DE102008036101A1

DE102008036101A1 - Textiles Material und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102008036101A1
Application number: DE102008036101A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Schindler; John Anthony Dr. Peters
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft industriell gefertigte textile Materialien (10, 10'), die mindestens eine elektrisch leitende Struktur (4, 4') in Form mindestens eines Musters, insbesondere in Form einer Antenne, aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin unterschiedliche Verfahren zur Herstellung eines textilen Materials und unter Verwendung eines textilen Materials gebildete Formkörper.

Description

Die Erfindung betrifft ein textiles Material mit einer elektrisch leitenden Struktur sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Als textiles Material werden hierbei industriell gefertigte Textilien, insbesondere in Form von Gewirken, Gestricken, Geweben oder Vliesstoffen angesehen.
Gewirke, auch Gewirk- oder Wirkwaren genannt, sind aus einem oder mehreren Garnen durch Maschenbildung auf einer Wirkmaschine industriell hergestellte Textilien. Sie gehören zu den Maschenwaren, wobei man zwischen Kulierwirkware und Kettenwirkware unterscheidet. Kulierwirkware wird als Rund- oder Flachwirkware und somit als Schlauch oder Meterware hergestellt, wobei mit nur einem Garnfaden gestrickt wird. Kettenwirkware hingegen wird mit vielen Garnfäden entsprechend der Anzahl der Maschen, die die Wirkware am Ende haben soll, hergestellt. Gestricke sind eine Unterart von Gewirken.
Ein Gewebe ist aus rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig verkreuzten Garnfäden bzw. Garnen gebildet. Die Garnfäden in Längsrichtung bezeichnet man als Kette oder Kettfäden. Die quer dazu verlaufenden Garnfäden heißen Schuss oder Schussfäden. Verbunden sind die Garnfäden durch die Verbindungsart Fadenverkreuzung. Der Begriff Fadenverkreuzung bedeutet nicht, dass Fäden kreuzend aufeinander liegen, sondern, dass Fäden in einem bestimmten Rhythmus, der Bindung genannt wird, über und unter den dazu querliegenden Fäden geführt sind. Die Anzahl an Kett- und Schussfäden, nach welchen sich die Bindung wiederholt, bezeichnet man als Rapport. Die meisten Gewebe sind einlagige Gewebe mit jeweils nur einem Kett- und einem Schussfadensystem. Werden gleichzeitig mehrere Kett- oder Schussfadensysteme verwendet, spricht man von verstärkten Geweben.
Vliesstoffe sind im Gegensatz zu Geweben, Gestricken und Gewirken nicht aus Garnen, sondern aus einzelnen Fäden oder Fasern gebildet, deren Lage sich nur mit den Methoden der Statistik beschreiben lässt. Vliesstoffe werden unter anderem nach dem Faden- oder Fasermaterial, dem Bindungsverfahren, der Faden- oder Faserart (Stapel- oder Endlosfasern), der Faden- oder Faserfeinheit und der Faden- oder Faserorientierung unterschieden. Die Fäden oder Fasern können dabei definiert in einer Vorzugsrichtung abgelegt sein oder gänzlich stochastisch orientiert sein.
Textile Materialien mit elektrisch leitenden Strukturen, insbesondere in Form von Leiterbahnen oder Antennen, sind bereits bekannt.
So offenbart die DE 101 55 935 A1 ein intelligentes Etikett, das einen textilen Träger aufweist, in welchem flexible draht- und/oder fadenartige elektrische Leiter eingewebt sind. Dabei ist zumindest ein elektronisches Bauelement mit einer Anschlussstelle des Leiters elektrisch verbunden. Eine bevorzugte Verwendung des eingewebten Leiters als Antenne eines Transpondersystems (RFID-Tags) wird ebenfalls beschrieben. Es werden insbesondere komplette Kett- oder Schussfäden eines Gewebes durch einen Feindraht ersetzt und einzelne Drähte spiralförmig miteinander verbunden, um eine Antenne auszubilden.
Die DE 10 2004 003 4612 A1 beschreibt ein textiles Material mit einem HF-Transponder, welcher ein Schaltungsmodul und eine damit verbundene Antenne umfasst, wobei eine Herstellung einer Antennenspule in dem textilen Material mittels Stick- oder Webtechnik offenbart ist.
Die WO 2005/071605 A2 beschreibt ein Textilmaterial mit einem HF-Transponder, welcher ein Schaltungsmodul und eine damit verbundene Antenne umfasst. Die Antenne besteht vollständig aus elektrisch leitfähigen Bestandteilen des Textilmaterials. Dabei werden elektrisch leitende Schuss- und Kettfäden eingesetzt, die an ihren Kreuzungspunkten elektrisch leitend und/oder kapazitiv verbunden sind, wobei zur Stabilisierung der Verbindung auch Knotenbildung eingesetzt wird.
Die WO 2006/029543 A1 beschreibt ein Bandgewebe mit einem eingearbeiteten Antennenfaden für einen RF-Transponder. Dabei wird der Antennenfaden gleichzeitig mit der Herstellung des Grundgewebes mäanderförmig oder zick-zack-förmig auf dem Grundgewebe angeordnet.
Nachdem die bisher bei der Herstellung eines textilen Materials mit elektrisch leitenden Strukturen eingesetzten, zumindest bereichs- oder abschnittsweise elektrisch leitenden Fäden oder auch Metalldrähte in einem industriellem Wirk- oder Webverfahren verarbeitet werden müssen, ist es erforderlich, dass diese einen ähnlichen Durchmesser aufweisen wie ein Garn oder Garne zur Bildung des textilen Materials. Der Durchmesser von solchen Fäden oder Garnen liegt üblicherweise in einem Bereich von einigen Mikrometern bis zu einem Millimeter, selten auch einigen Millimetern. Großflächigere oder durchgehende elektrisch leitende Strukturen, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, können mit derartigen Fäden oder Drähten auf oder in einem textilen Material aber nicht ausgebildet werden.
Zu diesem Zweck wurden bisher andere Verfahren eingesetzt, die ebenfalls bereits bekannt und nachfolgend beschrieben sind.
Die DE 101 45 750 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Metallschicht auf einem Trägerkörper, welcher durch ein textiles Material gebildet sein kann. Auf eine Oberfläche des Trägerkörpers werden leitfähige Partikel aufgebracht, so dass diese an dem Trägerkörper fixiert sind und nachfolgend der Trägerkörper inklusive der Partikel in einem galvanischen Bad unter Ausbildung einer Metallschicht im Bereich der Partikel durch chemisch stromlose und/oder galvanische Abscheidung metallisiert wird. Dabei wird insbesondere die Bildung von strukturierten Metallschichten in Form von Antennen- oder Flachspulen beschrieben, welche in sogenannten Kontaktlos-Chipkarten oder RFID-Tags eingesetzt werden.
Die DE 10 2005 043 242 A1 beschreibt eine Dispersion zum Aufbringen einer Metallschicht auf ein elektrisch nicht leitfähiges Substrat, welches durch Textilien bereitgestellt sein kann. Die Dispersion wird auf dem Substrat aufgetragen, getrocknet und in einem galvanischen Bad chemisch stromlos und/oder galvanisch Metall darauf abgeschieden. Es werden damit Leiterbahnstrukturen und insbesondere Antennen, wie RFID-Antennen, Transponder-Antennen usw., gebildet.
Die Haftung von derart gebildeten Metallbeschichtungen auf einem textilen Material hat sich hierbei häufig als mangelhaft erwiesen. So dringen auf eine Oberfläche eines textilen Materials aufgebrachte elektrisch leitfähige Partikel oder Dispersionen enthaltend elektrisch leitende Stoffe oft nicht weit genug in das textile Material ein, so dass lediglich die Oberfläche des textilen Materials in Verbindung mit der Metallbeschichtung steht und sich somit bei stärkerer Beanspruchung ablösen kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein textiles Material bereitzustellen, das eine elektrisch leitende Struktur aufweist, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und gleichzeitig für eine stärkere Beanspruchung geeignet ist. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen textilen Materials bereitzustellen.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Folienkörpers mit einer elektrisch leitenden Struktur, der unter Verwendung eines textilen Materials gebildet wird, sowie einen derartigen Folienkörper anzugeben.
Die Aufgabe wird für ein textiles Material mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur in Form mindestens eines Musters, wobei das textile Material aus mindestens einem Faden gebildet ist, der in Bereichen seiner Fadenoberfläche elektrisch leitend ausgebildet ist, wobei die elektrisch leitenden Bereiche in Summe dem mindestens einen Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur entsprechend oder im wesentlichen entsprechend angeordnet sind, gelöst, indem der mindestens eine Faden in seinen elektrisch leitenden Bereichen mindestens eine chemisch stromlos und/oder galvanisch abgeschiedene Metallbeschichtung aufweist, wobei die elektrisch leitenden Bereiche des mindestens einen Fadens und die mindestens eine Metallbeschichtung zusammen die mindestens eine elektrisch leitende Struktur bereitstellen.
Die Aufgabe wird für ein weiteres textiles Material mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur in Form mindestens eines Musters, wobei das textile Material aus mindestens einem elektrisch isolierenden ersten Faden und mindestens einem zweiten Faden gebildet ist, der zumindest in Bereichen seiner Fadenoberfläche elektrisch leitend ausgebildet ist, wobei die elektrisch leitenden Bereiche in Summe dem mindestens einen Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur entsprechend oder im wesentlichen entsprechend angeordnet sind, gelöst, indem der mindestens eine zweite Faden in seinen elektrisch leitenden Bereichen mindestens eine chemisch stromlos und/oder galvanisch abgeschiedene Metallbeschichtung aufweist, wobei die elektrisch leitenden Bereiche des mindestens einen zweiten Fadens und die mindestens eine Metallbeschichtung zusammen die mindestens eine elektrisch leitende Struktur bereitstellen.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen textilen Materials werden somit zwei, bisher nur getrennt verwendete Verfahren in Kombination eingesetzt. So wird das textile Material hergestellt, indem ein an seiner Fadenoberfläche zumindest bereichsweise elektrisch leitender Faden verarbeitet wird. Dieser ist somit integraler Bestandteil des textilen Materials und unlösbar mit diesem verbunden. Eine Entfernung des zumindest bereichsweise elektrisch leitenden Fadens würde eine Auflösung oder zumindest teilweise Zerstörung des textilen Materials nach sich ziehen.
Es wurde nun überraschender Weise festgestellt, dass es möglich ist, die in einem textilen Material vorhandenen, elektrisch leitenden Fäden oder Bereiche von Fäden in einem elektrolytischen Bad chemisch stromlos und/oder galvanisch, d. h. unter Beaufschlagung mit Strom, mit mindestens einer Metallbeschichtung zu verstärken. Dies war umso erstaunlicher, da nicht damit gerechnet wurde, dass die elektrisch leitenden Fäden oder Bereiche von Fäden aufgrund ihrer komplizierten und verschlungenen Anordnung und Lage im textilen Material ohne weiteres mit Metall beschichtet werden könnten.
So ist es gelungen, die elektrische Leitfähigkeit eines elektrisch leitenden Fadens oder Bereichs eines Fadens im bereits fertigen textilen Material noch zu erhöhen. Damit konnten elektrisch leitende Bereiche aufweisende Fäden mit einer Fadendicke eingesetzt werden, die sich besonders einfach und unkompliziert zu oder in das textile Material ver- oder einarbeiten lassen, ohne bereits bei der Herstellung des textilen Materials eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit bereitstellen zu müssen. Weiterhin können nun auch großflächigere elektrisch leitende Strukturen ausgebildet werden, die besonders fest und gut haftend am textilen Material fixiert sind, so dass die Beanspruchbarkeit des erfindungsgemäßen textilen Materials im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen deutlich erhöht ist.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das textile Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs ausgebildet ist, wie sie eingangs bereits beschrieben wurden. Das textile Material kann dabei ein- oder mehrlagig ausgebildet sein. Bei einem mehrlagigen textilen Material werden mehrere Lagen von Gewirken, Gestricken, Geweben, Vliesen usw. hergestellt, übereinander gelegt und miteinander verbunden. Dabei kann die Verbindung durch Laminieren, Vernähen usw. erfolgen. Dabei können auch unterschiedliche Arten von textilen Materialien, wie beispielsweise Gewebe und Gewirke oder Gewebe und Vliesstoffe usw., miteinander kombiniert werden.
Die Verbindung von mehreren Lagen von textilem Material kann dabei bereits vor oder auch nach Ausbilden der mindestens einen Metallbeschichtung erfolgen. Damit können in einfacher Weise dreidimensionale elektrisch leitende Strukturen hergestellt werden, wenn die Ausbildung der Metallbeschichtung nach der Verbindung der Lagen stattfindet und elektrisch leitende Fäden oder Bereiche von Fäden sich über mehrere oder alle Lagen hinweg erstrecken.
Das textile Material kann in einer Richtung bzw. Dimension elektrisch leitend, in einer Fläche bzw. zwei Dimensionen elektrisch leitend oder in einem Volumenabschnitt bzw. in drei Dimensionen elektrisch leitend ausgebildet werden, wobei hier das gewählte Herstellungsverfahren, die Fadenauswahl und die Anordnung der Fäden entsprechend zum Tragen kommt. Wird beispielsweise ein textiles Material in Form eines Gewebes ausgebildet, das elektrisch leitende Kettfäden und elektrisch isolierende Schussfäden aufweist, so ist lediglich in Richtung der Kettfäden eine elektrische Leitfähigkeit vorhanden, usw.
Ein textiles Material kann aus Fäden unterschiedlicher Dicke oder aus Fäden, die abschnittsweise unterschiedliche Dicke aufweisen, aufgebaut werden. Auch Fäden mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften, oder abschnittsweise unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften, können eingesetzt werden
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn das textile Material bzw. eine Lage des textilen Materials unterschiedliche elektrisch isolierende Fäden aufweisen, die sich in ihrer Oberflächenstruktur und/oder Dicke und/oder Form und/oder chemischen Zusammensetzung und/oder Farbe unterscheiden. Elektrisch isolierende Fäden bzw. elektrisch isolierende Bereiche von Fäden können zudem mit nicht elektrisch leitfähigen Pigmenten versehen sein, wie Perlglanzpigmenten, Titaniumoxid, usw. Als Materialien zur Bildung elektrisch isolierender Fäden haben sich Baumwolle, Schurwolle, Kunststofffasern, wie Polypropylen, Nylon, usw. bewährt.
Aber auch die elektrisch leitenden Fäden oder zumindest die elektrisch leitenden Bereiche eines Fadens oder mehrer Fäden können sich im textilen Material oder den Lagen von textilem Material voneinander unterscheiden. So können elektrisch leitende Fäden sich ebenfalls in ihrer Oberflächenstruktur und/oder Dicke und/oder Form und/oder chemischen Zusammensetzung und/oder Farbe unterscheiden. Einzelne elektrisch leitende Bereiche eines Fadens oder mehrerer Fäden können aus unterschiedlichen Materialien und/oder in unterschiedlicher Dicke und/oder Form und/oder Farbe ausgebildet sein, wobei weiterhin eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit vorliegen kann.
Innerhalb eines textilen Materials können einheitlich farblose und/oder einheitlich gefärbte und/oder unterschiedlich gefärbte Fäden zum Einsatz kommen. So lassen sich partielle Einfärbungen und Farbübergänge in einfacher Weise realisieren.
Ein jeder Faden, egal ob elektrisch isolierend oder zumindest bereichsweise elektrisch leitend, kann dabei generell eine lösliche Beschichtung aufweisen, die eine Verarbeitung des Fadens zu einem textilen Material erleichtert und/oder den Faden bei der Herstellung des textilen Materials, gegebenenfalls mit der elektrisch leitenden Struktur, schützt. Nach Bildung des textilen Materials, oder – sofern die lösliche Beschichtung sich nicht in elektrisch leitenden Bereichen befindet, in denen Metall abgeschieden werden soll- auch erst nach Bildung der elektrisch leitenden Struktur, kann die lösliche Beschichtung in einem entsprechenden Lösemittel entfernt werden.
Die eingesetzten Fäden können sich in ihrer Reißfestigkeit und/oder in ihrer Beständigkeit gegen Chemikalien, Licht, Feuchte, Temperatur usw. unterscheiden.
In einem textilen Material eingesetzte Fäden können je nach chemischer Zusammensetzung zudem ein unterschiedliches Verhalten bei Temperaturerhöhung aufweisen, wobei aufschmelzbare Fäden, erweichbare Fäden, klebrig werdende Fäden, nicht erweichbare Fäden, nicht entflammbare Fäden usw. gesondert oder in Kombination zum Einsatz kommen können. So können am fertig gestellten textilen Material bestimmte Bereiche oder Abschnitte mit einem beheizten Werkzeug, wie einem Stempel oder einer Walze, beaufschlagt werden, um je nach vorhandenem Fadenmaterial eine partielle Verdichtung, Verklebung oder Einschmelzung des textilen Materials zu erreichen.
Zudem hat es sich bewährt, wenn das textile Material Bereiche aufweist, in denen mehr Faden pro cm² (= Fadenflächendichte) vorhanden ist als in anderen Bereichen, so dass das textile Material bereichsweise dichter ausgebildet ist. Dies ist insbesondere für elektrisch leitende Bereiche von Vorteil, die mit einer Metallbeschichtung belegt werden sollen.
Für das weitere textile Material hat es sich bewährt, wenn der mindestens eine erste Faden und der mindestens eine zweite Faden zusammen das textile Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs ausbilden. Optional kann mindestens ein weiterer zweiter Faden, der an seiner Fadenoberfläche zumindest teilweise elektrisch leitend ausgebildet ist, in das Gewirk, das Gewebe oder den Vliesstoff eingestickt oder eingenäht sein. Der mindestens eine weitere zweite Faden kann dabei auch dazu verwendet werden, stellenweise ein dichteres und/oder dickeres textiles Material auszubilden und/oder mehrere Lagen von übereinander gelegten, textilen Materialien in der dritten Dimension, also senkrecht zur Fläche des textilen Materials gesehen, miteinander zu verbinden, um dreidimensionale elektrisch leitende Strukturen auszubilden.
Alternativ hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der mindestens eine erste Faden ein textiles Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs ausbildet und der mindestens eine zweite Faden darin eingestickt oder eingenäht ist. Hierbei lassen sich in besonders einfacher Weise die gewünschten Muster realisieren, in denen die elektrisch leitende Struktur ausgebildet werden soll. Auch dichtere und/oder dickere Bereiche im textilen Material lassen sich unkompliziert herstellen.
Das Einsticken oder Einnähen eines zweiten Fadens erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass Abschnitte des zweiten Fadens in einer ersten Richtung parallel nebeneinander zu liegen kommen und dabei nach Möglichkeit unmittelbar aneinander anstoßen oder angrenzen. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn anschließend bereits eingestickte oder eingenähte flächige Abschnitte mit zweitem Faden im rechten Winkel zur ersten Richtung überstickt werden, so dass übereinander und deckungsgleich zueinander zwei oder auch mehr Fadenlagen aus zweitem Faden angeordnet sind. Dabei ist auf der Oberfläche des textilen Materials ein Höhenprofil mit Hilfe des zweiten Fadens generierbar.
Vorzugsweise ist der mindestens eine zweite Faden aus einem Metalldraht oder einem elektrisch leitenden Kunststoff gebildet. Als Metalldraht kommt vorzugsweise Kupferdraht, Silberdraht, Golddraht, Draht aus einer Cu-Legierung oder dergleichen zum Einsatz. Der elektrisch leitende Kunststoff ist insbesondere aus Materialkombinationen mit PEDOT:PSS gebildet. Alternativ kann auch ein Faden aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff, eingesetzt werden, der elektrisch leitende Stoffe oder Partikel, insbesondere Nanopartikel, aufweist und so insgesamt eine elektrische Leitfähigkeit besitzt. Auch die Verwendung eines elektrisch leitenden Kernfadens mit mindestens einer elektrisch leitenden Beschichtung, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit als der Kernfaden aufweist, ist möglich.
Der mindestens eine zweite Faden kann aber ebenso aus einem elektrisch isolierenden oder elektrisch leitenden Kernfaden gebildet sein, der an seiner Oberfläche elektrisch leitende Bereiche in Form einer elektrisch leitenden Beschichtung aufweist, wobei die elektrisch leitende Beschichtung den Kernfaden auf seiner ganzen Länge oder nur in mindestens einem Teilabschnitt seiner Länge und/oder seines Umfangs umhüllt oder bedeckt. Dabei kann der Kernfaden aus einem elektrisch leitenden Material, aus einem elektrisch isolierenden Material, oder einem elektrisch isolierenden Material, das mit elektrisch leitenden Stoffen, wie Graphitpartikeln, imprägniert oder gefüllt ist, gebildet sein. Die elektrisch leitende Beschichtung des Kernfadens ist insbesondere aus Metall, einer Metall-Legierung, einem elektrisch leitfähigen anorganischen Material, wie ITO (Indium-Zinn-Oxid), oder einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, wie PEDOT:PSS, gebildet. Die elektrisch leitende Beschichtung kann dabei einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut sein.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der elektrisch leitende Kunststoff oder der Kernfaden zur Bildung des mindestens einen zweiten Fadens aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist. Dadurch ist es möglich, den zweiten Faden zu erschmelzen und, gegebenenfalls unter Druck, die Fadenstruktur des mindestens einen zweiten Fadens zumindest bereichsweise in eine durchgehende Matrix oder Schicht umzuwandeln. Dies kann vor oder nach Ausbildung der Metallbeschichtung am textilen Material erfolgen.
Es hat sich für das textile Material bewährt, wenn der mindestens eine Faden oder der mindestens eine erste Faden aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist. Dadurch ist es möglich, den ersten Faden ebenfalls zu erschmelzen und, gegebenenfalls unter Druck, die Fadenstruktur des mindestens einen ersten Fadens zumindest bereichsweise in eine durchgehende Matrix oder Schicht umzuwandeln.
Ist ein textiles Material insgesamt aus thermoplastischen Kunststofffäden gebildet, wobei elektrisch isolierende Fäden und elektrisch leitende Fäden zum Einsatz kommen, so kann durch Erschmelzen eines solchen textilen Materials unter Druckeinwirkung ein Folienkörper ausgebildet werden, der besondere Eigenschaften aufweist und weiter unten im Detail erläutert wird. Auf die Ausbildung einer Metallbeschichtung kann vollständig verzichtet werden oder eine Metallbeschichtung erfolgt erst nach der Folienkörperbildung auf elektrisch leitenden Bereichen des Folienkörpers.
Es ist von Vorteil, wenn die elektrisch leitenden Bereiche des mindestens einen Fadens oder des mindestens einen zweiten Fadens auf einer Oberseite und/oder einer Unterseite des textilen Materials zumindest teilweise einen durch Komprimierung des textilen Materials gebildeten, abgeflachten Querschnitt aufweisen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die elektrisch leitende Struktur hinsichtlich Aussehen und/oder elektrischer Leitfähigkeit verbessert werden kann, indem das textile Material geglättet wird. Die Glättung des textilen Materials, vorzugsweise zumindest in dessen elektrisch leitenden Bereichen, in denen die mindestens eine Metallbeschichtung aufgebracht werden soll oder bereits aufgebracht wurde, erfolgt vorzugsweise durch Kalandrieren.
Vorzugsweise wird die mindestens eine chemisch stromlos und/oder galvanisch abgeschiedene Metallbeschichtung aus Kupfer, Nickel, Silber, Gold, Aluminium, Platin, Palladium, Zinn, Zink oder deren Legierungen oder anderen Metallen oder Metall-Legierungen gebildet.
Dabei hat es sich bewährt, wenn die Metallbeschichtung bereichsweise oder vollflächig aus mindestens zwei Metall-Lagen gebildet ist, die aus unterschiedlichen Metallen oder Metall-Legierungen gebildet sind.
Es ist besonders bevorzugt, wenn das textile Material eine elektrisch leitende Struktur aufweist, die in Form einer Antenne, einer Flachspule, einer Leiterbahnstruktur, eines Bauelements oder Teils eines Bauelements (Widerstand, Kondensator, Schwingkreis) zur Abschirmung von magnetischen oder elektrischen Feldern, und dergleichen vorliegt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Materials mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur in Form mindestens eines Musters, insbesondere für ein textiles Material mit mindestens einem Faden, mit folgenden Schritten gelöst:
Bereitstellen mindestens eines Fadens, der aus einem elektrisch isolierenden Kernfaden gebildet ist, der an seiner Oberfläche elektrisch leitende Bereiche in Form einer elektrisch leitenden Beschichtung aufweist, wobei die elektrisch leitende Beschichtung den Kernfaden auf seiner ganzen Länge umhüllt;
Herstellen des textilen Materials aus dem mindestens einen Faden;
Entfernen der elektrisch leitenden Beschichtung in Bereichen des textilen Materials, wobei die verbleibenden elektrisch leitenden Bereiche in Summe so angeordnet werden, dass sie dem mindestens einen Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur entsprechen oder im wesentlichen entsprechen;
In Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche des mindestens einen Fadens mit mindestens einem elektrolytischen Bad zur chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall;
Durchführen der chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall auf den elektrisch leitenden Bereichen unter Ausbildung mindestens einer Metallbeschichtung, wobei die verbliebenen elektrisch leitenden Bereiche des mindestens einen Fadens und die mindestens eine Metallbeschichtung zusammen die mindestens eine elektrisch leitende Struktur ausbilden.
Vorzugsweise wird der mindestens eine Faden zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs verarbeitet, wobei alle bereits oben genannten Möglichkeiten zur Bildung eines textilen Materials auch hier gelten.
Vorzugsweise erfolgt die Entfernung der elektrisch leitenden Beschichtung in Bereichen des textilen Materials durch Ätzen. Dabei wird eine Ätzresist-Zusammensetzung musterförmig in Form der auszubildenden elektrisch leitenden Struktur auf das textile Material aufgebracht und verfestigt. Anschließend wird das textile Material in eine Ätzlösung getaucht, um den elektrisch isolierenden Kernfaden freizulegen bzw. die elektrisch leitende Beschichtung an den Stellen des Kernfadens zu entfernen, an welchen diese nicht durch den Ätzresist geschützt ist. Nachfolgend wird die Ätzresist-Schicht entfernt und das textile Material gegebenenfalls neutralisiert und gewaschen. Die nun musterförmig vorliegende elektrisch leitende Beschichtung kann nun mittels chemisch stromloser und/oder galvanischer Abscheidung mit der mindestens einen Metallbeschichtung versehen und somit verstärkt und auch in sich verbunden werden.
Sofern ein weitgehend strahlungsdurchlässiges textiles Material vorliegt, kann alternativ dazu ein positiver oder negativer Photoresist vollflächig auf das textile Material aufgebracht werden, die Photoresistschicht musterförmig belichtet und der Photoresist entsprechend dem Muster ausgehärtet oder entfernt werden. Ist der Photoresist entsprechend dem Muster der elektrisch leitenden Struktur ausgebildet, kann er analog zu der oben beschriebenen Ätzresist-Schicht eingesetzt werden. Ist der Photoresist invers zu dem Muster der elektrisch leitenden Struktur ausgebildet, so kann unmittelbar die chemisch stromlose und/oder galvanische Bildung der mindestens einen Metallbeschichtung erfolgen. Nachfolgend wird der Photoresist entfernt und das textile Material insgesamt geätzt, bis die nicht mit der Metallbeschichtung belegten elektrisch leitenden Bereiche des Fadens oder der Fäden entfernt sind. Dabei wird zwar die Metallbeschichtung oberflächlich ebenfalls etwas abgetragen, jedoch nicht so weit, dass die Metallbeschichtung wieder ganz entfernt wird. Dazu ist die Dicke der Metallbeschichtung entsprechend hoch, d. h. höher als die der elektrisch leitenden Bereiche, auszubilden, sofern die elektrisch leitenden Bereiche des Fadens oder der Fäden und die Metallbeschichtung, zumindest an ihrer Oberfläche, aus dem gleichen Material gebildet sind. Sind die elektrisch leitenden Bereiche des Fadens oder der Fäden und die Metallbeschichtung, zumindest an deren Oberfläche, aber aus unterschiedlichen Materialien gebildet, so kann die Metallbeschichtung auch dünner ausgebildet sein als die elektrisch leitenden Bereiche, sofern sich das Material, aus dem die Metallbeschichtung gebildet ist, im gewählten Ätzschritt weniger schnell auflöst als das Material, aus dem die elektrisch leitenden Bereiche des Fadens oder der Fäden gebildet sind.
Dieses erste Verfahren ist insofern von Vorteil, da keine unterschiedlichen Fäden zu einem textilen Material verarbeitet werden müssen und weiterhin ausgehend von dem hergestellten, homogenen elektrisch leitfähigen textilen Material nachträglich jedes beliebige Muster zum Aufbau einer elektrisch leitenden Struktur ausgebildet werden kann, indem in bestimmten Bereichen des textilen Materials die elektrisch leitende Beschichtung entfernt wird. Während bei Verwendung von durchgehend, d. h. über ihren gesamten Querschnitt, elektrisch leitenden Fäden bereits bei der Bildung des textilen Materials das Muster der elektrisch leitenden Struktur bekannt sein muss, ist dies bei diesem Verfahren nicht erforderlich, so dass ein örtlicher und/oder zeitlicher Abstand zwischen der Bildung des textilen Materials und der Bildung der musterförmigen elektrisch leitenden Bereiche ohne weiteres möglich ist. Dieses Verfahren ist somit insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Vielzahl unterschiedlicher elektrisch leitender Strukturen benötigt wird und ein schneller Wechsel innerhalb des textilen Materials zu elektrisch leitenden Strukturen mit anderen Mustern möglich sein soll.
Die Aufgabe wird durch ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines textilen Materials mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur in Form mindestens eines Musters, insbesondere für ein textiles Material mit mindestens einem ersten Faden und mindestens einem zweiten Faden, mit folgenden Schritten gelöst:
Bereitstellen mindestens eines elektrisch isolierenden ersten Fadens und mindestens eines zweiten Fadens, der zumindest in Bereichen seiner Fadenoberfläche elektrisch leitend ausgebildet ist;
Herstellen des textilen Materials aus dem mindestens einen ersten Faden und dem mindestens einen zweiten Faden, wobei die elektrisch leitenden Bereiche des mindestens einen zweiten Fadens in Summe so angeordnet werden, dass sie dem mindestens einen Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur entsprechen oder im Wesentlichen entsprechen;
In Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche des mindestens einen zweiten Fadens mit mindestens einem elektrolytischen Bad zur chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall;
Durchführen der chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall auf den elektrisch leitenden Bereichen unter Ausbildung mindestens einer Metallbeschichtung, wobei die elektrisch leitenden Bereiche des mindestens einen zweiten Fadens und die mindestens eine Metallbeschichtung zusammen die mindestens eine elektrisch leitende Struktur ausbilden.
Bei diesem Verfahren muss das gewünschte Muster für die elektrisch leitende Struktur bereits bei der Bildung des textilen Materials bekannt oder im Wesentlichen bekannt sein. Das Verfahren ist somit insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Vielzahl elektrisch leitender Strukturen in identischem Muster benötigt wird und ein schneller Wechsel innerhalb des textilen Materials zu einer elektrisch leitenden Struktur mit einem anderen Muster nicht erforderlich ist.
Dabei werden der mindestens eine erste Faden und der mindestens eine zweite Faden zusammen zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs verarbeitet. Optional kann ein weiterer zweiter Faden in das Gewirk, das Gewebe oder den Vliesstoff eingestickt oder eingenäht werden. Zu den vielfältigen Möglichkeiten der Bildung des textilen Materials wird auf obige Ausführungen verwiesen, die hier ebenso gelten.
Alternativ wird der mindestens eine erste Faden zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs verarbeitet. Anschließend wird der mindestens eine zweite Faden eingestickt oder eingenäht. Die Vorteile dieser Vorgehensweise sind bereits oben beschrieben worden.
Es hat sich bewährt, wenn ein Faden, insbesondere ein elektrisch leitende Bereiche aufweisender Faden, zumindest im Bereich der elektrisch leitenden Bereiche vor der Herstellung des textilen Materials gereinigt und/oder aufgeraut und/oder komprimiert wird. Es hat sich genauso bewährt, wenn das textile Material vor dem in Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche mit mindestens einem elektrolytischen Bad gereinigt und/oder aufgeraut und/oder komprimiert wird. Weiterhin kann zwischen zwei Abscheideprozessen von Metall zur Bildung einer Metallbeschichtung ebenfalls eine derartige Reinigung und/oder Aufrauung und/oder Komprimierung erfolgen. Die Reinigung und/oder das Aufrauen können dabei chemisch und/oder mechanisch erfolgen.
Dadurch lässt sich eine gleichmäßigere und/oder besonders gut anhaftende und/oder großflächigere Abscheidung von Metall auf den elektrisch leitenden Bereichen eines Fadens bzw. eines textilen Materials erreichen.
Die Abscheidung von Metall auf die elektrisch leitenden Bereiche kann bei beiden Verfahren sooft wiederholt werden, bis die gewünschte Dicke und/oder der gewünschte Schichtaufbau der Metallbeschichtung erreicht sind. Bevorzugt ist hier eine Schichtdicke der chemisch stromlos und/oder galvanisch abgeschiedenen Metallbeschichtung im Bereich von 1 bis 200 μm. Im Wesentlichen richtet sich die abzuscheidende Dicke der Metallbeschichtung nach der eingesetzten Fadenstärke, dem Aufbau der leitfähigen Bereiche und der letztendlich gewünschten Leitfähigkeit des auszubildenden Bauelementes. Es sind aus diesem Grund auch andere Dicken einsetzbar, die außerhalb des oben beschriebenen Rahmens liegen.
Generell ist es möglich, die Flächenbelegung der elektrisch leitenden Bereiche bereichsweise mit unterschiedlichen Mengen oder Arten an Metall auszubilden, wobei eine Gradientenbildung erfolgen kann. Ein solcher Gradient, beispielsweise in der chemischen Zusammensetzung der elektrisch leitenden Struktur, kann dabei über die Fläche oder senkrecht zur Fläche der Struktur ausgebildet werden.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das textile Material mit einem Träger verbunden wird, bevor oder nachdem das in Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche mit dem mindestens einen elektrolytischen Bad erfolgt ist. Handelt es sich um einen flexiblen Träger, so ist es möglich, die chemisch stromlose und/oder galvanische Abscheidung von Metall in den elektrisch leitenden Bereichen kontinuierlich in einem kostengünstigen Rolle-zu-Rolle-Verfahren durchzuführen.
Dabei kann das textile Material auf einen Träger laminiert oder gepresst werden, der in Form einer Trägerfolie oder Trägerplatte vorliegt. Dabei können auch beide Seiten der Trägerfolie oder Trägerplatte gleichzeitig als Träger für gleiche oder unterschiedliche textile Materialen, die gleiche oder hinsichtlich des Musters, der Zusammensetzung, der elektrischen Leitfähigkeit usw. unterschiedliche elektrisch leitende Strukturen aufweisen, verwendet werden. Dabei kann eine oder beide Seiten der Trägerfolie oder Trägerplatte ganz oder lediglich bereichsweise mit einem textilen Material versehen werden, wobei ein- oder mehrlagige textile Materialien neben und/oder auf ein- oder mehrlagigen anderen textilen Materialien vorhanden sein können. Dadurch kann ein Oberflächenprofil bzw. Höhenprofil auf dem Träger erzeugt werden.
Eine Trägerplatte oder Trägerfolie kann dabei, bereichsweise oder vollflächig, eine oder mehrere der folgenden Schichten oder Elemente aufweisen:
Farbschichten, Filterschichten, Reflektionsschichten oder Spiegelschichten, Ablöseschichten, Schutzschichten, Kleberschichten, Replizierschichten enthaltend eingeprägte diffraktive Reliefstrukturen zur Ausbildung von Sicherheitsmerkmalen, polymere Solarzellen, usw.
So können in diesem Zusammenhang optische Elemente auf dem Träger mit einem elektrischen Bauelement über das textile Material kombiniert werden, um beispielsweise ein weiteres Sicherheitsmerkmal zu implementieren.
Auf der anderen Seite kann durch Spiegelschichten in anderen Ebenen ein dreidimensionales Bild erzeugt werden, um somit einen optischen Effekt zu erzielen. Zudem können die genannten Schichten oder Elemente einseitig oder beidseitig auf der Trägerfolie oder Trägerplatte vorhanden sein.
Es hat sich dabei aber ebenso bewährt, wenn das textile Material in einem Inmold-Spritzgussverfahren unter gleichzeitiger Ausbildung des Trägers mit dem Träger verbunden wird, bevor oder nachdem das in Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche mit dem mindestens einen elektrolytischen Bad erfolgt ist. Dabei sind im Spritzguss dreidimensional geformte Träger aus Kunststoff mit komplizierten Geometrien realisierbar, die oberflächlich zumindest bereichsweise mit dem textilen Material belegt sind.
Das textile Material mit der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur kann nach seiner Fertigstellung weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt werden, wie einer zumindest bereichsweisen Beschichtung oder Verkapselung, einem Zuschneiden oder Stanzen, gegebenenfalls unter Vereinzelung von elektrisch leitenden Strukturen, der Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung von elektrischen Bauelementen oder Schaltungen mit der elektrisch leitenden Struktur, einer Applikation elektrischer Bauelemente oder Schaltungen auf die mindestens eine elektrisch leitende Struktur oder das textile Material, usw..
Das textile Material eignet sich insbesondere zur Ausbildung von Kleidungsstücken, Möbel- oder Sitzbezügen, Etiketten, Verpackungen, Sicherheitselementen, flexiblen Schaltungen, Abschirmelementen, und dergleichen.
Die Figurendarstellungen 1a bis 2d sollen unterschiedliche Verfahren zur Herstellung eines textilen Materials mit einer elektrisch leitenden Struktur beispielhaft erläutern. So zeigen:
1a bis 1b ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Materials in der Draufsicht; und
2a bis 2d ein Verfahren zur Herstellung eines textilen Materials unter Verwendung eines Ätzresists in der Draufsicht.
1a zeigt in der Draufsicht ein Gewebe 1, das elektrisch isolierende Kettfäden 1a und elektrisch isolierende Schussfäden 1b aus Nylon aufweist. Je nach Handhabbarkeit bzw. Stabilität des Gewebes 1 ist dieses optional auf einer hier nicht gesondert dargestellten Trägerfolie befestigt, die beispielsweise aus PET mit einer Foliendicke im Bereich von 19 bis 23 μm gebildet ist, bereitgestellt. Dabei weist das Gewebe 1 einen elektrisch leitenden Bereich 2 auf, der durch einen in das Gewebe 1 musterförmig eingestickten, elektrisch leitenden Faden aus Kupferdraht gebildet ist.
Das Gewebe 1 kann auch erst nach dem musterförmigen Einsticken des elektrisch leitenden Fadens auf einer Trägerfolie fixiert oder bereichsweise fixiert werden.
Der elektrisch leitende Bereich 2 kann aber alternativ auch unter Verwendung von Kettfäden und Schussfäden gebildet werden, die einen elektrisch isolierenden Kernfaden und darauf bereichsweise eine elektrisch leitende Beschichtung aufweisen. Diese werden so miteinander verwoben, dass der musterförmige elektrisch leitende Bereich 2 im Gewebe 1 ausgebildet wird.
Die Anordnung gemäß 1a wird nun im elektrisch leitenden Bereich 2 in einem elektrolytischen Bad chemisch stromlos mit einer Metallbeschichtung 3 aus Kupfer plattiert. Es wurde folgende Badzusammensetzung und die folgenden Prozessparameter verwendet:

Badbestandteile: CuSO₄; H₂SO₄; Ethanol; H₂O

Spannung: ca. 4,65 V

Strom: ca. 0,22 A

Bad-Temperatur: ca. 30–50°C

Verweilzeit im Bad: ca. 10–25 min
1b zeigt die gebildete Metallbeschichtung 3 aus Kupfer im elektrisch leitenden Bereich 2, die Bestandteil eines textilen Materials 10 mit einer musterförmigen elektrisch leitenden Struktur 4 in Form einer Antenne ist und fest mit dem Gewebe 1 verbunden ist. Die Antenne kann nun ausgestanzt, ausgeschnitten oder in der vorliegenden Form verwendet werden. In Folge kann die Antenne elektrisch an beispielsweise ein elektrisches Bauteil und/oder eine elektrische Schaltung angeschlossen werden.
2a zeigt eine weiteres Gewebe 1', das aus einer einzigen Fadenart gewebt wurde. Es wurden Kett- und Schussfäden verwendet, die einen elektrisch isolierenden Kernfaden aus Nylon und eine den Kernfaden umhüllende, elektrisch leitende Beschichtung aus Kupfer aufweisen. Das Gewebe 1' ist muster- bzw. mäanderförmig mit einer Ätzresist-Schicht 5 bedeckt, welche die elektrisch leitende Beschichtung des Kernfadens umgibt und vor einem chemischen Angriff schützt.
Die Anordnung gemäß 2a wird nun in eine nicht gesondert dargestellte Ätzlösung aus einem Chelatkomplexbildner oder einer Eisenchloridlösung getaucht und die elektrisch leitende Beschichtung in den Bereichen 1'' des Gewebes 1' von den Kernfäden entfernt, in welchen diese nicht von der Ätzresist-Schicht 5 bedeckt und geschützt sind.
Die resultierende Anordnung ist in 2b gezeigt. Es ist nun ein Bereich 1'' des Gewebes vorhanden, der rein aus elektrisch isolierenden Kernfäden gebildet ist. Weiterhin ist ein elektrisch leitender Bereich 2' (siehe 2c) vorhanden, der noch von der Ätzresist-Schicht 5 bedeckt ist.
Nun wird die Ätzresist-Schicht 5 entfernt und der elektrisch leitende Bereich 2' freigelegt. Die resultierende Anordnung ist in 2c dargestellt.
Die Anordnung aus 2c wird nun weiterbehandelt, indem die elektrisch leitende Beschichtung der Kernfäden im Bereich 2' chemisch gereinigt und aufgeraut wird. Anschließend wird die Anordnung galvanisch mit Nickel beschichtet, wobei folgende Badzusammensetzung und die folgenden Prozessparameter verwendet wurden:

Badbestandteile: Nickelchlorid; HCl; H₂O

Spannung: ca. 5,9 V

Strom: ca. 0,22 A

Bad-Temperatur: ca. 35°C

Verweilzeit im Bad: ca. 10–25 min
Es resultiert ein textiles Material 10' gemäß 2d, welches ein Gewebe mit einem elektrisch isolierenden Bereich 1'' und einer elektrisch leitenden Struktur 4' in Form einer mäanderförmigen Leiterbahnstruktur aufweist, die sich aus der elektrisch leitenden Beschichtung der Kernfäden und der galvanisch abgeschiedenen Metallbeschichtung 3' aus Nickel zusammensetzt.
Es sind diverse andere Vorgehensweisen zur Herstellung eines erfindungsgemäßen textilen Materials möglich, die sich dem Fachmann aus der obigen Beschreibung in einfacher Weise erschließen und abwandeln lassen.
Nun soll abschließend noch die Bildung eines Folienkörpers mit einer elektrisch leitenden Struktur erläutert werden, bei der ein textiles Material zum Einsatz kommt, das aus thermoplastischen Kunststofffäden gebildet ist.
Die Aufgabe betreffend ein Verfahren zur Herstellung eines Folienkörpers umfassend mindestens eine elektrisch leitende Struktur in Form eines Musters, wird durch folgende Schritte gelöst:
Bereitstellen mindestens eines elektrisch isolierenden ersten Fadens aus einem thermoplastischen ersten Kunststoffmaterial und mindestens eines elektrisch leitenden zweiten Fadens aus einem thermoplastischen zweiten Kunststoffmaterial;
Herstellen eines textilen Materials aus dem mindestens einen ersten Faden und dem mindestens einen zweiten Faden, wobei der mindestens eine zweite Faden im textilen Material so eingearbeitet wird, dass dieser dem Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur entspricht oder im Wesentlichen entspricht oder ähnelt;
und
Erwärmen des textilen Materials unter Druckeinwirkung auf eine Temperatur, die über einer Glasübergangstemperatur des ersten und/oder einer Glasübergangstemperatur des zweiten Kunststoffmaterials liegt, wobei der mindestens eine erste Faden mit dem mindestens einen zweiten Faden unter Ausbildung des Folienkörpers verbunden und/oder verschmolzen wird.
Dieses Verfahren ermöglicht die Bildung dünner Folien, die aus unterschiedlich leitenden Kunststoffen zusammengesetzt sind. Dabei lassen sich musterförmige elektrisch leitende Strukturen in dünnen Folien ausbilden, die sich nicht nur oberflächlich auf diesen erstrecken, sondern sich sowohl auf der Oberfläche als auch über das Volumen der Folie erstrecken können und in gewünschten Mustern vorhanden sind, die mit anderen Verfahren nicht ohne weiteres erzeugt werden können. Dabei werden mindestens ein erster elektrisch isolierender Kunststofffaden sowie mindestens ein zweiter elektrisch leitender Kunststofffaden eingesetzt und diese bei der Bildung des textilen Materials miteinander verbunden, so dass eine innige Verbindung entsteht. Nach dem Verbinden und/oder Aufschmelzen der Fäden und einem möglichen Einebnen des textilen Materials entsteht ein durchgehender Folienkörper mit bevorzugt gleichmäßiger Dicke, der vorzugsweise keine offene Porosität mehr aufweist. Der gebildete Folienkörper kann mit oder ohne eine geschlossene Porosität vorliegen und gegebenenfalls anschließend einer Galvanisation zugeführt werden. Es ist hierbei auch denkbar, dass der Galvanisationsprozess vor dem Aufschmelzen und möglichen Nivellieren des textilen Materials durchgeführt wird.
Schmilzt man ein thermoplastisches textiles Material auf, so hat man die Möglichkeit, dieses zu nivellieren, partiell zu nivellieren, nicht zu nivellieren, zu strukturieren (z. B. durch Replikation), partiell zu strukturieren, oder nicht zu strukturieren.
Um den mindestens einen ersten und den mindestens einen zweiten Faden in einem ähnlichen Temperaturbereich miteinander verbinden und/oder verschmelzen zu können, hat es sich als günstig erwiesen, wenn das erste Kunststoffmaterial und das zweite Kunststoffmaterial jeweils eine Glasübergangstemperatur aufweisen, die um maximal 10 K unterschiedlich zueinander sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn das erste Kunststoffmaterial und das zweite Kunststoffmaterial jeweils eine Glasübergangstemperatur aufweisen, die um maximal 5 K, insbesondere um maximal 3 K, unterschiedlich zueinander sind. Gleiche Erweichungstemperaturen können dadurch erreicht werden, wenn der erste elektrisch isolierende Faden und ein Kernfaden des zweiten elektrisch leitenden Fadens aus dem gleichen Kunststoffmaterial bestehen. Aber auch Kunststoffmaterialien mit Glasübergangstemperaturen, die stark voneinander abweichen, können verwendet werden.
Es hat sich bewährt, wenn der mindestens eine erste Faden und der mindestens eine zweite Faden zusammen zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs verarbeitet werden.
Alternativ wird der mindestens eine erste Faden zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs verarbeitet und der mindestens eine zweite Faden wird darin eingestickt oder eingenäht.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine elektrisch leitende Struktur zumindest in einem Bereich an eine Oberfläche des Folienkörpers angrenzend ausgebildet wird. So lassen sich die elektrisch leitenden Strukturen optimal mit elektrischen Bauelementen, Schaltungen, Anschlussleitungen usw. verbinden.
Dabei hat es sich bewährt, wenn der an die Oberfläche des Folienkörpers angrenzende mindestens eine Bereich der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur in Kontakt mit mindestens einem elektrolytischen Bad zur chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall gebracht wird und dass eine chemisch stromlose und/oder galvanische Abscheidung von Metall auf dem, an die Oberfläche des Folienkörpers angrenzenden mindestens einen Bereich unter Ausbildung mindestens einer Metallbeschichtung durchgeführt wird.
Zur Ausbildung der Metallbeschichtung und dem möglichen Aufbau der Metallbeschichtung wird auf die obigen Ausführungen zur Bildung der chemisch stromlos und/oder galvanisch abgeschiedenen Metallbeschichtung auf einem textilen Material verwiesen, die hier ebenfalls gelten sollen.
Auf diese Weise lässt sich die elektrische Leitfähigkeit der elektrisch leitenden Struktur auf der Oberfläche des Folienkörpers noch verbessern.
Die Aufgabe wird für den Folienkörper, wobei der Folienkörper eine Foliendicke im Bereich von 12 bis 75 μm aufweist und mindestens eine musterförmige elektrisch leitende Struktur umfasst, insbesondere hergestellt nach dem oben genannten Verfahren, gelöst, indem der Folienkörper aus mindestens einem thermoplastischen, elektrisch isolierenden ersten Kunststoffmaterial und mindestens einem thermoplastischen, elektrisch leitenden zweiten Kunststoffmaterial gebildet ist, wobei in einem Übergangsbereich zwischen dem mindestens eine ersten und dem mindestens einen zweiten Kunststoffmaterial im Folienkörper fadenförmige und/oder schlingenförmige Bereiche aus erstem und/oder zweitem Kunststoffmaterial vorliegen, und wobei das zweite Kunststoffmaterial die elektrisch leitende Struktur bereitstellt, die sich über mindestens einen Volumenbereich des Folienkörpers erstreckt.
Dabei hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine elektrisch leitende Struktur zumindest in einem Bereich an eine Oberfläche des Folienkörpers angrenzt. So lassen sich die elektrisch leitenden Strukturen optimal mit elektrischen Bauelementen, Schaltungen, Anschlussleitungen usw. verbinden.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der mindestens eine, an die Oberfläche des Folienkörpers angrenzende Bereich der elektrisch leitenden Struktur eine Metallbeschichtung zur Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit aufweist. Vorzugsweise handelt es sich um eine chemisch stromlos und/oder galvanische abgeschiedene Metallbeschichtung.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die elektrisch leitende Struktur des Folienkörpers in Form einer Antenne, einer Spule, einer Leiterbahnstruktur, eines Bauelementes oder eines Teils eines Bauelements zur Abschirmung von Feldern vorliegt.
Ein Laminatkörper, der mindestens zwei erfindungsgemäße Folienkörper umfasst, welche miteinander laminiert sind, hat sich bewährt. Zwei Folienkörper können, je nach Folienmaterial, bei erhöhter Temperatur und unter Druck miteinander verbunden werden oder mittels mindestens einer Kleberschicht miteinander verklebt werden, wobei elektrisch isolierende und/oder elektrische leitende Kleber zum Einsatz kommen können. Insbesondere können durch Verbindung mindestens zweier Folienkörper Leiterplatten oder dreidimensionale Bauteile ausgebildet werden.
Die Verwendung eines textilen Materials zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Folienkörpers, wobei das textile Material aus mindestens einem elektrisch isolierenden ersten Faden aus einem thermoplastischen ersten Kunststoffmaterial und mindestens einem elektrisch leitenden zweiten Faden aus einem thermoplastischen zweiten Kunststoffmaterial gebildet wird, wobei der mindestens eine zweite Faden im textilen Material so eingearbeitet wird, dass dieser dem Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur entspricht oder im Wesentlichen entspricht oder ähnelt, wobei durch Erwärmen des textilen Materials unter Druckeinwirkung auf eine Temperatur, die über einer Glasübergangstemperatur des ersten und/oder einer Glasübergangstemperatur des zweiten Kunststoffmaterials liegt, der mindestens eine erste Faden mit dem mindestens einen zweiten Faden unter Ausbildung des Folienkörpers verbunden und/oder verschmolzen wird, hat sich bewährt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10155935 A1 [0006]
- DE 1020040034612 A1 [0007]
- WO 2005/071605 A2 [0008]
- WO 2006/029543 A1 [0009]
- DE 10145750 A1 [0012]
- DE 102005043242 A1 [0013]

Claims

Textiles Material (10, 10') mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur (4, 4') in Form mindestens eines Musters, wobei das textile Material aus mindestens einem Faden gebildet ist, der in Bereichen seiner Fadenoberfläche elektrisch leitend ausgebildet ist, wobei die elektrisch leitenden Bereiche (2, 2') in Summe dem mindestens einen Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur (4, 4') entsprechend oder im wesentlichen entsprechend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden in seinen elektrisch leitenden Bereichen (2, 2') mindestens eine chemisch stromlos und/oder galvanisch abgeschiedene Metallbeschichtung (3, 3') aufweist, wobei die elektrisch leitenden Bereiche (2, 2') des mindestens einen Fadens und die mindestens eine Metallbeschichtung (3, 3') zusammen die mindestens eine elektrisch leitende Struktur (4, 4') bereitstellen.
Textiles Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes (1) oder eines Vliesstoffs ausgebildet ist.
Textiles Material (10, 10') mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur (4, 4') in Form mindestens eines Musters, wobei das textile Material aus mindestens einem elektrisch isolierenden ersten Faden und mindestens einem zweiten Faden gebildet ist, der zumindest in Bereichen seiner Fadenoberfläche elektrisch leitend ausgebildet ist, wobei die elektrisch leitenden Bereiche (2, 2') in Summe dem mindestens einen Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur (4, 4') entsprechend oder im wesentlichen entsprechend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Faden in seinen elektrisch leitenden Bereichen (2, 2') mindestens eine chemisch stromlos und/oder galvanisch abgeschiedene Metallbeschichtung (3, 3') aufweist, wobei die elektrisch leitenden Bereiche (2, 2') des mindestens einen zweiten Fadens und die mindestens eine Metallbeschichtung (3, 3') zusammen die mindestens eine elektrisch leitende Struktur (4, 4') bereitstellen.
Textiles Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Faden und der mindestens eine zweite Faden zusammen das textile Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes (1) oder eines Vliesstoffs ausbilden.
Textiles Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer zweiter Faden in das Gewirk, das Gewebe oder den Vliesstoff eingestickt oder eingenäht ist.
Textiles Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Faden ein textiles Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes (1) oder eines Vliesstoffs ausbildet und dass der mindestens eine zweite Faden darin eingestickt oder eingenäht ist.
Textiles Material nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Faden aus einem Metalldraht oder einem elektrisch leitenden Kunststoff gebildet ist.
Textiles Material nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Faden aus einem elektrisch isolierenden Kernfaden gebildet ist, der an seiner Oberfläche elektrisch leitende Bereiche (2, 2') in Form einer elektrisch leitenden Beschichtung aufweist, wobei die elektrisch leitende Beschichtung den Kernfaden auf seiner ganzen Länge oder nur in mindestens einem Teilabschnitt seiner Länge und/oder seines Umfangs umhüllt.
Textiles Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernfaden mit elektrisch leitenden Stoffen imprägniert ist.
Textiles Material nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende Kunststoff oder der Kernfaden aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist.
Textiles Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden oder der mindestens eine erste Faden aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet ist.
Textiles Material nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitenden Bereiche (2, 2') des mindestens einen Fadens oder des mindestens einen zweiten Fadens auf einer Oberseite und/oder einer Unterseite des textilen Materials zumindest teilweise einen durch Komprimierung des textilen Materials gebildeten, abgeflachten Querschnitt aufweisen.
Textiles Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Metallbeschichtung (3, 3') aus Kupfer, Silber, Gold, Aluminium, Platin, Palladium, Nickel, Zinn, Zink oder deren Legierungen gebildet ist.
Textiles Material nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (3, 3') bereichsweise oder vollflächig aus mindestens zwei Metall-Lagen gebildet ist, die aus unterschiedlichen Metallen oder Metall-Legierungen gebildet sind.
Textiles Material nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Struktur (4, 4') in Form einer Antenne, einer Spule, einer Leiterbahnstruktur, oder eines elektrischen Bauelements oder Teils eines elektrischen Bauelements zur Abschirmung elektrischer Felder vorliegt.
Verfahren zur Herstellung eines textilen Materials (10') mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur (4') in Form mindestens eines Musters, insbesondere nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 15, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bereitstellen mindestens eines Fadens, der aus einem elektrisch isolierenden Kernfaden gebildet ist, der an seiner Oberfläche elektrisch leitende Bereiche (2') in Form einer elektrisch leitenden Beschichtung aufweist, wobei die elektrisch leitende Beschichtung den Kernfaden auf seiner ganzen Länge umhüllt; Herstellen des textilen Materials aus dem mindestens einen Faden; Entfernen der elektrisch leitenden Beschichtung in Bereichen des textilen Materials, wobei die verbleibenden elektrisch leitenden Bereiche (2') in Summe so angeordnet werden, dass sie dem mindestens einen Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur (4') entsprechen oder im wesentlichen entsprechen; In Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche (2') des mindestens einen Fadens mit mindestens einem elektrolytischen Bad zur chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall; Durchführen der chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall auf den elektrisch leitenden Bereichen (2') unter Ausbildung mindestens einer Metallbeschichtung (3'), wobei die verbliebenen elektrisch leitenden Bereiche (2') des mindestens einen Fadens und die mindestens eine Metallbeschichtung (3') zusammen die mindestens eine elektrisch leitende Struktur (4') ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes (1') oder eines Vliesstoffs verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass Entfernen der elektrisch leitenden Beschichtung in Bereichen des textilen Materials durch Ätzen erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines textilen Materials (10) mit mindestens einer elektrisch leitenden Struktur (4) in Form mindestens eines Musters, insbesondere nach Anspruch 3 oder Anspruch 3 in Verbindung mit einem der Ansprüche 4 bis 15, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bereitstellen mindestens eines elektrisch isolierenden ersten Fadens und mindestens eines zweiten Fadens, der zumindest in Bereichen seiner Fadenoberfläche elektrisch leitend ausgebildet ist; Herstellen des textilen Materials aus dem mindestens einen ersten Faden und dem mindestens einen zweiten Faden, wobei die elektrisch leitenden Bereiche (2) des mindestens einen zweiten Fadens in Summe so angeordnet werden, dass sie dem mindestens einen Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur (4) entsprechen oder im wesentlichen entsprechen; In Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche (2) des mindestens einen zweiten Fadens mit mindestens einem elektrolytischen Bad zur chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall; Durchführen der chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall auf den elektrisch leitenden Bereichen (2) unter Ausbildung mindestens einer Metallbeschichtung (3), wobei die elektrisch leitenden Bereiche (2) des mindestens einen zweiten Fadens und die mindestens eine Metallbeschichtung (3) zusammen die mindestens eine elektrisch leitende Struktur (4) ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Faden und der mindestens eine zweite Faden zusammen zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes (1) oder eines Vliesstoffs verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Faden zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes (1) oder eines Vliesstoffs verarbeitet wird und dass der mindestens eine zweite Faden darin eingestickt oder eingenäht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Faden oder der mindestens eine zweite Faden zumindest im Bereich der elektrisch leitenden Bereiche (2, 2') vor der Herstellung des textilen Materials gereinigt und/oder aufgeraut und/oder komprimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Material, vor dem in Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche (2, 2') mit mindestens einem elektrolytischen Bad, gereinigt und/oder aufgeraut und/oder komprimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Material mit einem Träger verbunden wird, bevor das in Kontakt bringen der elektrisch leitenden Bereiche (2, 2') des mindestens einen zweiten Fadens mit dem mindestens einen elektrolytischen Bad erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das textile Material in einem Inmold-Spritzgussverfahren unter Ausbildung des Trägers mit dem Träger verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung eines Folienkörpers umfassend mindestens eine elektrisch leitende Struktur in Form eines Musters, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bereitstellen mindestens eines elektrisch isolierenden ersten Fadens aus einem thermoplastischen ersten Kunststoffmaterial und mindestens eines elektrisch leitenden zweiten Fadens aus einem thermoplastischen zweiten Kunststoffmaterial, wobei das erste Kunststoffmaterial und das zweite Kunststoffmaterial jeweils eine Glasübergangstemperatur aufweisen, die gleich oder unterschiedlich zueinander sind; Herstellen eines textilen Materials aus dem mindestens einen ersten Faden und dem mindestens einen zweiten Faden, wobei der mindestens eine zweite Faden im textilen Material so eingearbeitet wird, dass dieser dem Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur entspricht oder im Wesentlichen entspricht oder ähnelt; und Erwärmen des textilen Materials unter Druckeinwirkung auf eine Temperatur, die über der Glasübergangstemperatur des ersten und/oder der Glasübergangstemperatur des zweiten Kunststoffmaterials liegt, wobei der mindestens eine erste Faden mit dem mindestens einen zweiten Faden unter Ausbildung des Folienkörpers verbunden und/oder verschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Faden und der mindestens eine zweite Faden zusammen zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste Faden zu einem textilen Material in Form eines Gewirks, eines Gewebes oder eines Vliesstoffs verarbeitet wird und dass der mindestens eine zweite Faden darin eingestickt oder eingenäht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch leitende Struktur zumindest in einem Bereich an eine Oberfläche des Folienkörpers angrenzend ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Oberfläche des Folienkörpers angrenzende mindestens eine Bereich der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur in Kontakt mit mindestens einem elektrolytischen Bad zur chemisch stromlosen und/oder galvanischen Abscheidung von Metall gebracht wird und dass eine chemisch stromlose und/oder galvanische Abscheidung von Metall auf dem, an die Oberfläche des Folienkörpers angrenzenden mindestens einen Bereich unter Ausbildung mindestens einer Metallbeschichtung durchgeführt wird.
Folienkörper, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, wobei der Folienkörper eine Foliendicke im Bereich von 12 bis 75 μm aufweist und mindestens eine musterförmige elektrisch leitende Struktur umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienkörper aus mindestens einem thermoplastischen, elektrisch isolierenden ersten Kunststoffmaterial und mindestens einem thermoplastischen, elektrisch leitenden zweiten Kunststoffmaterial gebildet ist, dass in einem Übergangsbereich zwischen dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Kunststoffmaterial im Folienkörper fadenförmige und/oder schlingenförmige Bereiche aus erstem und/oder zweitem Kunststoffmaterial vorliegen, und dass das zweite Kunststoffmaterial die elektrisch leitende Struktur bereitstellt, die sich über mindestens einen Volumenbereich des Folienkörpers erstreckt.
Folienkörper nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch leitende Struktur zumindest in einem Bereich an eine Oberfläche des Folienkörpers angrenzt.
Folienkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine, an die Oberfläche des Folienkörpers angrenzende Bereich der elektrisch leitenden Struktur eine Metallbeschichtung aufweist.
Folienkörper nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Struktur (4, 4') in Form einer Antenne, einer Spule, einer Leiterbahnstruktur, eines elektrischen Bauelements oder Teils eines elektrischen Bauelements zur Abschirmung elektrischer Felder vorliegt.
Laminatkörper, der mindestens zwei Folienkörper nach einem der Ansprüche 31 bis 34 umfasst, welche miteinander laminiert sind.
Verwendung eines textilen Materials zur Herstellung eines Folienkörpers nach einem der Ansprüche 31 bis 34, wobei das textile Material aus mindestens einem elektrisch isolierenden ersten Faden aus einem thermoplastischen ersten Kunststoffmaterial und mindestens einem elektrisch leitenden zweiten Faden aus einem thermoplastischen zweiten Kunststoffmaterial gebildet wird, wobei der mindestens eine zweite Faden im textilen Material so eingearbeitet wird, dass dieser dem Muster der mindestens einen elektrisch leitenden Struktur entspricht oder im Wesentlichen entspricht oder ähnelt, wobei durch Erwärmen des textilen Materials unter Druckeinwirkung auf eine Temperatur, die über einer Glasübergangstemperatur des ersten und/oder einer Glasübergangstemperatur des zweiten Kunststoffmaterials liegt, der mindestens eine erste Faden mit dem mindestens einen zweiten Faden unter Ausbildung des Folienkörpers verbunden und/oder verschmolzen wird.