JPH0547457A - 正温度係数を有する有機面状発熱体の製造方法 - Google Patents

正温度係数を有する有機面状発熱体の製造方法

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JPH0547457A
JPH0547457A JP22478091A JP22478091A JPH0547457A JP H0547457 A JPH0547457 A JP H0547457A JP 22478091 A JP22478091 A JP 22478091A JP 22478091 A JP22478091 A JP 22478091A JP H0547457 A JPH0547457 A JP H0547457A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 結晶性ポリマー、導電性物質および架橋剤か
らなる正温度係数を有する発熱体製造用組成物の溶液を
含浸し、乾燥後再び前記と溶液を塗布し乾燥・架橋化し
て有機面状発熱体を得る。 【効果】 大量生産に適し、性能の一定した抵抗値の安
定したPTCヒーターが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、正温度係数(PTC)
を有する面状発熱体の製造法、特にコーチング法による
抵抗値の安定したPTCを有する面状発熱体の高効率の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】PTCを
有する有機面状発熱体(以下、有機PTC面状ヒータと
もいう)は、結晶ポリマー、導電性物質および架橋剤そ
の他の添加剤(酸化防止剤、安定剤、架橋助剤、界面活
性剤、難燃剤、滑剤など)からなる材料組成物を基材に
塗布して得られるもので、通電加熱で温度が上昇すると
抵抗が増大して電流を低下させ、逆に温度が低下すると
電流が増大して温度を上昇させるすなわち自己温度制御
機能を有し、種々の電気装置たとえば電気毛布、カーペ
ット等に使用されている。
【0003】PTCを有する有機発熱体としては、ケー
ブルタイプ(押出製造)の発熱線が一般的で市販されて
いるが、面状タイプのものは一、二の市販品もみられる
が、ほとんど普及していない状態である。この理由はカ
レンダーシーティング方式や押出法で幅の広いシートを
作る場合には、材料加工時の機械的応力や熱のかかり方
(温度と時間)によって抵抗値に異常なバラツキが生じ
て均一な発熱性能を持つヒータ素材をうることが困難な
ためである。
【0004】従って、抵抗値を安定化させるためには極
めて厳密な製造条件のコントロールが必要であり、技術
的な困難さと共に量産化が難しくコストも高くなるとい
う問題がある。
【0005】また、材料組成物溶液を基材にコーティン
グする所のコーチング法、すなわち材料組成物を溶剤に
溶かして基材に塗布する方法は以前より公知手法であ
る。しかし、この方法によって実験室スケールで小片サ
ンプルを作るのは比較的容易であるが、この方法によっ
て量産化するとなると次のような問題点があり工業的生
産には適していないことがわかった。
【0006】すなわち、 1)基材(布地等)に材料組成物溶液を厚さ0.1〜
0.5mm程度に連続してコーチングして乾燥させるた
め、薄く塗ると数回塗布し乾燥させるので工程数が増加
する。 2)基材に材料組成物溶液を含浸させる場合は濃度が高
いと冷却時に表面にしわが発生し易く、希薄であればピ
ンホールができ、また所定の抵抗値がでない欠点があ
る。 3)塗布または噴霧のコーチング法では表面にしわの発
生とひび割れの発生が避けられない。 これらは、材料組成物が結晶性ポリマーを必須成分とす
るから、溶剤に溶かしてコーチングすると乾燥→冷却時
に収縮するのは勿論、表面から冷却されるため表面層が
先に結晶化し、内部の結晶化が遅れて結晶構造が不均一
となるためであると考えられる。
【0007】さらに、カレンダーシティング法や押出法
では、材料組成物が機械的応力を受けると、抵抗値が高
くなり応力の度合(混練時間、ロールでのウォーミング
時間、シーティング時間等)によっては1オーダー〜2
オーダー高位の抵抗となり、さらに温度(混練温度、ロ
ール温度、夏/冬の温度差等)の影響も加算される。
【0008】本発明は、安定した抵抗値を有しかつ大量
生産ができる経済的な有機PTC面状ヒータの製造方法
を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
の解決を目的として鋭意検討の結果、結晶性ポリマーお
よび導電性物質を含有するPTCを有する発熱体製造用
組成物を基材に含浸させた後、さらにPTCを有する発
熱体製造用組成物を塗布する等の処理を施し、架橋する
ことによって前記課題が一挙に解決されることを見出し
て、本発明を完成するに至った。
【0010】すなわち、本発明は結晶性ポリマーおよび
導電性物質を含有するPTCを有する発熱体製造用組成
物を基材に含浸させた後、前記発熱体製造用組成物と同
一組成または異なる組成よりなる発熱体製造用組成物に
て処理し、架橋することを特徴とする有機PTC面状ヒ
ータの製造方法に関する。
【0011】本発明における結晶性ポリマー、導電性物
質を含有する材料組成物として、当該分野において既知
のものが適宜選択使用される。結晶性ポリマーとして
は、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオ
レフィン、エチレン・エチルアクリレート(EEA)、
エチレン・エチルメタアクリレート、エチレン・四フッ
化エチレン、エチレン・酢酸ビニルなどのエチレン共重
合体、ポリフッ化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、ポ
リブテン−1、ポリエステル、ポリアミド等の単独また
は組み合わせたものが例示され、更に可撓性を付与する
目的でエチレン−プロピレンゴム、クロルスルホン化ポ
リエチレンゴム、フッソゴム、シリコンゴム等を添加し
てもよい。
【0012】導電性物質としては、カーボンブラック、
グラファイト、金属粉、有機ポリマーをグラフト結合さ
せたカーボンブラック等の自体既知のものが挙げられ、
これらは単独または2種以上組み合わせてもよい。これ
らの粒径は、通常0.5〜150μm、好ましくは1〜
100μmである。
【0013】また、PTC特性をさらに高めるため熱伝
導性のよい顔料、MgO、ボロンナイトライト、チタン
酸バリウムなどを配合してもよい。
【0014】これらの上記組成物用は溶液状として使用
してもよく(特に、含浸工程において)、その溶剤とし
ては、たとえばベンゼン、ハロゲノベンゼン、トルエ
ン、キシレン、メチルエチルケトン、アセトン等の炭化
水素、ケトン類、テトラハイドロフラン、トリクレンな
どが挙げられる。
【0015】本発明における結晶性ポリマーと導電性物
質との配合割合は、前者100重量部に対し後者30〜
120重量部、好ましくは50〜90重量部である。
【0016】本発明の材料組成物は、後述する通り好ま
しくは照射架橋(たとえば、電子線照射架橋、ガンマー
線照射架橋)に付され、その際架橋促進剤として、たと
えばトリアリルイソシアヌレート(TAIC)、トリア
リルシアヌレート(TAC)、エチレングライコールジ
メタアクリレート、トリメチルプロパントリメリテー
ト、パラキノンジオキシム、N,N’−メタフェニレン
ビスマレイミドなどを配合することが好ましい。架橋助
剤の配合割合は、結晶性ポリマー100重量部に対し、
0.5〜5重量部、好ましくは0.7〜2重量部であ
る。
【0017】また、本発明の材料組成物は、後述する通
り化学架橋も行うことができ、その際の架橋剤としてジ
クミルパーオキシド(DPO)、1,1−ジターシァリ
ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチル−シクロヘ
キサン、2,5−ジメチル−2,5−ジターシァリブチ
ルパーオキシヘキセン、1,3−ビスターシァリブチル
−パーオキシイソプロピルベンゼンなどを、また上述の
如き架橋促進剤を配合することができる。架橋剤の配合
割合は、結晶性ポリマー100重量部に対し、0.5〜
5重量部、好ましくは1〜2重量部であり、架橋助剤の
配合割合は、結晶性ポリマー100重量部に対し、0.
5〜5重量部、好ましくは0.7〜2重量部である。
【0018】上記材料組成物は、溶剤を加えて溶液とし
て調製される場合、その濃度は、通常5〜40%、好ま
しくは15〜30%であり、ポリマーを溶解させるため
にはその融点以上に加温することが望ましい。なお、こ
の溶液において、ポリマーは通常溶解しているが、導電
性物質の微粒子は分散状態の液である。
【0019】基材は、前記溶液を含侵可能なものであ
り、好適には織布、不織布、マット状物等が使用され
る。その材料としては、たとえば天然または合成繊維、
ガラス、セラミック等が使用される。
【0020】本発明においては、上記材料組成物を、好
ましくは溶液状として、基材に含浸させ、これを乾燥
後、再び材料組成物(前記と同一組成であっても、また
異なる組成であってもよい)にて処理(塗布等)して乾
燥、架橋処理される。
【0021】含浸工程は、任意の手段にて行えばよく、
たとえば図1に示す如き装置を使用して行われる。図1
において1は加温加圧釜であり、材料組成物2が当該釜
1に充填されている。3はローラであり、4はシボリロ
ールであり、5は基材である。材料組成物の温度(すな
わち含浸温度)は60〜110℃、好ましくは70〜9
0℃であり、浸漬時間は3〜300秒好ましくは5〜1
20秒である。基材の走行スピードは0.2m/分〜1
0m/分が好適である。当該処理における材料組成物の
粘度は通常80℃において、10〜1000ポイズ、好
ましくは30〜500ポイズである。含浸処理は単回ま
たは複数回行われ、たとえば1〜2回行われる。含浸
後、通常は乾燥工程に付される。乾燥処理は温度20〜
80℃好ましくは30〜70℃で、乾燥時間は3〜30
0秒、好ましくは5〜120秒が適当である。なお、必
要に応じて減圧乾燥を行ってもよい。
【0022】含浸、乾燥後、再び前記材料組成物にて処
理する。ここに処理とは塗布、噴霧、浸漬等の当該含浸
後の基材上に、PCTを有する発熱体製造用組成物をコ
ーティングさせる処理をいう。当該処理は、具体的には
刷毛塗り、ドクターナイフ塗布装置、噴霧器等によって
実施される。その際の温度条件等は含浸処理とほぼ同等
である。当該処理は単回または複数回行われ、たとえば
1〜3回行われる。ドクターナイフ塗布装置による場合
について説明する。図2において6は加温容器であり、
3’はローラである。材料組成物2’はドクターナイフ
7にて基材5上に供給される。当該処理における材料組
成物の溶液粘度は通常80℃において、10〜2000
ポイズ、好ましくは100〜1000ポイズである。材
料組成物の温度(すなわちコーティング温度)は60〜
110℃、好ましくは70〜90℃である。基材の走行
スピードは0.2m/分〜10m/分が好適である。
【0023】当該処理後、通常は前記と同様条件下で乾
燥して溶剤を除去した後、架橋を行う。架橋は照射架橋
が好ましい。これは、上記コーティング処理後は架橋終
了まで熱歴を与えないことが好ましいからである。照射
架橋は、電子線、ガンマー線(たとえば、コバルト60
など)を照射することによって行われる。照射は自体既
知の手段、たとえばスポットビームの高速走査、カーテ
ン状のビームなどによって行われる。照射は、片面のみ
に行ってもよいが、通常両面に対して行われる。照射線
量は、通常片面1〜10メガラッド、好ましくは3〜1
0メガラットずつであり、表裏1〜20メガラッド、好
ましくは3〜10メガラットである。化学架橋における
架橋温度は、通常130〜180℃、好ましくは140
〜160℃、架橋時間は通常30分〜2時間、好ましく
は30分〜90分である。
【0024】本発明の実施に当たっては、加温時に溶剤
が蒸発して濃度が変化するので濃度を一定に保持するこ
とが好ましい。従って、密封容器内で当該処理を行うこ
とが好ましい。本発明における方法は前記のとおり基材
を先ず材料組成物に含浸し、乾燥後再び同様組成物にて
コーテイングするという、所謂二段コーチング処理を必
須要件とする点に特徴がある。この際含浸による材料組
成物の含有量は20〜120g/m2 、好ましくは30
〜100g/m2 であり、二回目の処理による付着量は
60〜300g/m2 、好ましくは120〜250g/
m2 である。
【0025】
【発明の効果】本発明の方法によれば、材料加工時の機
械的応力を受けることがないので材料のもつ本来の抵抗
値レベルで安定した抵抗値の有機PTC面状ヒータが得
られ、品質が一定で量産化に適した経済的な製造方法が
提供される。
【0026】
【実施例・比較例】以下に実施例および比較例をあげて
説明する。 実施例1〜3 表1記載の通りの条件下に、図1に示した装置を使用し
て表1記載の材料組成物溶液を綿布基材に含浸させた
後、前記組成物溶液を図2に示した装置を使用して塗布
し、表1に記載の条件下にて架橋することによって有機
PTC面状ヒータを製造した。
【0027】比較例1 実施例1に準じて、表1に記載の条件下に、含浸工程を
省略して有機PTC面状ヒータを製造した。
【0028】試験例1 実施例および比較例にて製造した有機PTC面状ヒータ
について200mm長(電極間距離)、100mm幅の
シートに切出し、テスタにて抵抗値の温度特性試験を行
い、その結果を表1に示した。
【0029】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】発熱体製造用組成物を基材に含浸させる際に使
用される装置の一実施例である。
【図2】発熱体製造用組成物を含浸させた基剤にさらに
発熱体製造組成物を塗布する際に使用される装置の一実
施例である。
【符号の説明】 1 加温圧力釜 2 含浸用の発熱体製造用組成物 2’塗布用の発熱体製造用組成物 3 ロール 4 絞りロール 5 基材 6 加温容器 7 ドクタナイフ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶性ポリマーおよび導電性物質を含有
    する正温度係数を有する発熱体製造用組成物を基材に含
    浸させた後、前記発熱体製造用組成物と同一組成または
    異なる組成よりなる発熱体製造用組成物にて処理し、架
    橋することを特徴とする正温度係数を有する有機面状発
    熱体の製造方法。
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