JP3381963B2 - 感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体 - Google Patents
感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体Info
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Description
いられる感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体に関する
ものである。
は、従来よりポリ塩化ビニル樹脂を主成分とする感熱樹
脂材料をサーミスタとして用いた面状の感熱発熱体やコ
ード状の感熱体あるいは感熱発熱体が使用されている。
そして近年の電気カーペットにあっては、カーペット地
からなる表面材や、電気カーペットに被せて使用するカ
バー材として、本物志向や高級志向から分厚いものが好
まれる傾向にあり、発熱体の温度を従来よりも高くする
必要が生じてきている。
を従来よりも高温にすると、部分的に断熱状態になると
きに生じる部分断熱高温部の温度が非常に高くなり、高
分子マトリクスポリマーとしてポリ塩化ビニル系樹脂を
主成分とするものを用いる従来の感熱樹脂材料では、高
温での熱老化のために温度センサーとしての固有インピ
ーダンス(以下|Z|と略記)と温度との関係の特性が
経時変化し、|Z|の変化によって感知する温度が危険
な高温になってしまうおそれがあった。この現象は、
ポリ塩化ビニル系樹脂中の可塑剤が高温の作用でブリー
ドアウトしてポリ塩化ビニル系樹脂のガラス転移点が高
温側にシフトしてしまう、ポリ塩化ビニル系樹脂が高
温にさらされると脱塩素反応を起こして熱老化してしま
う、等が原因になっていると考えられる。
分とする感熱樹脂材料では、|Z|と温度との関係の特
性の安定性を増すために、多量のイオン性物質を添加す
ることによって、イオンを過飽和にしてイオンの減少に
対する安定性を高めるようにしているが、イオン性物質
は一般に吸湿性が有るためにこのように多量のイオン性
物質を添加すると|Z|と温度との関係が湿度の影響を
受け、却って|Z|の変化によって検知する温度が変わ
ってしまうものであった。
しては、従来から三塩基性硫酸鉛などの塩基性鉛が使用
されているが、このような塩基性の安定剤はポリ塩化ビ
ニル系樹脂中の可塑剤を分解させてしまうおそれがあ
り、熱安定性を高める効果があまり期待することができ
ないという問題があった。このために、安定剤として分
子中の鉛成分がリッチである酸化鉛(PbO)と二酸化
珪素(SiO2 )からなる珪酸鉛を用いることによっ
て、可塑剤を分解させることなく熱安定性を高めるよう
にすることが試みられているが、珪酸鉛は三塩基性硫酸
鉛などの塩基性鉛に比べて吸湿性が高いために、感熱樹
脂材料の|Z|と温度との関係の特性が湿度の影響を受
けることになるという問題があった。
あり、熱老化による|Z|と温度との関係の特性の変動
を抑えることができると共に高感度化することができ、
また吸湿によるこの特性の変動を少なくすることができ
る感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体を提供すること
を目的とするものである。
料は、高分子マトリクスポリマーに、ポリエチレングリ
コールとポリプロピレングリコールの共重合体からなり
ポリエチレングリコールの比率が30〜60重量%の範
囲である副ポリマー中にイオン性物質として過塩素酸金
属塩を添加して調製したイオン伝導性電解質と、安定剤
として酸化鉛と二酸化珪素からなる珪酸塩とを配合して
成ることを特徴とするものである。
材料を使用して成ることを特徴とするものである。さら
に本発明に係る感熱発熱体は、上記感熱樹脂材料を使用
して成ることを特徴とするものである。以下、本発明を
詳細に説明する。
ングリコール(ポリエチレンオキサイド:PEO)とポ
リプロピレングリコール(ポリプロピレンオキサイド:
PPO)の共重合体よりなる副ポリマー中にイオン性物
質を添加してイオン伝導性電解質を調製し、そしてこの
イオン伝導性電解質や安定剤等を高分子マトリクスポリ
マー中に混練することによって作成することができる。
ロピレングリコールはそれぞれ次の化学式1、化学式2
で示される樹脂である。
ポリプロピレングリコールの共重合体を感熱樹脂材料の
主成分(主ポリマー)である高分子マトリクスポリマー
に対する副ポリマーとして用いるものである。このポリ
エチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重
合体としては、ポリエチレングリコールの比率が30〜
60重量%の範囲のものが好ましい。
ことによってイオン伝導性電解質を得ることができる。
本発明ではイオン性物質として無機の過塩素酸金属塩を
用いる。過塩素酸金属塩には次に示すようなものがある
が、勿論これらに限定されるものではない。 過塩素酸リチウム塩(LiClO4 ) 過塩素酸カリウム塩(KClO4 ) 過塩素酸マグネシウム塩(Mg(ClO4 )2 ) 無機の過塩素酸金属塩は有機の過塩素酸塩に比べて分子
量が小さく、主なイオン伝導媒体である副ポリマー中に
おける移動速度が大きくなるため、有機の過塩素酸塩に
比べて副ポリマーに対する添加量を少なくすることがで
きるものである。また、この無機の過塩素酸塩をイオン
性物質として副ポリマーに添加すると、Li+ ,K+ ,
Mg2+など金属元素の陽イオンとClO4 - の陰イオン
とに解離するが、ClO4 - の陰イオンは耐熱性が高く
容易に分解しないために、感熱樹脂材料が高温に長時間
さらされた場合でも固有インピーダンス|Z|の変化を
小さくすることができるものである。過塩素酸金属塩の
副ポリマーに対する添加量は5重量%以上が好ましい。
より好ましくは10重量%以上、20重量%以下であ
る。
て、本発明では酸化鉛(PbO)と二酸化珪素(SiO
2 )からなる珪酸鉛を用いる。既述のように安定剤とし
ては三塩基性硫酸鉛などの塩基性鉛が使用されており、
塩基性の安定剤は可塑剤を分解させることがあるために
熱安定性はあまり向上しないが、これに対して珪酸鉛は
可塑剤を分解させることがなく、しかも分子中の鉛成分
がリッチであるために、熱安定性を高めることができる
ものである。しかし、従来のように、副ポリマーを使用
せず、過塩素酸金属塩などのイオン性物質を高分子マト
リクスポリマーに直接添加している場合は、珪酸鉛や過
塩素酸金属塩の吸湿性が大きいために、感熱樹脂材料の
温度と|Z|との関係が吸湿の影響を受けて変化してし
まうおそれがあるが、本発明ではポリエチレングリコー
ルとポリプロピレングリコールの共重合体からなる副ポ
リマーを用いることによって、感熱樹脂材料の温度と|
Z|との関係の特性が吸湿の影響を受け難くなるように
している。すなわち、ポリエチレングリコールは吸湿す
ると粘度が増してイオン性物質が移動し難くなるように
作用するために、感熱樹脂材料の|Z|は大きくなる方
向に変化するが、その程度は共重合体におけるポリエチ
レングリコールの重量比率によって変えることができる
ものであり、珪酸鉛や過塩素酸金属塩の吸湿によって|
Z|が小さくなる方向に変化する量とバランスをとるこ
とによって、感熱樹脂材料の|Z|の変動を見掛け上小
さくすることができるものである。
クスポリマーとしては、ポリ塩化ビニル樹脂やその誘導
体などポリ塩化ビニル系樹脂を用いるのが一般的であ
る。そして上記のイオン伝導性電解質や安定剤としての
珪酸鉛を可塑剤を配合した高分子マトリクスポリマーに
添加して混練することによって、イオン伝導性プラスチ
ックサーミスタ特性を示す感熱樹脂材料を得ることがで
きる。高分子マトリクスポリマーに対するイオン伝導性
電解質の添加量は、1重量%以上、5重量%以下である
ことが好ましい。
うに、絶縁性の芯糸1に金属線を巻いて内巻電極2と
し、上記のように調製した感熱樹脂材料3を内巻電極2
の外側に被覆し、その外側に金属線を巻いて外巻電極4
とすることによって作成することができる。感熱樹脂材
料3は上記のように温度変化に伴って|Z|が変化する
ので、内巻電極2と外巻電極3の間の電位差を測定して
インピーダンスを検出することによって発熱温度を検知
することができるものである。
の感熱体の内巻電極2と外巻電極3の少なくとも一方を
発熱抵抗体として通電によって発熱させるようにし、こ
れらを絶縁体5で被覆することによって作成することが
できる。図4において10は外巻電極3の外側に樹脂フ
ィルムを巻いて形成した分離層である。
する。 (実施例1)ポリ塩化ビニル樹脂100重量部にトリメ
リット酸系の可塑剤を45重量部、酸化鉛(PbO)と
二酸化珪素(SiO2 )からなる珪酸鉛を安定剤として
25重量部配合し、さらに、ポリエチレングリコール
(ポリエチレンオキサイド)とポリプロピレングリコー
ル(ポリプロピレンオキサイド)を約1:1で共重合さ
せた平均分子量4600のブロック共重合体を副ポリマ
ーとして用い、過塩素酸金属塩として過塩素酸リチウム
塩(LiClO4 )をこの副ポリマーに対して15重量
%添加してイオン性電解質を調製し、これを上記配合物
に3重量部添加して、混練することによって感熱樹脂材
料を得た。
1の感熱樹脂材料の固有インピーダンス|Z|〜温度曲
線を示す(図1に実施例1の初期特性として示す)。図
1にみられるように、実施例1のものでは60℃前後で
の|Z|〜温度特性の変化率の大きさを示すB定数が急
激に大きくなっていることが特徴として認められる。こ
れは、イオン伝導性電解質が持つ特性と、高分子マトリ
クスポリマーが持つ特性とが合わさった状態で発現され
るためであり、特に60℃前後でのB定数の急激な変化
は高分子マトリクスポリマーの粘度が急激に小さくなる
温度を持つことによって発現されるものである。ここ
で、B定数は|Z|と温度の関係を図6のようにすると
次の式で算出することができる。
/T−1/Ta) (従来例1)ポリ塩化ビニル樹脂100重量部にトリメ
リット酸系の可塑剤を45重量部、安定剤として三塩基
性硫酸鉛を25重量部配合し、さらにこれにイオン性物
質として有機の過塩素酸塩(化学式3に示す過塩素酸よ
りなる第4級アンモニウム塩)を約1.8重量%の割合
で添加して混練することによって、感熱樹脂材料を得
た。
材料の固有インピーダンス|Z|〜温度曲線を示す(図
1に従来例1の初期特性として示す)。実施例1と従来
例1のプラスチックサーミスター特性を比較すると、図
1にみられるように、0℃〜40℃付近は同様な|Z|
であるが、60℃〜100℃では実施例1のほうが従来
例1よりも|Z|が小さくなっており、変化が大きくな
っている。すなわち80℃〜100℃におけるB定数
は、従来例1のものがB=9500であるのに対して、
実施例1のものはB=10900であり、実施例1のほ
うが従来例1に比較して高感度化したプラスチックサー
ミスター特性を示すものである。
来例1の感熱樹脂材料について、110℃雰囲気中に2
000時間放置して熱老化処理したあとの|Z|〜温度
特性を100Hzの条件で測定した。結果を図1に熱老
化処理後の特性として示す。実施例1及び従来例1の熱
老化処理前(図1に初期特性として示す)と熱老化処理
後の|Z|〜温度特性を比較すると、実施例1のものは
熱老化の進行が遅いために|Z|の変化が小さいことが
確認される。
量部にトリメリット酸系の可塑剤を45重量部、安定剤
として珪酸鉛を25重量部配合し、さらにこれにイオン
性物質として有機の過塩素酸塩(化学式3に示す過塩素
酸よりなる第4級アンモニウム塩)を3重量部添加して
混練することによって、感熱樹脂材料を得た。
材料を40℃×80%RHの多湿雰囲気に80時間放置
した場合の|Z|の変化の様子を示す。実施例1と従来
例2の|Z|の変化率の最大絶対値を比較すると、実施
例1のものが6%であるのに対して従来例2のものが3
1%であり、実施例1は従来例の1/5以下であること
が確認される。
レングリコールとポリプロピレングリコールのブロック
共重合体であって平均分子量が3300でポリエチレン
グリコールの比率が25重量%のもの、及び平均分子量
が4100でポリエチレングリコールの比率が50重量
%のもの、ポリエチレングリコール単体であって平均分
子量が1000のもの、ポリプロピレングリコール単体
であって平均分子量が2000のものをそれぞれ用い、
イオン性物質として過塩素酸リチウム塩をこの各副ポリ
マーに対して一律15重量%添加してイオン伝導性電解
質を調製した。またポリ塩化ビニル樹脂100重量部に
トリメリット酸系の可塑剤を45重量部、安定剤として
珪酸鉛を25重量部配合し、さらにこれに上記イオン伝
導性電解質を一律1.4重量%の割合で添加して混練す
ることによって感熱樹脂材料を得た。そしてこの感熱樹
脂材料を60℃×95%RHの高温多湿雰囲気に168
時間放置する前後での60℃における|Z|変動率を測
定し、|Z|変動率と副ポリマーにおけるポリエチレン
グリコールの重量比率との関係を図3に示した。
るポリエチレングリコールの比率が100重量%のもの
は|Z|変動率は正の大きな値となり、逆にポリエチレ
ングリコールの比率が0重量%のものは|Z|変動率は
負の大きな値となるものであり、またポリエチレングリ
コールの比率が30〜60重量%の場合は|Z|変動率
の絶対値は小さな値となるものであった。
を用いて、図4に示すようなコード状の感熱発熱体Aを
製造した。この感熱発熱体Aは、絶縁性の芯糸1に金属
線をスパイラル状に巻いて内巻電極2とし、上記各実施
例のように調製した感熱樹脂材料3を例えば押し出し成
形して内巻電極2の外側に被覆し、その外側に金属線を
巻いて外巻電極4とし、さらにその外側に樹脂フィルム
を巻いて分離層10を形成した後に、その外側に絶縁体
5を被覆することによって製造したものである。
極4の少なくとも一方を発熱抵抗体(ヒータ)として通
電することによって発熱させることができる。そしてこ
の感熱発熱体Aにあって、電極2,4の一方を発熱させ
ると感熱樹脂材料3は温度変化に伴って|Z|が変化す
るために、電極2,4間の電位差を検出することによっ
て発熱温度を検知することができる。
えば図5(a)(b)に示すように、ポリエステル繊維
等の厚さ10mm程度の裏面布11と厚さ9μ程度の均
熱アルミニウム平面体12との間に挟んでジグザグ状に
配置し、そして均熱アルミニウム平面体12の上にポリ
エステル繊維等の厚さ5mm程度の表面布13を積層す
ることによって電気カーペットBを作成することができ
る。図5(a)において14は電源コード、15は温度
コントローラである。
スポリマーに、ポリエチレングリコールとポリプロピレ
ングリコールの共重合体からなりポリエチレングリコー
ルの比率が30〜60重量%の範囲である副ポリマー中
にイオン性物質として過塩素酸金属塩を添加して調製し
たイオン伝導性電解質と、安定剤として酸化鉛と二酸化
珪素からなる珪酸鉛とを配合して感熱樹脂材料を調製す
るようにしたので、イオン性物質として用いる過塩素酸
金属塩は添加量が少なくて済んで吸湿による影響を小さ
くすることができると共に過塩素酸金属塩は耐熱性が高
く熱劣化を小さくすることができ、また珪酸鉛は可塑剤
を分解することがなく熱安定性を高く得ることができる
ものであり、さらに珪酸鉛や過塩素酸金属塩が吸湿して
もポリエチレングリコールとポリプロピレングリコール
の共重合体からなる副ポリマー中のポリエチレングリコ
ールの量を調整することによって|Z|の変動を小さく
することができるものであり、この結果、感熱樹脂材料
の|Z|〜温度特性を高感度化することができ、また吸
湿による|Z|の変動を小さくすることができ、さらに
高温雰囲気におかれたときの熱劣化によって生じる|Z
|と温度との関係の特性の変動を抑制することができる
ものである。
ンピーダンス〜温度曲線のグラフである。
置した場合の実施例1と従来例2の感熱樹脂材料の固有
インピーダンスの変化を示すグラフである。
リマーにおけるポリエチレングリコールの重量比率との
関係を示すグラフである。
視図、(b)は一部の拡大した断面図である。
温度曲線のグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 高分子マトリクスポリマーに、ポリエチ
レングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体
からなりポリエチレングリコールの比率が30〜60重
量%の範囲である副ポリマー中にイオン性物質として過
塩素酸金属塩を添加して調製したイオン伝導性電解質
と、安定剤として塩化鉛と二酸化珪素からなる珪酸鉛と
を配合して成ることを特徴とする感熱樹脂材料。 - 【請求項2】 請求項1に記載の感熱樹脂材料を使用し
て成ることを特徴とする感熱体。 - 【請求項3】 請求項1に記載の感熱樹脂材料を使用し
て成ることを特徴とする感熱発熱体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14315193A JP3381963B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14315193A JP3381963B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0750203A JPH0750203A (ja) | 1995-02-21 |
JP3381963B2 true JP3381963B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=15332117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14315193A Expired - Lifetime JP3381963B2 (ja) | 1993-06-15 | 1993-06-15 | 感熱樹脂材料及び感熱体、感熱発熱体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3381963B2 (ja) |
-
1993
- 1993-06-15 JP JP14315193A patent/JP3381963B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0750203A (ja) | 1995-02-21 |
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