JPH0159684B2 - - Google Patents
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- JPH0159684B2 JPH0159684B2 JP56057797A JP5779781A JPH0159684B2 JP H0159684 B2 JPH0159684 B2 JP H0159684B2 JP 56057797 A JP56057797 A JP 56057797A JP 5779781 A JP5779781 A JP 5779781A JP H0159684 B2 JPH0159684 B2 JP H0159684B2
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- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
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Description
本発明は温度の上昇に伴い増大する区間電気抵
抗を有する半導電形装置の組成物並びに半導電性
組成物の独特な製造方法に関するものである。 米国特許第3435401号、第3793716号、第
3823217号、第3861029号および第3914396号にお
いて指摘されているように、従来法では導電性熱
可塑性組成物は重合体ベースに導電性カーボンブ
ラツクを添加することにより製造されてきた。か
かる組成物が電流の制限または正の温度係数機能
を与えるかかる組成物の作用理論は十分記載され
ている。更に、自己制御性半導電性組成物および
かかる組成物を用いる製品の使用は、電気的加熱
から熱検出およびしや断器形用途までの広範囲な
用途を有するものとして十分記載されている。然
しかかる用途の夫々において、かかる製品に対し
てカーボンブラツクを多量含有させる欠点が指摘
され、かかる欠点には伸び特性が劣ること並びに
応力亀裂抵抗性が劣ることが含まれる。半導電性
熱可塑性組成物は温度と共に抵抗率が増大するこ
とはよく知られているが、かかる組成物は、また
重合体が融解する温度以上で半導電性組成物を使
用することに付随する負の温度係数を示した。 然し本発明者が知つているすべての従来技術
は、「カーボン・ブラツク・フオア・コンダクテ
イブ・プラスチツクス」と題し、カボツト・コー
ポレーシヨンのピグメント・ブラツク・テクニカ
ル・レポートS―8に記載されているように、低
体積抵抗率カーボンブラツクと称せられるものの
利用を取扱つてきたことは明らかである。広範囲
の用途における代表的導電性カーボンブラツク
は、ベース・マトリツクス中の15重量%または約
15重量%のカーボンブラツクで生ずる臨界体積抵
抗率を有するオイルフアーネスブラツクであるカ
ボツト社のバルカンXC72である。更に、従来技
術は導電性熱可塑性組成物がかかる高導電性カー
ボンブラツクを使用することを仮定し、従つてか
かるカーボンブラツクを種々の密度で使用しこれ
に関連して種々の物理的特性を発現させるべく多
くの努力が行われてきた。 本発明の目的は、高電気抵抗率カーボンブラツ
クを結晶性重合体と混和して抵抗の正の温度係数
を有する組成物を得ることにより有効な低電気抵
抗を示す改善された重合体半導電性組成物を得ん
とするにある。 本発明において高電気抵抗率カーボンブラツク
とは、次式により特徴づけられる。 (SA/OA)1/2/1+V(%)24 但し式中SAは表面積/g OAはジブチルフタレート(DBP)吸油量c.c./
100gVは揮発分 これ等のパラメータSA,OAおよびVは例え
ばテクニカルレポートS―36(アメリカ合衆国マ
サチユーセツツ州ボストンのカボツト・コーポレ
ーシヨンの「カボツト・カーボン・ブラツク・ホ
ア・インク、ペイント、プラスチツクス、ペーパ
ー」)に示されている。 また本発明の目的は、高度の信頼性を伴い容易
に製造され、同時に極めて複雑な長い熱加工操作
が回避される一方で、抵抗率の正の温度係数を有
する製品を製造するため高導電性および高抵抗性
カーボンブラツクの混和物を利用せんとするにあ
る。 本発明の他の目的は、容易に押出されるかまた
は形成されて広範囲の用途に受け入れられる抵抗
素子の半導電性で自己制御性の正の温度係数を示
す優れた生成物を得んとするにある。 本発明の他の目的は抵抗の安定性および予知が
極めて短い時間の熱加工により容易に得られる重
合体マトリツクスに配置する低および高導電性の
カーボンの混和物により特徴づけられる自己制御
性導電性物品の経済的形成を提供せんとするにあ
る。 本発明においては、乾時高体積抵抗率を有する
カーボンブラツクを種々の濃度で単独でまたは乾
時低抵抗率を有するカーボンブラツクと一緒に使
用すると、これまで得られた導電性重合体よりア
ニール時間が著しく短かく同時に一層高度の信頼
性を有し製造ロスの少い導電性重合体が得られる
ことが決定された。 次に本発明を図面につき説明する。 第1図に、自己制御性の加熱ケーブルの如き装
置を形成するため半導電性ミツクスを形成する代
表的工程を示す。 混合工程において、カーボンブラツク(従来法
における乾時低体積抵抗率カーボンブラツク)を
バンバリーミキサーの如き高剪断強力ミキサーを
利用してポリオレフイン等の如き熱可塑性材料に
混和する。バンバリーミキサーからの材料は、チ
ヨツパーに供給し、細断した材料を集め、ペレツ
ト化押出機に供給することによりペレツト化する
ことができる。 ペレツト化したミツクスを使用し、次いでミツ
クスの注型を行うか、または適当な電極上に押出
して電熱線、検出器等を製造し、然る後生成物に
所要に応じて適当な形状保留および/または絶縁
ジヤケツトを押出して設け、次いで以後アニール
を意味するものとして記載する熱加工を行う。所
要に応じて、他の絶縁ジヤケツトを押出すかまた
は供給し、また所要に応じて、放射線架橋を使用
して生成物における或る種機能特性を与えること
ができるが、かかる工程はすべて従来法において
よく知られている。 自己制御性ケーブル中のカーボンブラツクの濃
度は、これまで最初押出される場合導電性である
組成物または製品をつくるためには、物理的特性
が望ましくないため、十分高くはなかつた。米国
特許第3861029号はカーボンブラツクの高含量
(最初調整される際所望の導電性を得るように)
の製品は、可撓性、伸びおよび亀裂抵抗につき特
性が劣り;またピーク温度にもたらす場合望まし
くない低抵抗率を示すことを指摘している。かか
る例では、一般に熱伝達特性が劣ることによりケ
ーブルの断線として知られている現像をおこし、
この断線は重合体組成物がその結晶融点以上の温
度に達し、次いで自己破壊性である負の温度係数
抵抗体の特性を呈する場合に存在する条件として
最もよく記載される。 従来法においては、望ましい導電率は、混合物
を含有する最初非導電性の押出物または組成物を
普通15時間以上と考えられる種々の時間重合体材
料の結晶融点以上の温度に維持することより成る
熱加工法(アニール)で処理することにより得ら
れる。かかる条件下で、半導電性組成物をアニー
ル温度より高い融点を有する適当な画成ジヤケツ
トで維持することが必要であり、従来法はかかる
構造維持ジヤケツトを代表的にはポリウレタン、
ポリ弗化ビニリデンエラストマー、シリコーンゴ
ム等であると示している。或る従来法の教示によ
ると、単に歪除去または改善された導体電極の湿
潤性のため普通に使用されるより一層厳格な温度
時間関係、即ち24時間程度の期間148.9℃(300
〓)に露出することが要求される。 再び第1図に関し、他のジヤケツトが生成物の
上に生成物および/または使用者を保護するよう
に押出しによるごとくして設けられ、かかるジヤ
ケツトは熱可塑性ゴム、PVCフルオロポリマ、
例えばテフロンFEPまたはTEFZE L(米国デユ
ポン社製品)等である。最後に、靭性、可撓性、
耐熱性等の物理特性を改善するため、製造される
基礎生成物を、コア材料の結晶度が20%以下にま
で小さくなるのを回避するように放射線量を設定
する放射線架橋により架橋させるのが好ましい。 従来技術は約15重量%までの濃度で乾時低体積
抵抗率を有するカーボンブラツクを利用し、厳格
なアニールを必要とし、しばしば余り高すぎて実
際使用することができない抵抗を有する組成物が
得られる。前記カボツト・コーポレーシヨンのピ
グメント・ブラツク・テクニカル・レポートは使
用することが予期された従来のカーボンブラツク
は所謂乾時低体積抵抗率ブラツクで約15%または
それ以上のカーボンブラツク濃度を有する。 従来法の教示とは対照的に、乾時高体積抵抗率
を有するカーボンブラツクを利用すると有意な予
期されない利点が得られる。カーボンブラツクの
乾時体積抵抗率は、材料内の電流に平行な電位勾
配対電流密度の比として定義され、普通Ω/cmで
測定される。乾時高体積抵抗率を有するカーボン
ブラツクは劣性電気導体であると見做れるが、乾
時低体積抵抗率を有するカーボンブラツクに対し
ては逆である。市場で入手し得る種々のカーボン
ブラツクに対する代表的乾時体積抵抗率を次の第
1表に示す:
抗を有する半導電形装置の組成物並びに半導電性
組成物の独特な製造方法に関するものである。 米国特許第3435401号、第3793716号、第
3823217号、第3861029号および第3914396号にお
いて指摘されているように、従来法では導電性熱
可塑性組成物は重合体ベースに導電性カーボンブ
ラツクを添加することにより製造されてきた。か
かる組成物が電流の制限または正の温度係数機能
を与えるかかる組成物の作用理論は十分記載され
ている。更に、自己制御性半導電性組成物および
かかる組成物を用いる製品の使用は、電気的加熱
から熱検出およびしや断器形用途までの広範囲な
用途を有するものとして十分記載されている。然
しかかる用途の夫々において、かかる製品に対し
てカーボンブラツクを多量含有させる欠点が指摘
され、かかる欠点には伸び特性が劣ること並びに
応力亀裂抵抗性が劣ることが含まれる。半導電性
熱可塑性組成物は温度と共に抵抗率が増大するこ
とはよく知られているが、かかる組成物は、また
重合体が融解する温度以上で半導電性組成物を使
用することに付随する負の温度係数を示した。 然し本発明者が知つているすべての従来技術
は、「カーボン・ブラツク・フオア・コンダクテ
イブ・プラスチツクス」と題し、カボツト・コー
ポレーシヨンのピグメント・ブラツク・テクニカ
ル・レポートS―8に記載されているように、低
体積抵抗率カーボンブラツクと称せられるものの
利用を取扱つてきたことは明らかである。広範囲
の用途における代表的導電性カーボンブラツク
は、ベース・マトリツクス中の15重量%または約
15重量%のカーボンブラツクで生ずる臨界体積抵
抗率を有するオイルフアーネスブラツクであるカ
ボツト社のバルカンXC72である。更に、従来技
術は導電性熱可塑性組成物がかかる高導電性カー
ボンブラツクを使用することを仮定し、従つてか
かるカーボンブラツクを種々の密度で使用しこれ
に関連して種々の物理的特性を発現させるべく多
くの努力が行われてきた。 本発明の目的は、高電気抵抗率カーボンブラツ
クを結晶性重合体と混和して抵抗の正の温度係数
を有する組成物を得ることにより有効な低電気抵
抗を示す改善された重合体半導電性組成物を得ん
とするにある。 本発明において高電気抵抗率カーボンブラツク
とは、次式により特徴づけられる。 (SA/OA)1/2/1+V(%)24 但し式中SAは表面積/g OAはジブチルフタレート(DBP)吸油量c.c./
100gVは揮発分 これ等のパラメータSA,OAおよびVは例え
ばテクニカルレポートS―36(アメリカ合衆国マ
サチユーセツツ州ボストンのカボツト・コーポレ
ーシヨンの「カボツト・カーボン・ブラツク・ホ
ア・インク、ペイント、プラスチツクス、ペーパ
ー」)に示されている。 また本発明の目的は、高度の信頼性を伴い容易
に製造され、同時に極めて複雑な長い熱加工操作
が回避される一方で、抵抗率の正の温度係数を有
する製品を製造するため高導電性および高抵抗性
カーボンブラツクの混和物を利用せんとするにあ
る。 本発明の他の目的は、容易に押出されるかまた
は形成されて広範囲の用途に受け入れられる抵抗
素子の半導電性で自己制御性の正の温度係数を示
す優れた生成物を得んとするにある。 本発明の他の目的は抵抗の安定性および予知が
極めて短い時間の熱加工により容易に得られる重
合体マトリツクスに配置する低および高導電性の
カーボンの混和物により特徴づけられる自己制御
性導電性物品の経済的形成を提供せんとするにあ
る。 本発明においては、乾時高体積抵抗率を有する
カーボンブラツクを種々の濃度で単独でまたは乾
時低抵抗率を有するカーボンブラツクと一緒に使
用すると、これまで得られた導電性重合体よりア
ニール時間が著しく短かく同時に一層高度の信頼
性を有し製造ロスの少い導電性重合体が得られる
ことが決定された。 次に本発明を図面につき説明する。 第1図に、自己制御性の加熱ケーブルの如き装
置を形成するため半導電性ミツクスを形成する代
表的工程を示す。 混合工程において、カーボンブラツク(従来法
における乾時低体積抵抗率カーボンブラツク)を
バンバリーミキサーの如き高剪断強力ミキサーを
利用してポリオレフイン等の如き熱可塑性材料に
混和する。バンバリーミキサーからの材料は、チ
ヨツパーに供給し、細断した材料を集め、ペレツ
ト化押出機に供給することによりペレツト化する
ことができる。 ペレツト化したミツクスを使用し、次いでミツ
クスの注型を行うか、または適当な電極上に押出
して電熱線、検出器等を製造し、然る後生成物に
所要に応じて適当な形状保留および/または絶縁
ジヤケツトを押出して設け、次いで以後アニール
を意味するものとして記載する熱加工を行う。所
要に応じて、他の絶縁ジヤケツトを押出すかまた
は供給し、また所要に応じて、放射線架橋を使用
して生成物における或る種機能特性を与えること
ができるが、かかる工程はすべて従来法において
よく知られている。 自己制御性ケーブル中のカーボンブラツクの濃
度は、これまで最初押出される場合導電性である
組成物または製品をつくるためには、物理的特性
が望ましくないため、十分高くはなかつた。米国
特許第3861029号はカーボンブラツクの高含量
(最初調整される際所望の導電性を得るように)
の製品は、可撓性、伸びおよび亀裂抵抗につき特
性が劣り;またピーク温度にもたらす場合望まし
くない低抵抗率を示すことを指摘している。かか
る例では、一般に熱伝達特性が劣ることによりケ
ーブルの断線として知られている現像をおこし、
この断線は重合体組成物がその結晶融点以上の温
度に達し、次いで自己破壊性である負の温度係数
抵抗体の特性を呈する場合に存在する条件として
最もよく記載される。 従来法においては、望ましい導電率は、混合物
を含有する最初非導電性の押出物または組成物を
普通15時間以上と考えられる種々の時間重合体材
料の結晶融点以上の温度に維持することより成る
熱加工法(アニール)で処理することにより得ら
れる。かかる条件下で、半導電性組成物をアニー
ル温度より高い融点を有する適当な画成ジヤケツ
トで維持することが必要であり、従来法はかかる
構造維持ジヤケツトを代表的にはポリウレタン、
ポリ弗化ビニリデンエラストマー、シリコーンゴ
ム等であると示している。或る従来法の教示によ
ると、単に歪除去または改善された導体電極の湿
潤性のため普通に使用されるより一層厳格な温度
時間関係、即ち24時間程度の期間148.9℃(300
〓)に露出することが要求される。 再び第1図に関し、他のジヤケツトが生成物の
上に生成物および/または使用者を保護するよう
に押出しによるごとくして設けられ、かかるジヤ
ケツトは熱可塑性ゴム、PVCフルオロポリマ、
例えばテフロンFEPまたはTEFZE L(米国デユ
ポン社製品)等である。最後に、靭性、可撓性、
耐熱性等の物理特性を改善するため、製造される
基礎生成物を、コア材料の結晶度が20%以下にま
で小さくなるのを回避するように放射線量を設定
する放射線架橋により架橋させるのが好ましい。 従来技術は約15重量%までの濃度で乾時低体積
抵抗率を有するカーボンブラツクを利用し、厳格
なアニールを必要とし、しばしば余り高すぎて実
際使用することができない抵抗を有する組成物が
得られる。前記カボツト・コーポレーシヨンのピ
グメント・ブラツク・テクニカル・レポートは使
用することが予期された従来のカーボンブラツク
は所謂乾時低体積抵抗率ブラツクで約15%または
それ以上のカーボンブラツク濃度を有する。 従来法の教示とは対照的に、乾時高体積抵抗率
を有するカーボンブラツクを利用すると有意な予
期されない利点が得られる。カーボンブラツクの
乾時体積抵抗率は、材料内の電流に平行な電位勾
配対電流密度の比として定義され、普通Ω/cmで
測定される。乾時高体積抵抗率を有するカーボン
ブラツクは劣性電気導体であると見做れるが、乾
時低体積抵抗率を有するカーボンブラツクに対し
ては逆である。市場で入手し得る種々のカーボン
ブラツクに対する代表的乾時体積抵抗率を次の第
1表に示す:
【表】
ビス・コンパニー
定義により、高導電性カーボンブラツク、例え
ばバルカンXC72はポリエチレンの如きプラスチ
ツクに混和する場合最も有用なカーボンブラツク
であるようで、高導電性組成物が製造されること
が期待される。かかる予期された結果は、従来法
で指摘される如く15%以上のカーボンブラツク含
有組成物に対して得られる。更に従来法では15%
またはこれ以下のカーボンブラツク負荷を利用し
次いで有用な抵抗値並びに安定な抵抗を有する生
成物を得るために厳格な熱加工またはアニールを
行うことに注意が向けられた。 若干の試験結果の詳細を説明する前に、第2図
に、表およびグラフに記載した多数の実験データ
を測定するのに使用した代表的試験プラツクを示
す。かかるプラツクはバンバリーミキサーで135
℃(275〓)で約5分間で調製された材料を取り、
このミツクスをカーバー・プレス内に入れて約
2.54cm(1インチ)離れた2つの平行な14ゲージ
の錫鍍金ワイヤを含む約139.7mm×50.8mm×6.35mm
(51/2″×2″×1/4″)の大きさを有する圧縮成形
プラツクを供給することにより得られる。ホイー
ストンブリツジ、オーム計等の適当な抵抗測定装
置を試験プラツクのワイヤ端子に接続することに
より、アニール前後の2個のワイヤ導体の端子間
の抵抗を測定することができる。 前記プラツク技術を使用し、20%バルカン
XC72(低抵抗率)カーボンブラツクを含むプラツ
クの導電率は15.9Ωの常温抵抗を有するが、20%
モーグル(Mogul)L(高抵抗率)カーボンブラ
ツクを含むプラツクの導電率は316Ωの常温抵抗
を有するが、20%モーグル(Mogul)L(高抵抗
率)カーボンブラツクを含むブラツクの導電率は
316Ωの抵抗を有することが測定され、これ等の
両プラツクは同じ重合体材料を使用した。更に、
モーグルLブラツクは安定で一定の常温抵抗に達
するため著しく短いアニール時間を必要とした。
アニール時間の一層短いこの同じ特性は、第2表
に示すように、高抵抗率カーボンブラツクと低抵
抗率カーボンブラツクとの混和物に対してまちが
いのないことが見出された。
定義により、高導電性カーボンブラツク、例え
ばバルカンXC72はポリエチレンの如きプラスチ
ツクに混和する場合最も有用なカーボンブラツク
であるようで、高導電性組成物が製造されること
が期待される。かかる予期された結果は、従来法
で指摘される如く15%以上のカーボンブラツク含
有組成物に対して得られる。更に従来法では15%
またはこれ以下のカーボンブラツク負荷を利用し
次いで有用な抵抗値並びに安定な抵抗を有する生
成物を得るために厳格な熱加工またはアニールを
行うことに注意が向けられた。 若干の試験結果の詳細を説明する前に、第2図
に、表およびグラフに記載した多数の実験データ
を測定するのに使用した代表的試験プラツクを示
す。かかるプラツクはバンバリーミキサーで135
℃(275〓)で約5分間で調製された材料を取り、
このミツクスをカーバー・プレス内に入れて約
2.54cm(1インチ)離れた2つの平行な14ゲージ
の錫鍍金ワイヤを含む約139.7mm×50.8mm×6.35mm
(51/2″×2″×1/4″)の大きさを有する圧縮成形
プラツクを供給することにより得られる。ホイー
ストンブリツジ、オーム計等の適当な抵抗測定装
置を試験プラツクのワイヤ端子に接続することに
より、アニール前後の2個のワイヤ導体の端子間
の抵抗を測定することができる。 前記プラツク技術を使用し、20%バルカン
XC72(低抵抗率)カーボンブラツクを含むプラツ
クの導電率は15.9Ωの常温抵抗を有するが、20%
モーグル(Mogul)L(高抵抗率)カーボンブラ
ツクを含むプラツクの導電率は316Ωの常温抵抗
を有するが、20%モーグル(Mogul)L(高抵抗
率)カーボンブラツクを含むブラツクの導電率は
316Ωの抵抗を有することが測定され、これ等の
両プラツクは同じ重合体材料を使用した。更に、
モーグルLブラツクは安定で一定の常温抵抗に達
するため著しく短いアニール時間を必要とした。
アニール時間の一層短いこの同じ特性は、第2表
に示すように、高抵抗率カーボンブラツクと低抵
抗率カーボンブラツクとの混和物に対してまちが
いのないことが見出された。
【表】
【表】
この明らかに異常な性能は第3表に示すデータ
から説明される。これらのデータは、乾時体積抵
抗率により測定されるような明らかに低い導電率
のカーボンブラツクは、約5〜15%の範囲で使用
する場合約10程度以下の大きさの乾時低体積抵抗
率を有する普通に使用される高導電率カーボンブ
ラツクより有意に大なる導電性を有することを示
す。この現象は低導電性カーボンブラツクの一層
少い分量を使用して一層短いアニール時間で一層
大なる導電率を得ることを可能にする。
から説明される。これらのデータは、乾時体積抵
抗率により測定されるような明らかに低い導電率
のカーボンブラツクは、約5〜15%の範囲で使用
する場合約10程度以下の大きさの乾時低体積抵抗
率を有する普通に使用される高導電率カーボンブ
ラツクより有意に大なる導電性を有することを示
す。この現象は低導電性カーボンブラツクの一層
少い分量を使用して一層短いアニール時間で一層
大なる導電率を得ることを可能にする。
【表】
一般に、抵抗の正の温度係数を示す重合体組成
物を得るために、カーボンブラツクを分散する重
合体マトリツクスは熱膨張の非線状係数を示す必
要があり、この理由のため結晶度が必須のものと
考えられる。X線回折により測定されるような少
くとも20%の結晶度を有する重合体は、本発明の
実施に適する。かかる重合体の例は、ポリオレフ
イン、例えば低、中および高密度ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリブテン―1、ポリ(ドデカ
メチレンピロメリツトイミド)、エチレン―プロ
ピレン共重合体、および非共役ジエンとの三元共
重合体、フルオロポリマ、例えばクロロトリフル
オロエチレン、弗化ビニリデンおよび弗化ビニリ
デン―クロロトリフルオロエチレン、弗化ビニリ
デン―ヘキサフルオロプロピレン並びにテトラフ
ルオロエチレン―ヘキサフルオロプロピレンの共
重合体である。これまで示した例は熱可塑性物質
であるが、溶融流れ不能の物質、例えば超高分子
量のポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン
等も使用することができる。当業者に認められる
ように、重合体マトリツクスの選定は、意図する
用途により決定される。 本発明を次の実施例につき説明する。 実施例 1 0.82Kg(1.81ポンド)のポリエチレン(密度
0.920g/c.c.)、0.18Kg(0.39ポンド)のエチレン
エチルアクリレート共重合体(密度0.931g/c.c.
およびエチルアクリレート含有量18%)および
0.11Kg(0.24ポンド)のモーグルLカーボンブブ
ラツクを、98.9℃(210〓)に予熱したバンバリ
ーミキサーに供給した。ラムを閉め、混合を開始
した。温度が132.2℃(270〓)に達した後混合を
約3分間継続した。このバツチを取出し、細断
し、ペレツト化した。組成物のカーボンブラツク
含有量は10%であつた。次いでペレツト化した配
合物を2個の錫鍍金した銅電極(18AWG 19/3
0)上に押出してダンベル型断面を有する押出物
を形成した。両電極は6.8mm(0.266インチ)離間
し、接続ウエブは約0.6(0.022インチ)の厚さを
有した。次いでこのカーボンブラツク充填コア上
に49ミル厚の熱可塑性ゴム(ユニロイヤル・ケミ
カル・コンパニー製、商品名TPR―0932)の絶
縁ジヤケツトを押出した。ジヤケツトを形成した
後、加熱ケーブルは平坦な構造を有した。ジヤケ
ツトを形成した生成物を直径91.4cm(36インチ)
のドラム上に巻き、空気循環炉内で、フート
(0.3m)当りの常温抵抗が一定値に達するまで、
148.9℃(300〓)に曝した。この場合達成された
フート(0.3m)当り一定の常温抵抗は、400×
103Ωで、これを達成するための時間は71/2時間
であつた。 実施例 2 組成物のカーボンブラツク含有量がモーグル
L、15重量%である以外は実施例1と同様の操作
を行つた。この場合得られたケーブルのフート
(0.3m)当りの一定の常温抵抗は4×103Ωで、
これを達成する時間は61/2時間であつた。 実施例 3 組成物のカーボンブラツク含有量がモーグル
L、20重量%である以外は実施例1と同様の操作
を行つた。この場合達成されたケーブルのフート
(0.3m)当りの一定常温抵抗は0.6×103Ωで、こ
れを達成する時間は3時間であつた。 実施例 4 組成物のカーボンブラツク含有量がモーグル
L、25重量%である以外は実施例1と同様の操作
を行つた。この場合達成されたケーブルのフート
(0.3m)当りの一定の常温抵抗は0.2×103Ωで、
これを達成する時間は2時間であつた。 これに対して入手し得る最も導電性の大なるカ
ーボンブラツクの一つであると考えられるカポツ
ト・コーポレーシヨンのバルカンXC72カーボン
ブラツクを、モーグルLの代りに使用した場合、
以下に示す結果が得られた。 参考例 1 組成物のカーボンブラツク含有量がバルカン
XC72、10重量%である以外は実施例1と同様の
操作を行つた。この場合ケーブルのフート(0.3
m)当りの一定の常温抵抗は24時間以内に達成さ
れなかつた。24時間における抵抗は4×107Ω/
フート(0.3m)以上であることを見出した。 参考例 2 組成物のカーボンブラツク含有量がバルカン
XC72、15重量%である以外は、実施例1と同様
の操作を行つた。この場合達成されたケーブルの
フート(0.3m)当りの一定の常温抵抗は40×103
Ωで、これを達成する時間は13時間であつた。 参考例 3 組成物のカーボンブラツク含有量がバルカン
XC72、20重量%である以外は実施例1と同様の
操作を行つた。この場合達成されたケーブルのフ
ート(0.3m)当りの一定の常温抵抗は0.06×103
Ωで、これを達成する時間は8時間であつた。 参考例 4 組成物のカーボンブラツク含有量はバルカン
XC72、25重量%である以外は実施例1と同様の
操作を行つた。この場合達成されたケーブルのフ
ート当りの一定の常温抵抗は0.01×103Ωで、こ
れを達成する時間は21/2時間であつた。これ等
の結果を第4表にまとめて示す。
物を得るために、カーボンブラツクを分散する重
合体マトリツクスは熱膨張の非線状係数を示す必
要があり、この理由のため結晶度が必須のものと
考えられる。X線回折により測定されるような少
くとも20%の結晶度を有する重合体は、本発明の
実施に適する。かかる重合体の例は、ポリオレフ
イン、例えば低、中および高密度ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリブテン―1、ポリ(ドデカ
メチレンピロメリツトイミド)、エチレン―プロ
ピレン共重合体、および非共役ジエンとの三元共
重合体、フルオロポリマ、例えばクロロトリフル
オロエチレン、弗化ビニリデンおよび弗化ビニリ
デン―クロロトリフルオロエチレン、弗化ビニリ
デン―ヘキサフルオロプロピレン並びにテトラフ
ルオロエチレン―ヘキサフルオロプロピレンの共
重合体である。これまで示した例は熱可塑性物質
であるが、溶融流れ不能の物質、例えば超高分子
量のポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン
等も使用することができる。当業者に認められる
ように、重合体マトリツクスの選定は、意図する
用途により決定される。 本発明を次の実施例につき説明する。 実施例 1 0.82Kg(1.81ポンド)のポリエチレン(密度
0.920g/c.c.)、0.18Kg(0.39ポンド)のエチレン
エチルアクリレート共重合体(密度0.931g/c.c.
およびエチルアクリレート含有量18%)および
0.11Kg(0.24ポンド)のモーグルLカーボンブブ
ラツクを、98.9℃(210〓)に予熱したバンバリ
ーミキサーに供給した。ラムを閉め、混合を開始
した。温度が132.2℃(270〓)に達した後混合を
約3分間継続した。このバツチを取出し、細断
し、ペレツト化した。組成物のカーボンブラツク
含有量は10%であつた。次いでペレツト化した配
合物を2個の錫鍍金した銅電極(18AWG 19/3
0)上に押出してダンベル型断面を有する押出物
を形成した。両電極は6.8mm(0.266インチ)離間
し、接続ウエブは約0.6(0.022インチ)の厚さを
有した。次いでこのカーボンブラツク充填コア上
に49ミル厚の熱可塑性ゴム(ユニロイヤル・ケミ
カル・コンパニー製、商品名TPR―0932)の絶
縁ジヤケツトを押出した。ジヤケツトを形成した
後、加熱ケーブルは平坦な構造を有した。ジヤケ
ツトを形成した生成物を直径91.4cm(36インチ)
のドラム上に巻き、空気循環炉内で、フート
(0.3m)当りの常温抵抗が一定値に達するまで、
148.9℃(300〓)に曝した。この場合達成された
フート(0.3m)当り一定の常温抵抗は、400×
103Ωで、これを達成するための時間は71/2時間
であつた。 実施例 2 組成物のカーボンブラツク含有量がモーグル
L、15重量%である以外は実施例1と同様の操作
を行つた。この場合得られたケーブルのフート
(0.3m)当りの一定の常温抵抗は4×103Ωで、
これを達成する時間は61/2時間であつた。 実施例 3 組成物のカーボンブラツク含有量がモーグル
L、20重量%である以外は実施例1と同様の操作
を行つた。この場合達成されたケーブルのフート
(0.3m)当りの一定常温抵抗は0.6×103Ωで、こ
れを達成する時間は3時間であつた。 実施例 4 組成物のカーボンブラツク含有量がモーグル
L、25重量%である以外は実施例1と同様の操作
を行つた。この場合達成されたケーブルのフート
(0.3m)当りの一定の常温抵抗は0.2×103Ωで、
これを達成する時間は2時間であつた。 これに対して入手し得る最も導電性の大なるカ
ーボンブラツクの一つであると考えられるカポツ
ト・コーポレーシヨンのバルカンXC72カーボン
ブラツクを、モーグルLの代りに使用した場合、
以下に示す結果が得られた。 参考例 1 組成物のカーボンブラツク含有量がバルカン
XC72、10重量%である以外は実施例1と同様の
操作を行つた。この場合ケーブルのフート(0.3
m)当りの一定の常温抵抗は24時間以内に達成さ
れなかつた。24時間における抵抗は4×107Ω/
フート(0.3m)以上であることを見出した。 参考例 2 組成物のカーボンブラツク含有量がバルカン
XC72、15重量%である以外は、実施例1と同様
の操作を行つた。この場合達成されたケーブルの
フート(0.3m)当りの一定の常温抵抗は40×103
Ωで、これを達成する時間は13時間であつた。 参考例 3 組成物のカーボンブラツク含有量がバルカン
XC72、20重量%である以外は実施例1と同様の
操作を行つた。この場合達成されたケーブルのフ
ート(0.3m)当りの一定の常温抵抗は0.06×103
Ωで、これを達成する時間は8時間であつた。 参考例 4 組成物のカーボンブラツク含有量はバルカン
XC72、25重量%である以外は実施例1と同様の
操作を行つた。この場合達成されたケーブルのフ
ート当りの一定の常温抵抗は0.01×103Ωで、こ
れを達成する時間は21/2時間であつた。これ等
の結果を第4表にまとめて示す。
【表】
比較例
他の電極を、実施例1の操作に従つて、一定の
カーボンブラツク負荷で、但しモーグルLカーボ
ンブラツク対バルカンXC72カーボンブラツクの
種々の比で製造した。これ等の押出物を使用して
得たデータを次の第5表に示す。これ等のデータ
からモーグルLカーボンブラツク含有量が多い
程、一定抵抗までのアニール時間が一層短いこと
がわかる。
カーボンブラツク負荷で、但しモーグルLカーボ
ンブラツク対バルカンXC72カーボンブラツクの
種々の比で製造した。これ等の押出物を使用して
得たデータを次の第5表に示す。これ等のデータ
からモーグルLカーボンブラツク含有量が多い
程、一定抵抗までのアニール時間が一層短いこと
がわかる。
【表】
ツク。
第3図において、高導電性(バルカンXC72)
から高抵抗性(モーグルLおよびラベン1255)ま
での範囲のカーボンブラツクを10%濃度で使用す
る3組成物に対する抵抗の対数対アニール時間
(時間)の曲線図から、10%の高抵抗性導電カー
ボンブラツクを使用すると約5時間のアニール時
間後有用な予期し得るほぼ一定の抵抗が得られる
が、高導電性(バルカンXC72)ミツクスの10%
ミツクスは16時間のアニール時間後曲線図面上に
やつと表われることがわかる。 次に第4図において、この場合15%のカーボン
ブラツク混合物を示すが、15%のラベン1255と15
%モーグルの両者の場合約4時間のアニール時間
後安定性が得られたのに対し、15%のバルカン
XC72(高導電性カーボンブラツク)では約16時間
のアニールで尚その一定の安定な抵抗は得られて
いないことがわかる。 第5図において、抵抗の対数対カーボンブラツ
クの含有率の関係を示すが、これ等の曲線から所
定の組成物内に含まれるカーボンブラツクのパー
セントに対しては一定の臨界が存在することがわ
かる。尚これ等の曲線は、約148.9℃(300〓)で
アニールして一定の常温抵抗を得た後、前記の如
くして得たプラツクを介して導いたものである。
この曲線は、臨界抵抗、即ち本発明の形の半導体
における有用な抵抗を生ずるカーボンブラツクの
パーセントが約5〜8%または6%で生ずること
を示す。同様の点が高導電性バルカンXC72カー
ボンブラツクでは15%または約15%で達成され、
この臨界抵抗は、従来技術の論議の主題であり、
高導電性カーボンブラツクの含有量を15%までま
たはこれより少量に減じ、これ等の固有の抵抗率
の不足を長いアニール時間を介して克服すること
が従来法の目標であつた。 前記カボツト・コーポレーシヨンのテクニカ
ル・サービス・レポートにおいては、入手し得る
最も導電性の大なるカーボンブラツクの一つであ
ると確認されたフアーネスブラツクである高導電
性バルカンXC72カーボンブラツクに関する曲線
は、臨界的含有量(容量%)が約25%であると示
している。従つて本質的に非導電性であり、プリ
ントインキの製造に使用されるカボツト・コーポ
レーシヨンのモーグルLとシテイーズ・サービ
ス・コンパニーのラベン1255によると、例えばポ
リエチレン中に20%のバルカンXC72を含有する
ものでは0.06×103オームであるのに対してポリ
エチレン中に20%のモーグルLを含有するもので
は0.6×103オームのように抵抗値が著しく高い
が、臨界的含有量(容量%)はバルカンXC72と
して確認された高導電性カーボンブラツクの場合
より著しく少い(約6%)ことは驚くべきことで
ある。 第6図に、本発明で示すことを、抵抗の正の温
度係数を有する無制限の長さの自己制御性ケーブ
ルに組込んで示す。適当に清浄にし、所要に応じ
て錫鍍金したほぼ平行なストランド銅線10,1
1の上に本発明の組成物を、領域12において導
体を包囲し連続する相互接続ウエブ13を提供す
るように「ダンベル」断面と称さられる状態で押
出した(標準の押出法)。従来法により、適当な
形状保留、絶縁性ジヤケツトまたは被覆を、加熱
ケーブルの長さ全体に亘り押出した。然る後所望
アニールを所要時間、所望温度で行い、ケーブル
を従来通り取扱いを容易にするため巻回し、適当
な炉内に置いた。 前述するところから、本発明は加熱ケーブル、
熱検出装置等に商業的に用いられる範囲の半導体
導電率を達成するため高導電性カーボンブラツク
の代りに高抵抗性カーボンブラツクの使用を意図
する。更に、かかる高抵抗カーボンブラツクを予
期される以上に低いコア含有量で使用して熱加工
またはアニールの時間を有意に短縮することを可
能としこれにより製造の経済性を著しく増すこと
ができる。これ等のことを高導電性材料と高抵抗
性材料との混和と関連して用いて現在の商業的製
品の価格において重大な因子であるアニール時間
の低減を達成する。
第3図において、高導電性(バルカンXC72)
から高抵抗性(モーグルLおよびラベン1255)ま
での範囲のカーボンブラツクを10%濃度で使用す
る3組成物に対する抵抗の対数対アニール時間
(時間)の曲線図から、10%の高抵抗性導電カー
ボンブラツクを使用すると約5時間のアニール時
間後有用な予期し得るほぼ一定の抵抗が得られる
が、高導電性(バルカンXC72)ミツクスの10%
ミツクスは16時間のアニール時間後曲線図面上に
やつと表われることがわかる。 次に第4図において、この場合15%のカーボン
ブラツク混合物を示すが、15%のラベン1255と15
%モーグルの両者の場合約4時間のアニール時間
後安定性が得られたのに対し、15%のバルカン
XC72(高導電性カーボンブラツク)では約16時間
のアニールで尚その一定の安定な抵抗は得られて
いないことがわかる。 第5図において、抵抗の対数対カーボンブラツ
クの含有率の関係を示すが、これ等の曲線から所
定の組成物内に含まれるカーボンブラツクのパー
セントに対しては一定の臨界が存在することがわ
かる。尚これ等の曲線は、約148.9℃(300〓)で
アニールして一定の常温抵抗を得た後、前記の如
くして得たプラツクを介して導いたものである。
この曲線は、臨界抵抗、即ち本発明の形の半導体
における有用な抵抗を生ずるカーボンブラツクの
パーセントが約5〜8%または6%で生ずること
を示す。同様の点が高導電性バルカンXC72カー
ボンブラツクでは15%または約15%で達成され、
この臨界抵抗は、従来技術の論議の主題であり、
高導電性カーボンブラツクの含有量を15%までま
たはこれより少量に減じ、これ等の固有の抵抗率
の不足を長いアニール時間を介して克服すること
が従来法の目標であつた。 前記カボツト・コーポレーシヨンのテクニカ
ル・サービス・レポートにおいては、入手し得る
最も導電性の大なるカーボンブラツクの一つであ
ると確認されたフアーネスブラツクである高導電
性バルカンXC72カーボンブラツクに関する曲線
は、臨界的含有量(容量%)が約25%であると示
している。従つて本質的に非導電性であり、プリ
ントインキの製造に使用されるカボツト・コーポ
レーシヨンのモーグルLとシテイーズ・サービ
ス・コンパニーのラベン1255によると、例えばポ
リエチレン中に20%のバルカンXC72を含有する
ものでは0.06×103オームであるのに対してポリ
エチレン中に20%のモーグルLを含有するもので
は0.6×103オームのように抵抗値が著しく高い
が、臨界的含有量(容量%)はバルカンXC72と
して確認された高導電性カーボンブラツクの場合
より著しく少い(約6%)ことは驚くべきことで
ある。 第6図に、本発明で示すことを、抵抗の正の温
度係数を有する無制限の長さの自己制御性ケーブ
ルに組込んで示す。適当に清浄にし、所要に応じ
て錫鍍金したほぼ平行なストランド銅線10,1
1の上に本発明の組成物を、領域12において導
体を包囲し連続する相互接続ウエブ13を提供す
るように「ダンベル」断面と称さられる状態で押
出した(標準の押出法)。従来法により、適当な
形状保留、絶縁性ジヤケツトまたは被覆を、加熱
ケーブルの長さ全体に亘り押出した。然る後所望
アニールを所要時間、所望温度で行い、ケーブル
を従来通り取扱いを容易にするため巻回し、適当
な炉内に置いた。 前述するところから、本発明は加熱ケーブル、
熱検出装置等に商業的に用いられる範囲の半導体
導電率を達成するため高導電性カーボンブラツク
の代りに高抵抗性カーボンブラツクの使用を意図
する。更に、かかる高抵抗カーボンブラツクを予
期される以上に低いコア含有量で使用して熱加工
またはアニールの時間を有意に短縮することを可
能としこれにより製造の経済性を著しく増すこと
ができる。これ等のことを高導電性材料と高抵抗
性材料との混和と関連して用いて現在の商業的製
品の価格において重大な因子であるアニール時間
の低減を達成する。
第1図は本発明を行うのに使用し得る工程図、
第2図は試験プラツクの斜視図、第3図および第
4図は試験プラツクのアニール時間と抵抗率との
関係を示す曲線図、第5図は試験プラツク中のカ
ーボンプラツク含有率と抵抗率の関係を示す曲線
図、第6図は本発明の組成物を用いた一例の加熱
ケーブルの断面図である。 10,11…銅線、13…相互接続ウエブ。
第2図は試験プラツクの斜視図、第3図および第
4図は試験プラツクのアニール時間と抵抗率との
関係を示す曲線図、第5図は試験プラツク中のカ
ーボンプラツク含有率と抵抗率の関係を示す曲線
図、第6図は本発明の組成物を用いた一例の加熱
ケーブルの断面図である。 10,11…銅線、13…相互接続ウエブ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 乾時高電気抵抗率を有するカーボンブラツク
と結晶性重合体の混合物より成り、カーボンブラ
ツクが上記重合体にほぼ均一に分散されており、
上記重合体がX線回折により測定した際少なくと
も20%の結晶度を有するポリオレフインまたは置
換ボリオレフイン(但し置換基は弗素および/ま
たは塩素)で、上記混合物の全重量に対する上記
高電気抵抗率カーボンブラツクの重量パーセント
が少なくとも6%であり、重合体の結晶融点に等
しいかまたはこれより高い温度で、ほぼ一定の安
定な常温電気抵抗を生ずるに十分な時間アニール
されていることを特徴とする温度の上昇と共に上
昇する区間電気抵抗を有する導電性組成物。 2 上記組成物が電気絶縁性の形状保留被覆を備
えた特許請求の範囲第1項記載の組成物。 3 乾時高電気抵抗率を有するカーボンブラツク
と、乾時低電気抵抗率を有するカーボンブラツク
と、結晶性重合体との混合物から成り、カーボン
ブラツクが上記重合体にほぼ均一に分散されてお
り、重合体がX線回折により測定した際少なくと
も20%の結晶度を有するポリオレフインまたは置
換ポリオレフイン(但し置換基は弗素および/ま
たは塩素)で、全混合物の重量に対する上記高電
気抵抗率カーボンブラツクの重量パーセントが少
なくとも6%で、カーボンブラツクの全重量の残
部が所望の区間抵抗を与える分量の低電気抵抗率
カーボンブラツクであり、重合体の結晶融点に等
しいかまたはこれより高い温度でほぼ一定の安定
な常温電気抵抗を生ずるに十分な時間アニールさ
れていることを特徴とする温度の上昇と共に上昇
する区間電気抵抗を有する導電性組成物。 4 混合物が電気絶縁性の形状保留被覆を備えた
特許請求の範囲第3項記載の組成物。 5 混合物の全重量に対し両カーボンブラツクの
重量パーセントが約20%である特許請求の範囲第
3項記載の組成物。 6 乾時高電気抵抗率カーボンブラツクの分量が
6%以上であり、乾時低抵抗率カーボンブラツク
の分量を所望の区間抵抗により決定した特許請求
の範囲第5項記載の組成物。 7 混合物に電気絶縁性の形状保留被覆を設けた
特許請求の範囲第5項記載の組成物。 8 温度の上昇と共に上昇する区間電気抵抗を有
する導電性組成物を製造するに当り、 (a) X線回折により測定した際少なくとも20%の
結晶度を有するポリオレフインまたは置換ボリ
オレフイン(但し置換基は弗素および/または
塩素)を、混合物の全重量の少くとも6%の乾
時高抵抗率カーボンブラツクと均一に混合し、 (b) 所望の成形物を形成し、 (c) この成形物を重合体の結晶融点に等しいかま
たはこれより高い温度で、ほぼ一定の安定な常
温電気抵抗を生ぜしめるための約8時間以下の
間アニールすることにより熱加工することを特
徴とする導電性組成物の製造方法。 9 混合工程(a)が上記乾時高抵抗率カーボンブラ
ツクと均一に混合する乾時低電気抵抗率カーボン
ブラツクの添加を含む特許請求の範囲第8項記載
の製造方法。 10 乾時低抵抗率カーボンブラツクと乾時高抵
抗率カーボンブラツクの重量パーセントが重合体
との混合物の全重量の20%である特許請求の範囲
第9項記載の製造方法。 11 形成工程(b)が一対の細長い電極間に相互接
続するウエブを形成する押出されたミツクスで離
間した関係で保持される一対の細長い電極上にミ
ツクスを押出すことを含む特許請求の範囲第8,
9または10項記載の製造方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/024,063 US4277673A (en) | 1979-03-26 | 1979-03-26 | Electrically conductive self-regulating article |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56165203A JPS56165203A (en) | 1981-12-18 |
| JPH0159684B2 true JPH0159684B2 (ja) | 1989-12-19 |
Family
ID=21818675
Family Applications (2)
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