JPH11297506A - 正の抵抗温度特性を有する導電性組成物及びその製造方法並びにそれを用いた自己温度制御性面状発熱体 - Google Patents

正の抵抗温度特性を有する導電性組成物及びその製造方法並びにそれを用いた自己温度制御性面状発熱体

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JPH11297506A
JPH11297506A JP10605798A JP10605798A JPH11297506A JP H11297506 A JPH11297506 A JP H11297506A JP 10605798 A JP10605798 A JP 10605798A JP 10605798 A JP10605798 A JP 10605798A JP H11297506 A JPH11297506 A JP H11297506A
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conductive composition
temperature
heating element
temperature characteristic
resistance
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JP10605798A
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Toshiya Motonami
利哉 本波
Yoshikazu Fujiwara
義和 藤原
Kazuyo Wada
和代 和田
Isao Tomioka
功 富岡
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Unitika Ltd
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Unitika Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温領域で大きな正の抵抗温度特性を有する
導電性組成物及びその製造方法並びにそれを用いた高温
領域で自己温度制御性を有する面状発熱体を提供する。 【解決手段】 炭素粉末を熱可塑性樹脂中に分散させて
なる正の抵抗温度特性を有する導電性組成物において、
炭素粉末が球状グラッシーカーボン、熱可塑性樹脂がガ
ラス転移温度200℃以上の全芳香族ポリイミドであっ
て、かつ全芳香族ポリイミドのガラス転移温度以上の温
度における体積固有抵抗値が25℃における体積固有抵
抗値の2倍以上であることを特徴とする正の抵抗温度特
性を有する導電性組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大きな正の抵抗温度特
性を有する導電性組成物及びその製造方法並びにそれを
用いた自己温度制御性面状発熱体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、軽量薄型発熱素子としては、金属
線、金属箔等の発熱体と樹脂との複合体が一般に知られ
ているが、それらの多くは自己温度制御ができないた
め、サーモスタット、ヒューズ、配線内電気抵抗器等を
併せ備えたものであった。そのため、近年、上記のよう
な付加的素子を必要としない自己温度制御が可能な発熱
素子が着目され、その様な発熱素子として特定温度を超
えると抵抗が急激に増加して自己温度制御される導電性
組成物をベース上に被覆した発熱素子が開発されてい
る。この様な導電性組成物としてはカーボンブラックと
熱可塑性樹脂との組成物が従来から知られている(特開
昭61−35223号公報)が、上記導電性組成物は自
己温度制御領域が低温領域に限られるという欠点があっ
た。
【0003】また、球状カーボン及び膨張黒鉛粉末と樹
脂からなる導電性組成物(特開平6−96843号公
報)や表面を銅層及びニッケル層で被覆した球状カーボ
ンと熱可塑性ポリイミド樹脂からなる導電性組成物(特
開平9−45466号公報)も知られている。しかし、
上記導電性組成物は、200℃以上の高温領域において
も自己温度制御が可能であるものの、ガラス転移温度を
超えた領域における抵抗の上昇が小さいため、自己温度
制御性が不十分であるという欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高温
領域で大きな正の抵抗温度特性を有する導電性組成物及
びその製造方法並びにそれを用いた高温領域で自己温度
制御性を有する面状発熱体を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意研究した結果、炭素粉末として球状
グラッシーカーボン、熱可塑性樹脂としてガラス転移温
度200℃以上の全芳香族ポリイミドを用いた導電性組
成物が上記課題を解決できることを見出し、本発明に到
達した。すなわち、本発明の要旨は、第1に、炭素粉末
を熱可塑性樹脂中に分散させてなる正の抵抗温度特性を
有する導電性組成物において、炭素粉末が球状グラッシ
ーカーボン、熱可塑性樹脂がガラス転移温度200℃以
上の全芳香族ポリイミドであって、かつ全芳香族ポリイ
ミドのガラス転移温度以上の温度における体積固有抵抗
値が25℃における体積固有抵抗値の2倍以上であるこ
とを特徴とする正の抵抗温度特性を有する導電性組成物
である。第2に、3,4’−オキシジアニリンと、4,
4’−オキシジフタル酸又はその誘導体と、1,2−フ
タル酸又はその誘導体を、モル比で100/(90〜9
9.5)/(1〜20)の割合で含有する全芳香族ポリ
イミド前駆体の溶液中に球状グラッシーカーボンを分散
させ、乾燥した後、全芳香族ポリイミド前駆体をイミド
化することを特徴とする正の抵抗温度特性を有する導電
性組成物の製造方法である。第3に、球状グラッシーカ
ーボンをガラス転移温度200℃以上の全芳香族ポリイ
ミド中に分散させてなり、かつ全芳香族ポリイミドのガ
ラス転移温度以上の25℃における体積固有抵抗値が室
温における体積固有抵抗値の2倍以上である正の抵抗温
度特性を有する導電性組成物を発熱体とし、この発熱体
に通電し発熱させる電極を備えてなることを特徴とする
自己温度制御性面状発熱体である。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において、炭素粉末として用いられる球状グラッ
シーカーボンは、球状のフルフリルアルコール樹脂やフ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を熱処理し、炭化したも
のである。かかる熱処理は不活性雰囲気下で行われる。
この中で、球状フルフリルアルコール樹脂、球状フェノ
ール樹脂を用いたものが好ましく、その中でも特に、球
状フェノール樹脂を不活性雰囲気下、1000℃以上の
温度で熱処理(焼成)して得られる球状グラッシーカー
ボンが好ましい。球状フェノール樹脂の製造方法は特公
平5−72924号公報に開示されており、市販品も入
手することができる。
【0007】本発明で用いる球状グラッシーカーボンの
平均粒径は1〜50μmが好ましく、5〜40μmがよ
り好ましい。平均粒径が1μm未満の場合は、ガラス転
移温度以上の温度における体積固有抵抗値が低くなる傾
向にあり、一方、50μmを超えると、導電性組成物が
発熱体のベース等に平滑に被覆できなくなるので、好ま
しくない。本発明において球状グラッシーカーボンの平
均粒径とは、100個以上の球状グラッシーカーボンを
視野内にスケールを有する倍率200倍の顕微鏡で観察
し、その内の任意の100個の平均粒径をいう。また、
本発明において導電性組成物の体積固有抵抗値とは、電
極を設けた導電性組成物からなる素子の状態で抵抗値を
測定し、下記の式から算出したものである。
【0008】本発明において、熱可塑性樹脂として用い
られる全芳香族ポリイミド(以下、単にポリイミドとい
う。)は、ガラス転移温度が200℃以上であり、21
0℃以上が好ましく、220℃以上がより好ましい。ガ
ラス転移温度が200℃未満では、発熱体の自己温度制
御領域が低くなるので好ましくない。
【0009】全芳香族ポリイミドとしては式1で表され
る構造を有するものが好ましい。
【化2】
【0010】本発明における正の抵抗温度特性を有する
導電性組成物は、ポリイミドのガラス転移温度以上の温
度における体積固有抵抗値が25℃における体積固有抵
抗値の2倍以上であり、20倍以上が好ましく、50倍
以上がより好ましい。2倍未満では、これを発熱体とし
たとき、その自己温度制御性が低くなるため好ましくな
い。
【0011】本発明において、正の抵抗温度特性を有す
る導電性組成物は、例えば3,4’−オキシジアニリン
と、4,4’−オキシジフタル酸又はその誘導体と、
1,2−フタル酸又はその誘導体を、モル比で100/
(90〜99.5)/(1〜20)の割合で含有するポ
リイミド前駆体の溶液中に球状グラッシーカーボンを分
散させてワニス状混合物とし、乾燥した後、ポリイミド
前駆体をイミド化することによって得られる。3,4’
−オキシジアニリンと、4,4’−オキシジフタル酸又
はその誘導体と、1,2−フタル酸又はその誘導体のモ
ル比は、100/(92〜99)/(2〜16)が好ま
しく、100/(94〜98)/(4〜12)がより好
ましい。上記範囲外のモル比では、導電性組成物の強度
が低下したり、正の抵抗温度特性が低くなることがあ
る。
【0012】さらに、上記ポリイミド前駆体の溶液に用
いられる溶剤は特に限定されないが、N−メチル−2−
ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等が好まし
い。ワニス状混合物中の溶剤の量は、20〜90重量%
が好ましい。溶剤の量が上記範囲外であると、球状グラ
ッシーカーボンの分散が十分になされない傾向がある。
本発明の正の抵抗温度特性を有する導電性組成物におい
て、球状グラッシーカーボンとポリイミドの組成比は、
重量比で75/25〜35/65が好ましく、7/3〜
4/6がより好ましい。上記範囲外の組成では、正の抵
抗温度特性が低くなる傾向がある。
【0013】本発明において導電性組成物を製造する際
に、ポリイミド前駆体の溶液に球状グラッシーカーボン
を分散させた上記ワニス状混合物は、上記成分のみでも
十分な分散性が得られるが、さらに分散性を向上させる
ために金属石けん、非イオン性界面活性剤等の分散剤を
任意に添加してもよい。また、ワニス状混合物の混合方
法はロール混練法が好ましい。
【0014】次に、本発明の自己温度制御性面状発熱体
について説明する。本発明の自己温度制御性面状発熱体
は導電性組成物を面状に成形し、これを熱処理すること
によって得られる。導電性組成物を面状に成形する方法
は特に制限はなく、例えばスクリーン印刷(80〜32
5メッシュのスクリーン)による方法、適宜、溶剤で希
釈してスプレーで吹き付ける方法、バーコーター塗布に
よる方法等によって面状に成形することができる。ま
た、導電性組成物を面状に成形する際に、通常はフィル
ムや不織布等のベース上に被膜として形成される。上記
の熱処理は導電性組成物中のポリイミド前駆体をイミド
化させるものであり、好ましくは、250〜350℃の
温度で30分〜300分間熱処理を行う。本発明の面状
発熱体の形状、厚さなどは特に制限されないが、5〜1
00μmの厚さとすることが好ましい。
【0015】実用的には、上記熱処理の前又は後に面状
発熱体に電源接続用の電極を少なくとも2カ所設けるこ
とによって発熱素子を得ることができる。電極の作成方
法は、銀レジンインキを用いた印刷法や、異方導電接着
剤を介して金属箔テープを貼付する方法が挙げられる。
また、耐湿性を要求される分野においては、上記発熱素
子の上からさらに撥水性及び絶縁性を兼ね備えたシリコ
ーンゴムやフッ素ゴム系のインキをオーバーコートすれ
ばよい。さらに、上記の本発明の導電性組成物を用いて
得られる面状発熱体は成形性並びに種々の基材との密着
性に優れるため、パイプ状等の任意形状の自己温度制御
性発熱体を容易に得ることが可能である。
【0016】
【実施例】以下、本発明を実施例によって具体的に説明
する。 (a)球状グラッシーカーボンの製造 熱硬化性の球状フェノール樹脂を1000℃で熱処理し
た炭化物(GCP−30H、ユニチカ社製)を真空焼結
炉(富士電波工業社製)中に入れ、真空中、100℃/
時間の昇温速度で2000℃まで昇温し、この温度で1
0時間熱処理して球状グラッシーカーボンを得た。 (b)ポリイミド前駆体の溶液の製造 4,4’−オキシジフタル酸二無水物29.8g(96
mmol)と1,2−フタル酸1.3g(8mmol)
を200ml三つ口フラスコに入れ、メタノール9.2
g(288mmol)とN−メチル−2−ピロリドン5
4.2gを加え、50℃で1.5時間攪拌した。その
後、3,4’−オキシジアニリン20.0g(100m
mol)を加え、さらに15分間攪拌して、ポリイミド
前駆体の溶液を得た。
【0017】実施例1 球状グラッシーカーボンとポリイミドの重量比が5/5
となるように球状グラッシーカーボンと上記のポリイミ
ド前駆体の溶液を混合した。得られたワニス状混合物を
電解ニッケル箔(NiF−MT−25、厚み25μm、
福田金属箔粉工業社製)に塗布した。200℃の温度で
1時間乾燥後、300℃で3時間熱処理してポリイミド
前駆体をイミド化した。次いで、0.25mmスペーサ
ーのもとで400℃の温度で熱プレスし、2枚をはり合
わせた。得られた素子を15mm角に切り、特性評価用
の素子を得た。得られた特性評価用の素子をオーブンに
入れ、室温(25℃)から徐々に昇温して素子の抵抗値
の変化を測定した。測定結果を表1に示す。なお、表中
のピーク抵抗値とは、昇温しつつ素子の抵抗値の変化を
測定中に素子が示した最も高い抵抗値のことである。
【0018】実施例2 球状グラッシーカーボンとポリイミドの重量比が6/4
となるように球状グラッシーカーボンとポリイミド前駆
体の溶液を混合した以外は、実施例1と同様にして特性
評価用の素子を得た。測定結果を表1に示す。
【0019】比較例1 球状グラッシーカーボンとポリイミドの重量比が3/7
となるように球状グラッシーカーボンとポリイミド前駆
体の溶液を混合した以外は、実施例1と同様にして特性
評価用の素子を得た。しかし、この組成では抵抗温度特
性が負になった。測定結果を表1に示す。
【0020】比較例2 球状グラッシーカーボンとポリイミドの重量比が8/2
となるように球状グラッシーカーボンとポリイミド前駆
体の溶液を混合した以外は、実施例1と同様にして特性
評価用の素子を得た。測定結果を表1に示す。 比較例3 球状グラッシーカーボンに代えて人造黒鉛粉末(KS−
6、LONZA社製)を用いた以外は、実施例1と同様
にして特性評価用の素子を得た。測定結果を表1に示
す。 比較例4 3,4’−オキシジアニリンと、4,4’−オキシジフ
タル二無水物と、1,2−フタル酸のモル比が100/
100/0のポリイミド前駆体の溶液を用いた以外は、
実施例1と同様にして特性評価用の素子を得た。測定結
果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【発明の効果】本発明の導電性組成物は高温領域で大き
な正の抵抗温度特性を有する。また、本発明の製造方法
によると上記導電性組成物を容易に得ることができる。
さらに、本発明の自己温度制御性面状発熱体は高温領域
での高い自己温度制御性を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富岡 功 京都府宇治市宇治小桜23番地 ユニチカ株 式会社中央研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素粉末を熱可塑性樹脂中に分散させて
    なる正の抵抗温度特性を有する導電性組成物において、
    炭素粉末が球状グラッシーカーボン、熱可塑性樹脂がガ
    ラス転移温度200℃以上の全芳香族ポリイミドであっ
    て、かつ全芳香族ポリイミドのガラス転移温度以上の温
    度における体積固有抵抗値が25℃における体積固有抵
    抗値の2倍以上であることを特徴とする正の抵抗温度特
    性を有する導電性組成物。
  2. 【請求項2】 全芳香族ポリイミドが式1で表される構
    造を有することを特徴とする請求項1記載の正の抵抗温
    度特性を有する導電性組成物。 【化1】
  3. 【請求項3】 3,4’−オキシジアニリンと、4,
    4’−オキシジフタル酸又はその誘導体と、1,2−フ
    タル酸又はその誘導体を、モル比で100/(90〜9
    9.5)/(1〜20)の割合で含有する全芳香族ポリ
    イミド前駆体の溶液中に球状グラッシーカーボンを分散
    させ、乾燥した後、全芳香族ポリイミド前駆体をイミド
    化することを特徴とする正の抵抗温度特性を有する導電
    性組成物の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の導電性組成物を発熱体と
    し、この発熱体に通電し、発熱させる電極を備えてなる
    ことを特徴とする自己温度制御性面状発熱体。
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