JPS624750A - 正温度係数組成物の製造法 - Google Patents

正温度係数組成物の製造法

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JPS624750A
JPS624750A JP14434685A JP14434685A JPS624750A JP S624750 A JPS624750 A JP S624750A JP 14434685 A JP14434685 A JP 14434685A JP 14434685 A JP14434685 A JP 14434685A JP S624750 A JPS624750 A JP S624750A
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伊奈 一
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特定の温度範囲に達すると、その抵抗値が温
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、PTO特性をいう)を有する重合体組成物及びそ
の製造方法に関する。
ポリエチレンあるいはナイロン等の結晶性重合体に、た
とえばカーポンプフックあるいは金属微粉末等の粒子形
状の粉末を充填導電材として混入した重合体組成物が、
上記PTO特性を有していることは公知でらり、たとえ
ば、特公昭50−53707号公報や特公昭56−10
352号公報などに開示されている。これらの重合体組
成物がPTO特性を有するのは、その中の組成物である
結晶性重合体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、この体積増加により、結
晶性重合体に混入した充填導電材の粒子相互の間隔が増
大して1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」、
室温での抵抗率を「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特性の現象を利用して、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が
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、結晶性重合体に混入する
カーボンブラックあるいは金属微粉末の形状が粒子であ
り、欠に示す様な問題点がある。
すなわち、第5図に示す様に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。
重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。なお第3図は高密度ポ
リエチレンとカーボンブラックとの均一混線組成物の温
度と抵抗率との関係を示す図である(実施例参照)。
そこで本発明者らは上記の問題点を解消する目的で結晶
性重合体に混入する充填導電材として炭素短繊維を用い
ることにより格段にPTO特性が向上することを見い出
した。しかしながら炭素短繊維は高価である。従来の様
に重含体マトリックス中に均一分散させる方法では、充
分低い初期抵抗率を得るには大量の炭素短繊維の混入が
必要になる。そのため少量の炭素短繊維を有効に開用す
るには亜合体マ) IJノックス中炭素短繊維が導電行
路連鎖を効率的に形成する様にしなければならない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は少量の炭素短繊維を有効に使用し、PTC特性
に優れた重合体組成物及びその製造方法’tm供しよう
とするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本第1発明の正温度係数?有する重合体組成物は、結晶
性重合体と平均長さくLO5〜1 fi、直径3〜20
μmの炭素短繊維とから成ることを特徴とするものであ
る。
本発明の重合体組成物は重合体マ) IJノックス中炭
素短繊維の三次元のミクロ網目状構造の導電行路連鎖が
形成されたものである(第1図参照)、。
本発明において、結晶性重合体とは、ポリエチレン、ポ
リプロピレン等を意味する。また炭素短繊維は平均長さ
がQ、05〜1目、直径が3〜2071fnの範囲内に
しなければならない。上記範囲外のものでは三次元のミ
クロ網目状構造の導電行路鎖が形成されるのが困難であ
る。
また本第2発明の正温度係数を有する重合体組成物は、
結晶性重合体の粉体と平均長さQ、05〜131g、直
径3〜20μmの炭素短繊維とを混合して該重合体と該
炭素短繊維との複合粉体を形成する工程と、該複合体を
m1圧成形して成形体を形成する工程と、該成形体に熱
処理を施す工程とから成ることを特徴とするものである
上記複合粉体を形成する工程では、結晶性重合体の粉体
と炭素短繊維を単に均一に混合するばかりでなく、炭素
短繊維が結晶性重合体の粉体表面につきささった複合粉
体を形成させることが重要でおる。、混合する手段とし
ては、摺潰機などの粉砕混合機を使用することができる
こ−で結晶性重合体の粉体とは、ポリエチレン。
ポリプロピレン等の粉状体を意味する。多くの結晶性重
合体の製造系形態は粉状となっているが。
本発明ではか\る製造系形態の粉体をそのま(使用する
ことができる。粉体の粒度については、形成する成形体
の機械″的強度の向上のためには、細かければ細い程好
ましいが、同時に炭素短繊維の配合量を増加する必要が
ある。炭素短繊維の配合量もあまり多くなく且つ機械的
強度も高くするためには1粒度分布の巾の大きい結晶性
重合体の粉末を使用するのが好ましい。例えば製造系形
態の高密度ポリエチレンの粉末は9粒径250μm未満
の微粉体50〜40%、250μrn以上の粗大粉体6
0〜70%、平均粒径400〜500μmであるが、こ
の様な粒度分布巾の広い粉体の1更用が好ましい。また
炭素短繊維の長さも均一である必要はない。結晶性重合
体粉体と炭素短繊維の配合割合については組成物の所望
の初期抵抗率に応じて圧意に選択することができる。す
なわち、炭素短繊維の配合割合を高くするほど組成物の
初期抵抗率は増加する。
成形工程は、該混合粉体を成形金型内に入れ加圧圧密化
し、結晶性重合体マトリックス中に炭素短繊維の三次元
ミクロ網目状構造の導電行路連鎖を有した圧密成形体を
得る工程である。この加圧成形は通常の場合室温下で実
施できる。加圧成形時の圧力は大きければ大きい程好ま
しいが、欠の熱処理工程への移送中に形状の崩れない程
度の強度の圧密成形体が得られるに足りる圧力であれば
よい。通常5 ton1程度で行われる。圧督成形体の
納会力を高くする等の目的のために、加温丁で加圧成形
することも可能である。しかし加温のため原料混合粉体
の流動化は避けねばならない。
熱処理工程は、圧密化された成形体を高温下に保持し成
形された形状を保持しつつ、結晶性重合体粉体同志を接
合するものである。熱処理温度は該結晶性重合体の融点
前後(例えばポリエチレンの場合150”C程度)が、
また熱処理時間は1時間前後が各々一応の目安となる。
しかし重合体の分子量が非常に高いためとか、架橋を施
したためとかで、流動性が乏しい等の場合には融点より
30°C以上も高い温度で熱処理することも可能である
かかる場合には熱処理時間も短縮できる。また成形工程
で加温丁で加圧成形し、成形体の強度が充分あれば熱処
理工程を省略することも可能である。
〔発明の効果〕
本第1発明によれば、PTC特性に優れた重合体組成物
を提供することができる。これは平均長さがQ、05〜
1 fl 、直径5〜20μmの非常に小さな炭素短繊
維を開用したためである。すなわち。
公知の様に結晶性重合体は結晶が非晶質に転換する際に
大きな体積膨張をする。本発明でいう「転移温度咳」は
、この非晶質に転換する際の温度範囲に相応するもので
ある。PTO特性はか\る体積膨張の際の充填導電材間
の接触の消失あるいは間隔の拡大により生じるものであ
るとされている。
本発明の充填導電材は、形状が短繊維であるため該組成
物中の単位体積当りの炭素短繊維の接触点数は従来の様
にカーボンブラックを用いた場合よりも少い。それ故転
移温度戦で結晶性重合体が体積膨張した際、該組成物中
に炭素短繊維によって形成されている導電行路連鎖の切
断確率あるいは炭素短繊維間間隔の拡大中は、非常に大
きなものになり、抵抗率の変化も大きなものになる。つ
まり、転移温度戦で大きなPTO特性をもたらすと考え
られる。
また本第1発明の重合体組成物は、それぞれの温度賊に
おいて安定な抵抗率を有している。
本第2発明によれば、前記第1発明に示した優れた重合
体組成物を製造することがでさる。
また本@2発明によれば、結晶性重合体の重会体マl−
IJソックス中炭素短繊維の三次元ミクロ網目状構造を
有した組成物をつくることにより、炭素短繊維が導電行
路連鎖を形成するのを効率的に行わせることができる。
それ故、開用する炭素短繊維の量が少なくてよく、安価
に重合体組成物を製造することができる1゜ 〔実 施 例〕 以下9本発明の詳細な説明する。
実施例 1゜ 結晶性重合体粉体として製造原形態の高密度ポリエチレ
ンの粉体を用いた。このポリエチレン粉体の粒度分布は
7粒径500μm以上のもの30%、250〜500μ
m35%、150〜250μm17%、150μm以下
18%である。炭素短繊維は直径1Q、5μm、長さは
20μmから2MMまでの分布をもち平均長さα70f
f(県別化学工業■、M−2078)のものを用いた。
炭素短繊維の配合開会は炭素短繊維が容量%で10,1
5゜20.25,50,35,40,45.50%とな
るように9種類とした。所要量ずつのポリエチレン粉体
と炭素短繊維を1時間播漬し原料混合粉体を調製した。
1時間の播漬操作で、全ポリエチレン粉体は多数の炭素
短繊維が表面に突き刺った複合粉体になっていることを
光学顕微鏡で確認した。次に成形金型内に上記複合粉体
を入れ室温下で5 ton/+4の圧力で直径20fl
、厚さ5ffの円盤状圧密成形体を作製した。続いてと
の圧密成形体を134°Cで1時間熱処理し2本発明に
かかる重合体組成物を形成した。該重合体組成物の断面
組織の光学顕微鏡写真(50倍)を第1図に示す。
そしてこの熱処理体の両端面に導電性塗料を塗布して測
定に用いた。
またカーボンブラック(電気化学工業■、デンカブラッ
ク)との均一混線組成物を比較のためつくった。カーボ
ンブラックの配合割合はポリエチレン粉体100gに対
し20,30,40,50゜60.709の6種類とし
た。所要量ずつのポリエチレン粉体とカーボンブラック
をバンバリー・ミキサーで混練後、厚さ2ffにホット
プレス成形した。次にこの成形品よυ長さ50 、w 
、巾10Jrlの短冊形状に切り出し1両端に導電性塗
料を筒布して測定試片とした。
両種測定試片とも恒温器内に置き所定温度下で一定値に
収斂したときの抵抗値を測定した。測定は順次室温より
高温側へと行った。
その結果を第2図に示す。なお第2図は本発明のポリエ
チレン組成物及び比較用ポリエチレン組成物についての
初期抵抗値に対する抵抗率比の大きさを示す図である。
また第3図に上記比較用ポリエチレン組成物についての
温度による抵抗率の変化を示す。なお図中曲線01〜C
6はそれぞれ高密度ポリエチレン100gに対してカー
ボンブラックを20.30゜40.50.60.7(l
配合したものである。
第2図より明らかなように本発明のポリエチレン組成物
は比較用組成物に比して、優れたPTO特性を有してい
ることがわかる。
実施例 2 本実施例では成形工程と熱処理工程とを同時に行なった
例を示す。
エチレン−酢酸ビニル重合体(EVA)粉体と炭素短繊
維との複合粉体を実施例1と同様に調製した。、EVA
は酢酸ビニル含有率7.5七μ%のものを用い、その粉
体の粒度分布はs o o 1m以上51%、250〜
500μm37%、150〜250μrf119%、1
50μm以下15%である。炭素短繊維(県別化学工業
■、M−2018)は直径105 pm 、長さ20μ
mから300μmまでの分布をもった平均長さα13M
111のものを用いた。炭素短繊維の配合割合は炭素短
繊維が容量%で、1o。
15.20,25.30.55%となるように6種類と
した。
次に厳密に成形体の容積に相当する量の上記複合粉体を
吻合型金型に入れ室温で加圧後、加圧状態のまま該EV
Aの融点の75°Cまで昇温加熱後急冷し、厚さ2tm
、直径100ffの円盤形状成形体を作製し9本発明の
EVA組成物とした。
また比較のため、上記EVA粉体とカーボンブラックを
用いて、実施例1の比較用組成物と同様にして比較用E
VA組成物を作製した。なおり−ポンプラックの配合割
合は、EVAlo(lに対し50.40,50,60,
70,809(06種類とした。
上記両種組成物とも長さ50mg、巾10flの短冊状
に切り出し、実施例1と同様にして抵抗値を測定した。
その結果を第4図の本発明のEVA組成物及び比較用E
VA組成物についての初期抵抗値に対する抵抗率比の大
きさを表わす図に示す3゜第4図より明らかなように本
発明のEVA組成物は比較用組成物に比して、優れたP
TO特性を有していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1における本発明の重合体組成物の断面
組織を示す光学顕微鏡写真(SO倍)。 第2図及び第4図はそれぞれ実施例1と実施例2におけ
る重合体組成物の初期抵抗率と抵抗率比との関係を示す
図、第3図は従来の重合体組成物の温度と抵抗率との関
係を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶性重合体と平均長さ0.05〜1mm、直径
    3〜20μmの炭素短繊維とから成ることを特徴とする
    正温度係数を有する重合体組成物。
  2. (2)結晶性重合体の粉体と平均長さ0.05〜1mm
    、直径3〜20μmの炭素短繊維とを混合して該重合体
    と該炭素短繊維との複合粉体を形成する工程と、該複合
    粉体を加圧成形して成形体を形成する工程と、該成形体
    に熱処理を施す工程とから成ることを特徴とする正温度
    係数を有する重合体組成物の製造方法。
JP14434685A 1985-07-01 1985-07-01 正温度係数組成物の製造法 Granted JPS624750A (ja)

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