JPS59196334A - 正温度係数を有する複合体組成物 - Google Patents

正温度係数を有する複合体組成物

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JPS59196334A
JPS59196334A JP7164883A JP7164883A JPS59196334A JP S59196334 A JPS59196334 A JP S59196334A JP 7164883 A JP7164883 A JP 7164883A JP 7164883 A JP7164883 A JP 7164883A JP S59196334 A JPS59196334 A JP S59196334A
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JP
Japan
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resistivity
temperature
composite composition
thermoplastic resin
temperature coefficient
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JP7164883A
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English (en)
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Hajime Ina
伊奈 一
Tatsuo Matsuda
松田 龍夫
Tamio Oi
大井 民男
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Toyota Central R&D Labs Inc
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特定の温度範囲に達すると、その抵抗値が湿
度上昇と共に急激に増加する性質、即ち正の温度係数(
以下、pTc!#性をいう)を有する導電性高分子複合
体組成物に関する。
ポリエチレンあるいはナイロン等の熱可塑性樹脂に、た
とえばカーボンブラックある1ハは金属微粉末等の粒子
形状の粉末全混入した複合体組成物が、上記pTc%性
を有していることは公知であり。
たとえば、特公昭50−53707号公報や特公昭56
−10552号公報などに開示されている。
これらの複合体組成物がp’rc特性を有するのは。
その中の組成物である熱可塑性樹脂が融点において結晶
質から非晶質に転換する際に急激な体積増加を示し、こ
の体積増加によシ、熱可塑性樹脂中に混入した導電性の
粒子相互の間隔が増大して。
粒子間の抵抗が急激に増大するものとされている。
この抵抗率が急激に増大し始める温度を「転移温度」、
室温での抵抗重金「初期抵抗率」、抵抗率が急激な変化
を示す温度範囲内の最大の抵抗率を「最大抵抗率」、「
初期抵抗率」に対する「最大抵抗率」の比を「抵抗率比
」と称する。このPTO特性の現象ヲ利用して、ヒータ
ーなどの自己温度制御器あるいは温度検出器に用いられ
ている。これらに利用し得るには、転移温度での抵抗率
の立上りが急で、しかも初期抵抗率ができるだけ小さい
ことが必要である。
しかしながら、従来のものは、熱可塑性樹脂に混入する
カーボンブランクあるいは金属微粉末の形状が粒子であ
91次に示す様な問題点がある。
すなわち、初期抵抗率を小さくすると抵抗率比が小さく
なり、さらに最大抵抗率を示す温度以上に昇温すると抵
抗率は逆に低下し、麓分子複合体組成物も熱変形を起し
易くなり、自己温度制御器等には適用することはできな
い。
また、上記の問題点を解消する目的で高分子複合体組成
物全有機過酸化物等により架橋させたものがあるが、こ
の改良品でさえも、転移温度での昇温と降温時でのPT
C曲線は非可逆性を示す。
いわゆる「ヒヌテIV7.曲線」を生じて、PTC!%
性が非常に不安定になる。このため、このような従来品
を温度制御器や温度検出器等に使用することば昇温時と
降温時の間にずれが生ずる。
さらに、これら、従来品は、熱可塑性樹脂に。
カーボンブラックや金属粉末を混合することによって複
合体組成物全形成しているため、転移温度以上の高温で
の形状の変化が生じやすく9機械的強度は極端に低くな
る欠点がある。
本発明は、上記のような従来の欠点がな(、PTO特性
の優れた導電性高分子複合体組成物全提供しようとする
ものである。
即ち9本発明は、熱可塑性樹脂と導電性短繊維とを混合
して成ることを特徴とする正温度係数を有する複合体組
成物である。
本発明によれば、熱可塑性樹脂と混合する導電性物質が
短繊維の形状を有しているため初期抵抗値が小さい場合
にも転移温度における抵抗率が急激に立上り、変化幅が
大きく、即ち抵抗率比が非常に大きく、外温時と降温時
の210曲線が一致して、ヒステリシヌ曲線を生ぜず、
また高温度領域での抵抗値の低下もない正の温度係数を
有する導電性高分子複合体組成物全提供することができ
る。
すなわち、従来の高分子複合体組成物の導電性は前記の
ごとく導電性物質間の直接接触あるいはトンネル効果に
よるものであL PTcfJlj象は熱可塑性樹脂の体
積膨張による導電性物質相互の接触の消失あるいは間隔
の拡大によって生じるものである。しかしながら、不発
明の導電性物質は短繊維状のものであるため、複合体組
成物中の単位体積当りの導電性短繊維間の接触点数は、
従来の粉末または粒子状の導電性物質よりも少ない。そ
れ故、温度上昇によシ熱可塑性樹脂が体積膨張した際、
樹脂中に含まれる導電性短繊維によって形成されている
導電行路銀の切断確率あるいは短繊維間間隔の拡大幅は
、非常に大きくなり、抵抗率が増大して、転移温度で詩
い抵抗率比金もたらすことになる。
また、初期抵抗率を低くしても、最大抵抗率が。
低下することなく、抵抗率全大幅に変化させることがで
きる。
さらに、短繊維状の導電性物質では、樹脂の体積膨張時
の流動性が抑制され、粉末兼たけ粒体の場合のごとき導
電行路類の崩壊が起こらないため。
昇温時と降温時の導電行路銀が等しくなり、抵抗率の変
化が一致して、ずれのない安定し−f?:、P T C
特性が得られる。址だ、高温領域においても、導電行路
銀が安定しているため、最大抵抗釜に達した温度以上に
おいて抵抗率が低下することはない。
本発明の導電性高分子複合体組成物は、このような優れ
たPTC特性によp、PTC素子として。
温度スイッチ、自己温度制御機能を有する発熱材。
液面計等に適用することができる。また、熱可塑性樹脂
全選択することによって1幅広い温度において使用する
ことができ、加工・成形の自由度が高く、その応用目的
によって、製品の物性を剛直なものから柔軟な可撓性の
あるものまでつくることができ、広範囲に利用できる。
本発明において、前記導電性短繊維としては。
アルミニウム、銅、銀等、又はその合金の金属短繊維、
或いはカーボンの短繊維等の導電性物質を使用する。ま
た、その大きさとしては、金属短繊維では長さ1〜15
朋、直径40〜120μのもの、カーボン短繊維では、
長さ1〜15g肩、直径5〜20μのものが好ましい。
この範囲以外の短繊維を用いた場合には、優れたPTC
特性を得ることが困難である。また、上記短繊維と熱可
塑性樹脂との高い付着性を得るためには1表面に凹凸の
起伏の高い短繊維が好ましい。この様な短繊維は、たと
えば、被削材と切削工具とを相対的に振動させながら短
繊維を切り出す「びびり振動切削法」で得られる。また
、かかる短繊維を使用した場合にはP T c i性を
更に向上させることができる。
また、熱可塑性樹脂としては9例えばポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリイソブチレン
、ポリフルオルエチレン、ポリアミド、ポリエステル、
ポリエーテル、これらの共重合体、アクリロニトリル・
ブタジェン・スチレン、あるいはエチレン酢酸ビニル共
重合体であり常温から昇温して転移温度に達すると、結
晶質より非晶質に変化し、それに伴う急激な体積増加に
より、樹脂に含まれる導電性短繊維の導′亀行路鎖全切
断あるいは短繊維間の[Hj隔を拡大させるものを用い
る。上記各種類の熱可塑性樹脂全1種類のみでなく、2
種類以上組み合せて混合することにより、転移温度全変
化させることが可能でるり。
たとえば自己温度制御器に利用した場合、所望の温度に
おいて抵抗率全急激に変化させることができ、熱可塑性
樹脂の組み合せにより制御温度全調節することができる
。さらに、熱可塑性樹脂を有機過酸化物等により架=を
行い、6次元的に結びついた構成にすることもできる。
この6次元架橋によって、転移温度以上で樹脂が急激に
軟化溶融することを防ぐことができ導電性短繊維の導電
行路銀の再配列が起きない。従って、転移温度以上での
抵抗値の抵下金より効率よく生じさせないよ、うにする
ことができ、性能を向上させることが可能である。
また、安定したPTO%性を得るため、上記熱可塑性樹
脂に対する導電性類lJ&雑の混合する割合は、10〜
40谷量%が好ましい。導電性短繊維がこの範囲以下の
場合、導電性が低下しすぎ、またこの範囲以上の場合に
は、導電行路銀が切断され難<p’rc特性が低下する
次に本発明の実施例について説明する。
実施例 1 熱可塑性樹脂としてポリエチレンを用い、導電性短繊維
として長G 3 yrtx +直径90μのアルミニウ
ム短繊維を用い、該ポリエチレンに対してアルミニウム
短a、i’11:’i15容量%の割合で加え、プラス
トグラフで混練後、#さ2 meにホットプレス成形し
た。次に、この成形品より長さ50mm、幅10順の短
冊形状に試料片全切り出し3両端に銀ペイントを塗布し
て電極を設け、PTOセンサー階1を作成した。次に、
このものについてPTC%−性を測定した。この測定に
当っては、上記p’rcセンサーを熱風式1亘温器内で
温度上昇および下降を行い、各所定温度における抵抗率
を測定し、温度と抵抗率の変化の関係を求めた。
この測定結果を第1図に示す。図中の白丸は昇温時の抵
抗率を、黒丸は降温時の抵抗重金それぞれ示している。
図において、転移温度(約120〜130°C)での昇
温時と降温時の抵抗率変化曲線は一致してお9.ヒステ
リシス曲線は生じていないことがわかる。また、初期抵
抗率が0.51)ynでちゃ、非常に低い値でありなが
ら、転移温度では抵抗率が急激に上昇して、最大抵抗率
は1060σ以上になり、抵抗率比は108以上の高い
値になっていることがわかる。また、最大抵抗率である
140”C以上の温度においても抵抗率の低下はなく、
試料片の熱による変形は生じていない。
以上のごとく9本発明の導電性高分子複合体組成物は、
転移温度での優れたP′工CL4性を有し。
安定した抵抗率の変化ケ示す。
実施例 2 熱可塑性樹脂として、第1表に示すごとき酢酸ビニル含
有率の異なる三種類のエチレン酢酸ビニル兵曹合体樹脂
金用い、導電性短繊維として実施例1と同様のアルミニ
ウム短繊維を用い、それらにそれぞれアルミニウム短繊
維を20容量%の割合で混練し、実施例1と同様にして
第1表に示すごときPTCセンサーN112,3.4i
作製して。
それぞれのPTC特性を測定した。
この測定結果を第2図ないし第4図に示す。図中の白丸
、黒丸は実施例1と同様にそれぞれ昇温時、降温時の抵
抗率を示している。
第  1  表 第2図ないし第4図により、昇温時と降温時における抵
抗率変化は可逆性全示し、初期紙t7′L率が3〜30
Ω釧と低い値であるにもがかわらず抵抗率比は107〜
108と高くなっていることがわかる。また、抵抗率が
最大抵抗率に達した温度以上でも温度上昇に伴う抵抗率
の低下はなく、高l晶領域での試料片の熱変形は生じで
いない。
実施例 6 熱可塑性樹脂としてポリエチレンを用い、導電性短繊維
として長さ5 yrm 、直径12μのカーホンW繊a
f用い、該ポリエチレンに対してカーボン短繊維を20
谷社%加え、混線後、実施例1と同様にしてPTCセン
サー尚5を作製し、そのPTO特性を測定した。
第5図にこの測定結果を示す。第5図により。
昇温時(白丸)と降温時(黒丸)における抵抗率変化は
可逆性を示し、初期抵抗率が低い値であっても抵抗率比
は高いことがわかる。また、抵抗率が最大抵抗率に達し
た温度以上でも温度上昇に伴う抵抗率の低下はなく、更
に、高温領域での試料片の熱変形は生じていない。
【図面の簡単な説明】
図は2本発明の実施例におけるp’rcセンサーのPT
C特性(抵抗率と温度との関係)の測定結果を示し、第
1図は、実施例1.第2図ないし第4図は実施例2.第
5図は実カ阪例6における各結果を示す図でろる。 第7図 法し及(°c) 洗炭(°C)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)熱可塑性樹脂と導電性短繊維とを混合して成るこ
    とを特徴とする正温度係数を有する複合体組成物。
  2. (2)上記導電性短繊維は、長さが1〜15朋。 直径が40〜120μでるる金属繊維であること全特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の正温度係数を有する
    複合体組成物。
  3. (3)上記導電性短繊維は、侵さが1〜15MM。 直径が5〜20μであるカーボン繊維であること全特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の正温度係数を有する
    複合体組成物。
  4. (4)上記熱可塑性樹脂に対する導電性短繊維、維の混
    合割合は、10〜40容量%であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の正温度係数を有する複合体組
    成物。
  5. (5)上記熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポ1ノプロ
    ピレン、ポリオキシメチレン、ポリインブチレン、ポリ
    フルオルエチレン、s;+ノアミド、ポリエステル、ポ
    リエーテルこれらの共重合体、アクリロニトリル・ブタ
    ジェン・スチレン、するいはエチレン酢酸ビニル共車合
    体でちることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    正温度係数を有する複合体組成物。
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