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Dokumentenidentifikation DE3687062T2 18.03.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0224903
Titel Polymerzusammensetzung mit positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken.
Anmelder Idemitsu Kosan Co. Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nishii, Motoi, Ohmihachiman-shi Shiga-ken, JP;
Miyake, Hitoshi;
Fujii, Hideto, Kimitsu-gun Chiba-ken, JP
Vertreter Türk, D., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Gille, C., Dipl.-Ing.; Hrabal, U., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Leifert, E., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 4000 Düsseldorf
DE-Aktenzeichen 3687062
Vertragsstaaten BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 01.12.1986
EP-Aktenzeichen 861166866
EP-Offenlegungsdatum 10.06.1987
EP date of grant 04.11.1992
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.03.1993
IPC-Hauptklasse H01C 7/02

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polymerzusammensetzung mit positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken des elektrischen Widerstandes und sie betrifft insbesondere eine Polymerzusammensetzung mit positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken, die gegen hohe Spannung beständig ist und die außerdem, wenn sie als Wärmegenerator verwendet wird, eine gleichmäßige Wärmeverteilung liefert, eine lange Lebensdauer (Gebrauchsdauer) hat und somit als Überstrom-Schutzelement oder Wärmegenerator verwendet werden kann. Zusammensetzungen, die durch Compoundieren (Vermischen) von elektrisch leitfähigen Teilchen wie Ruß mit kristallinen Polymeren oder anorganischen Substanzen wie Bariumtitanat hergestellt werden, sind dafür bekannt, daß sie die positiven Temperaturkoeffizienten- Charakteristiken haben, daß ein elektrischer Widerstandwert abrupt ansteigt, wenn die Temperatur einen angegebenen Temperaturbereich erreicht (vgl. z. B. JP-A-59-122 524 und die japanischen Patentpublikationen Nr. 33 707/1975 und 10 352/1981).

Diese konventionellen Zusammensetzungen sind brauchbar als Überstrom-Schutzelemente oder Wärmegeneratoren. Wenn sie jedoch unter verhältnismäßig hohen Spannungsbedingungen verwendet werden oder eine überraschende Überspannung daran angelegt wird, sind sie gegen diese verhältnismäßig hohe Spannung oder überraschende Überspannung nicht beständig und werden zerstört (zerbrechen).

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die obengenannten Probleme überwunden werden und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Polymerzusammensetzung zu schaffen, die zufriedenstellende positive Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken aufweist und gegen hohe Spannung ausreichend beständig ist.

Es wurde gefunden, daß dieses Ziel erreicht werden kann durch Verwendung einer Zusammensetzung, die hergestellt wird durch Compoundieren (Vermischen) einer anorganischen Halbleiter-Substanz mit einem Gemisch aus einem kristallinen Polymer und einem elektrisch leitfähigen Pulver.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Polymerzusammensetzung mit positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken, die hergestellt worden ist durch Compoundieren (Vermischen) von 10 bis 300 Gew. -Teilen einer anorganischen Halbleiter- Substanz mit einem spezifischen Widerstand von 10&supmin;² bis 10&sup8; Ohm · cm mit 100 Gew.-Teilen eines Gemisches aus 40 bis 90 Gew.-% eines kristallinen Polymers und 60 bis 10 Gew.-% eines elektrisch leitfähigen Pulvers, wobei die anorganische Halbleiter-Substanz Siliciumcarbid, Borcarbid oder eine Mischung davon ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Es bestehen keine speziellen Beschränkungen in bezug auf das hier verwendete kristalline Polymere; erfindungsgemäß können verschiedene kristalline Polymere verwendet werden. Typische Beispiele für solche kristallinen Polymeren sind Polyolefine, wie Polyethylen mit hoher Dichte, Polyethylen mit niedriger Dichte, Polypropylen, Olefin-Copolymere, wie Ethylen/Propylen-Copolymer und Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, Polyamid, Polyester, Polymer auf Fluor enthaltender Ethylen-Basis und ihre modifizierten Produkte. Diese Verbindungen können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.

Als elektrisch leitfähiges Pulver können hier verschiedene elektrisch leitfähige Pulver verwendet werden. Typische Beispiele für solche Pulver sind Ruß, wie Ölofen-Ruß, thermischer Ruß und Acetylenruß; Graphit; Metallpulver; gepulverte Kohlenstoffasern und Mischungen davon. Besonders bevorzugt sind Ruß und Graphit. Der Ruß, wie er hier verwendet wird, hat einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 bis 200 nm (Millimikron), vorzugsweise von 15 bis 100 nm (Millimikron). Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser weniger als 10 nm (Millimikron) beträgt, steigt der elektrische Widerstand nicht genügend an, wenn der angegebene Temperaturbereich erreicht ist. Wenn andererseits der durchschnittliche Teilchendurchmesser mehr als 200 nm (Millimikron) beträgt, steigt der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur in unerwünschter Weise an.

Als obengenanntes elektrisch leitfähiges Pulver kann auch ein Gemisch aus zwei oder mehr elektrisch leitfähigen Pulvern mit variierenden Teilchendurchmessern verwendet werden.

In dem obengenannten kristallinen Polymer/elektrisch leitfähigen Pulver-Gemisch beträgt der Mengenanteil des kristallinen Polymers 40 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 80 Gew.-%, und der Mengenanteil des elektrisch leitfähigen Pulvers beträgt 60 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 20 Gew.-%. Wenn der Mengenanteil des elektrisch leitfähigen Pulvers oberhalb des obengenannten oberen Grenzwertes liegt, können keine zufriedenstellenden positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken erhalten werden. Wenn der Mengenanteil des elektrisch leitfähigen Pulvers unterhalb des obengenannten unteren Grenzwertes liegt, kann keine zufriedenstellende elektrische Leitfähigkeit in ausreichendem Maß erhalten werden.

Die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung wird hergestellt durch Compoundieren (Mischen) von Siliciumcarbid, Borcarbid oder einer Mischung davon als anorganischer Halbleitersubstanz mit einem spezifischen Widerstand von 10&supmin;² bis 10&sup8; Ohm · cm mit dem obengenannte kristallinen Polymer/elektrisch leitfähigen Pulver-Gemisch.

Die anorganische Halbleitersubstanz liegt entweder in Pulverform oder in Faserform vor. Das anorganische Halbleiter-Pulver hat einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 300 um und vorzugsweise von nicht mehr als 100 um. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser mehr als 300 um beträgt, nimmt der Effekt der Zunahme der Spannungsbeständigkeit in unerwünschter Weise ab. In Verbindung mit der anorganischen Halbleiter-Faser ist es bevorzugt, daß der Durchmesser 0,1 bis 100 um und die Länge 1 bis 5000 um betragen.

Beim Compoundieren (Mischen) der anorganischen Halbleiter- Substanz mit dem kristallinen Polymer/elektrisch leitfähigen Pulver-Gemisch beträgt die Menge der zugemischten anorganischen Halbleiter-Substanz 10 bis 300 Gew.-Teile, vorzugsweise 15 bis 200 Gew.-Teile, auf 100 Gew.-Teile des Gemisches. Wenn die Menge der zugemischten anorganischen Halbleiter-Substanz weniger als 10 Gew.-Teile beträgt, kann keine zufriedenstellende Spannungsbeständigkeit in ausreichendem Maße erhalten werden. Wenn andererseits die Menge der zugemischten anorganischen Halbleiter-Substanz mehr als 300 Gew.-Teile beträgt, wird die resultierende Mischung in unerwünschter Weise schwierig knetbar.

Die obengenannten beiden Komponenten werden unter Anwendung üblicher Methoden, beispielsweise unter Verwendung üblicher Knetvorrichtungen, wie z. B. eines Banbury-Mischers und einer Knetwalze, miteinander verknetet. Die Verknetungstemperatur ist nicht kritisch. Sie ist in der Regel nicht niedriger als der Schmelzpunkt des zu verwendenden kristallinen Polymers und sie liegt vorzugsweise um mindestens 30ºC höher als der Schmelzpunkt des zu verwendenden kristallinen Polymers. Durch Verkneten der beiden Komponenten bei der vorstehend definierten Temperatur kann der spezifische Widerstand bei Normaltemperatur herabgesetzt werden. In Verbindung mit der Verknetungszeit reicht es aus, daß die Verknetungszeit nicht weniger als 5 min beträgt, nachdem eine höhere Temperatur als der Schmelzpunkt des zu verwendenden kristallinen Polymers erreicht worden ist. Während des Verknetens oder nach dem Verkneten kann ein Vernetzungsmittel, wie z. B. organische Peroxide, zugegeben werden. Typische Beispiele für organische Peroxide, die verwendet werden können, sind 2,5-Dimethyl-2,5- di-(tert-butylperoxy)hexin-3, Benzoylperoxid, tert-Butylperoxybenzoat, Dicumylperxid, tert-Butylcumylperoxid und Di-tert-butylperoxid. Gewünschtenfalls kann das verknetete Material nach seinem Formen durch Bestrahlung vernetzt werden.

Die wie vorstehend hergestellte Polymerzusammensetzung mit positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken wird unter Anwendung verschiedener bekannter Methoden geformt unter Erzeugung der gewünschten Formen zur Herstellung der Endprodukte, wie z. B. eines elektrischen Elements.

Die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung erlaubt die Herstellung von elektrischen Elementen mit solchen positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken, daß die Spannungsbeständigkeit, insbesondere die Beständigkeit gegen eine augenblickliche Überspannung, hoch ist. Ein durch Formen der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung hergestellter Wärmegenerator liefert eine gleichmäßige Verteilung von Wärme und hat eine lange Lebensdauer (Gebrauchsdauer), weil die anorganische Halbleiter-Komponente gleichzeitig Wärme erzeugt und eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist. Außerdem weist die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung eine hohe Widerstandssteigerungsrate auf, wenn ein spezifischer Temperaturbereich erreicht ist. Die erfindungsgemäße Polymerzusammensetzung kann daher zur Herstellung von Überstrom-Schutzelementen, Wärmegeneratoren, insbesondere Hochspannungs- Überstrom-Schutzelementen, verwendet werden.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher beschrieben.

Beispiel 1

24 g Polyethylen hoher Dichte (Idemitsu Polyethylene 52 OB, hergestellt von der Firma Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.) als kristallines Polymer und 16 g Ruß (Diablack E, hergestellt von der Firma Mitsubishi Chemical Industries Ltd.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 43 nm (Millimikron)) als elektrisch leitfähiges Pulver wurden miteinander gemischt. 100 Gew.-Teile der resultierenden Mischung wurden compoundiert (gemischt) mit 100 Gew.-Teilen Siliciumcarbidpulver (SiC # 4000, hergestellt von der Firma Fujimi Kenmazai Kogyo Co., Ltd.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser 3 um; spezifischer Widerstand 110 Ohm · cm) und die resultierende Mischung wurde in eine Knetvorrichtung (Laboplastomill, hergestellt von der Firma Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) eingeführt, in der sie aufgeschmolzen und durchgeknetet wurde. Dann wurden 0,6 Gew.-Teile 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)hexin-3 als Vernetzungsmittel zugegeben und die resultierende Mischung wurde weiter verknetet zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung mit positiven Temperaturkoeffizienten- Charakteristiken.

Die vorstehend hergestellte Polymerzusammensetzung wurde preßgeformt zur Herstellung einer Folie. Diese Folie wurde sandwichartig zwischen zwei elektrolytische Nickelfolien (Fukuda Metal Foil & Powder Co., Ltd.) mit einer Dicke von 35 um gelegt und dann unter Verwendung einer Preßformvorrichtung gepreßt zur Herstellung einer 1,8 mm dicken Laminatfolie. Es wurde ein 8 mm · 9 mm großes Stück von der Laminatfolie abgeschnitten. Es wurde der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur zwischen den Nickelfolien gemessen und es wurde gefunden, daß er 20 Ohm (spezifischer Widerstand 80 Ohm · cm) betrug. Dann wurde das Stück auf 130ºC erhitzt und bei dieser Temperatur wurde der elektrische Widerstand gemessen. Das Verhältnis zwischen dem elektrischen Widerstand bei 130ºC und demjenigen bei Raumtemperatur (Widerstandszunahmerate) betrug 106,1. Außerdem wurde bei dem Stück die dynamische Spannungsbeständigkeit gemessen, d. h. die Spannung, bei der das Stück zerstört wurde (zerbrach), wenn sie sofort bei Raumtemperatur an das Stück angelegt wurde. Die dynamische Spannungsbeständigkeit betrug 630 V. In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit, d. h. der Spannung, bei der das Stück zerstört wurde (zerbrach), wenn sie stufenförmig an das Stück angelegt wurde, wurde das Stück nicht zerstört (nicht zerbrochen), selbst wenn die Spannung auf 1000 V erhöht wurde.

An die Nickelfolien wurden Anschlußdrähte angelötet und das Stück wurde vollständig mit einem Epoxyharz bedeckt. Bei diesem Stück wurden dann die dynamischen und statischen Spannungsbeständigkeiten auf die gleiche Weise wie oben gemessen, wobei die gleichen Ergebnisse wie oben erhalten wurden.

Beispiel 2

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Laminatfolie hergestellt, wobei diesmal jedoch 100 Gew.-Teile Borcarbidpulver (Denkaboron FI, hergestellt von der Firma Denki Kagaku Kogyo K.K.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser 5 um; spezifischer Widerstand 0,55 Ohm · cm) als anorganischer Halbleiter-Substanz verwendet wurde.

Es wurde ein 7 mm · 8 mm großes Stück von der Laminatfolie abgeschnitten und es wurde dessen elektrischer Widerstand bei Raumtemperatur gemessen. Der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur betrug 20 Ohm (spezifischer Widerstand von 60 Ohm · cm). Die Widerstandszunahmerate bei 130ºC betrug 106,2. Die dynamische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 450 V. In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit zerbrach das Stück selbst bei 1000 V nicht.

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurden Anschlußdrähte an dem Stück angebracht. Das Stück wurde mit einem Epoxyharz vollständig bedeckt und es wurden die dynamischen und statischen Spannungsbeständigkeiten gemessen, wobei die gleichen Ergebnisse wie oben erhalten wurden.

Vergleichsbeispiel 1

Das gleiche Gemisch aus Polyethylen hoher Dichte und Ruß wie in Beispiel 1 wurde in einer Knetvorrichtung (Laboplastomill) verknetet und dann wurde das gleiche Vernetzungsmittel wie in Beispiel 1 zugegeben zur Herstellung einer verkneteten Zusammensetzung. Unter Verwendung dieser Zusammensetzung wurde eine 2,0 mm dicke Laminatfolie auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Es wurde ein 8 mm · 8 mm großes Stück von der obengenannten Laminatfolie abgeschnitten und es wurde der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur gemessen. Der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur betrug 20 Ohm (spezifischer Widerstand 64 Ohm · cm). Die Widerstandssteigerungsrate, wenn die Temperatur auf 130ºC erhöht wurde, betrug 107,5. Die dynamische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 300 V. In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit zerbrach das Stück selbst bei 1000 V nicht.

Vergleichsbeispiel 2

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde eine 1,8 mm dicke Laminatfolie hergestellt, jedoch mit der Ausnahme, daß 100 Gew.-Teile Aluminiumhydroxid (B703, hergestellt von der Firma Nippon Light Metal Co., Ltd.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser 0,4 um), das elektrisch isolierend war, anstelle des Siliciumcarbidpulvers verwendet wurden.

Es wurde ein 6 mm · 6 mm großes Stück von der obengenannten Laminatfolie abgeschnitten und es wurde der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur gemessen. Der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur betrug 20 Ohm (spezifischer Widerstand 40 Ohm · cm). Die Widerstandssteigerungsrate, wenn die Temperatur 130ºC erreicht hatte, betrug 106,1. Die dynamische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 355 V und die statische Spannungsbeständigkeit betrug 700 V.

Beispiel 3

24,6 g Polyethylen mit hoher Dichte (Idemitsu Polyethylene 54 OB, hergestellt von der Firma Idemitsu Petrochemical Co., Ltd.) als kristallines Polymer und 15,4 g Ruß (Diablack E, hergestellt von der Firma Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser 43 nm (Millimikron)) als elektrisch leitfähiges Pulver wurden miteinander gemischt. 100 Gew.-Teile der resultierenden Mischung wurden mit 100 Gew. -Teilen Siliciumcarbidpulver (SiC # 2000, hergestellt von der Firma Fujimi Kenmazai Kogyo co., Ltd.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser etwa 8 mm; spezifischer Widerstand 90 Ohm · cm) compoundiert (gemischt) und die resultierende Mischung wurde in eine Knetvorrichtung (Laboplastomill) eingeführt, in der sie aufgeschmolzen und verknetet wurde. Dann wurden 0,18 Gew.-Teile 2,5-Dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)hexin-3 als Vernetzungsmittel zugegeben und die resultierende Mischung wurde weiter verknetet zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung mit positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken.

Die wie oben hergestellte Polymerzusammensetzung wurde preßgeformt zur Herstellung einer Folie. Diese Folie wurde sandwichartig zwischen zwei elektrolytische Nickelfolien mit einer rauhen Phase auf einer Seite mit einer Dicke von 20 um gelegt und dann unter Verwendung einer Warmpreßformvorrichtung gepreßt zur Herstellung einer 1,8 mm dicken Laminatfolie. Es wurde ein 5 mm · 9 mm großes Stück von der Laminatfolie abgeschnitten. Es wurde der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur zwischen den Nickelfolien gemessen und es wurde gefunden, daß er 20 Ohm (spezifischer Widerstand 50 Ohm · cm) betrug. Die Widerstandssteigerungsrate bei 130ºC betrug 105,8. Die dynamische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 600 V. In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit wurde das Stück selbst bei 1000ºC nicht zerbrochen (nicht zerstört). Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurden Anschlußdrähte an dem Stück angebracht und das Stück wurde mit einem Epoxyharz vollständig bedeckt und es wurde die dynamische Spannungsbeständigkeit gemessen, der 630 V betrug.

In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit wurde das Stück selbst bei 1000 V nicht zerbrochen (nicht zerstört).

Beispiel 4

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 wurde eine Laminatfolie hergestellt, wobei diesmal jedoch 125 Gew.-Teile Siliciumcarbidpulver (SiC # 4000, hergestellt von der Firma Fujimi Kenmazai Kogyo Co., Ltd.) zu 100 Gew.-Teilen einer Mischung, enthaltend 21,2 g Polyethylen mit hoher Dichte und 14,9 g Ruß, zugegeben wurden.

Es wurde ein 6 mm · 7 mm großes Stück von der Laminatfolie abgeschnitten und es wurde der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur gemessen. Der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur betrug 20 Ohm (spezifischer Widerstand 47 Ohm · cm). Die Widerstandssteigerungsrate bei 130ºC betrug 105,0. Die dynamische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 560 V. In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit zerbrach das Stück selbst bei 1000 V nicht.

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurden Anschlußdrähte an dem Stück angebracht und das Stück wurde mit einem Epoxyharz vollständig bedeckt und es wurde die dynamische Spannungsbeständigkeit gemessen, der 600 V betrug. In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit zerbrach das Stück selbst bei 1000 V nicht.

Vergleichsbeispiel 3

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 wurde eine Laminatfolie hergestellt, wobei diesmal jedoch 100 Gew.-Teile Siliciumnitrit-Pulver (SN-B, hergestellt von der Firma Denki Kagaku Kogyo K.K.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser < 44 um; spezifischer Widerstand > 10¹&sup0; Ohm · cm) zu 100 Gew.-Teilen einer Mischung, enthaltend 25,4 g Polyethylen hoher Dichte und 14,6 g Ruß, zugegeben und 0,19 Gew.-Teile des Vernetzungsmittels verwendet wurden.

Ein 5 mm · 9 mm großes Stück wurde von der Laminatfolie abgeschnitten und es wurde der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur gemessen. Der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur betrug 20 Ohm (spezifischer Widerstand 50 Ohm · cm). Die Widerstandssteigerungsrate betrug 106,3. Die dynamische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 315 V. In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit zerbrach das Stück selbst bei 1000 V nicht.

Es wurden Anschlußdrähte an dem Stück angebracht und das Stück wurde vollständig mit einem Epoxyharz bedeckt. Die dynamische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 355 V. In Verbindung mit der statischen Spannungsbeständigkeit zerbrach das Stück selbst bei 1000 V nicht.

Vergleichsbeispiel 4

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 wurde eine Laminatfolie hergestellt, wobei diesmal jedoch 100 Gew.-Teile Titannitridpulver (TiN, hergestellt von der Firma Nippon Shinkinzoku Co., Ltd.; durchschnittlicher Teilchendurchmesser etwa 1,5 um; spezifischer Widerstand 4 · 10&supmin;&sup5; Ohm · cm) zu 100 Gew.-Teilen einer Mischung, enthaltend 29,7 g Polyethylen hoher Dichte und 15,3 g Ruß, zugegeben und 0,20 Gew.-Teile Vernetzungsmittel verwendet wurden.

Es wurde ein 5 mm · 9 mm großes Stück von der Laminatfolie abgeschnitten und es wurde der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur gemessen. Der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur betrug 20 Ohm (spezifischer Widerstand 50 Ohm · cm). Die Widerstandssteigerungsrate betrug 106,2 Die dynamische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 280 V und die statische Spannungsbeständigkeit des Stückes betrug 700 V.

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurden Anschlußdrähte an dem Stück angebracht. Das Stück wurde mit einem Epoxyharz vollständig bedeckt und es wurden die dynamischen und statischen Spannungsbeständigkeiten gemessen, wobei die gleichen Ergebnisse wie oben erhalten wurden.

Beispiel 5

32 g Polyethylen niedriger Dichte (Petrothen® 170, hergestellt von der Firma Toyo Soda Kogyo Co., Ltd.) und 19 g Ruß (der gleiche wie in Beispiel 1) wurden miteinander gemischt. 100 Gew.-Teile der resultierenden Mischung wurden mit 96 Gew.-Teilen Siliciumcarbidpulver (SiC # 4000) compoundiert (gemischt) und die resultierende Mischung wurde in eine Knetvorrichtung (Laboplastomill) eingeführt, in der sie aufgeschmolzen und verknetet wurde zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung.

Es wurde ein 10 mm · 10 mm großes Stück von der Laminatfolie mit einer Dicke von 1 mm, die auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 hergestellt worden war, abgeschnitten. Es wurde der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur gemessen und der spezifische Widerstand betrug 56 Ohm · cm und die Widerstandssteigerungsrate betrug 104,6.

Es wurde ein 40 mm · 40 mm großes Stück von der Laminatfolie abgeschnitten und es wurden Anschlußdrähte mit dem Stück verbunden und es wurde ein schwarzer Lack (Anstrichüberzug) aufgebracht. Nachdem 5 min lang eine Gleichspannung von 30 V angelegt worden waren, wurde die Temperaturverteilung der Oberfläche mittels einer Infrarotbilderzeugungseinrichtung (Infrarot-Anzeigethermometer) gemessen. Die höchste Temperatur der Oberfläche betrug 99ºC und die Differenz zwischen der höchsten Temperatur und der niedrigsten Temperatur betrug 4ºC. Es wurde daher gefunden, daß die Oberflächentemperatur nahezu einheitlich war und die Temperatur im Zentrum der Oberfläche war höher, während die Temperatur in der Umgebung niedriger war aufgrund der Strahlung. Das Ergebnis zeigt, daß die Temperaturverteilung der Oberfläche gut ist. Die Änderung der Oberflächentemperatur nach 200-stündiger Belastung betrug +1 % und die Änderung des Widerstandswerts nach dem Abkühlen betrug ±0 %.

Beispiel 6

35 g Ethylen/Vinylacetat-Copolymere (Ultrathen®-UE-634, hergestellt von der Firma Toyo Soda Kogyo Co., Ltd.) und 26 g Ruß (der gleiche wie in Beispiel l) wurden miteinander gemischt. 100 Gew.-Teile der resultierenden Mischung wurden mit 64 Gew.-Teilen Siliciumcarbid (SiC # 4000) compoundiert (gemischt) und die resultierende Mischung wurde in eine Knetvorrichtung (Laboplastomill) eingeführt, in der sie aufgeschmolzen und verknetet wurde zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung.

Es wurde ein 10 mm · 10 mm großes Stück von der Laminatfolie mit einer Dicke von 1 mm, die auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 hergestellt worden war, abgeschnitten. Der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur wurde gemessen und der spezifische Widerstand betrug 62 Ohm · cm und die Widerstandssteigerungsrate betrug 103,2.

Es wurde ein 40 mm · 40 mm großes Stück von der Laminatfolie abgeschnitten und es wurden Anschlußdrähte an dem Stück angebracht. Nach 5-minütiger Belastung mit einer Gleichspannung von 30 V wurde die Temperaturverteilung der Oberfläche wie in Beispiel 5 gemessen und es wurde gefunden, daß die höchste Temperatur der Oberfläche 72ºC betrug und daß die Differenz zwischen der höchsten Temperatur und der niedrigsten Temperatur 6ºC betrug. Es wurde somit gefunden, daß die Oberflächentemperatur nahezu einheitlich und die Temperaturverteilung der Oberfläche gut war. Die Änderung der Oberflächentemperatur nach 200-stündiger Belastung betrug -2 % und die Änderung des Widerstandswerts nach dem Abkühlen betrug +20 %.

Vergleichsbeispiel 5

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 wurde ein Teststück erhalten, wobei diesmal 49 g Polyethylen niedriger Dichte und 21 g Ruß verwendet wurden. Der spezifische Widerstand des Stückes betrug 60 Ohm · cm und die Widerstandssteigerungsrate betrug 104,9.

Es wurde ein 40 mm · 40 mm großes Stück von der Laminatfolie abgeschnitten und es wurden Anschlußdrähte an dem Stück angebracht. Nach 5-minütiger Belastung mit einer Gleichspannung von 30 V wurde die Temperaturverteilung der Oberfläche wie in Beispiel 5 gemessen und es wurde gefunden, daß die höchste Temperatur der Oberfläche 75ºC betrug und daß die Differenz zwischen der höchsten Temperatur und der niedrigsten Temperatur mehr als 10ºC betrug. Außerdem war die Temperaturverteilung der Oberfläche zufällig (willkürlich). Die Änderung der Oberflächentemperatur nach 200-stündiger Belastung betrug +6 % und die Änderung des Widerstandswertes nach dem Abkühlen betrug +80 %.

Vergleichsbeispiel 6

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 6 wurde ein Teststück erhalten, wobei diesmal 40 g Ethylen/Vinylacetat-Copolymer und 30 g Ruß verwendet wurden. Der spezifische Widerstand des Stückes betrug 60 Ohm · cm und die Widerstandssteigerungsrate betrug 103,3.

Ein 40 mm · 40 mm großes Stück wurde von der Laminatfolie abgeschnitten und es wurden Anschlußdrähte an dem Stück angebracht. Nach 5-minütiger Belastung mit einer Gleichspannung von 30 V wurde die Temperaturverteilung der Oberfläche wie in Beispiel 5 gemessen und es wurde gefunden, daß die höchste Temperatur 67ºC betrug und daß die Differenz zwischen der höchsten Temperatur und der niedrigsten Temperatur 10ºC betrug. Außerdem war die Temperaturverteilung der Oberfläche zufällig (willkürlich). Die Änderung der Oberflächentemperatur nach 200-stündiger Belastung betrug +20 % und die Änderung des Widerstandswertes nach dem Abkühlen betrug +50 %.


Anspruch[de]

Polymerzusammensetzung mit positiven Temperaturkoeffizienten-Charakteristiken, die umfaßt 100 Gew.-Teile einer Mischung, bestehend aus 40 bis 90 Gew.-% eines kristallinen Polymers und 60 bis 10 Gew.-% eines elektrisch leitfähigen Pulvers, und 10 bis 300 Gew.-Teile einer anorganischen Halbleiter-Substanz mit einem spezifischen Oberflächenwiderstand von 10&supmin;² bis 10&sup8; Ohm · cm, wobei die anorganische Halbleiter-Substanz Siliciumcarbid, Borcarbid oder eine Mischung davon ist.







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