JPH03234751A - 高抵抗性面状発熱体の製造方法 - Google Patents

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、所望の電気比抵抗を付与することができ、か
つ優れた均一発熱性と屈曲可能な可撓性を備える高抵抗
性面状発熱体の製造方法に関する。

（従来の技術〕 カーボンブラックは本質的に電気伝導性を有する微粉末
であるため、古くから樹脂材料等の導電フィラーとして
の利用が試みられている。ところが、カーボンブラック
はマトリックス樹脂との親和性に乏しい関係で、多量の
配合範囲において十分な均一分散性を得ることが困難で
ある。

このような問題点を解消する目的で、熱可塑性樹脂と導
電性カーボンブランクとを混練するにあたり各成分をフ
ィブリル化したポリテトラフルオロエチレンで拘束した
状態で混線処理することを内容とした導電性樹脂＆１１
底物の製造方法が提案されている（特公昭６２−５５５
３３号公報）、シかしながら、この方法によってもカー
ボンブラックの配合量は組成物全量に対して５０重量％
が限度であり、これ以上の配合は機械的強度、成形性な
どを損ねる原因となる。したがって、実質的に付与する
導電性能にも限界を伴う難点がある。

本出願人は上記の事態に鑑み、マトリックス樹脂を使用
しない組成系の導電性シートの製造方法として、繊維化
可能な弗素樹脂にカーボンブランクのような炭素質粉末
を混合し、混練助剤を加えて混練したのち抄紙法でシー
トに形成したものを一定の条件下で熱圧成形するプロセ
スを開発（特開平１−１６９８０９号）し、さらにこの
改良技術として繊維化性のポリテトラフルオロエチレン
とカーボンブランクの混合粉に混練助剤を加えて混練し
、混練物をロール圧延によりシート化することを特徴と
する導電性シートの製造方法を提案（特願平１−１８６
３３号）した。

しかし、これら先行技術では、電気比抵抗を増すために
弗素樹脂成分の配合比率を高めると、均一かつ十分な導
電性能を付与することが困難となり、またシート厚さを
変動させると強度、可撓性などを損ねる問題点があった
ため、さらに改良を重ねて導電性カーボンブラックと不
良導性物質を制御された配合割合で均一分散する状態に
繊維化ポリテトラフルオロエチレンを介して結合された
シート状の可撓性面状発熱体、およびその製造方法とし
て導電性カーボンブラック９０〜１０重量％、不良導性
物質の微粉末５〜７５重量％および繊維化性のポリテト
ラフルオロエチレン５〜１５重量％の範囲内で配合した
成分粉末に混練助剤を加えて混練し、混練物をロール圧
延によりシート化する方法を開発した（特願平１−３０
６０５４号）。

この特願平１−３０６０５４号に係る発明によれば、均
一な発熱性と良好な可撓性を損ねずに調整された抵抗特
性を備えるシート状の可撓性面状発熱体を提供すること
ができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、特願平１−３０６０５４号の発明による場合
には不良導性物質の配合量を増大すると対数的に電気比
抵抗が上昇してしまい、微細な抵抗調整が困難となる不
足面があった。

本発明は、特願平１−３０６０５４号発明で使用してい
た粒子径が小さく高ＤＢＰ吸油量の導電性カーボンブラ
ンクに替えて粒子径が大きく比較的低位のＤＢＰ吸油量
を備える特定のソフト系カーボンブラックを適用するこ
とによって高抵抗域において電気比抵抗の微調整をおこ
なうことができる面状発熱体の製造方法を提供するもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明による高抵抗性面状発熱体の製造方法
は、平均粒子径４０〜７０ｎｍ、窒素吸着比表面積２５
〜４５１／ｇ、ＤＢＰ吸油量７０〜１２０　ａｆ／１０
０ｇのソフト系カーボンブラック９０〜１０重量％、不
良導性物質の微粉末５〜７５重量％および繊維化性のポ
リテトラフルオロエチレン５〜１５重量％の範囲内で配
合した成分粉末に混練助剤を加えて混練し、混練物をロ
ール圧延によりシート化することを構成上の特徴とする
ものである。

本発明に使用される平均粒子径４０〜７０開、窒素吸着
比表面積２５〜４５　ｍ”　／ｇ、　ＤＢＰ吸油量７０
〜１２０　ｍ／１００ｇのソフト系カーボンブランクは
Ｎ５５０、Ｎ６６０、Ｎ７７４の品種に該当する特性範
囲のもので、それ自体の電気比抵抗が約１ΩＣ園と導電
性カーボンブラックに比ベロ〜１０倍高い値を示す。

不良導性物質は前記のソフト系カーボンブラックと制御
された配合割合で均一分散させることによりソフト系カ
ーボンブラックと共働して抵抗特性を可変させる成分要
素となるもので、例えばアル【す、シリカ、チタニア、
ジルコニアのようなセラミックス物質、あるいはカオリ
ン、ハロイサイトのような粘土鉱物から選択された少な
くとも１種のものが使用される。該不良導性物質は微粉
末として使用されるが、その粒径が０．　５μ園を下廻
ると分散性が減退し、５０μ−を越えると面状組織が跪
弱となる。したがって、粒径０．５〜５０μ煽範囲のも
のを適用することが好ましい。

繊維化性のポリテトラフルオロエチレンは、ソフト系カ
ーボンブラックおよび不良導性物質の両酸分を一体に結
合させるためのバインダーとして、またシート組織を形
成するための骨格として機能する成分となるものである
。この物質は通常、粉末あるいはサスペンションの形態
で市販されているが、本発明の目的には粒径０．５μ−
以下の微粉末を適用することが望ましく、粒径が０．５
μ繻を越すと形成される繊維径が太くなって局部的な電
気比抵抗の増大を招くことがある。

これらの成分は、ソフト系カーボンブラック９０〜１０
重量％、不良導性物質の微粉末５〜７５重量％および繊
維化性のポリテトラフルオロエチレン５〜１５重量％の
範囲内で配合される。

ソフト系カーボンブラックと不良導性物質との配合比率
を上記の範囲に設定した理由は、不良導性物質の配合量
が５重量％未満では抵抗特性の変化が顕著に現出せず、
他方７５重量％を越えると薄膜のシート化が困難となる
からである。また、繊維化性のポリテトラフルオロエチ
レンの配合量を５〜１５重量％にしたのは、５重量未満
ではシート形成ができなくなり、１５重量％を越えると
必要な導電性能が得られなくなるからである。

配合された上記の成分粉末に添加される混練助剤として
は、例えばグリセリン、ツルヘントナフサ、低粘度エポ
キシ樹脂、ケロシン等が使用可能であるが、温水中で容
易に除去することができるグリセリンを用いることが処
理の効率化を図るために良結果を得る。これら混練助剤
の添加量は、概ねカーボンブラック量のｌ〜４倍の範囲
とすることが適当である。

混練助剤を加えた成分粉末は、回転翼ニーグーのような
剪断力がかかる混練機に入れて十分に混練する。混練の
条件は特に限定されるものではないが、温度を１００　
’Ｃ以上に保持した加熱状態でｌＱｒｐｍを越えない低
い回転数により処理したときに最も細繊化が進行し、面
状発熱体の強度が上昇する。ついで、混練物を１系列（
２本）または複数系列のロール間を通過させるロール圧
延により、厚さ１００〜２０００ｔＩｌｌ程度の薄膜状
シートに成形する。成形されたシートは、引続き適宜な
溶媒中で洗浄することにより混練助剤成分を除去し、乾
燥する。

洗浄後のシートは、必要に応じ温度２００°Ｃ以上、圧
力１０　ｋｇ／ｃｍ”以上の条件で熱圧処理をおこなっ
て本発明の高抵抗性面状発熱体を得る。

〔作　用〕

本発明によれば、予め発熱体の抵抗特性を検量して設定
した配合比率によりソフト系カーボンブラックと不良導
性物質を混合する過程で抵抗特性を所望の値に定めるこ
とができる。この際、ソフト系カーボンブランクは一定
の高比抵抗を有するから不良導性物質の添加による共働
作用により成分粉末の電気比抵抗が高水準域において直
線的に上昇する抵抗特性を示す。このため、得られる面
状発熱体の比抵抗を高め、かつ所望の値に１ｊＩＩＸ整
することが可能となる。

これら成分に混合した繊維化性のポリテトラフルオロエ
チレンは、混練過程で混練助剤が介在する剪断力の付加
環境で繊維に転化してソフト系カーボンブランクと不良
導性物質とのＩＩｉ織中に均等に分散し、絡み合い作用
によってこれら成分を捕捉結合して保持する機能をなす
が、ソフト系カーボンブランクは比較的粒子径が大きい
ため捕捉保持機能が増大する。ついで混練物をロール圧
延する段階で繊維化したポリテトラフルオロエタンは一
層細繊化が進み、直径１．２〜２．０μｍ、長さ１２０
〜２０００μ−の繊維形態を呈して網状の組織骨格を形
成する。

このような作用を介して、広い面積でも電気抵抗にばら
つきがなく、骨格強度が堅固で、均一な発熱性と優れた
可撓性を備えるシート状面状発熱体の効率的な製造が可
能となる。

（実施例〕 以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。

実施例１〜４ 平均粒子径４３ｎ−１窒素吸着比表面積（Ｎ２５Ａ）４
２　ｍ”　／ｇ、　ＤＢＰ吸油量１１５　ｍ／１００ｇ
の特性を有するソフト系カーボンブラック〔東海カーボ
ン■製、ジーストＳＯ〕と不良導体物質としての粒径０
．５μ蒙のカオリン微粉末〔関東化学■製〕を各種の割
合で配合し、これに繊維化性のポリテトラフルオロエチ
レン〔ダイキン工業■製、Ｆ２０１）ＩＯＩＥ量％を配
合した。これらａｔｃ分の混合粉末を５０％エタノール
水溶液中に入れてＩＯ分間攪拌混合したのち、濾過・乾
燥（８０″Ｃ）　した。

乾燥混合粉にカーボンブラックの３倍に相当する量のグ
リセリンを混練助剤として添加し、プラストミル混練機
により、温度１００°Ｃ１回転速度５ｒｐ−の条件で混
練した。

ついで、混線物を７０ｒｐ−で回転する２本ロール間を
通してシート化した。＊形したシートを６０°Ｃの温水
中に６時間浸してグリセリン威勢を除去し、乾燥したの
ち、上下面にガラス繊維紙を敷き温度２００°Ｃ１圧力
３０　ｋｇ／ｃｍ”の条件で熱圧処理を施した。

このようにして、縦横１００＋ｓ、厚さ４００μｍ（平
均）の薄膜シート状の面状発熱体を製造した。

得られた各面状発熱体の原料配合比率と電気比抵抗との
関係を第１図に、同原料配合比率と引張り強さとの関係
を第２図に示した。また、成分配合比率がソフト系カー
ボンブランク２０重量％、カオリン７０重量％、繊維化
性のポリテトラフルオロエチレン１０重量％の例（実施
例４）における面状発熱体を２００″Ｃに発熱させた際
のシート面１８ケ所について計測した温度分布の状態を
第３図に示した。

第１図および第２図から本発明の面状発熱体の電気比抵
抗は原料配合比率に応じて直線的な変化を示すとともに
、強度変化も僅少で３０ｋｇｆ／ｃｍ”を越す良好な引
張り強さを保持するものであった。

また、第３図から発熱温度分布は極めて均一であること
が認められる。

比較例１〜４ 実施例１〜４のソフト系カーボンブラックを、平均粒子
径２５ｎｍ、窒素吸着比表面積（Ｎｔ　ＳＡ）　２０６
　ｗｈ”１ｇ、　ＤＢＰ吸油量１５５　ｍ／１００ｇの
特性を有する導電性カーボンブラック〔東海カーボン■
製、トーカブラック＃５５００）に変えたほかは全て同
一のプロセスにより面状発熱体を製造した。

得られた面状発熱体の原料配合比率と電気比抵抗との関
係を第１図に、また同原料配合比率と引張り強さとの関
係を第２図に併せて示した。

第１図および第２図から、これら比較例による面状発熱
体は良好な強度特性を示したが、配合比率に応した電気
比抵抗の上昇変化が対数的であり微調整が難しいことが
判明する。

実施例５ 平均粒子径６２ｎｓ＋、窒素吸着比表面積２７１７ｇ、
ＤＢＰ吸油量８７　ａｆ／１００ｇのソフト系カーボン
ブラック〔東海カーボン■製、ジーストＶ）２０重量％
、カオリン７０重量％、繊維化性のポリテトラフルオロ
エチレン１０重量％の成分配合を通用し、その他は実施
例１〜４と同一条件を用いて面状発熱体を製造した。

得られた面状発熱体の電気比抵抗は１６．０Ωａｍ、引
張り強さは　ｋｇｆ／ｃｍ”であり、高度の抵抗および
強度特性を示した。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によればソフト系カーボンブラッ
ク、不良導性物質および繊維化ポリテトラフルオロエチ
レンの成分配合比を変えることによって高レベル域にお
いて電気比抵抗を微調整することができ、そのうえ均一
発熱性、高強度性、可撓性など面状発熱体としての具備
要件を悉く満足する薄膜シート状の面状発熱体を製造す
ることができる。したがって、所望の抵抗特性を有する
高性能の面状発熱体を効率よく量産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１〜４および比較例１〜４で製造された
面状発熱体の原料配合比率と電気比抵抗の関係図、第２
図は同原料配合比率と引張り強さの関係図、第３図は実
施例４で得られた面状発熱体の発熱温度分布を示した状
態図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、平均粒子径４０〜７０ｎｍ、窒素吸着比表面積２５
   〜４５ｍ＾２／ｇ、ＤＢＰ吸油量７０〜１２０ｍｌ／１
   ００ｇのソフト系カーボンブラック９０〜１０重量％、
   不良導性物質の微粉末５〜７５重量％および繊維化性の
   ポリテトラフルオロエチレン５〜１５重量％の範囲内で
   配合した成分粉末に混練助剤を加えて混練し、混練物を
   ロール圧延によりシート化することを特徴とする高抵抗
   性面状発熱体の製造方法。