JPH0834121B2 - 自己温度制御性ヒ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、配管の保温や凍結防止等の目的に使用され
る自己温度制御性ヒータに関するものである。

［従来の技術］ 正の抵抗温度係数を有する発熱体からなる自己温度制
御性ヒータは、メンテナンスフリー、施工の容易性、省
エネルギー等の観点から配管の保温や凍結防止用に使用
されてきており、最近では、薬品、樹脂原料、重油等の
保温にも使用され、今後益々需要が増加するものと期待
されている。

従来の自己温度制御性ヒータとしては、ポリエチレン
と導電性付与剤との混和物で発熱体を構成したものが一
般的であり、可撓性に優れていることから、配管の用途
においては細いサイズから太いサイズの配管まで広く使
用されている。しかし、用途によっては高い加熱温度を
必要とするものがあり、ポリエチレン系のものでは出力
が低いため、出力を高くして加熱温度を高めようとする
と、発熱によりポリエチレンの結晶融点温度まで上昇す
ることになり、ヒータ自身の寿命が極めて短くなる危険
性がある。

高温でしかも高出力の分野にはふっ素樹脂を用いたも
のが知られている。この場合、結晶性ふっ素樹脂と含ふ
っ素エラストマからなる樹脂成分に導電性付与剤を配合
した樹脂組成物でもって発熱体を形成し、この外周にエ
チレン−テトラフルオロエチレン共重合体を絶縁体とし
て被覆したものが提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体
は剛性が強く硬いため、直線状に布設する用途に対して
は問題ないが、細い配管や小サイズのバルブ等への適用
に対しては取付け作業性が悪くなる。このため、無理に
巻き付けた場合、反発力によりヒータが配管に密着しな
くなり、配管への熱伝導率が低下する。また、複雑な配
管の折り返し部分では、曲げ半径を小さくできないた
め、ヒータを余分に必要とするようになる。

また、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体は
融点を越えるような高温雰囲気におかれた場合、外力に
より容易に変形してしまい、高温での使用に限界があ
る。エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体に電子
線等の放射線を照射して架橋することが知られている
が、放射線の照射により架橋と崩壊が同時に進行し、十
分な架橋効率を達成できない状況にある。

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するため
になされたものであり、可撓性に優れ、しかも高温での
使用に適した自己温度制御性ヒータの提供を目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の自己温度制御性ヒータは、発熱体を結晶性ふ
っ素樹脂と含ふっ素エラストマを含む樹脂成分に導電性
付与剤を添加した組成物（発熱体用組成物）により、ま
た、絶縁体をエチレン−フルオロオレフィン共重合体70
〜30重量部とテトラフルオロエチレン−プロピレン系共
重合体30〜70重量部を含む樹脂成分100重量部に対して
アリル型化合物系架橋助剤を0.5〜10重量部含有する組
成物（絶縁体用組成物）によりそれぞれ形成し、発熱体
および絶縁体を電離性放射線の照射により架橋してなる
ことを特徴とするものである。

発熱体用組成物 発熱体の樹脂成分である結晶性ふっ素樹脂としては、
ポリふっ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチ
レン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン
共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体などがあげられる。また、含ふっ素エ
ラストマーとしては、テトラフルオロエチレン−プロピ
レン系共重合体、ふっ化ビニリデン−ヘキサフルオロプ
ロペン系共重合体、ふっ化ビニリデン−クロロトリフル
オロエチレン系共重合体、ふっ化ビニリデン−ペンタフ
ルオロプロペン系共重合体、ポリフルオロアルキル基含
有アクリレート系エラストマー、ポリフルオロアルキル
基含有ポリシロキサン系エラストマー、テトラフルオロ
エチレン−ふっ化ビニリデン−プロピレン系共重合体、
テトラフルオロエチレン−エチレン−イソブチレン系共
重合体、エチレン−ヘキサフルオロプロペン系共重合
体、テトラフルオロエチレン−ブテン−１系共重合体、
テトラフルオロエチレン−エチルビニルエーテル系共重
合体、含ふっ素フォスフォニルトリル系エラストマー、
テトラフルオロエチレン−フルオロビニルエーテル系共
重合体などがあげられる。

結晶性ふっ素樹脂と含ふっ素エラストマとは、結晶性
ふっ素樹脂95〜70重量部に対して含ふっ素エラストマ５
〜30重量部の範囲で含有させることが好ましく、結晶性
ふっ素樹脂の含有量が95重量部を越えると得られる発熱
体の可撓性が不十分となる傾向にあり、70重量部に満た
ないと結晶部の含有量が少なくなることから自己温度制
御機能が発揮されなくなる傾向にある。

導電性付与剤としては、導電性カーボンブラック、グ
ラファイト、表面グラフト化カーボンブラック、有機ポ
リマをグラフト化したカーボンブラック等が使用可能で
ある。導電性付与剤の添加量は、発熱体の発熱量によっ
て決定されるが、樹脂成分100重量部に対して５〜15重
量部の範囲が好ましく、５重量部未満では電気抵抗が高
過ぎて発熱体として機能しなくなる傾向にあり、15重量
部を越えると出力が大きくなり過ぎ発熱体の寿命が短く
なる傾向にある。

放射線照射による架橋効率を向上するために架橋助剤
を添加することが好ましく、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）、トリ
アリルトリメリテート、トリアリルトリメゼート、テト
ラアリルピロメリテート等のアリル型化合物系架橋助剤
が適切である。その添加量は、樹脂分100重量部に対し
て0.5〜10重量部が好ましく、0.5重量部未満では架橋が
不十分であり、10重量部で架橋度が飽和状態に達し、そ
れ以上加えても架橋効率の向上は殆ど見られなくなる。

絶縁体用組成物 絶縁体の樹脂成分であるエチレン−フルオロオレフィ
ン共重合体としては、エチレン−テトラフルオロエチレ
ン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共
重合体とあったものがあげられる。

また、テトラフルオロエチレン−プロピレン系共重合
体としては、主成分のテトラフルオロエチレンとプロピ
レンに加えて、これらと共重合可能な成分、例えば、エ
チレン、ブテン−１、イソブテン、アクリル酸およびそ
のアルキルエステル、メタクリル酸およびそのアルキル
エステル、ふっ化ビニル、ふっ化ビニリデン、ヘキサフ
ルオロプロペン、クロロエチルビニルエーテル、グリシ
ジルビニルエーテル、クロロトリフルオロエチレン、パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル等を適宜含有せしめ
たものでもよい。テトラフルオロエチレン−プロピレン
系共重合体は耐熱性、成形性等の面からテトラフルオロ
エチレン／プロピレンの含有モル比が95/5〜30/70の範
囲から選定するのが望ましく、特に好ましくは、90/10
〜45/55である。また、適宜加えられる主成分以外の成
分の含有量としては50％モル以下、特に30モル％以下の
範囲から選定することが望ましい。

エチレン−フルオロオレフィン共重合体とテトラフル
オロエチレン−プロピレン系共重合体とは、エチレン−
フルオロオレフィン共重合体70〜30重量部に対してテト
ラフルオロエチレン−プロピレン系共重合体30〜70重量
部の範囲で含有させる必要があり、エチレン−フルオロ
オレフィン共重合体含有量が70重量部を越えると得られ
る発熱体の可撓性が不十分となり、30重量部に満たない
と機械的強度が不十分となる。

アリル型化合物系架橋助剤は、発熱体の場合と同様に
放射線照射による崩壊を防止して架橋効率を向上するた
めに添加するもので、トリアリルイソシアヌレート（TA
IC）、トリアリルシアヌレート（TAC）、トリアリルト
リメリテート、トリアリルトリメゼート、テトラアリル
ピロメリテート等があげられる。その添加量は、樹脂分
100重量部に対して0.5〜10重量部であり、0.5重量部未
満では架橋が不十分であり、10重量部で架橋度が飽和状
態に達し、それ以上加えても架橋度の向上は殆ど見られ
なくなる。

上記成分以外に必要に応じて安定剤、補強剤、充填
剤、難燃剤、加工助剤等を使用しても差し支えない。安
定剤としては、酸化鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシ
ウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化アンチモ
ン、五酸化リン等があげられる。

［発明の実施例］ 第１図は、本発明のヒータの一例の断面説明図であ
り、１、２は電極、３は発熱体、４は絶縁体である。電
極１、２は外径0.3mmφのニッケルメッキ銅線を19本撚
合わせたものを7mmの間隔で配置して形成されている。
電極１、２の外周に発熱体用組成物を厚さ2mmに押圧被
覆して発熱体３を形成し、続いて絶縁体用組成物を厚さ
0.4mmに押圧被覆して絶縁体４を形成し、20Mradの電子
線を照射して架橋することによりヒータを製造した。

実施例１ 発熱体用組成物 （１）ポリふっ化ビニリデン（カイナー901、ペンウォ
ルト社製品） 80重量部 （２）テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体
（アフラス150E、旭硝子（株）製品） 20重量部 （３）導電性カーボンブラック（XC−72、キャボット社
製品） 12重量部 （４）トリアリルシアヌレート（TAC、四国化成（株）
製品） 5重量部 （５）表面処理炭酸カルシウム（MSK−Ｖ、丸尾製粉
（株）製品） 5重量部 をヘンシルキミサーで混合した後220℃の温度に保持し
た50m/m2軸押出機により混練してペレット化し、発熱体
用組成物とした。

絶縁体用組成物 （１）エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ア
フロンCOPC88A、旭硝子（株）製品） 30重量部 （２）テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体
（アフラス150E、旭硝子（株）製品） 70重量部 （３）トリアリルイソシアヌレート 5重量部 （４）微粒子シリカ（アエロジルR972、日本アエロジル
（株）製品） 10重量部 （５）酸化チタン（Ｒ−820、石原産業（株）製品） 5
重量部 をヘンシルキミサーで混合した後260℃の温度に保持し
た50m/m2軸押出機により混練してペレット化し、絶縁体
用組成物とした。

実施例２ 発熱体用組成物 実施例１と同じものを使用した。

絶縁体用組成物 （１）エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ア
フロンCOPC88A、旭硝子（株）製品） 50重量部 （２）テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体
（アフラス150E、旭硝子（株）製品） 50重量部 （３）トリアリルイソシアヌレート 5重量部 （４）微粒子シリカ（アエロジルR972、日本アエロジル
（株）製品） 10重量部 （５）酸化チタン（Ｒ−820、石原産業（株）製品） 5
重量部 を実施例１と同様にして絶縁体用組成物とした。

実施例３ 発熱体用組成物 実施例１と同じものを使用した。

絶縁体用組成物 （１）エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ア
フロンCOPC88A、旭硝子（株）製品） 70重量部 （２）テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体
（アフラス150E、旭硝子（株）製品） 30重量部 （３）トリアリルイソシアヌレート 5重量部 （４）微粒子シリカ（アエロジルR972、日本アエロジル
（株）製品） 10重量部 （５）酸化チタン（Ｒ−820、石原産業（株）製品） 5
重量部 を実施例１と同様にして絶縁体用組成物とした。

比較例１ 発熱体用組成物 （１）ポリふっ化ビニリデン（カイナー901、ペンウォ
ルト社製品） 100重量部 （２）導電性カーボンブラック（XC−72、キャボット社
製品） 12重量部 （３）トリアリルシアヌレート（TAC、四国化成社製
品） ５重量部 （４）表面処理炭酸カルシウム（MSK−Ｖ、丸尾製粉社
製品） ５重量部 をヘンシルキミサーで混合した後220℃の温度に保持し
た50m/m2軸押出機により混練してペレット化し、発熱体
用組成物とした。

絶縁体用組成物 エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（テフゼ
ル200、デュポン社製品）を使用した。

比較例２ 発熱体用組成物 実施例１と同じものを使用した。

絶縁体用組成物 （１）エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ア
フロンCOPC88A、旭硝子（株）製品） 80重量部 （２）テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体
（アフラス150E、旭硝子（株）製品） 20重量部 （３）トリアリルイソシアヌレート 5重量部 （４）微粒子シリカ（アエロジルR972、日本アエロジル
（株）製品） 10重量部 （５）酸化チタン（Ｒ−820、石原産業（株）製品） 5
重量部 を実施例１と同様にして絶縁体用組成物とした。

比較例３ 発熱体用組成物 実施例１と同じものを使用した。

絶縁体用組成物 （１）エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ア
フロンCOPC88A、旭硝子（株）製品） 20重量部 （２）テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体
（アフラス150E、旭硝子（株）製品） 80重量部 （３）トリアリルイソシアヌレート 5重量部 （４）微粒子シリカ（アエロジルR972、日本アエロジル
（株）製品） 10重量部 （５）酸化チタン（Ｒ−820、石原産業（株）製品） 5
重量部 を実施例１と同様にして絶縁体用組成物とした。

実施例および比較例で製造した自己温度制御性ヒータ
についての評価結果を第１表に示した。なお、評価は次
に基づいて行った。

（１）引張り特性:JIS−Ｋ−6301により測定した。

（２）硬さ:JIS−Ｋ−6301により絶縁体４の硬さを測定
した。硬度計はショアＤを用いた。

（３）可撓性：試料ヒータを恒温（20℃）恒湿（60％）
中に２時間以上放置して所定温度になたところで片端を
固定し、他端（固定点から150mmの位置）に重さ150gの
荷重をかけたときのたわみ量を測定した。

（４）パイプ巻付け時の出力：試料を１インチφの鉄製
パイプに45mmのピッチで巻付け、その上にガラスウール
断熱材（厚さ30mm）を被覆し、鉄製パイプ中に20℃の水
道水を12／分の流量で流しながら、試料ヒータにAC20
0Vを課電し、その時の出力を測定した。出力測定は、第
２図のように配線した課電装置に結線して課電し、課電
中に電流値と電圧値を測定してその積により求めた。な
お、第２図において、５は試料、６は電流計、７は電
源、８は電圧計である。

第１表から明らかな通り、本発明の範囲にある実施例
１〜３では、良好な引張り特性を有し、また、適度な絶
縁体硬さおよび可撓性を有することから、被加熱体に対
する熱伝導性および取扱性に優れている。比較例１は発
熱体および絶縁体にふっ素樹脂単独を用いたものであ
り、可撓性が悪い。比較例２、３は絶縁体の組成が本発
明の規定値を外れるものであり、可撓性あるいは引張り
特性のいずれかが劣っている。

［発明の効果］ 以上説明してきた通り、本発明の自己温度制御性ヒー
タは、発熱体を結晶性ふっ素樹脂と含ふっ素エラストマ
を含む樹脂成分に導電性付与剤を添加した組成物によ
り、また、絶縁体をエチレン−フルオロオレフィン共重
合体とテトラフルオロエチレン−プロピレン系共重合体
を含む樹脂成分にアリル型化合物系架橋助剤を添加した
組成物によりそれぞれ形成し、発熱体および絶縁体を電
離性放射線の照射により架橋してなるものであり、良好
な引張り特性を有し、また、適度な絶縁体硬さおよび可
撓性を有することから、被加熱体に対する熱伝導性およ
び取扱性が著しく向上する。しかも、ふっ素樹脂の優れ
た耐熱性、耐油性、難燃性を備えたものであり、その工
業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自己温度制御性ヒータの一実施例の横
断面説明図、第２図は出力測定の配線図である。 １、2:電極、3:発熱体 4:絶縁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−39389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−226494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−291882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−67192（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極の間に正の抵抗温度係数を有する発熱
   体を設け、その外周に絶縁体を設けてなる自己温度制御
   性ヒータにおいて、前記発熱体は、結晶性ふっ素樹脂と
   含ふっ素エラストマを含む樹脂成分に導電性付与剤を添
   加した組成物からなり、前記絶縁体はエチレン−フルオ
   ロオレフィン共重合体70〜30重量部とテトラフルオロエ
   チレン−プロピレン系共重合体30〜70重量部を含む樹脂
   成分100重量部に対してアリル型化合物系架橋助剤を0.5
   〜10重量部含有する組成物からなり、前記発熱体および
   前記絶縁体を電離性放射線の照射により架橋してなるこ
   とを特徴とする自己温度制御性ヒータ。