JPH0645105A - Ptc組成物 - Google Patents

Ptc組成物

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JPH0645105A
JPH0645105A JP21564392A JP21564392A JPH0645105A JP H0645105 A JPH0645105 A JP H0645105A JP 21564392 A JP21564392 A JP 21564392A JP 21564392 A JP21564392 A JP 21564392A JP H0645105 A JPH0645105 A JP H0645105A
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聡博 天野
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泰輔 山田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶性ポリマーを用いることによって得られ
る高い正温度特性を維持したまま、バラツキの低減と生
産性の向上を図ったPTC組成物を提供する。 【構成】 EPDMとカーボンブラックとを混練し、取
り出された生地にトルエンを加え、次いでポリエチレン
ビーズを加えた。混合物を金属メッシュでロ過した後、
大部分のトルエンを蒸発させ、テフロン型に流し込み、
乾燥させ、これを銀ドータイトで電極に取り付けてPT
C材料とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、PTC組成物に関す
る。更に詳しくは、成形性および正温度特性にすぐれた
PTC組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】導電性の充填物を配合したポリマーから
なる複合材料は、ポリマーの融点近傍より低温側で、温
度上昇と共に抵抗値が増加するPTC特性を有すること
が知られている。このようなPTC特性は、ポリマーの
体積膨張により、電気を流している導電性充填物の連鎖
が切れることに原因している。
【0003】ところで、結晶性ポリマーは、結晶子の融
解に伴う体積変化率が大きいことと、3次元網目構造を
形成している導電性充填物の連鎖が結晶に排除されるよ
うな形で比較的疎な構造をとっているために、非晶質ポ
リマーに比べて、正温度係数が大きいという特徴を有し
ている。
【0004】しかしながら、その一方で結晶性ポリマー
は、導電性充填物を混練して分散させた後に、一旦加熱
溶融させないと導電性を示さないため、電極との接着の
ためもあって、ヒートプレスによる成形が不可欠であ
る。また、ヒートプレスの条件によって、抵抗値が大き
く変化するという一面もあり、PTC特性を発揮させる
ためには、非常に取扱いの難しい材料となっている。
【0005】このため、バラツキが大きく、生産性が悪
いなどの問題をかかえており、こうした問題を解決する
ためには、自動化ラインなどの高価な設備投資が必要と
なる。
【0006】こうしたバラツキの低減や生産性の向上を
考えた場合、材料を溶剤に溶解して電極上に塗布し、乾
燥する方法が最も効率的であり、特に少量・多品種の場
合にその効果が大きいが、結晶性ポリマーの場合、用い
られる溶剤の種類が限定され、また溶解条件も高温にな
るため、塗布工程の条件設定が難しく、しかもPTC特
性が弱い配合、換言すれば導電性充填物を高充填率とし
た配合でなければならない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、結晶
性ポリマーを用いることによって得られる高い正温度特
性を維持したまま、バラツキの低減と生産性の向上を図
ったPTC組成物を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】かかる本発明の目的は、
非晶質ポリマー、導電性充填材および該非晶質ポリマー
と相溶性のない結晶性ポリマー粒子よりなるPTC組成
物によって達成される。
【0009】非晶質ポリマー基体のPTC材料は、印刷
(塗布)方式による使用が可能であるが、3次元網目構造
の密度が高くなることと体積変化が小さいことから、正
温度係数は小さい。そこで、絶縁性充填材をそこに導入
することで、3次元網目構造の密度を低下させ、しかも
その絶縁性充填材として体積変化の大きな結晶性ポリマ
ーを用いることで、高い正温度特性をひき出すことがで
きる。
【0010】マトリックスとなる非晶質ポリマーとして
は、ガラス転移点が50℃以下であって、常温で溶剤に可
溶なものであれば任意のものを用いることができる。具
体的には、天然ゴムまたは各種合成ゴム、アルキルアク
リレート重合体などが用いられる。
【0011】導電性充填材としては、酸化により著しく
抵抗値を変化させるような鉄、銅などの粉末や短繊維で
なければ、任意のものを使用することができ、一般には
粒子、短繊維を問わず、最大径または最大長が約10μm
以下、好ましくは約5μm以下の充填材であって、Ni、Ag
などの粒子あるいはNi、Ag、Auなどでメッキした粒子ま
たは短繊維、更にはカーボンブラック、カーボン短繊維
などが用いられる。これらの導電性充填材は、必須3成
分よりなる組成物中約5〜50体積%、好ましくは約10〜40
体積%を占めるような割合で用いられる。
【0012】結晶性ポリマーからなる、体積変化の大き
な絶縁性充填材としては、最大径(長)が約0.5〜50μm、
好ましくは約1〜15μmの粒子(ビーズ、短繊維などを含
む)が用いられる。その種類は、用いられる非晶質ポリ
マーと相溶性のないものであれば特に限定されず、必要
な正温度特性曲線に合わせて複数のポリマーを混合して
用いることも可能である。
【0013】一般には、PTC材料がヒータとして用い
られることを考えると、約50〜250℃程度の融点を有す
るポリエチレン、ポリプロピレン、トランス-ポリブタ
ジエン、ポリオキシメチレン、ポリスチレン、ポリオキ
シエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリ塩化ビニル、
これらの単量体の共重合体、各種ワックスなどが用いら
れる。これらの結晶性ポリマーは、必須3成分よりなる
組成物中約1〜50体積%、好ましくは約5〜35体積%の割合
で用いられる。これ以下の配合割合では、本発明の目的
とする所望の効果が得られず、一方これより多い割合で
用いられると、機械的物性が低下し、割れたりするので
好ましくない。
【0014】以上の3成分を必須成分とする組成物中に
は、導電性を損なわない範囲内、一般には約1体積%以
下、好ましくは約0.1体積%以下の割合で、架橋剤、架橋
促進剤、加工助剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などを配
合することができる。
【0015】組成物の調製は、非晶質ポリマーへ導電性
充填材を練り込んだ後、トルエン、キシレン、アセト
ン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど
の溶剤を加えて非晶質ポリマーを溶解させ、そこに導電
性充填材を分散させてスラリー状とし、次いで結晶性ポ
リマー粒子を混入することによって行われる。
【0016】この組成物は、直接電極上に塗布、乾燥お
よび必要に応じて加硫する方法あるいは溶剤の大部分を
蒸発させた後型に流し込み、乾燥させた後銀ドータイト
で電極に取り付けるなどの方法で用いられる。
【0017】以上の3成分、即ち非晶質ポリマー、導電
性充填材および結晶性ポリマー粒子を必須成分とするP
TC組成物は、成形性および正温度特性にすぐれている
が、この成形品を高温で長時間使用した場合には、成形
品の抵抗値が上昇し、発熱温度が低下してしまうという
現象がみられることがある。
【0018】このような場合には、上記の3成分よりな
るPTC組成物中に、チタン酸バリウム、チタン酸スト
ロンチウム、ニオブ酸カリウムなどの固有抵抗値が108
Ω・cm以上の絶縁性充填材を更に添加することが好まし
い。これらの絶縁性充填材は、粒径が約10nm〜10μm、
好ましくは約20nm〜1μmのものが、これら4成分よりな
る組成物中約1〜30体積%、好ましくは約5〜25体積%を占
めるような割合で用いられ、組成物の調製に際しては、
導電性充填材と共に非晶質ポリマ−へ練りこまれる。
【0019】また、組成物の1成分として用いられてい
る結晶性ポリマーは、加硫した際に溶融・流れが起こり
易く、このため加硫物のバラツキを大きくする要因とも
なっているが、これを放射線架橋した上で用いると、結
晶性ポリマーの熱的・機械的強度が高められ、PTC特
性のバラツキを低減させることができる。
【0020】放射線架橋は、電子線などを用いて行わ
れ、照射線量は結晶性ポリマーの種類によって異なる。
例えば、高密度ポリエチレンでは約3〜10Mrad、好まし
くは約3〜5Mradが、またポリオキシエチレンの場合には
約10〜25Mrad、好ましくは約10〜18Mrad照射される。こ
のような照射線量よりも過度の照射は、架橋密度が大き
くなりすぎ、ポリマーのゾル分率が高くなって結晶性が
損なわれるため、PTC強度を低下させる。
【0021】
【発明の効果】本発明に係る非晶質ポリマー、導電性充
填材および結晶性ポリマー粒子よりなるPTC組成物
は、溶剤を用いての成形が可能であり、従ってバラツキ
の低減と生産性の向上を図ることができ、しかも高い正
温度特性を維持している。この組成物の中に、更に絶縁
性充填材を添加すると、連続使用時における機能特性の
低下を抑制することができる。また、結晶性ポリマーを
放射線架橋処理して用いると、バラツキは一層低減され
る。
【0022】
【実施例】次に、実施例について本発明を説明する。
【0023】実施例1 EPDM(日本合成ゴム製品EP21;非晶質ポリマーA) カーボンブラック(HTC#20、粒径0.15μm;導電性充填材
A) ポリエチレンビーズ(粒径3μm;結晶性ポリマーA) を原料として用い、まずEPDM 46.5gとカーボンブラ
ック11.1gとを、2軸スクリューのラボプラストミルを
用いて、110℃、20rpm、40分間の条件下で混練し、取り
出された生地とトルエン900mlとをダイノーミルで混
合、分散させた後、ポリエチレンビーズ43.0gを加え、
更に混合した。
【0024】混合物を、100μmの金属メッシュでロ過し
た後、撹拌しながら全量が200mlになる迄トルエンを蒸
発させ、テフロン型に流し込み、乾燥して、50×10×0.
5mmのテストピースを成形した。このテストピースを、
銀ドータイトで電極に取り付け、体積抵抗値(単位;Ω
・cm/25℃)および正温度係数(70℃での体積抵抗値/25℃
での体積抵抗値)を測定した。
【0025】実施例2〜8 実施例1において、他の原料が用いられた。なお、溶剤
については、実施例3〜4でメチルエチルケトンが用い
られた以外、トルエンが用いられた。 非晶質ポリマーB:溶液重合エチルアクリレート重合体(数平均分子量30万) 〃 C:NBR(ポリサ−製品クライナック800) 〃 D:水素化NBR(日本ゼオン製品ゼットポ−ル2020) 〃 E:天然ゴム(シェル社製品カリフレックスIR) 〃 F:シリコーンゴム(東芝シリコ−ン製品SE) 導電性充填材 B:ニッケル粉末(粒径0.5μm) 〃 C:銀メッキガラスビーズ(粒径0.5μm) 〃 D:ニッケル短繊維(粒径3μm、アスペクト比10) 〃 E:カーボンブラックBP160(粒径0.07μm) 〃 F:カーボンブラックHTC#S(粒径0.1μm) 〃 G:銀粉末(粒径2μm) 結晶性ポリマーB:ポリプロピレンビーズ(粒径5μm) 〃 C:ポリ塩化ビニルビーズ(粒径6μm) 〃 D:ポリオキシメチレンビーズ(粒径6μm)
【0026】比較例1 実施例1において、結晶性ポリマーが用いられなかっ
た。
【0027】比較例2 実施例6において、結晶性ポリマーが用いられなかっ
た。
【0028】以上の各実施例および比較例における測定
結果は、次の表に示される。 表 実 施 例 比 較 例 [非晶質ポリマー] 種類 A A B B C D E F A D 体積分率(%) 40 45 60 50 50 50 40 40 60 71.4 [導電性充填材] 種類 A B C D E E F G A E 体積分率(%) 20 30 20 20 20 30 30 15 40 28.6 [結晶性ポリマー] 種類 A B A B C D A A - - 体積分率(%) 40 25 20 30 30 20 30 45 - - [測定値] 体積抵抗値 5.2 6.8 20.5 2.0 12.0 15.3 4.9 4.6 5.2 7.2 正温度係数 95.0 48.2 51.3 36.3 15.0 91.4 77.6 157 3.60 2.5
【0029】実施例9 実施例1において、ポリエチレンビーズ量を30体積%と
し、チタン酸バリウムBaTiO4(粒径0.05μm)を10体積%用
いた。銀ドータイトに取り付けられたテストピースの体
積抵抗値は5.9Ω・cm/25℃、正温度係数は81.0であっ
た。
【0030】このようなテストピースに、連続的に交流
電流(230V)を印加し、発熱温度が80℃以下になる迄の時
間を発熱耐久時間として測定すると、実施例1では500
時間であったものが2600時間と大幅に延長された。
【0031】実施例10 実施例1において、ポリエチレンビーズを線量3Mradで
電子線架橋処理して用い、得られたテストピースを155
℃のヒートプレスで15分間加熱加硫した。銅ドータイト
に取り付けられた加硫テストピースの体積抵抗値は5.0
Ω・cm/25℃、正温度係数は104、正温度係数の分散(統計
処理上の分散)は96であった。なお、実施例1での正温
度係数の分散は、180であった。
【0032】実施例11 実施例10において、電子線架橋処理ポリエチレンビーズ
の代わりに、ポリオキシエチレンビーズ(粒径3μm)を線
量15Mradで電子線架橋処理したものが用いられた。加硫
テストピースの体積抵抗値は8.5Ω・cm/(25℃)、正温度
係数は83.0、正温度係数の分散は90であった。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年10月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】 組成物の調製は、非晶質ポリマーへ導電
性充填材を練り込んだ後、トルエン、キシレン、アセト
ン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど
の溶剤を加え、非晶質ポリマーを溶解させてスラリー状
とし、次いで結晶性ポリマー粒子を混入することによっ
て行われる。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0020
【補正方法】変更
【補正内容】
【0020】 放射線架橋は、電子線などを用いて行わ
れ、照射線量は結晶性ポリマーの種類によって異なる。
例えば、高密度ポリエチレンでは約3〜10Mrad、
好ましくは約3〜5Mradが、またポリオキシエチレ
ンの場合には約10〜25Mrad、好ましくは約10
〜18Mrad照射される。このような照射線量よりも
過度の照射は、架橋密度が大きくなりすぎ、ポリマーの
ゲル分率が高くなって結晶性が損なわれるため、PTC
強度を低下させる結果を招く

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非晶質ポリマー、導電性充填材および該
    非晶質ポリマーと相溶性のない結晶性ポリマー粒子より
    なるPTC組成物。
  2. 【請求項2】 結晶性ポリマーが放射線架橋された結晶
    性ポリマーである請求項1記載のPTC組成物。
  3. 【請求項3】 更に、絶縁性充填材が添加された請求項
    1または2記載のPTC組成物。
  4. 【請求項4】 更に、非晶質ポリマーの可溶性溶剤が添
    加された請求項1、2または3記載のPTC組成物。
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