JPH0256887A - Self-controlling strip heater - Google Patents

Self-controlling strip heater

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JPH0256887A
JPH0256887A JP1128617A JP12861789A JPH0256887A JP H0256887 A JPH0256887 A JP H0256887A JP 1128617 A JP1128617 A JP 1128617A JP 12861789 A JP12861789 A JP 12861789A JP H0256887 A JPH0256887 A JP H0256887A
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composition
conductive polymer
electrodes
electrode
polymer composition
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フンディ パンドウラング カマス
Jeffrey C Leder
ジェフレイ クリス レーダー
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14Heater elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/146Conductive polymers, e.g. polyethylene, thermoplastics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/027Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material

Abstract

PURPOSE: To carry out melt extrusion on an electrode by specifying a linear ratio of carbon black as a filling agent for a melting thermoplastic conductive polymer composition and a strip heater and making no need of annealing treatment. CONSTITUTION: A means suitable to be used for an electric circuit in which electric current flows to electrodes through a conductive polymer is constituted of the electrodes and the conductive polymer composition brought into contact with the electrodes. The content L (wt.%) of carbon black in the conductive polymer composition is not higher than 15% and the resistance R (ohm.centimeter) of the composition is so controlled as to satisfy 2L+5log10 R >45 and the average linear ratio between any couple of electrodes of the strip heater does not exceed 1.2. Consequently, the electrodes and the polymer composition are separately heated before they are brought into contact with each other and melting extrusion is carried out on an electrode by carrying out extrusion molding on the surrounding of an electric wire electrode.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は導電性重合体組成物に電極が接触している電気
的手段、およびその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electrical means in which an electrode is in contact with a conductive polymer composition, and a method for making the same.

導電性重合体組成物は周知である。このものは微細分割
された導電性充填剤、例えばカーボンブラックあるいは
粒状金属を分散して含む有機重合体からなる。このよう
な組成物のあるものはいわゆるP T C(Posit
ive TemperatureCoer r ic 
1ent ;正温度係数)挙動を示す。PTC挙動を記
述するのに従来用いられている用語は種々あり、しかも
正確でない。本明細書においては、rpTc挙動を示す
組成物」およびrp’rc組成物」なる用語は、−10
0℃から約250℃の範囲内にある少くとも一つの温度
範囲〔以下「臨界範囲」(”critical ran
ge”)と称する〕を有する組成物であって、この温度
範囲の始端において組成物が約105オーム・センチ以
下の抵抗率を有し;またこの温度範囲内で組成物が少く
とも2.5のR14値あるいは少くとも10のR1゜。
Conductive polymer compositions are well known. They consist of organic polymers containing finely divided conductive fillers, such as carbon black or particulate metals, dispersed therein. Some such compositions are so-called PTC (Posit
ive Temperature Coer ric
1ent; positive temperature coefficient) behavior. The terminology traditionally used to describe PTC behavior is varied and inaccurate. As used herein, the terms "composition exhibiting rpTc behavior" and "rp'rc composition" refer to -10
At least one temperature range within the range of 0°C to approximately 250°C (hereinafter referred to as the "critical range")
ge"), wherein at the beginning of this temperature range the composition has a resistivity of less than about 105 ohm-cm; and within this temperature range the composition has a resistivity of at least 2.5 or an R14 value of at least 10.

値を(望ましくは共に)有し、また望ましくは少くとも
6のR8゜値を有する組成物を指す。ここで[(14と
は14℃範囲の末端と始端とにおける抵抗率の比であり
、R10゜は100℃範囲の末端と始端とにおける抵抗
率の比を、モしてR8゜とは30℃範囲の末端と始端と
における抵抗率の比である。rPTC要素」なる用語は
上記したPTC組成物からなる要素を意味する。要素に
接触する二つの電極間で測定したPTC組成物の抵抗値
の対数値を温度に対してプロットするとき、しばしば、
ただし必ずしら常にではなく、臨界温度範囲の一部分に
わたって勾配の急激な変化が認められ、このような場合
、勾配の急激な変化を示す部分の両側にある実質的に直
線的な部分を外挿したものの交叉する点における温度を
指すのに「スウイッヂング温度」(“switchin
g temperature”)(通常Tsと略す)な
る用語を用いる。このようなPTC要素におけるP′r
C組成物は本明細書において「有用なTsJを有すると
記述される。Tsは0℃から175℃の間、例えば50
℃から120℃の間にあるのが好ましい。
(preferably both) and preferably has an R8° value of at least 6. Here, [14 is the ratio of resistivity at the end of the 14°C range and the beginning, R10° is the ratio of the resistivity at the end and the beginning of the 100°C range, and R8° is the ratio of resistivity at 30°C. It is the ratio of the resistivities at the end and the beginning of the range.The term "rPTC element" means an element made of the PTC composition described above.The ratio of the resistivity of the PTC composition measured between two electrodes in contact with the element. When plotting logarithmic values against temperature, often
However, it is not always the case that a sharp change in slope is observed over a portion of the critical temperature range; in such cases, a substantially linear portion on either side of the portion showing the sudden change in slope may be extrapolated. The term “switching temperature” refers to the temperature at the point where things intersect.
We use the term "g temperature" (usually abbreviated as Ts).
C compositions are described herein as having a useful TsJ, where Ts is between 0°C and 175°C, e.g.
Preferably it is between 120°C and 120°C.

“導電性重合体組成物、特にPTC組成物は、電極、通
常、金属の電極に組成物が接触する電気的手段において
有用である。この種の手段は一つらしくはそれより多い
電極のまわりにあるいはこれに対して融解重合体組成物
を押出成形あるいは鋳込み成形することからなる方法に
より通常製造する。既知の方法においては、電極は重合
体組成物との接触に先立って加熱されず、あるいは局限
された程度まで、例えば組成物の融点より十分低い温度
まで、例えば通常的な電線被覆技術におけるように65
℃以下の温度までしか加熱されない。
“Conductive polymer compositions, particularly PTC compositions, are useful in electrical means in which the composition contacts an electrode, usually a metal electrode. It is usually manufactured by a process consisting of extruding or casting a molten polymer composition onto or onto the polymer composition. In known methods, the electrode is not heated prior to contact with the polymer composition, or 65 to a localized extent, e.g. to a temperature well below the melting point of the composition, e.g. as in conventional wire coating techniques.
It can only be heated to temperatures below ℃.

〔本明細書においては全体を通じて温度は摂氏表示であ
る。〕このような手段の周知の例は、導電性重合体組成
物の概ねリボン状の心構部、心構部の端部近辺に埋込ま
れた長手方向に延びる一対の電極、一般には撚り電線、
および保護ならびに絶縁組成物の外層からなる可撓性の
ストリップヒーターである。特に有用なヒーターは組成
物がPTC挙動を示すものであり、従って自己制御性の
あるしのである。組成物が15%より少いカーボンブラ
ックを含有するこのようなヒーターの製造においては、
十分に低い抵抗率を得るために、2L+ 51008+
o n < 45 (ただし、Lはカーボンブラックの
重量%であり、Rは室温におけるオーム・センチ表示の
抵抗率である)となるように長期間にわたってヒーター
をアニーリングする必要のあることが従来技術によって
教示されている。
[Temperatures throughout this specification are expressed in degrees Celsius. ] Well-known examples of such means include a generally ribbon-shaped core of a conductive polymeric composition, a pair of longitudinally extending electrodes embedded near the ends of the core, typically stranded electrical wires. ,
and a flexible strip heater consisting of an outer layer of protective and insulating composition. Particularly useful heaters are those whose composition exhibits PTC behavior and are therefore self-regulating. In the manufacture of such heaters, the composition of which contains less than 15% carbon black,
To obtain a sufficiently low resistivity, 2L+ 51008+
The prior art has shown that it is necessary to anneal the heater for a long period of time such that on < 45 (where L is the weight percent of carbon black and R is the resistivity in ohm-cm at room temperature). taught.

?!極とこれに接触する導電性重合体組成物とからなる
手段に、特にストリップヒーターにつきまとう不利1点
は、これを使用する期間が長くなるにつれて、その抵抗
値が高(なり、かつ電力出力がより低くなることであり
、これが熱的サイクル下におかれろ時特にそうなること
である。
? ! One disadvantage of devices consisting of electrodes and conductive polymer compositions in contact with them, especially with strip heaters, is that the longer they are used, the higher their resistance (and the lower their power output). This is especially true when it is subjected to thermal cycling.

電極とカーボンブラック充填ゴムとの間の接触抵抗の、
゛手段ごとの差異は、このような手段の電気的特性の比
較に対して、そして、特に高い抵抗率および低い電圧に
おける、このようなゴムの抵抗率の正確な計測に対して
障害となることが知ら 。
of the contact resistance between the electrode and the carbon black filled rubber,
``Differences between tools pose an obstacle to the comparison of the electrical properties of such tools and to the accurate measurement of the resistivity of such rubbers, especially at high resistivities and low voltages. I don't know.

れており:そして他の導電性重合体組成物についても同
じことがいえることイイ示唆されている。カーボンブラ
ックで充填されたゴムとこれに接触するようにおかれた
試験電極との間の接触抵抗を低下するために種々な方法
が提案されている。望ましい方法は、ゴムを真鍮の電極
と接触さけながらゴムを加硫することである。他の方法
としては、銅−プレーチング、金による真空被覆、およ
び電極と試験片との間にグラファイトのコロイド溶液を
用いることが含まれる。詳細には、アプライド・サイエ
ンス・パブリッシャーズ(AppliedS cien
ce P ublishers)から出版のR,H,ノ
ーマン(pJorman)の[導電性ゴムおよびプラス
チックス」(“ConducLive Rubber 
and P 1assies”)(1970年)の第2
章を参照されたい。これから、このような接触抵抗の大
きさを支配する因子は十分に解明されていないことが明
らかとなろう。
It has been suggested that the same holds true for other conductive polymer compositions. Various methods have been proposed to reduce the contact resistance between rubber filled with carbon black and a test electrode placed in contact with it. A preferred method is to vulcanize the rubber while avoiding contact with the brass electrodes. Other methods include copper-plating, vacuum coating with gold, and using a colloidal solution of graphite between the electrode and the specimen. For more information, please visit Applied Science Publishers.
"ConducLive Rubber and Plastics" by R.H. Norman, published by CE Publishers.
and P 1assies” (1970).
Please refer to chapter. It will become clear from this that the factors governing the magnitude of such contact resistance have not been fully elucidated.

本発明者らは、電極と導電性重合体組成物との間の初期
の接触抵抗が低いほど、全抵抗値の時間的増大が低いこ
とを見出した。本発明者らはまた、電極と重合体とを共
に、組成物の融点以上の温度において互いに接触するよ
うに置きあるいは保つことにより、これらの間の接触抵
抗が低下することも見出した。「組成物の融点」なる用
語は本明細書においては組成物が融解しはじめる温度を
指すのに用いる。所望の成果を得るために、それぞれが
組成物の融点以上の温度にある電極と組成物とが互いに
接触している必要のある時間は、極めて短い。5分を越
える時間は、接触抵抗をさらに顕著に低下することにな
らず、またしばしば1分より短い時間で十分であり、従
ってこれが推奨される。このように処理時間は、例えば
米国特許第3゜823.217号および第3,914.
363号中に記載のごとき、組成物の抵抗率を低下する
ための既知のアニーリング処理の必要とする時間と比べ
て、オーダーが全く異なる。
The inventors have found that the lower the initial contact resistance between the electrode and the conductive polymer composition, the lower the increase in total resistance over time. The inventors have also discovered that by placing or maintaining the electrode and polymer together in contact with each other at a temperature above the melting point of the composition, the contact resistance between them is reduced. The term "melting point of a composition" is used herein to refer to the temperature at which a composition begins to melt. The amount of time that the electrode and the composition, each at a temperature above the melting point of the composition, need to be in contact with each other to achieve the desired outcome is very short. A time of more than 5 minutes does not result in a further significant reduction in contact resistance, and times of less than 1 minute are often sufficient and are therefore recommended. Processing times are thus discussed, for example, in U.S. Pat.
The times required by known annealing treatments to reduce the resistivity of compositions, such as those described in No. 363, are of a completely different order of magnitude.

従って一つの要旨によれば本発明は、電極およびこれと
接触する導電性重合体組成物からなり、導電性重合体を
通って電極に電流が流れる電気回路で用いるのに適した
手段を製造する方法であって、該方法は融解熱可塑性導
電性重合体組成物を電極上に融解押出しすることを含ん
でなり、(1)電極が初めて導電性重合体に接触される
時、電極は65℃を越える温度にあり、 (2)電極およびこれと接触した導電性重合体は、Tm
(Tmは、導電性重合体組成物が融解し始める温度)を
越える温度で、導電性重合体と電極との間の接触抵抗を
減少させるのに十分な時間保持することを特徴とする製
造方法を提供する。TpおよびTeはともにTmより少
くとも20℃、特に少くとも55℃高いのが望ましい。
Accordingly, in one aspect, the present invention produces a means suitable for use in an electrical circuit comprising an electrode and a conductive polymer composition in contact therewith, in which electrical current is passed through the conductive polymer to the electrode. 1. A method comprising melt extruding a molten thermoplastic conductive polymer composition onto an electrode, the method comprising: (1) when the electrode is first contacted with the conductive polymer, the electrode is heated to 65°C; (2) The electrode and the conductive polymer in contact with it are at a temperature exceeding Tm
(Tm is the temperature at which the conductive polymer composition begins to melt) for a time sufficient to reduce the contact resistance between the conductive polymer and the electrode. I will provide a. Both Tp and Te are preferably at least 20°C higher than Tm, especially at least 55°C.

TI)とTeはともに重合体組成物の環球式(Ring
 −and −B at l)軟化温度より高いのがし
ばしば好ましい。
TI) and Te both represent the ring and ball formula (Ring) of the polymer composition.
-and-B at l) above the softening temperature is often preferred.

導電性重合体組成物を電極と緊密に一体化するのを助け
るために、導電性重合体組成物を加圧下におくのが望ま
しい。圧力は一般に少くとも14kg/cm’、望まし
くは少くと乙2 I kg/cm”、例えば21ないし
200kg/am’、特に少くとも35kg/cm’、
例えば35〜70 kg/ cm”である。
It is desirable to subject the conductive polymer composition to pressure to help intimately integrate the conductive polymer composition with the electrode. The pressure is generally at least 14 kg/cm', preferably at least 2 I kg/cm', such as from 21 to 200 kg/cm', especially at least 35 kg/cm',
For example, 35 to 70 kg/cm".

本発明者らは、また、接触抵抗は電極を重合体組成物か
ら引剥すのに必要な力と相関しうろことも見出した。従
って本発明はさらに、導電性重合体組成物と接触する電
極、殊に導電性重合体組成物中に埋込まれた撚り電線電
極からなる手段であって、この手段から電極を引剥すた
めの力(P)がPoの少くとも1.4倍であるものを提
供する。ここでPoは、同一の導電性重合体組成物と接
触する同一の電極からなり、しかもそれが24℃より高
くない温度にある電極を融解した導電性重合体組成物と
接触しかつ重合体組成物を電極と接触させつつ冷却する
ことからなる方法によって製造されている手段から同一
の電極を引剥すための力である。引剥し力PおよびPo
は以下に詳細に述べるようにして21Cで測定する。
The inventors have also found that contact resistance scales with the force required to peel the electrode from the polymeric composition. The invention therefore further provides means comprising an electrode, in particular a stranded wire electrode embedded in the conductive polymer composition, in contact with the conductive polymer composition, comprising means for stripping the electrode from the means. Provide a force (P) that is at least 1.4 times Po. where Po consists of the same electrode in contact with the same conductive polymer composition, and that it is in contact with the conductive polymer composition melting the electrode at a temperature not higher than 24°C and the polymer composition It is the force required to peel off the same electrode from a means manufactured by a method consisting of cooling the object while in contact with the electrode. Peeling force P and Po
is measured at 21C as detailed below.

長さ5.1センチの電極を含むヒーターストリップ(ま
たは他の手段)の長さ5.1センチの直線試料を切り出
す。試料の一端において、2.5センチにわたって電極
から重合体を剥がす。むき出しにした電極を、水平面内
に保持した強固な金属板内にある、電極より僅かに大き
な小孔を通して下垂する。裸の電極の末端を金属板下方
の可動締付具によりきつく締付け、試料の他端を金属板
上方でゆるく挟み電極を垂直に保つ。次に可動締付具を
5.1センチ/分にて垂直下方に動かし、導電体を試料
から引剥すのに必要な最大の力を測定する。
Cut a 5.1 cm long linear sample of a heater strip (or other means) containing a 5.1 cm long electrode. Peel the polymer from the electrode over 2.5 cm at one end of the sample. The exposed electrode is lowered through a small hole slightly larger than the electrode in a rigid metal plate held in a horizontal plane. The bare end of the electrode is tightly clamped by a movable clamp below the metal plate, and the other end of the sample is held loosely above the metal plate to keep the electrode vertical. The movable clamp is then moved vertically downward at 5.1 cm/min and the maximum force required to peel the conductor from the sample is measured.

本発明者らはまた、導電性重合体組成物に電流が通過さ
れる現在量も広く用いられる手段であるストリップヒー
ターの場合、接触抵抗は、以下に述べるごとくして容易
に測定しうる量である直線性比率(linearity
 ratio)と相関しうろことができることも見出し
た。従って本発明はさらに、(1)PTC挙動を示し、
結晶性重合体中に分散されたカーボンブラックを含んで
なる導電性重合体組成物の融解押出成型心核部、 (2)該導電性重合体組成物中に相互に平行に埋設され
て長手方向に延びる少なくと62本の電極、ならびに (3)導電性重合体を取り巻く保護および絶縁組成物の
層を有してなり、 (i)カーボンブラックの含有量(L、重量%)は(a
N5%より多い、または (b)15%より少なくて、組成物の抵抗率(It。
The inventors also found that in the case of strip heaters, where the current amount of current passed through a conductive polymer composition is a widely used means, contact resistance is a readily measurable quantity as described below. A certain linearity ratio
It was also found that there is a correlation with the ratio. Therefore, the present invention further provides (1) exhibiting PTC behavior;
a melt-extruded core of a conductive polymer composition comprising carbon black dispersed in a crystalline polymer; (2) embedded in the conductive polymer composition parallel to each other in a longitudinal direction; and (3) a layer of a protective and insulating composition surrounding the conductive polymer, wherein (i) the carbon black content (L, weight %) is (a
N5% or (b) less than 15%, the resistivity (It) of the composition.

オーム・センチ)が 2 L + 510g+。R〉45 を満たし、かつ (ii)いかなる電極対間の平均直線性比率もl。ohm cm) 2L + 510g+. R〉45 and (ii) The average linearity ratio between any pair of electrodes is l.

2を越えないことを特徴とする自己制御ストリップヒー
ターをil!17?する。ストリップヒーターの直線性
比率は 30MVにおける抵抗値 toovにおける抵抗値 として定義され、抵抗値はストリップヒーターの外部被
覆および導電性重合体心核部を貫通する探針により接触
される二つの電極の間で21℃において測定される。接
触抵抗は100Vにて無視できるので、直線性比率り月
に近いほど、接触抵抗は小さくなる。
il self-regulating strip heater characterized by not exceeding 2! 17? do. The linearity ratio of a strip heater is defined as the resistance at 30 MV toov, which is the resistance between two electrodes contacted by a probe penetrating the outer coating and conductive polymer core of the strip heater. Measured at 21°C. Since the contact resistance can be ignored at 100V, the closer the linearity ratio is to the moon, the smaller the contact resistance becomes.

本発明は例えば金属の板、細片あるいは電線のようない
かなる型の電極についても有用であるか、不規則な表面
を有する電極、例えばストリップヒーター内に通常用い
られるような撚り電線電極、編み電線電極〔例えば西ド
イツ特許公開公報第2635.000−5)中に記載の
もの〕および西ドイツ特許公開公報第2,655,54
3−1号中に記載のごときエキスパンダプル(expa
ndable)電極について特にそうである。望ましい
撚り電線は銀被覆ならびにニッケルー被覆銅電線であり
、これらは錫−被覆もしくは非被覆鋼電線に比べて融解
あるいは酸化といった難点がより少い。もっとも後者の
銅電線ら使用温度が高すぎないかぎり困難なく使用する
ことができる。
The invention is useful for electrodes of any type, such as metal plates, strips or wires, or electrodes with irregular surfaces, such as twisted wire electrodes, braided wire electrodes, such as those commonly used in strip heaters. electrodes (such as those described in German Patent Application No. 2,635.000-5) and German Patent Application No. 2,655,54.
Expander pull (expa pull) as described in No. 3-1
This is especially true for ndable) electrodes. Preferred stranded wires are silver-coated and nickel-coated copper wires, which are less susceptible to melting or oxidation than tin-coated or uncoated steel wires. However, the latter type of copper wire can be used without difficulty as long as the operating temperature is not too high.

本発明で用いる導電性重合体組成物は一般に、充填剤と
してカーボンブラックを、15重量%内外、例えば17
重量%より多くあるいは20重量%の量にて含有する。
The conductive polymer composition used in the present invention generally contains carbon black as a filler in an amount of about 15% by weight, e.g.
It is contained in an amount of more than 20% by weight.

多くの場合、組成物はPTC挙動を示すのが好ましい。In many cases it is preferred that the composition exhibit PTC behavior.

組成物の抵抗率は一般に21℃で50,000オーム・
センナより低く、例えば100ないし50,000オー
ム・センチである。+15ボルトあるいはそれ以上の交
流にて電力供給されるよう設計されたストリップヒータ
ーの場合、組成物は一般にの2.000ないし50,0
00オーム・センチ、例えば2.000ないし40,0
00オーム・センチの抵抗率を有する。組成物は熱可塑
性であるのが好ましい。
The resistivity of the composition is typically 50,000 ohms at 21°C.
Senna, for example 100 to 50,000 ohm-cm. For strip heaters designed to be powered by +15 volts or more alternating current, the composition is generally between 2.000 and 50.0 volts.
00 ohm cm, e.g. 2.000 to 40.0
It has a resistivity of 0.00 ohm-cm. Preferably, the composition is thermoplastic.

しかし、このものは、電極と緊密に一体化するように接
触条件下で十分に流動的であるかぎり、軽く架橋してい
てよく、あるいは架橋する過程にあってよい。重合体は
結晶性重合体であるのが好まし本発明の関係するストリ
ップヒーターは一般に、0.15ないし1センチの距離
、離れている二つの電極を有するが、より大きなへだた
り例えば2゜5センチあるいはそれ以上をら採用するこ
とができる。導電性重合体の6核は従来の形状のもので
あってよいが、このらのが最小寸法、特に円形断面の3
倍より大きくない、特に1.5倍より大きくない、例え
ば1.1倍より大きくない断面を有するのが好ましい。
However, it may be lightly crosslinked or in the process of crosslinking, as long as it is sufficiently fluid under the contact conditions to integrate tightly with the electrode. Preferably, the polymer is a crystalline polymer and the strip heaters to which this invention relates generally have two electrodes separated by a distance of 0.15 to 1 cm, although a larger separation, e.g. 2°, is possible. 5 cm or more can be used. The 6 cores of the conductive polymer may be of conventional shape, but they are of minimal dimension, especially 3 cores of circular cross section.
It is preferred to have a cross section of no more than a factor of 1.5, for example no more than a factor of 1.1.

本発明の望ましい一つの態様においては、電極と重合体
組成物は接触される而に別個に加熱される。この態様に
おいては、組成物は、例えばクロス−ヘッドダイス(c
ross head die)を用いて一対の互いに隔
てられた電線電極のまわりに押出成形することにより、
電極上に融解押出成形されるのが好ましい。電極は重合
体組成物の融解温度(Tp)より高くであるいは低くて
よいが一般には(Tp−55)より高くまた望ましくは
(Tp−30)より高い温度(Te)に予熱する。Tp
は通常組成物の融点よりかなり高く例えば30°Cない
し80℃高いであろう。もちろん、電極および組成物の
いずれも顕著な酸化あるいは他の劣化の起る温度まで加
熱されるべきでない。
In one preferred embodiment of the invention, the electrode and polymer composition are heated separately while being brought into contact. In this embodiment, the composition is, for example, a cross-head die (c
by extrusion molding around a pair of spaced wire electrodes using a ross head die).
Preferably, it is melt extruded onto the electrode. The electrode is preheated to a temperature (Te) which may be above or below the melting temperature (Tp) of the polymeric composition, but generally above (Tp-55) and preferably above (Tp-30). Tp
will normally be significantly higher than the melting point of the composition, for example 30°C to 80°C. Of course, neither the electrode nor the composition should be heated to temperatures at which significant oxidation or other degradation occurs.

本発明の他の態様においては、組成物を電極と接触して
成彩しく電極を予熱ずろことなく)次にこれらを、たが
いが接触しているうちに、組成物の融点より高い温度ま
で加熱する。この方法による接触抵抗の有効な低下を確
保するために注意が必要である。最適の条件は電極およ
び組成物に依存するが、時間、温度および圧力を増大す
ることにより所望の結果を得るのが容易になる。圧力は
例えばプレス内でかけることができあるいは挾みローラ
(nip roller)によりかけることができる。
In another embodiment of the invention, the composition is brought into contact with the electrode (without preheating the electrode) and then heated while in contact to a temperature above the melting point of the composition. do. Care must be taken to ensure effective reduction of contact resistance by this method. Optimal conditions will depend on the electrode and composition, but increasing time, temperature and pressure will facilitate achieving the desired results. Pressure can be applied, for example, in a press or by nip rollers.

本発明のこの態様は、例えば、組成物が15重徹%より
多い、例えば17重量%または20重量%より多いカー
ボンブラックを含有するときにアニーリング処理の必要
性あるいは好ましさがない場合、またはアニーリングの
終了時にカーボンブラックの含有率(L)と抵抗率(R
)とが2 r、 + 5108+oR〉45となるよう
に限定的なアニーリング処理しか行なわない場合、特に
有用である。
This aspect of the invention is applicable, for example, when there is no need or preference for an annealing treatment when the composition contains more than 15% by weight of carbon black, such as more than 17% or 20% by weight, or At the end of annealing, carbon black content (L) and resistivity (R
) is particularly useful if only a limited annealing process is performed such that 2 r, + 5108+oR>45.

電極およびこれをとりまく組成物を加熱する一つの方法
は電極に高電流を通し、それによって電極の抵抗加熱に
より所望の熱を発生することである。
One method of heating the electrode and the surrounding composition is to pass a high current through the electrode, thereby generating the desired heat by resistive heating of the electrode.

本発明の他の一態様においては、導電性重合体組成物は
最初、成形物品、例えば一つあるいはそれより多い小球
あるいはペレットの形をしており、電極と接触して成形
されてなく、電極と組成物とは例えば圧縮鋳型内で加圧
下で一緒に加熱される。
In another embodiment of the invention, the conductive polymer composition is initially in the form of a shaped article, such as one or more globules or pellets, and is not shaped into contact with the electrode. The electrode and composition are heated together under pressure, for example in a compression mold.

導電性重合体組成物がPTC挙動を示すときは特に、最
終製品において組成物が架橋しているのがしばしば好ま
しい。架橋は接触抵抗を低下するための処理の後で別個
な工程として実施することができ、この場合照射による
架橋が好ましい。あるいはまtこ、上記の処理と同時に
架橋を行うことができ、その場合、過酸化物のような架
橋開始剤の助けをかりる化学的架橋が好適である。
Especially when the conductive polymer composition exhibits PTC behavior, it is often preferred that the composition be crosslinked in the final product. Crosslinking can be carried out as a separate step after the treatment to reduce the contact resistance, in which case crosslinking by radiation is preferred. Alternatively, crosslinking can be carried out simultaneously with the above treatment, in which case chemical crosslinking with the aid of crosslinking initiators such as peroxides is preferred.

本発明を以下の諸例により例解する。これらのあるもの
は比較例である。
The invention is illustrated by the following examples. Some of these are comparative examples.

各側におけるストリップヒーターは以下に述べるごとく
して製造した。導電性重合体組成物は、酸化防止剤を含
む中密度ポリエチレンを、エチレン/エチルアクリレー
ト共重合体を含むカーボンブラックマスターバッチと配
合して、指示重量%のカーボンブラックを含む組成物を
与えることにより得た。組成物の融点(すなわち、組成
物が融解し始める温度)は、約100℃であり、組成物
の融解が完了する温度は約115℃であった。直径0.
36センチの円形オリフィスを有するクロス−ヘッドダ
イスを通じて一対の銀−被覆銅撚り電線上に組成物を融
解温度的180℃において融解押出成形した。各電線は
直径0.08センチを有し、19撚りからなり、また電
線の軸はオリフィスの直径上とそれから0.2センチ離
れた点にあった。クロス−ヘッドダイスに到達する而に
、電線を800℃の長さ60センチのオーブンに通過す
ることにより予熱した。ダイスに入る電線の温度は、オ
ーブンおよびダイスを通過する電線の速さが21m/分
である比較例1,4および6において82℃であり、ま
た例2および7においては165℃であり、また例3お
よび5においては193℃であった。
Strip heaters on each side were manufactured as described below. The conductive polymer composition is prepared by blending medium density polyethylene containing an antioxidant with a carbon black masterbatch containing an ethylene/ethyl acrylate copolymer to provide a composition containing the indicated weight percent carbon black. Obtained. The melting point (ie, the temperature at which the composition begins to melt) of the composition was about 100°C, and the temperature at which the composition completed melting was about 115°C. Diameter 0.
The composition was melt extruded at a melt temperature of 180 DEG C. onto a pair of silver-coated stranded copper wires through a cross-head die having a 36 cm circular orifice. Each wire had a diameter of 0.08 cm, consisted of 19 strands, and the axis of the wire was at a point on and 0.2 cm away from the orifice diameter. Upon reaching the cross-head die, the wire was preheated by passing it through a 60 cm long oven at 800°C. The temperature of the wire entering the die was 82°C in Comparative Examples 1, 4 and 6, where the speed of the wire passing through the oven and die was 21 m/min, and 165°C in Examples 2 and 7; In Examples 3 and 5 it was 193°C.

次に、押出成形物のまわりに厚さ0.051センヂの塩
素化ポリエチレンまたはエチレン/テトラフルオロエチ
レン共重合体の層を融解押出成形することにより、押出
成形物の絶縁用外皮を与えた。次にこの11覆された押
出成形物を、導電性重合体組成物を架橋するために照射
した。
An insulating skin for the extrudate was then provided by melt extruding a 0.051 centimeter thick layer of chlorinated polyethylene or ethylene/tetrafluoroethylene copolymer around the extrudate. The 11-overturned extrudate was then irradiated to crosslink the conductive polymer composition.

例1〜3 例Iが比較例であるこれらの例は、ヒーターを温度変化
にさらす時の電力出力に対する直線性比率(LR)の影
響を例証する。各側において、ヒーターの直線性比率を
測定し、次いでヒーターを120ボルトの交流電源に接
続しかつ環境温度を3分間サイクルで連続的に変化した
。すなわち90秒にわたって一37℃から65℃まで昇
温し次いで次の90秒にわたって一37℃まで降温し果
を例証する。
Examples 1-3 These examples, of which Example I is a comparative example, illustrate the effect of linearity ratio (LR) on power output when subjecting a heater to temperature changes. On each side, the linearity ratio of the heater was measured, then the heater was connected to a 120 volt AC power source and the ambient temperature was varied continuously in 3 minute cycles. The effect is illustrated by increasing the temperature from -37°C to 65°C over 90 seconds and then decreasing the temperature to -37°C over the next 90 seconds.

各サイクルにおけるヒーターの最大の電力出力を最初に
および時々測定しかつ最初の最大電力出力の比率(P 
N)として表わした。
The maximum power output of the heater in each cycle is measured initially and from time to time and the ratio of the initial maximum power output (P
N).

例1で用いた重合体組成物は約26%のカーボンブラッ
クを含有した。例2および3で用いた重合体組成物は約
22%のカーボンブラックを含有した。
The polymer composition used in Example 1 contained approximately 26% carbon black. The polymer compositions used in Examples 2 and 3 contained approximately 22% carbon black.

得られた結果を下記の第1表に示す。The results obtained are shown in Table 1 below.

PN  LRPN  LRPN  LRなし   1 
 1.3+   1.11  1500   0.5 
1.6 1.3  −  1   11100’   
 0.3 2.1 1.2  −  11700   
 −    −  1.1 1.1 1* 比較例 例4−7 下記第2表に総括するこれらの例は製品の直線性比率お
よび引剥し強度に対する電極の予熱の効第2表 鯉最す  カーボンブラック百分率 直線性比率*4 
        22         1.6*6 
        23         1.357 
        23         1.1* 比
較例 例7お上び6のヒーターストリップの引剥し強度は1.
45であった。
PN LRPN LRPN No LR 1
1.3+ 1.11 1500 0.5
1.6 1.3 - 1 11100'
0.3 2.1 1.2 - 11700
- - 1.1 1.1 1* Comparative Examples Examples 4-7 These examples are summarized in Table 2 below. Effect of electrode preheating on product linearity ratio and peel strength Table 2 Carbon black Percentage Linearity ratio *4
22 1.6*6
23 1.357
23 1.1* Comparative Example The peel strength of the heater strips of Examples 7 and 6 was 1.
It was 45.

以下に本発明の特に好ましい態様を挙げる:1、(1)
P’rC#動を示し、21”C1,:mおける抵抗率が
50,000オーム・センチであり、結晶性重合体中に
分散されたカーボンブラックを含んでなる導電性重合体
組成物の融解押出成型心核部、(2)該導電性重合体組
成物中に相互に平行に埋設されて長手方向に延びる少な
くとも2本の電極、ならびに (3)該導電性重合体を取り巻く保護および絶縁組成物
の層を有してなり、 (I)導電性重合体中のカーボンブラックの含有量は1
5重量%以下であり、 (ii)導電性重合体組成物は、21℃において5o、
o o oオーム・センチ以下に抵抗率を減らずために
、導電性重合体組成物の結晶融点以上の温度において押
し出した組成物をアニーリングする必要がないような条
件下で、融解押出成型できる乙のであり、かつ (山)いかなる電極対間の平均直線性比率も12を越え
ないことを特徴とする自己制御ストリップヒーター 2 いかなる電極対間の平均直線性比率ら1゜lOを越
えない上記1記械のストリップヒーター3 組成物中の
カーボンブラックの含有ff1(L、重量%)は、組成
物の抵抗率(R1オーム・センチ)に対して 2 L + 5 log、oR> 45となるように相
関付けられている上記lまたは2記載のストリップヒー
ター
Particularly preferred embodiments of the present invention are listed below: 1, (1)
Melting a conductive polymer composition exhibiting P'rC# behavior and having a resistivity of 50,000 ohm-cm at 21"C1,:m and comprising carbon black dispersed in a crystalline polymer. an extruded core; (2) at least two longitudinally extending electrodes embedded parallel to each other in the conductive polymer composition; and (3) a protective and insulating composition surrounding the conductive polymer composition. (I) The content of carbon black in the conductive polymer is 1
5% by weight or less, and (ii) the conductive polymer composition has 5o at 21°C;
o o O o o o It is possible to melt-extrude the extruded composition under conditions such that it is not necessary to anneal the extruded composition at a temperature above the crystalline melting point of the conductive polymer composition in order to not reduce the resistivity below ohm-cm. A self-regulating strip heater 2 characterized in that the average linearity ratio between any pair of electrodes does not exceed 12. The average linearity ratio between any pair of electrodes does not exceed 1°lO. Machine strip heater 3 The carbon black content ff1 (L, weight %) in the composition is correlated to the resistivity (R1 ohm cm) of the composition so that 2 L + 5 log, oR > 45. The strip heater according to 1 or 2 above, which is attached

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.(1)PTC挙動を示し、21℃における抵抗率が
50,000オーム・センチであり、結晶性重合体中に
分散されたカーボンブラックを含んでなる導電性重合体
組成物の融解押出成型心核部、(2)該導電性重合体組
成物中に相互に平行に埋設されて長手方向に延びる少な
くとも2本の電極、ならびに (3)該導電性重合体を取り巻く保護および絶縁組成物
の層を有してなり、 (i)導電性重合体中のカーボンブラックの含有量は1
5重重%以下であり、 (ii)導電性重合体組成物は、21℃において50,
000オーム・センチ以下に抵抗率を減らすために、導
電性重合体組成物の結晶融点以上の温度において押し出
した組成物をアニーリングする必要がないような条件下
で、融解押出成型できるものであり、かつ (iii)いかなる電極対間の平均直線性比率も1.2
を越えないことを特徴とする自己制御ストリップヒータ
ー。 2.いかなる電極対間の平均直線性比率ら1.10を越
えない上記第1項記載のストリップヒーター。 3.組成物中のカーボンブラックの含有量(L、重量%
)は、組成物の抵抗率(R、オーム・センチ)に対して 2L+5log_1_0R>45 となるように相関付けられている上記第1項または第2
項記載のストリップヒーター。
[Claims] 1. (1) A melt-extruded core of a conductive polymer composition exhibiting PTC behavior, having a resistivity of 50,000 ohm-cm at 21° C., and comprising carbon black dispersed in a crystalline polymer. (2) at least two longitudinally extending electrodes embedded parallel to each other in the conductive polymer composition; and (3) a layer of a protective and insulating composition surrounding the conductive polymer composition. (i) The content of carbon black in the conductive polymer is 1
5% by weight or less, and (ii) the conductive polymer composition has a
can be melt extruded under conditions such that there is no need to anneal the extruded composition at a temperature above the crystalline melting point of the conductive polymer composition to reduce the resistivity to less than 1,000 ohm-cm; and (iii) the average linearity ratio between any pair of electrodes is 1.2.
A self-regulating strip heater characterized by not exceeding . 2. The strip heater according to item 1 above, wherein the average linearity ratio between any pair of electrodes does not exceed 1.10. 3. Content of carbon black in the composition (L, weight %
) is correlated to the resistivity (R, ohm cm) of the composition such that 2L+5log_1_0R>45.
Strip heater as described in section.
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