em menores consumos energéticos em relação a outros sistemas de aquecimento.