JPH04306582A - Material to ptc heat emitting element - Google Patents

Material to ptc heat emitting element

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JPH04306582A
JPH04306582A JP8888191A JP8888191A JPH04306582A JP H04306582 A JPH04306582 A JP H04306582A JP 8888191 A JP8888191 A JP 8888191A JP 8888191 A JP8888191 A JP 8888191A JP H04306582 A JPH04306582 A JP H04306582A
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JP
Japan
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polymer
conductive particles
phase
crystalline polymer
heating element
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Application number
JP8888191A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinobu Ikeno
池野 忍
Naohito Fukuya
直仁 福家
Masao Sumita
雅夫 住田
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a PTC heat emitting substance, whose electroconductivity secular change and mechanical brittleness are improved. CONSTITUTION:A PTC heat emitting substance as per invention consists of an admixture of crystalline polymer, a polymer not perfectly compatible with the crystalline polymer, and electroconductive particles, or otherwise consists of a dispersion in which the crystalline polymer region and the polymer region segregated from the crystalline polymer are existing mixedly in fine distribution and in which electroconductive particles exist in the mentioned crystalline polymer region eccentrically. In the later case, it may happen that the crystalline polymer phase in which the electroconductive particles and the polymer phase segregated from this polymer phase form a mutually continued phase.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は、発熱体材料、特に正
の抵抗温度係数を有するPTC(Positive  
Temperature  Coefficient)
発熱体材料に関する。
[Industrial Application Field] This invention relates to heating element materials, particularly PTC (Positive
Temperature Coefficient)
Regarding heating element materials.

【0002】0002

【従来の技術】通電により発熱する発熱体として使う材
料のひとつに、温度の上昇に伴い抵抗値が増加する(す
なわち正の抵抗温度係数を有する)PTC発熱体材料が
ある。このPTC発熱体材料を利用した電気ヒータは、
温度が上昇すると抵抗値が上がり電流が減少し発熱量が
抑えられて一方的な温度上昇が防がれるという自己温度
制御機能が自然と備わっているため、有用で安全なヒー
タとして知られている。
2. Description of the Related Art One of the materials used as a heating element that generates heat when energized is a PTC heating element material whose resistance value increases as the temperature rises (that is, it has a positive temperature coefficient of resistance). The electric heater using this PTC heating element material is
It is known as a useful and safe heater because it naturally has a self-temperature control function that increases the resistance value when the temperature rises, reduces the current, suppresses the amount of heat generated, and prevents a unilateral temperature rise. .

【0003】このようなPTC発熱体材料として、従来
、結晶性ポリマーに導電性粒子を分散させてなる高分子
材料がある。ここでは、結晶性ポリマーとして、ポリエ
チレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー
、ポリフッ化ビニリデン等が例示され、導電性粒子とし
ては、カーボンブラック微粉末やグラファイト微粉末等
が例示される。
[0003] Conventionally, as such a PTC heating element material, there is a polymer material made of a crystalline polymer in which conductive particles are dispersed. Here, examples of the crystalline polymer include polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ionomer, polyvinylidene fluoride, etc., and examples of the conductive particles include fine carbon black powder, fine graphite powder, and the like.

【0004】この導電性粒子分散結晶性ポリマーがPT
C特性を発揮する理由は、以下の通りである。導電性粒
子分散結晶性ポリマーの温度が、その結晶の融点へ上昇
してゆくと結晶の融解に伴って大きな体積増加が生じる
。この体積増加は分散した導電性粒子同士の接触で生成
された導電鎖の切断や導電性粒子間の間隔拡大を引き起
こす。これら導電鎖の切断や導電性粒子の間隔拡大は導
電性粉末による導電作用の低下を招くので、その結果、
抵抗値が急増するというわけである。
This conductive particle-dispersed crystalline polymer is PT
The reason for exhibiting the C characteristic is as follows. As the temperature of the conductive particle-dispersed crystalline polymer increases to the melting point of the crystals, a large increase in volume occurs as the crystals melt. This increase in volume causes the breakage of conductive chains generated by contact between dispersed conductive particles and the expansion of the spacing between conductive particles. The breaking of these conductive chains and the expansion of the spacing between conductive particles lead to a decrease in the conductive effect of the conductive powder, and as a result,
This means that the resistance value increases rapidly.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記P
TC発熱体材料は、電気的特性が不十分であり、機械的
特性も十分とは言えない。電気的特性が十分と言えない
理由は、電導度(抵抗値)の経時変化が大きいからであ
る。すなわち、導電性粒子の分散状態が経時的に変化し
電導度が初期の値からずれてゆくのである。結晶性ポリ
マーと導電性粒子はその表面エネルギーが異なり、ポリ
マー中の導電性粒子は凝集して安定化しようとする傾向
が非常に強い。一方、溶融状態の結晶性ポリマーと導電
性粉末の混練により得られる導電性粒子分散結晶性ポリ
マーでは、導電性粉末が結晶性ポリマー中で安定した分
散状態をとるように製造することが難しい。そのため、
ヒータに使った際、結晶の溶解・再結晶化を繰り返して
いる間に導電性粒子が安定した分散状態になろうとして
移動し、導電性粒子の分散状態が徐々に変わっていって
しまう。導電性粒子の分散状態の変化は導電性粒子によ
る導電作用に変動を引き起こすため、結果的に、PTC
発熱体材料の電導度に大きな経時的変化が現れることに
なる。
[Problem to be solved by the invention] However, the above P
TC heating element materials have insufficient electrical properties and mechanical properties. The reason why the electrical characteristics cannot be said to be sufficient is that the electrical conductivity (resistance value) changes significantly over time. That is, the state of dispersion of the conductive particles changes over time, and the conductivity deviates from its initial value. Crystalline polymers and conductive particles have different surface energies, and conductive particles in polymers have a very strong tendency to aggregate and stabilize. On the other hand, in the case of a conductive particle-dispersed crystalline polymer obtained by kneading a molten crystalline polymer and a conductive powder, it is difficult to produce the conductive powder in a stable state of dispersion in the crystalline polymer. Therefore,
When used in a heater, the conductive particles move in an attempt to reach a stable dispersion state while the crystals are repeatedly melting and recrystallizing, and the dispersion state of the conductive particles gradually changes. Changes in the dispersion state of the conductive particles cause fluctuations in the conductive action of the conductive particles, and as a result, PTC
There will be a large change in the electrical conductivity of the heating element material over time.

【0006】機械的特性が十分でないのは、耐衝撃性等
が低くもろい傾向が強いからである。PTC発熱体材料
の抵抗値は、用途やヒータ構造によって様々であり、普
通、100 〜105 Ω・cmであるが、十分な発熱
量を引き出すには抵抗値は低い方が好ましい。抵抗値を
低くする(電導度を高くする)には(低ストラクチャー
な)カーボンブラックを多量に添加する。しかし、多量
のカーボンブラック添加はポリマーのもつ可撓性を低下
させてもろくしてしまう。高ストラクチャーなカーボン
ブラック粉末を用いれば添加量は少なくて済むが、電気
的特性が安定せず実用性が薄く適切な解決策となり得な
い。
[0006] The reason why the mechanical properties are not sufficient is that the impact resistance etc. are low and there is a strong tendency to be brittle. The resistance value of the PTC heating element material varies depending on the application and heater structure, and is usually 100 to 105 Ω·cm, but a lower resistance value is preferable in order to derive a sufficient amount of heat generation. To lower the resistance (higher conductivity), add a large amount of (low structure) carbon black. However, adding a large amount of carbon black reduces the flexibility of the polymer and makes it brittle. If carbon black powder with a high structure is used, the amount added can be reduced, but the electrical properties are unstable, making it impractical and not an appropriate solution.

【0007】この発明は、上記事情に鑑み、電導度の経
時的変化や機械的もろさが改善されたPTC発熱体材料
を提供することを課題とする。
[0007] In view of the above-mentioned circumstances, an object of the present invention is to provide a PTC heating element material in which changes in electrical conductivity over time and mechanical fragility are improved.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、請求項1記載のPTC発熱体材料は、結晶性ポリマー
(第1ポリマー)と、同結晶性ポリマーとは完全には相
溶しないポリマー(第2ポリマー)と、導電性粒子とが
混練されてなる構成をとり、請求項2記載のPTC発熱
体材料は、結晶性ポリマー(第1ポリマー)領域と同結
晶性ポリマーとは相分離したポリマー(第2ポリマー)
領域とが微細に混在しており、導電性粒子が前記結晶性
ポリマー領域に偏在するようにして分散している構成を
とっている。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the PTC heating element material according to claim 1 comprises a crystalline polymer (first polymer) and a polymer that is not completely miscible with the crystalline polymer. The PTC heating element material according to claim 2 has a structure in which a (second polymer) and conductive particles are kneaded, and the crystalline polymer (first polymer) region and the same crystalline polymer are phase separated. Polymer (second polymer)
The conductive particles are dispersed so as to be unevenly distributed in the crystalline polymer regions.

【0009】以下に、この発明を具体的に説明する。こ
の発明のPTC発熱体材料における第1ポリマーとして
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテ
ン、EVA(エチレン−酢酸ビニル樹脂)EEA(エチ
レン−エチルアクリレ−ト樹脂)、EMA(エチレン−
メチルアクリレ−ト樹脂)等のエチレン共重合ポリマー
、アイオノマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、
ポリエステルなどが挙げられる。一方、第1ポリマーと
は完全には相溶しない第2ポリマーとして、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、エチレン共
重合ポリマー(EVA、EEA、EMA等)、アイオノ
マー、ポリフッ化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステ
ルなどの結晶性ポリマー、あるいは、PMMA、ポリス
チレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリ塩化ビ
ニルやこれらの共重合物などの無形形ポリマーが挙げら
れる。なお、第1ポリマーとは完全に相溶しない第2ポ
リマーは、第1ポリマーに対して殆ど相溶性のないポリ
マーあるいは第1ポリマーに対して少量ないし部分的に
相溶するポリマーであって両第1、2ポリマーでいわゆ
るポリマーアロイを作るようなポリマーである。このよ
うなポリマーアロイに関しては、「ポリマーアロイ−基
礎と応用−」(社)高分子学会編1981年)、「ポリ
マーアロイ」(社)高分子学会編  井上  隆  西
  敏夫  著  1988年)、「ポリマーブレンド
」シーエムシー  発行  1979年)に詳しく記載
されている。なお、結晶性ポリマー領域は全域が結晶状
態である必要はなく、非結晶質部分が併存しているよう
であってもよいことは言うまでもない。実際に市販され
ている結晶性ポリマーは通常の成型条件下では結晶化度
はそれ程高くないことが知られている。例示すればナイ
ロン6−6で30〜35%、ポリプロピレンで50〜7
0%、ポリエチレンで65〜90%、PBT(ポリブチ
レンテレフタレート)で25〜35%、PET(ポリエ
チレンテレフタレート)で15〜20%程度である。
[0009] This invention will be specifically explained below. Examples of the first polymer in the PTC heating element material of the present invention include polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, EVA (ethylene-vinyl acetate resin), EEA (ethylene-ethyl acrylate resin), and EMA (ethylene-vinyl acetate resin).
ethylene copolymer polymers such as methyl acrylate resin), ionomers, polyvinylidene fluoride, polyamides,
Examples include polyester. On the other hand, examples of second polymers that are not completely compatible with the first polymer include polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, ethylene copolymer (EVA, EEA, EMA, etc.), ionomer, polyvinylidene fluoride, polyamide, polyester, etc. Examples include crystalline polymers and amorphous polymers such as PMMA, polystyrene, polycarbonate, polysulfone, polyvinyl chloride, and copolymers thereof. Note that the second polymer that is not completely compatible with the first polymer is a polymer that is almost incompatible with the first polymer, or a polymer that is slightly or partially compatible with the first polymer and that is compatible with both polymers. It is a polymer that creates a so-called polymer alloy with 1 and 2 polymers. Regarding such polymer alloys, please refer to "Polymer Alloys - Basics and Applications" (edited by The Society of Polymer Science, Inc., 1981), "Polymer Alloys" (edited by The Society of Polymer Engineers, Inc., written by Takashi Inoue and Toshio Nishi, 1988), Blend" published by CMC, 1979). It goes without saying that the entire region of the crystalline polymer does not need to be in a crystalline state, and that an amorphous portion may coexist. It is known that the crystallinity of commercially available crystalline polymers is not very high under normal molding conditions. For example, nylon 6-6 is 30-35%, polypropylene is 50-7%
0%, 65-90% for polyethylene, 25-35% for PBT (polybutylene terephthalate), and 15-20% for PET (polyethylene terephthalate).

【0010】導電性粒子としては、粉末状、または、フ
ァイバー状のもので、カーボン、グラファイト、金属か
らなるものが挙げられる。カーボンブラック微粉末が普
通は用いられる。第1、第2ポリマーはアロイ中で連続
相を形成して互いに網目状に入り組んでいるような相互
連続状態でポリマーアロイを構成していることが好まし
い。そのためには、第1、第2ポリマーの組み合わせ・
配合割合を適当に選択すればよい。例えば、以下のよう
にする。
[0010] Examples of the conductive particles include powder or fiber particles made of carbon, graphite, or metal. Finely divided carbon black powder is commonly used. It is preferable that the first and second polymers form a continuous phase in the alloy and constitute the polymer alloy in a mutually continuous state in which they are intertwined with each other in the form of a network. For this purpose, the combination of the first and second polymers and
The blending ratio may be appropriately selected. For example, do the following:

【0011】第1ポリマーと第2ポリマーの組み合わせ
の具体例としては、下記表1に示すようなものが挙げら
れる。
Specific examples of combinations of the first polymer and the second polymer include those shown in Table 1 below.

【0012】0012

【表1】[Table 1]

【0013】これらの第1ポリマーと第2ポリマーの割
合は、ポリマー全体を100重量部とすると、普通、第
1ポリマーの量は20重量部以上80重量部以下の範囲
にある。導電性粒子の添加量は、普通、ポリマー100
重量部に対して1〜40重量部の範囲とする。
The ratio of the first polymer to the second polymer is usually in the range of 20 parts by weight or more and 80 parts by weight or less, when the total polymer is 100 parts by weight. The amount of conductive particles added is usually 100% of the polymer
The range is 1 to 40 parts by weight.

【0014】このPTC発熱体材料は、例えば、以下の
ようにして製造される。まず、第1ポリマーに第2ポリ
マーを加え混練する。相分離構造の制御や安定化のため
に相溶剤を添加してもよい。ついで、導電性粒子を加え
さらに混練し、加熱加圧成型し冷却すれば、PTC発熱
体材料が得られる。これらの原料の投入順序は上記に限
定されるものではなく、第1ポリマーと導電性粒子を混
練したのちに第2ポリマーを加えて混練してもよいし、
これら3成分を同時に投入して混練してもよい。製造の
際、必要に応じて、安定剤、酸化防止剤、滑剤、界面活
性剤、難燃剤、無機フィラー(水酸化アルミニウム、シ
リカ等)、造核剤等を適切な段階で添加するようにして
もよい。また、架橋剤を用いたり、あるいは、放射線を
用いてポリマーを架橋させたりしてもよい。
[0014] This PTC heating element material is manufactured, for example, as follows. First, a second polymer is added to a first polymer and kneaded. A compatibilizer may be added to control or stabilize the phase separation structure. Next, conductive particles are added and further kneaded, molded under heat and pressure, and cooled to obtain a PTC heating element material. The order of adding these raw materials is not limited to the above, and the second polymer may be added and kneaded after the first polymer and conductive particles are kneaded,
These three components may be added and kneaded at the same time. During manufacturing, stabilizers, antioxidants, lubricants, surfactants, flame retardants, inorganic fillers (aluminum hydroxide, silica, etc.), nucleating agents, etc. are added at appropriate stages as necessary. Good too. Further, the polymer may be crosslinked using a crosslinking agent or using radiation.

【0015】[0015]

【作用】請求項1記載のPTC発熱体材料では、第1ポ
リマーに対して、これに完全には相溶しない第2ポリマ
ーを併用することにより、電導度の経時変化や機械的も
ろさが改善される。これは、導電性粒子が偏在しつつ材
料全体に平均して存在するからであると推察される。導
電性粒子が偏在した状態で材料全体にわたって存在する
分散状態は安定的であり、導電性粒子の分散状態が変化
し難くて電導度が変動しなくなると考えられる。また、
逆に導電性粒子が偏在していない導電性粒子量の少ない
個所が材料全体にわたって存在しており、導電性粒子量
が少なく可撓性低下の抑えられた個所が材料全体にわた
って存在し、もろさを改善する働きをすると考えられる
[Function] In the PTC heating element material according to claim 1, changes in electrical conductivity over time and mechanical fragility are improved by using a second polymer that is not completely compatible with the first polymer. Ru. This is presumed to be because the conductive particles are unevenly distributed and present on average throughout the material. It is considered that the dispersion state in which the conductive particles are unevenly distributed throughout the material is stable, and the dispersion state of the conductive particles is difficult to change, so that the conductivity does not fluctuate. Also,
On the other hand, there are areas throughout the material with a small amount of conductive particles where conductive particles are not unevenly distributed, and areas where the decrease in flexibility is suppressed with a small amount of conductive particles exist throughout the material, reducing brittleness. It is thought that it has an improving effect.

【0016】請求項2記載のPTC発熱体材料では、導
電性粒子が偏在している第1ポリマー領域と同結晶性ポ
リマーとは相分離した第2ポリマー領域とが微細に混在
している。この場合は、導電性粒子の移動が第2ポリマ
ーの存在によりミクロな領域内に制限されるので、導電
性粒子の分散状態が更に変化し難くなって電導度が安定
している。導電性粒子量が少なく可撓性低下の抑えられ
た第2ポリマー領域が材料全体にわたって存在し、もろ
さを改善する働きをする。
[0016] In the PTC heating element material according to the second aspect, a first polymer region in which conductive particles are unevenly distributed and a second polymer region in which the same crystalline polymer is phase-separated are finely mixed. In this case, the movement of the conductive particles is restricted within a microscopic region due to the presence of the second polymer, so that the dispersion state of the conductive particles becomes more difficult to change and the conductivity is stabilized. A second polymer region with a lower amount of conductive particles and reduced flexibility is present throughout the material and serves to improve brittleness.

【0017】導電性粒子が第1ポリマー領域に偏在する
ようになるのは、第1、第2ポリマーの相溶性の差と、
第1、第2ポリマー、導電性粒子間の表面エネルギーの
差が主因であると推察される。これらの差がドライビン
グフォースとなって、混練中に導電性粒子を第1ポリマ
ー領域に移行させるのである。導電性粒子と第1ポリマ
ーの親和性が高いほど導電性粒子の第1ポリマー領域へ
の移行がスムーズになされる。したがって、第1、第2
ポリマーは表面エネルギー差が大きく、かつ、第1ポリ
マーと導電性粒子は表面エネルギー差が小さくて親和性
に富み、第2ポリマーと導電性粒子は表面エネルギー差
が大きくて親和性に欠けることが好ましい。
The reason why the conductive particles become unevenly distributed in the first polymer region is due to the difference in compatibility between the first and second polymers, and
It is presumed that the main cause is the difference in surface energy between the first and second polymers and the conductive particles. These differences act as a driving force that causes the conductive particles to migrate into the first polymer region during kneading. The higher the affinity between the conductive particles and the first polymer, the smoother the transition of the conductive particles to the first polymer region. Therefore, the first, second
It is preferable that the polymer has a large surface energy difference, the first polymer and the conductive particles have a small surface energy difference and have high affinity, and the second polymer and the conductive particles have a large surface energy difference and lack affinity. .

【0018】第2ポリマーとして、熱軟化温度が第1ポ
リマーのそれに比べて高い(結晶の融点やガラス転移点
が高い)ポリマーを用いると、第1ポリマーと第2ポリ
マーの微細相分離構造の安定性に優れ、結果的に導電性
粒子の分散状態の安定性が高まり好ましい。特に、第1
、第2ポリマーが連続相を作り、相互連続構造化した状
態では、微細相分離構造がより安定であり、いっそう、
導電性粒子の分散状態の安定性が高くて好ましい。
[0018] When a polymer whose thermal softening temperature is higher than that of the first polymer (higher crystal melting point or glass transition point) is used as the second polymer, the fine phase separation structure of the first polymer and the second polymer is stabilized. It is preferable because it has excellent properties and, as a result, the stability of the dispersion state of the conductive particles increases. Especially the first
, when the second polymer forms a continuous phase and forms a mutually continuous structure, the fine phase separation structure is more stable, and furthermore,
This is preferable because the stability of the dispersion state of the conductive particles is high.

【0019】更にこのようなポリマーの組み合わせで、
第1ポリマーに対し第2ポリマーの割合を多くすると、
耐熱変形性に優れたPTC発熱体材料とすることができ
るので好都合である。即ち、PTC特性などの発熱体と
しての必要な特性は第1ポリマーと導電性粒子で材料設
計し、耐熱性や機械的特性は第2ポリマーで設計できる
点が、この発明のアロイ材の特徴である。このような特
徴を発現させるためには、お互いの相が相互連続相を形
成することが必要で、当然のことながら導電性粒子が分
散した第1ポリマー相が、第2ポリマー相の海の中に島
状に独立して分散した状態では、導電性が低く、発熱体
として不適当なものになってしまう。このような海島の
相構造は、第1ポリマーの溶融粘度が第2ポリマーの溶
融粘度にくらべて著しく低い場合におこり易く、相互連
続相構造を実現するためには、第1ポリマーと第2ポリ
マーの相溶性に加え、溶融粘度のマッチングが必要とな
る。
Furthermore, with such a combination of polymers,
When the ratio of the second polymer to the first polymer is increased,
This is advantageous because it can be used as a PTC heating element material with excellent heat deformation resistance. In other words, the characteristics of the alloy material of the present invention are that the properties necessary as a heating element such as PTC properties can be designed using the first polymer and conductive particles, and the heat resistance and mechanical properties can be designed using the second polymer. be. In order to exhibit such characteristics, it is necessary for the two phases to form a mutually continuous phase, and it goes without saying that the first polymer phase, in which conductive particles are dispersed, is in the sea of the second polymer phase. If they are individually dispersed into islands, the conductivity will be low and the material will be unsuitable as a heating element. Such a sea-island phase structure tends to occur when the melt viscosity of the first polymer is significantly lower than that of the second polymer. In addition to compatibility, matching of melt viscosity is required.

【0020】また、第1ポリマーが架橋している場合に
は、第1ポリマーが結晶の溶融・再結晶化を繰り返して
も、第1ポリマーにおける結晶構造の安定度が高く、導
電性粒子の分散状態の変化がより少なくなる傾向がある
。本発明者らは、室温から90℃の温度範囲でPTC特
性及びその熱安定性に優れた発熱体材料について検討を
進めた結果、第1ポリマーとしてポリエチレン、第2ポ
リマーとしてポリプロピレン、導電性粒子としてカーボ
ンブラックを用い、その種類、配合量を特定範囲にする
ことにより、一層優れたPTC特性および熱安定性に優
れた発熱体材料を作製できることを見い出した。
In addition, when the first polymer is crosslinked, even if the first polymer undergoes repeated crystal melting and recrystallization, the crystal structure of the first polymer is highly stable, and the conductive particles are not dispersed. Conditions tend to change less. As a result of our studies on heating element materials with excellent PTC properties and thermal stability in the temperature range from room temperature to 90°C, we found that polyethylene was used as the first polymer, polypropylene was used as the second polymer, and polypropylene was used as the conductive particle. It has been discovered that by using carbon black and controlling its type and blending amount within a specific range, it is possible to produce a heating element material with even better PTC characteristics and thermal stability.

【0021】[0021]

【実施例】以下に、この発明の実施例を説明する。この
発明は下記の実施例に限らないことはいうまでもない。 用いた原材料樹脂の物性を表2に示す。
[Embodiments] Examples of the present invention will be described below. It goes without saying that this invention is not limited to the following embodiments. Table 2 shows the physical properties of the raw material resin used.

【0022】[0022]

【表2】[Table 2]

【0023】これら表2に示す原材料を表3に示す配合
で形成した。なお、混練、成形の条件を以下に示す。 混練機    :1.8(1)T型インテンシブミキサ
ー(ハンドミキサー)  コンパウンド量:  約1(
kg)混練条件  :120rpm  ミキサージャケ
ットの加熱温度120〜130℃、混練時間6分 成形条件  :ポリエチレン単独系    170℃×
2分    加圧10秒 ポリプロピレンアロイ系    240℃×2分   
 加圧10秒
[0023] The raw materials shown in Table 2 were used in the formulations shown in Table 3. The conditions for kneading and molding are shown below. Kneading machine: 1.8 (1) T-type intensive mixer (hand mixer) Compound amount: Approx.
kg) Kneading conditions: 120 rpm Mixer jacket heating temperature 120-130°C, kneading time 6 minutes Molding conditions: Polyethylene alone 170°C
2 minutes Pressure 10 seconds Polypropylene alloy 240℃ x 2 minutes
Pressurize for 10 seconds

【0024】[0024]

【表3】[Table 3]

【0025】得られたプレスサンプルの電気特性は、電
極として導電性粘着材付きのアルミ箔をはりつけして厚
み方向の固有インピーダンス(100Hz )を温度を
変えて測定した。得られた結果を表4に示す。
[0025] The electrical properties of the obtained press sample were measured by gluing an aluminum foil with a conductive adhesive as an electrode and measuring the specific impedance (100 Hz) in the thickness direction while changing the temperature. The results obtained are shown in Table 4.

【0026】[0026]

【表4】[Table 4]

【0027】実施例1ではCB量が17%でZは104
 オーダーの固有インピーダンスを、実施例2ではCB
量が14.6%で105 オーダーの固有インピーダン
スを示した。ところが、アロイでない単一ポリマー(比
較例2)ではCB量が23%でも108 オーダーとイ
ンピーダンスは高い。この原因は、ポリエチレン相とポ
リプロピレン相が相分離していてCBはポリエチレン相
に選択的に取り込まれていて(濃縮効果)、しかもポリ
エチレン相がほとんどが連続相であるためではないかと
考えられる。
In Example 1, the CB amount was 17% and Z was 104
In Example 2, the characteristic impedance of the order of CB
It showed a specific impedance of the order of 105 when the amount was 14.6%. However, a single non-alloy polymer (Comparative Example 2) has a high impedance of the order of 108 even if the CB content is 23%. The reason for this is thought to be that the polyethylene phase and the polypropylene phase are phase separated, CB is selectively incorporated into the polyethylene phase (concentration effect), and the polyethylene phase is mostly a continuous phase.

【0028】一方、実施例2と比較例1を比べてみると
、どちらもアロイ系であり、しかも同じCB量でありな
がら比較例1はZ20がかなり高い。これは比較例1に
おいてポリエチレン相が連続相を形成せず島状に分散し
ていて、その中にCBが多く取り込まれているためと考
えられる。これは、ポリエチレン相の流動性が実施例2
にくらべ比較例1の場合の方がかなり高く、このため、
ポリエチレン相が島状に分散したものと思われる。この
ように第1ポリマー(CB偏在相)の流動性が、第2ポ
リマーの流動性より大きすぎると第1ポリマー相は島状
になり易いことから、第1ポリマー相が連続相を形成す
るためにはPEとPPの流動性のマッチングが必要であ
ると考えられる。
On the other hand, when comparing Example 2 and Comparative Example 1, it is found that although both are alloy-based and have the same CB content, Comparative Example 1 has considerably higher Z20. This is considered to be because in Comparative Example 1, the polyethylene phase did not form a continuous phase but was dispersed in the form of islands, and a large amount of CB was incorporated therein. This shows that the fluidity of the polyethylene phase is the same as in Example 2.
Compared to Comparative Example 1, it is considerably higher, and therefore,
It seems that the polyethylene phase is dispersed in island shapes. In this way, if the fluidity of the first polymer (CB unevenly distributed phase) is too large than the fluidity of the second polymer, the first polymer phase tends to become island-like. It is considered necessary to match the liquidity of PE and PP.

【0029】次に熱安定性の面に着目してみる。H.T
.とは、本発明者らの行った熱安定性評価法であり、1
50℃、5分の熱処理により20℃のインピーダンスが
どれだけ変化したかを示している。第1ポリマー単味で
作製した比較例2,3,4の中で3,4においては20
℃のインピーダンスは一桁以上上昇したり、降下したり
している。比較例2ではポリマー単味の系のものである
が、これはインピーダンスが7乗のオーダーと非常に高
いことからH.T.による変化が表れにくかったものと
考えられる。これに対してアロイ系の実施例1、2、比
較例1においてはH.T.が非常に小さくアロイ化する
ことにより熱安定性が向上していることがわかる。
Next, attention will be paid to the aspect of thermal stability. H. T
.. is a thermal stability evaluation method conducted by the present inventors, and 1
It shows how much the impedance at 20°C changed due to heat treatment at 50°C for 5 minutes. Among Comparative Examples 2, 3, and 4 prepared using only the first polymer, in 3 and 4, 20
The impedance at ℃ increases and decreases by more than an order of magnitude. Comparative Example 2 uses a single polymer system, which has a very high impedance of the order of the 7th power, so H. T. It is thought that the change was difficult to show. On the other hand, in alloy-based Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, H. T. It can be seen that thermal stability is improved by forming a very small alloy.

【0030】熱処理後のサンプルの形状の変形度合いを
見たところ、単味の系では熱変形が大きいのに対して、
アロイ系では全く変化していないなかった。このように
耐熱変形性を向上させることができる。
When looking at the degree of deformation of the shape of the sample after heat treatment, it was found that the thermal deformation was large in the plain system, whereas
There was no change at all in the alloy type. In this way, heat deformation resistance can be improved.

【0031】[0031]

【発明の効果】請求項1記載のPTC発熱体材料は、第
1ポリマーに対して、これに完全には相溶しない第2ポ
リマーを併用しているので、電導度の経時変化や機械的
もろさが改善されている。請求項2記載のPTC発熱体
材料では、導電性粒子が偏在している第1ポリマー領域
と同結晶性ポリマーとは相分離した第2ポリマー領域と
が微細に混在しており、導電性粒子の移動が第2ポリマ
ーの存在によりミクロな領域内に制限されるので、電導
度が安定している。また、導電性粒子量が少なく可撓性
低下の抑えられた第2ポリマー領域が材料全体にわたっ
て存在するので、もろさが改善されている。
EFFECTS OF THE INVENTION The PTC heating element material according to claim 1 uses a second polymer that is not completely compatible with the first polymer, so that changes in electrical conductivity over time and mechanical brittleness are prevented. has been improved. In the PTC heating element material according to claim 2, the first polymer region in which the conductive particles are unevenly distributed and the second polymer region in which the same crystalline polymer is phase-separated are finely mixed, and the conductive particles are separated from each other. The conductivity is stable because the movement is confined within the microscopic region due to the presence of the second polymer. Furthermore, since the second polymer region with a small amount of conductive particles and reduced flexibility is present throughout the material, brittleness is improved.

【0032】第2ポリマーとして、熱軟化温度が第1ポ
リマーのそれに比べて高いポリマーを用いると、第1ポ
リマーと第2ポリマーの微細相分離構造の安定性に優れ
、結果的に導電性粒子の分散状態の安定性が高まる。 特に、第1、第2ポリマーが連続相を作り、相互連続構
造化した状態では、微細相分離構造がより安定であり、
一層、導電性粒子の分散状態の安定性が高まる。
[0032] When a polymer whose thermal softening temperature is higher than that of the first polymer is used as the second polymer, the stability of the fine phase separation structure of the first polymer and the second polymer is excellent, and as a result, the conductive particles are The stability of the dispersed state increases. In particular, when the first and second polymers form a continuous phase and form a mutually continuous structure, the fine phase separation structure is more stable.
This further increases the stability of the dispersion state of the conductive particles.

【0033】この発明によれば、このようなポリマーの
組み合わせで、第1ポリマーに対し第2ポリマーの割合
を多くすると、耐熱変形性に優れたPTC発熱体材料と
することができる。即ち、PTC特性などの発熱体とし
ての必要な特性は第1ポリマーと導電性粒子で材料設計
し、耐熱性や機械的特性は第2ポリマーで設計できるの
である。
According to the present invention, in such a combination of polymers, by increasing the ratio of the second polymer to the first polymer, a PTC heating element material having excellent heat deformation resistance can be obtained. That is, the properties necessary for a heating element such as PTC properties can be designed using the first polymer and conductive particles, and the heat resistance and mechanical properties can be designed using the second polymer.

【0034】この発明において、第1ポリマーが架橋し
ている場合には、第1ポリマーが結晶の溶融・再結晶化
を繰り返しても、第1ポリマーにおける結晶構造の安定
度が高く、導電性粒子の分散状態の変化がより少なくな
る。また、第1ポリマーとしてポリエチレン、第2ポリ
マーとしてポリプロピレン、導電性粒子としてカーボン
ブラックを用いると、一層優れたPTC特性および熱安
定性に優れた発熱体材料を作製できる。
In the present invention, when the first polymer is crosslinked, even if the crystals of the first polymer are repeatedly melted and recrystallized, the crystal structure of the first polymer is highly stable, and the conductive particles The change in the dispersion state of will be smaller. Furthermore, when polyethylene is used as the first polymer, polypropylene is used as the second polymer, and carbon black is used as the conductive particles, a heating element material with even better PTC characteristics and thermal stability can be produced.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  結晶性ポリマーと、同結晶性ポリマー
とは完全には相溶しないポリマーと、導電性粒子とが混
練されてなるPTC発熱体材料。
1. A PTC heating element material, which is obtained by kneading a crystalline polymer, a polymer that is not completely compatible with the crystalline polymer, and conductive particles.
【請求項2】  結晶性ポリマー領域と同結晶性ポリマ
ーとは相分離したポリマー領域とが微細に混在しており
、導電性粒子が前記結晶性ポリマー領域に偏在するよう
にして分散しているPTC発熱体材料。
2. A PTC in which a crystalline polymer region and a phase-separated polymer region are finely mixed, and conductive particles are dispersed so as to be unevenly distributed in the crystalline polymer region. Heating element material.
【請求項3】  導電性粒子が分散した結晶性ポリマー
相と同ポリマー相とは相分離したポリマー相とが相互連
続相を形成している請求項2記載のPTC発熱体材料。
3. The PTC heating element material according to claim 2, wherein a crystalline polymer phase in which conductive particles are dispersed and a polymer phase separated from the same polymer phase form a mutually continuous phase.
【請求項4】  結晶性ポリマーがポリエチレン、同結
晶性ポリマーとは完全には相溶しないポリマーがポリプ
ロピレン、導電性粒子がカーボンブラックである請求項
1、2または3記載のPTC発熱体材料。
4. The PTC heating element material according to claim 1, wherein the crystalline polymer is polyethylene, the polymer which is not completely compatible with the crystalline polymer is polypropylene, and the conductive particles are carbon black.
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