CN105264620B - 具有非欧姆特性的树脂材料及其制造方法以及使用了该树脂材料的非欧姆电阻器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种具有非欧姆特性的树脂材料及其制造方法以及使用了该树脂材料的非欧姆电阻器。树脂材料(10)具有：由第一树脂材料构成的绝缘的基底(11)；岛状导电分散相(12)，其与所述第一树脂材料不相溶，并由导电的第二树脂材料构成，第二树脂材料相对后述微压敏电阻粒子(13)的可湿性比第一树脂材料相对后述微压敏电阻粒子(13)的可湿性高，岛状导电分散相(12)在基底(11)内分散成岛状，岛状导电分散相(12)在整体树脂材料中的体积率不足16％；以及，微压敏电阻粒子(13)，是具有非欧姆特性的陶瓷制晶粒，在基底(11)内分散，并经由岛状导电分散相(12)彼此电接触。该树脂材料具有作为压敏电阻的良好的特性且成型自由度及耐冲击性高的、具有非欧姆特性。

Description

具有非欧姆特性的树脂材料及其制造方法以及使用了该树脂 材料的非欧姆电阻器
技术领域
本发明涉及一种保护电气设备遭受雷电或电路闭合等产生的冲击电压(surgevoltage)冲击的具备优异的浪涌抗扰度的、具有非欧姆特性的树脂材料及其制造方法以及使用了该树脂材料的非欧姆电阻器。
背景技术
压敏变阻器(varistor)是一种具有伴随电压增大而电流急剧增大的非欧姆特性的元件。压敏电阻利用该种非欧姆特性以保护电路遭受冲击电压冲击为目的而被使用。具体来讲，通过将压敏电阻与被保护设备并联，在正常的电压下，压敏电阻相对接地保持绝缘。而当电路中产生冲击电压时，压敏电压能够让电流接地，而压敏电阻两端电压不会上升。因此能够防止电路的电压变成被保护设备的耐压以上。
作为压敏变阻器的材料已知有现有的各种材料，作为其中一例可以举出下述一种材料：在作为主成分的ZnO(氧化锌)中添加Bi、Sb、Co、Mn等金属氧化物而进行烧成的陶瓷等。该材料是由作为主相的氧化锌晶粒和以氧化铋为主成分的晶界层构成的多晶体。Zn和Sb构成的尖晶石晶粒(spinel particle)具有在多晶体内不规则散布的微结构，Co、Mn等过渡金属氧化物则固溶于这些主相、晶界层以及尖晶石晶粒而存在。在该材料中，电流通过氧化锌晶粒与晶界层的界面而发现其非欧姆特性。然而，正因为该种材料为陶瓷，其具有成型的自由度低且因坚硬易碎而使得耐冲击性低的缺点。
因此，人们研究通过对树脂材料和压敏电阻粉末进行混炼，来制作成型自由度高、耐冲击性高且具有非欧姆特性的电阻器。在专利文献1中记载有以环氧树脂(epoxy resin)等聚合物为基质(base)的绝缘基底以及含有被埋入于该基底中的粉末状填充剂的非欧姆电阻器。这里的填充剂使用下述一种材料：在将具有非欧姆特性的晶粒、即微压敏电阻粒子和导电晶粒混合的基础上实施热处理，由此使与微压敏电阻粒子的表面接触的导电晶粒与该微压敏电阻粒子结合后的材料。在专利文献1中，使用由上述陶瓷构成的近球形的晶粒作为微压敏电阻粒子。另外，使用比微压敏电阻粒子尺寸小且导电性高(例如镍制)的晶粒、并且易于与微压敏电阻粒子表面接触的具有板状、薄片状、短纤维状等纵横比(aspectratio)高的形状的晶粒作为导电晶粒。
在该非欧姆电阻器中，作为形成电流路径的方式，通过提高微压敏电阻粒子的数量，并使用粒径不同的两种微压敏电阻粒子，使得粒径较小一方的微压敏电阻粒子进入到粒径较大一方的微压敏电阻粒径的间隙中，由此来提高微压敏电阻粒子的浓度。通过以这种方式提高微压敏电阻粒子的浓度，能够增加微压敏电阻彼此之间(经由导电晶粒)的接触点的数量。其结果，形成电流路径从而发挥非欧姆特性。
由于该非欧姆电阻器含有以聚合物为基质的基底，通过采用浇铸法(castingmethod)在开关等电器设备零部件的表面上被覆该非欧姆电阻器、或在该表面上涂装该非欧姆电阻器，从而能够将该零配件自身作为压敏电阻进行使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4921623号公报
非专利文献
非专利文献1：“导电复合材料的浸透现象的原理(第一讲)”技术信息协会编，第六页。
非专利文献2：“percolation理论(浸透理论)”、“online”，平成22年(2010年)8月8日，[平成25年(2013年)8月21日检索]网页＜URL：//d.hatena.ne.jp/miyubinamakemono/20100808/1281142704＞。
发明内容
发明要解决的课题
然而，使用专利文献1中记载的非欧姆电阻器难以制造批量产品。这是因为微压敏电阻粒子的比重比基底高，因此在制作时有可能使得微压敏电阻粒子发生下沉而导致微压敏电阻粒子的浓度不均。因此，只要使用粘度高的基底降低沉降速度，对填充剂(微压敏电阻粒子及导电晶粒)进行充分混炼使其分散，然后在短时间内使其硬化，就能够消除微压敏电阻粒子浓度不均的问题。但是，混炼过度会使得基底进入到相邻的微压敏电阻粒子之间，因此微压敏电阻粒子之间的接触电阻增大，导致相对大电流的耐冲击性下降。而且，若是将相对微压敏电阻粒子的可湿性低的树脂使用于基底，基底进入到相邻的微压敏电阻粒子之间的程度虽然得到减轻，但是由此在微压敏电阻粒子的表面上形成不受基底覆盖的部分，导致无法获得相对小电流良好的绝缘性。而且，不受基底覆盖的部分形成空隙(气泡)，从而构成因放电而破坏绝缘的原因。
另外，在专利文献1中记载的非欧姆电阻器中，由于为了获得电流路径而提高了微压敏电阻粒子的浓度，因而固体成分的含量变高。因此，该非欧姆电阻器不仅难以应用于树脂成型加工一般采用的注射成型法，而且耐冲击性也下降。
本发明要解决的课题是提供一种具有作为压敏电阻的良好的特性且能够实施注射成型、成型自由度高且耐冲击性高的、具有非欧姆特性的树脂材料及其制造方法以及使用了该树脂材料的非欧姆电阻器。
用于解决课题的方式
用于解决上述课题而作出的本发明是一种伴随电压增加电流急剧增加的具有非欧姆特性的树脂材料，其特征在于具备：a.由第一树脂材料构成的绝缘基底；b.岛状导电分散相，其与所述第一树脂材料不相溶，并由导电的第二树脂材料构成，该第二树脂材料相对后述微压敏电阻粒子的可湿性比相对所述第一树脂材料的可湿性高，所述岛状导电分散相在所述基底内分散成岛状，该岛状导电分散相在整体树脂材料中的体积率不足16％；和，c.微压敏电阻粒子，其为具有非欧姆特性的陶瓷制晶粒，在所述基底内分散，该微压敏电阻粒子经由所述岛状导电分散相彼此电接触。
这里，当树脂材料中的岛状导电分散相的体积率是16％以上时，理论上会产生浸透，因而无法获得作为压敏电阻的特性。因此，在本发明中，岛状导电分散相的体积率设定成不足16％。
在对第一树脂材料和第二树脂材料进行混炼时，由于第一树脂材料和第二树脂材料互不相溶，在由第一树脂材料构成的“海”中形成由第二树脂材料构成的“岛”。在本发明中，将由第一树脂材料构成的“海”称为“基底”，将由第二树脂材料构成的“岛”称为“岛状导电分散相”。然后，在对该混炼物(共混聚合物)和微压敏电阻粒子进行混炼时，第二树脂材料相对微压敏电阻粒子的可湿性比第一树脂材料相对微压敏电阻粒子的可湿性高，因而能够防止基底进入到微压敏电阻粒子和岛状导电分散相之间。因此，微压敏电阻粒子之间能够经由岛状导电分散相构成电接触，而不会被基底绝缘。所以，通过本发明的树脂材料能够在相对大电流的耐冲击性上具备优异的特性。
另外，只要满足第二树脂材料相对微压敏电阻粒子的可湿性比第一树脂材料相对微压敏电阻粒子的可湿性高这一条件，没有必要将相对微压敏电阻粒子的可湿性低的材料用作第一树脂材料，因而不会在微压敏电阻粒子的表面上形成空隙(气泡)，能够获得微压敏电阻粒子表面良好的绝缘性的同时，能够防止因放电而产生的绝缘破坏。
使用该树脂材料能够获得电子零配件、电气设备的外壳、电路基板、电缆的护套(sheath)及电线包覆等具有想要的形状的非欧姆电阻器。这些物件的制作可以适当地采用注射成型。
为了微压敏电阻粒子经由岛状导电分散相彼此能够实现充分的电连接，需要控制树脂材料中的岛状导电分散相，其体积率理想的是1％以上。
理想的是使用热塑性树脂作为第一树脂材料及第二树脂材料。在这种情况下，使用第一树脂材料和第二树脂材料混炼后的材料与微压敏电阻粒子混炼后的材料，在混合交联剂的基础上进行成型，从而能够使树脂材料在该形状下硬化。
可以使用本身具有导电性的树脂(例如聚乙炔(polyacetylene))作为第二树脂材料。但是也可以使用在绝缘树脂中添加导电粉而赋予了导电性的树脂作为第二树脂材料。
为了获得高导电率，需要混入导电粉使之达到高浓度。但是细小的粉末吸油量增大，因而高浓度混炼并不简单。
因此，利用导电粉容易偏向带有极性的树脂而存在这一性质，在本发明中采用下述方法：采用无极性树脂作为构成基底的第一树脂材料，采用极性树脂作为构成分散相的第二树脂材料，并通过同时对这些无极性树脂、极性树脂及导电粉进行混炼的手法，混入到基底树脂中的导电粉逐渐被并入到分散相内，使分散相带有导电性。这样，能够简单地获得带有高导电率的分散相。
作为第一树脂材料的无极性树脂可以采用聚烯烃类树脂(polyolefin resin)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、聚苯乙烯(polystyrene)等。这里，作为聚烯烃类树脂可以举出聚乙烯、聚丙烯(polypropylene)等。作为构成第二树脂材料的极性树脂可以举出尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutyrene telephthalate)(PBT)以及聚碳酸酯(polycarbonate)等。导电粉可以就这样进行使用而无需进行特殊的处理，但是也可以使用通过偶联剂对导电粉的晶粒表面实施表面处理的易于与极性树脂兼容的导电粉。
另外，能够使用下述粉末作为导电粉：碳粉；金、银、铜、镍(nickel)、钯(palladium)、白金等金属粉；氧化锡(tin oxide)或氧化物超导材料等导电氧化物粉末；碳化硅等导电碳化物的粉末；氮化钛(titanium nitride)等导电氮化物的粉末等。
可以使用以氧化锌、钛酸钡(barium titanate)、钛酸锶(strontium titanate)、碳化硅、氧化锡等为主成分的晶粒作为所述微压敏电阻粒子。
所述微压敏电阻粒子理想的是至少一部分为非球形。这样，与微压敏电阻是球形的情形相比，能够增加微压敏电阻粒子之间(经由岛状导电分散相)彼此的接触点的数量。
本发明的树脂材料的制造方法是一种伴随电压增加电流急剧增加的具有非欧姆特性的树脂材料的制造方法，其特征在于，对绝缘的第一树脂材料和导电的第二树脂材料进行混炼，再对这些混炼物和微压敏电阻粒子进行混炼，所述第二树脂材料与所述第一树脂材料不相溶，所述第二树脂材料相对所述微压敏电阻粒子的可湿性比所述第一树脂材料相对所述微压敏电阻粒子的可湿性高。
在本发明中，采用无极性树脂作为构成基底的第一树脂材料，采用极性树脂作为构成分散相的第二树脂材料，并通过同时对这些无极性树脂、极性树脂及导电粉进行混炼的手法，混入到基底树脂中的导电粉逐渐被并入到分散相内，使分散相带有导电性。这样，能够简单地获得带有高导电率的分散相。
另外，虽然在第一树脂材料中可能会残留微量的导电粉，但是不会因为这种微量的导电粉导致产生浸透，所以能够维持作为压敏电阻的特性。
发明的效果
根据本发明能够获得一种具有作为压敏变阻器的良好的特性、能够实施注射成型(injection molding)且成型自由度较高的耐冲击性高并具有非欧姆特性的树脂材料及其制造方法以及使用了该树脂材料的非欧姆特性电阻器。
附图的简单说明
图1是表示本发明一实施例的树脂材料的制造方法的流程图。
图2(a)是本实施例的树脂材料的示意图，图2(b)表示该树脂材料上主要的电流路径。
图3表示通过实验1制成的试样的电压-电流(V-I)特性测定结果的数据图。
图4表示以不同的微压敏电阻粒子(microvaristor)来比较通过实验2制成的试样的V-I特性测定结果的数据图。
图5表示根据微压敏电阻粒子的体积率来比较通过实验2制成的试样的V-I特性测定结果的数据图。
图6表示通过实验3制成的试样的V-I特性测定结果的数据图。
图7表示针对通过实验4制成的岛状导电分散相12体积率不同的多个试样而测定的树脂材料整体的体积电阻率(volume resistivity)的测定结果的数据图。
图8表示针对实验4制成的试样而测定的岛状导电分散相12的平均粒径(中值)的测定结果的数据图。
具体实施方式
利用图1至图8说明本发明中具有非欧姆特性的树脂材料(以下简称
“树脂材料”)及其制造方法以及非欧姆特性电阻器的实施例。
实施例
首先，利用图1说明树脂材料及非欧姆电阻器的制造方法的实施例。在本实施例中，使用聚乙烯(polyethylene)作为第一树脂材料，使用在尼龙(nylon)(主相树脂)中混入碳粉(导电粉)后的树脂材料作为第二树脂材料，使用氧化锌(ZnO)与添加物一起反应烧结而得的多晶体晶粒作为微压敏电阻粒子。碳粉可以采用通过偶联剂(coupling agent)对晶粒表面实施了亲水性表面处理的碳粉，也可以采用不实施该种处理而直接进行使用。使用下述晶粒作为微压敏电阻粒子：对通过一般的喷雾干燥法而制得的压敏电阻粒子进行烧成，并通过具有规定尺寸的筛目(后述)的试样筛后的晶粒。第二树脂材料的体积不足该第二树脂材料和第一树脂材料合计体积的16％。
在190～230℃温度下对这些第一树脂材料及第二树脂材料进行混炼(步骤S1)。这时，可以实施在混合主相树脂和导电粉制作第二树脂材料后，再混合第一树脂材料和该第二树脂材料这两个步骤的混合。但是，同时对第一树脂材料、主相树脂及导电粉这三者进行混炼能够缩短时间，并能够简单地制得导电粉浓度较高的分散相。
然后，将制得的混合物成型为颗粒(pellet)(步骤S2)。接着，对该颗粒和微压敏电阻粒子进行混炼(步骤S3)。通过上述方式制得本实施例的树脂材料10。随后，在添加了交联剂(crosslinking agent)的基础上进行注射成型，从而制得非欧姆电阻器(步骤S4)。
由于作为第一树脂材料的聚乙烯与作为第二树脂材料的主相树脂的尼龙互不相溶，第一树脂材料和第二树脂材料即使混合也是彼此分离。另外，聚乙烯是非极性树脂(non-polar resin)，尼龙是极性树脂，因此作为导电材料的碳偏向存在于尼龙一边。由此，在制得的树脂材料10内如图2(a)所示形成为：在由第一树脂材料构成的基底(matrix)中，分散形成有由体积比第一树脂材料小的第二树脂材料构成的岛状导电分散相12。
如图2(b)所示，在树脂材料10中，岛状导电分散相12与微压敏电阻粒子13接触，形成微压敏电阻粒子13之间经由岛状导电分散相12彼此电连接的电流19的路径。树脂材料10的电力特性(即，非欧姆特性)可以通过流动于微压敏电阻粒子13内的氧化锌(ZnO)晶粒131和晶界层132的界面的电流来被发现。
本实施例的树脂材料10中，第二树脂材料尼龙相对微压敏电阻粒子13的可湿性(wettability)比第一树脂材料聚乙烯相对微压敏电阻粒子13的可湿性要高。因此，能够防止基底11进入到微压敏电阻粒子13和岛状导电分散相12之间，微压敏电阻粒子13之间经由岛状导电分散相12产生电接触。这样，本实施例的树脂材料10相对大电流具有优异的浪涌抗扰度(surge resistant)。
另外，第一树脂材料聚乙烯相对微压敏电阻粒子13的可湿性虽然如上所述比第二树脂材料低，但是也不至于在微压敏电阻粒子13的表面上被弹开。因此，除了微压敏电阻粒子13之间经由岛状导电分散相12彼此接触的接触点之外，基底11能够覆盖微压敏电阻粒子13的表面。由此，能够防止在微压敏电阻粒子13的表面上电流流通，能够获得相对小电流的良好的绝缘性。
而且，由于岛状导电分散相12接近球形，岛状导电分散相12彼此难以产生浸透(percolation)，因而能够设定成高浓度。正因如此，由于能够降低作为固形物的微压敏电阻粒子13的体积比率，能够实施注射成型，从而能够提高成型自由度，而且还能够提高耐冲击性。
以下，说明对通过本实施例制作的试样实施的实验的结果。
(实验1)
在实验1中，制作了材料相关的以下(1)至(3)的参数不同的4种试样。另外，对通过了筛目尺寸45μm的试验筛的微压敏电阻粒子13进行使用。
(材料参数)
(1)第二树脂材料所占原料整体的浓度(体积百分比)
(2)在假设碳全部偏向于第二树脂材料而存在的情形下，碳所占第二树脂材料的浓度(重量百分比)
(3)微压敏电阻粒子13所占原料整体的浓度(体积百分比)
各试样的材料参数的数值示于表1。
(表1)
表1
“μ-压敏变阻器”＝微压敏电阻粒子
针对表1的各试样，测定了V-I特性。在本实施例中，当获得的电流是大致1×10-2A/10cm2以下的氛围内时，对试样施加直流电压，而当获得的电流是大致超过1×10-2A/10cm2的氛围时，对试样施加冲击电压，从而能够流通大电流。测定结果示于图3。任一试样在电流几乎为零时，电压都具有每1mm数十V或数百V的高数值。这表明对于小电流具有良好的绝缘性。另外，在图3中，相对对数刻度表示的电流，以线性刻度表示电压，这表明即使电流增加，电压的上升也得到了抑制。即，该测定结果表示试样1至4具有非欧姆特性。
(实验2)
接着，制作第二树脂材料的含有率比实验1的第二树脂材料高的试样，并示出测定了V-I特性的结果。在制作试样时，首先，在200℃温度下同时混炼91.3体积％的聚乙烯、8.0体积％的尼龙和0.680体积％的碳(由于是有效数字(significant figure)的关系，这些数值的合计不为100体积％)，由此制成共混聚合物(polymer alloy)。接着，在190℃温度下以表2所示的体积比率混合所述共混聚合物和ZnO的微压敏电阻粒子13，从而制得试样。通过筛分采用粒径分别为10～20μm、20～30μm及30～44μm范围内的三种微压敏电阻粒子13。
(表2)
表2
V-I特性的实验结果示于图4及图5的数据图中。在这些数据图中，电流和电压使用对数刻度来表示，V-I特性通过I＝(V/C)α(α是非欧姆特性指数，C是常数)来表述时，数据图形成为直线，该直线梯度的倒数与非欧姆特性指数α对应。这表明非欧姆特性指数α越大，即使电流增加，电压的上升也越能够被抑制，因而具有优异的非欧姆特性。
在图4中，将微压敏电阻粒子13的体积率相同的各试样归总到一个数据图(数据图的数量为3个)中，在各数据图中示出因微压敏电阻粒子13的粒径不同而产生的V-I特性的差异。根据图4的数据图，对微压敏电阻粒子13的体积率相同的各试样进行比较时可以发现，在任一比较中，微压敏电阻粒子13的粒径是三种粒径中处于中间的20～30μm的试样相对小电流最具有良好的绝缘性(电压高)，而且非欧姆特性指数α较大。
在图5中，将微压敏电阻粒子13的粒径相同的各试样归总到一个数据图(数据图的数量为3个)中，在各数据图中示出因微压敏电阻粒子13的体积率不同而产生的V-I特性的差异。根据图5的数据图，对微压敏电阻粒子13的粒径相同的各试样进行比较时可以看出，在任一比较中，在制作的微压敏电阻粒子13的体积率范围内(10～20体积％)，该体积率越低，相对小电流最具有良好的绝缘特性(电压高)。微压敏电阻粒子13的体积率是三种体积率中处于中间的20体积％的试样的非欧姆特性指数α最大。
(实验3)
接着，制作如表3所示聚乙烯、尼龙及碳的体积率不同的三种共混聚合物，通过将这些共混聚合物分别与ZnO的微压敏电阻粒子13混合，制成三种试样(试样21～23)。在制作共混聚合物时，在200℃温度下对各材料进行混合。同时，微压敏电阻粒子采用粒径是10～20μm的晶粒，在190℃温度下混合共混聚合物和微压敏电阻粒子13，其混合比设定成共混聚合物为70体积％、微压敏电阻粒子13为30体积％。另外，这三种试样中的一种试样(表3中的试样23)与表2的试样17相同。
(表3)
表3
*由于有效数字的关系，各试样中体积率总计不为100vol.％。
在图6的数据图中示出试料21～23的V-I特性的实验结果。根据该实验结果，尼龙的含有量越少，相对小电流的电压则最高，且非欧姆特性指数α较大。
(实验4)
接着，为了确定岛状导电分散相12的浓度的上限值以及理想的下限值，制成岛状导电分散相12的体积率(浓度)在0.5体积％～16体积％范围内但体积率不同且由基底11和岛状导电分散相12组成的试样。另外，微压敏电阻粒子13没有混炼于该试样中。基底11和岛状导电分散相12的原料使用与实验1至实验3中相同的原料。
在图7中示出测定各试样中树脂材料整体的体积电阻率的结果。当岛状导电分散相12的体积率是16体积％的试样(以下称“16％试样”)时，其体积电阻率是108Ωcm的数量级。而16％试样以外(岛状导电分散相12的体积率是0.5体积％～12体积％)的任一试样得到了1015～1017Ωcm这种7～9位的高数值。在16％试样以外的试样之间并没有显现出体积电阻率的显著差异，该体积电阻率依存于岛状导电分散相12的体积率。该结果暗示了16％试样以外的试样中岛状导电分散相12之间电分离，而在16％试样的岛状导电分散相12中产生了浸透。
在图8中示出测定各试样中岛状导电分散相12的平均粒径的结果。这里的平均粒径通过解析树脂材料10的扫描电子显微镜(SEM)的图像来求得，采用累积频数分布(cumulative frequency distribution)中的50％值(中值)。岛状导电分散相12的体积率越大，平均粒径也越大。另外，在本实施例中，由于是从二维图像读取岛状导电分散相的尺寸，形状自球形瓦解时，则无法准确地测定岛状导电分散相的实际尺寸。理论上讲16％试样的尺寸是无限大。在平均粒径急剧增加的16％附近的区域，有可能导致岛状导电分散相12产生浸透。因此，理想的是避开该范围来设定岛状导电分散相12的体积率。
另一方面，如果岛状导电分散相极少时，基底内岛状导电分散相的不均匀性(inhomogeneity)则增大。图8显示，在岛状导电分散相12的体积率是1％附近时，粒径伴随体积率的减少极度减少。
像这样岛状导电分散相的体积率在不足1％的区域仅发生稍许变化，粒径就会产生大幅度变化，因此难以控制岛状导电分散相的粒径，从而导致岛状导电分散相的不均匀性变得显著。所以，岛状导电分散相的体积率理想的是1％以上。
接着，理论性思考微压敏电阻粒子13的浓度x，岛状导电分散相12(第二树脂材料)的浓度y，微压敏电阻粒子13的半径r1以及岛状导电分散相12的半径r2的关系。另外，岛状导电分散相12的半径r2是受制作树脂材料10时第一树脂材料和第二树脂材料的混炼条件、第一树脂材料及第二树脂材料的MFR(Melt Flow Rate：流动指数)以及表面能影响的数值。
首先，将树脂材料10整体所含的微压敏电阻粒子13的总数设定成n1，将岛状导电分散相12的总数设定成n2。并将与一个微压敏电阻粒子13接触的岛状导电分散相12的平均个数设定成n，将岛状导电分散相12中与微压敏电阻粒子13接触的个数比设定成p。这样下述式子(1)至式子(3)成立。
n＝p·n2/n1 式子(1)
这里，用x，y，r1及r2表示n2/n1时，下式(2)成立。
n2/n1＝(y/x)·(r1/r2)3 式子(2)
理想的是与一个微压敏电阻粒子13接触的岛状导电分散相12的个数为一个以上，因此根据式子(1)及式子(2)，下式(3)成立。
1≤n＝p·n2/n1＝p·(y/x)·(r1/r2)3
1/p≤n2/n1＝(y/x)·(r1/r2)3 式子(3)
接着，考虑下述模型：分别将微压敏电阻粒子13近似成半径是r1的球体，将岛状导电分散相12近似成径是r2的圆，用所述圆填入所述球体的表面中。当该球体的表面积S1中受所述圆附着的面积S2的比率超过一定值φ时，产生许多微压敏电阻粒子13经由岛状导电分散相12连续性连接的浸透现象，形成能够发挥作为压敏电阻的特性的电流路径。其条件为：
φ＞n·S2/S1＝(n·πr2 2)/(4πr1 2) 式子(4)
根据式子(1)、式子(3)及式子(4)，下式(5)成立。
(1/p)·(r2/r1)3≤(y/x)·(r1/r2)＜(1/p)·4φ 式子(5)
所以，如果能够通过计算机模似(computer simulation)等求出参数p及φ，就能够求出x，y，r1及r2的合适的数值范围。
本发明并不仅限于上述实施例。例如，第一树脂材料、第二树脂材料及微压敏电阻粒子13的材料不仅可以是实施例中所举的材料，也可以是采用对上述材料进行的各种组合。另外，影响微压敏电阻粒子13本身的粒径及微压敏电阻粒子13内的晶粒粒径的烧成温度或者影响岛状导电分散相12的粒径的MFR也不仅限于上述数值。
在上述实施例中，就这样对烧成的微压敏电阻粒子13进行使用。但是也可以使用下述微压敏电阻粒子：利用氧化铋(bismuth oxide)使通过热处理让Co、Mn热扩散后的物质对氧化锌纳米棒(ZnO nanorod)进行涂层后的微压敏电阻粒子。这样，与微压敏电阻粒子13是球形的情形相比，能够增加微压敏电阻粒子13(经由岛状导电分散相12)之间的接触点的数量。
岛状导电分散相12也可以是其一部分由通过碳等导电粉构成的晶粒进行置换。理想的是该晶粒采用与微压敏电阻粒子同等大小的晶粒。另外，考虑到难以产生浸透这一点，该晶粒是球形的情况较为理想。
通过在基底中加入微压敏电阻粒子的同时，还加入如下所示热导率高的绝缘材料，能够实现基底内的均热化。作为这种绝缘材料，可以举出氮化铝(aluminum nitride)、氧化铝、氮化硅、氮化硼(boron nitride)氧化镁(magnesium oxide)等。由此，能够更为良好地实现作为压敏电阻的特性。
而且，通过将微压敏电阻粒子13置换成高热导率绝缘材料等其他功能性粉末，还能够将树脂材料10作为压敏电阻以外的用途。
符号说明
10 树脂材料
11 基底
12 岛状导电分散相
13 微压敏电阻粒子
131 氧化锌(ZnO)晶粒
132 晶界层
19 电流

Claims (10)

1.一种伴随电压增加电流急剧增加的具有非欧姆特性的树脂材料，该树脂材料的特征在于具备：
a.由第一树脂材料构成的绝缘的基底；
b.岛状导电分散相，其与所述第一树脂材料不相溶，并由导电的第二树脂材料构成，该第二树脂材料相对后述微压敏电阻粒子的可湿性比所述第一树脂材料相对后述微压敏电阻粒子的可湿性高，所述岛状导电分散相在所述基底内分散成岛状，该岛状导电分散相在整体树脂材料中的体积率不足16％；和，
c.微压敏电阻粒子，其为具有非欧姆特性的陶瓷制晶粒，在所述基底内分散，该微压敏电阻粒子经由所述岛状导电分散相彼此电接触。
2.根据权利要求1所述的树脂材料，其特征在于，所述岛状导电分散相在所述整体树脂材料中的体积率是1％以上。
3.根据权利要求1所述的树脂材料，其特征在于，所述微压敏电阻粒子至少一部分为非球形。
4.根据权利要求1所述的树脂材料，其特征在于，所述第二树脂材料是在主相树脂中混入导电粉的材料。
5.根据权利要求4所述的树脂材料，其特征在于，所述第一树脂材料是无极性树脂，所述主相树脂是极性树脂。
6.根据权利要求5所述的树脂材料，其特征在于，所述第一树脂材料是从聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚和聚苯乙烯中选出的树脂；所述主相树脂是从尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚碳酸酯中选出的树脂；所述导电粉是从下述材料中选出的材料构成的：碳、金、银、铜、镍、钯、白金、氧化锡、氧化物超导材料、碳化硅、氮化钛。
7.一种伴随电压增加电流急剧增加的具有非欧姆特性的树脂材料的制造方法，其特征在于，
对绝缘的第一树脂材料和导电的第二树脂材料进行混炼，再对这些混炼物和微压敏电阻粒子进行混炼，所述第二树脂材料与所述第一树脂材料不相溶，所述第二树脂材料相对所述微压敏电阻粒子的可湿性比所述第一树脂材料相对所述微压敏电阻粒子的可湿性高。
8.一种伴随电压增加电流急剧增加的具有非欧姆特性的树脂材料的制造方法，其特征在于，
同时对绝缘的无极性的第一树脂材料、作为第二树脂材料主原料的主相树脂以及导电粉进行混炼，再对这些混炼物和微压敏电阻粒子进行混炼。
9.一种非欧姆电阻器，其特征在于，权利要求1所述的树脂材料被成型为规定的形状而构成该非欧姆电阻器。
10.根据权利要求9所述的非欧姆电阻器，其特征在于，所述规定的形状是电子零配件或电气设备的外壳、电路基板、电缆的护套及电线包覆中任一形状。
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