片狀發熱元件的制作方法

專利名稱：片狀發熱元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種發熱元件，具體地，本發明涉及一種具有優良的PTC 特性的片狀發熱元件(sheet heating element)。該片狀發熱元件具有高度 柔韌的特性，以致其可以安裝在任何形狀的器具的表面上。
背景技術：
PTC特性是指當溫度升高時電阻隨之增大的特性。具有這種PTC特 性的片狀發熱元件具有對其所發射的熱的溫度自控性能。迄今為止，在這 種片狀發熱元件的發熱構件中使用電阻器。該電阻器由電阻器墨形成，該 電阻器墨具有M在溶劑中的基體聚合物和導電材料。
該電阻器墨被印刷在形成發熱元件的基體材料上。該墨被干燥，然后 被烘焙，從而形成片狀電阻器(例如，參見專利文獻l、專利文獻2和專 利文獻3)。該電阻器通過傳導電而發熱。在這種電阻器中使用的導電材 料典型地為炭黑、金屬粉末、石墨等。典型地將結晶性樹脂用作基體聚合 物。由這些材料形成的片狀發熱元件呈現PTC特性。
圖1A是在專利文獻1中描迷的現有技術的片狀發熱元件的平面視圖。 為了說明，該圖給出了可看到該發熱元件的內部結構的透明視圖。圖1B 是沿圖1A中的線1B-1B截取的截面視圖。如圖1A和圖1B中所示，片狀 發熱元件10由基底11、電極對12和13、聚合物電阻器14、以及覆蓋材 料15形成。電極12和13形成梳狀形狀。基底11是具有電絕緣特性的材 料，其由樹脂形成，例如，是聚酯膜。
通過在基底11上印刷諸如銀膠的導電膠，然后使其千燥，形成電極 12、 13。聚合物電阻器14與梳狀電極12、 13形成電接觸，并且由這些電
8極供電。聚合物電阻器14具有PTC特性。聚合物電阻器14由聚合物電阻 器墨形成，并且在基底上在與電極12和13形成電接觸的位置印刷和千燥 該墨。覆蓋材料15由與基底ll相同種類的材料形成，并且通iit蓋電極 12和13以及聚合物電阻器14來保護它們。
在其中聚酯膜被用作基底11和覆蓋材料15的情況下，提前使諸如改 性的聚乙烯的熱熔性樹脂16粘著到覆蓋材料15。然后，在進行加熱的同 時，對基底11和覆蓋材料15施壓。因此，基底11和覆蓋材料15被接合。 覆蓋材料15和熱熔性樹脂16使電極12和13以及聚合物電阻器14與外部 環境隔離。因此，可以長時間保持片狀發熱元件10的可靠性。
圖2示出施加覆蓋材料15的設備的結構的截面簡圖。如該圖中所示， 形成有兩個熱輥20、 21的層壓機22執行熱壓縮。在該工藝中，將基底ll 和覆蓋材料15置于彼此的頂部上，并且供給到層壓機22，其中在基底ll 上提前形成有電極12、 13和聚合物電阻器14，熱熔性樹脂16被提前施加 到覆蓋材料15上。利用熱輥20、 21熱壓縮基底11和覆蓋材料15，從而 作為一個單元形成片狀發熱元件10。
以這種方式形成的聚合物電阻器具有PTC特性，并且由于溫度升高， 電阻值增大，當達到特定溫度時，電阻值大幅增加。由于聚合物電阻器14 具有PTC特性，片狀發熱元件1010具有溫度自控功能。
專利文獻2公開了一種由非晶聚合物、結晶性聚合物顆粒、導電炭黑、 石墨和無機填料形成的PTC成分。該PTC成分分歉在有機溶劑中，從而 制成墨。然后，該墨被印刷在具有電極的樹脂膜上，從而制成聚合物電阻 器。另外，執行熱處理以實現交聯。在聚合物電阻器上沉積樹脂膜作為保 護層，從而完成片狀發熱元件。專利文獻2的該片狀發熱元件具有與專利 文獻l中的片狀發熱元件相同的PTC發熱特性。
圖3示出在專利文獻3中描述的另一現有技術的片狀發熱元件的截面 視圖。如圖3中所示，片狀發熱元件30具有柔韌性基底31。通過印刷， 在該柔韌性基底31上依次沉積電極32和33以及聚合物電阻器34。然后， 在其頂部上形成柔韌性覆蓋層35。基底31具有氣體阻擋(gas-barrier)特性和防水特性。基底31包含包括長纖維的聚酯非紡織品(non-woven fabric )，并且諸如聚氨酯型的熱熔性膜被接合到該聚酯非紡織品的表面上。 可以用液體，例如聚合物電阻器墨，浸漬基底31。
覆蓋層35包含聚酯非紡織品，并且諸如聚酯型的熱熔性膜被接合到該 聚酯非紡織品的表面上。覆蓋層35也具有氣體阻擋特性和防水特性。將覆 蓋層35粘著到基底31，覆蓋電極32、 33和聚合物電阻器34的整體。專 利文獻3的片狀發熱元件30作為一個整體由六個層形成。專利文獻3的該 片狀發熱元件30也具有與專利文獻1中的相同的PTC發熱特性。
在專利文獻1和專利文獻2的現有技術的片狀發熱元件10中，使用諸 如聚酯膜的剛性材料作為基底11。另外，現有技術的發熱元件10具有由 基底ll、其上印刷的梳狀電極12和13、聚合物電阻器14、其上設置有粘 合劑層的覆蓋材料15形成的五層結構。隨著其厚度增加，片狀發熱元件 10失去柔韌性。當使用這樣的缺乏柔韌性的片狀發熱元件10作為車輛座 椅加熱器時，乘客的乘坐舒適度被折衷。當在方向盤加熱器中使用這樣的 缺乏柔韌性的片狀發熱元件10時，抓握舒適感被折衷。
由于發熱元件10為片狀，例如，當用作車輛座椅加熱器且乘客在其上 乘坐時，力延續至整個發熱元件，發熱元件10改變其形狀。典型地，越靠 近發熱元件10的邊緣，形變的量值越大。因而，在發熱元件上不均勻地形 成鈹褶。這些鈹褶將會導致在梳狀電極12、 13以及聚合物電阻器14中的 裂紋。因此，認為這樣的發熱元件具有低的耐用性。
在基底11和覆蓋材料15中使用的聚酯片不具有透氣性。因此，當在 車輛座椅加熱器中或在方向盤加熱器中使用發熱元件10時，乘客或司機排 出的液體容易在其中聚集。長時間的駕駛或乘坐變得非常不舒適。
另 一方面，在專利文獻3的片狀發熱元件30的情況下，電極32和33、 聚合物電阻器34、基底31以及覆蓋層35是柔韌性的，因此，當用于車輛 座椅加熱器中或用于方向盤加熱器中時，乘坐或者觸摸方向盤是舒適的。 然而，由于片狀發熱元件30由六個層形成，具有制造產率低和成本高的缺 點。
10專利文獻1:日本專利申請z〉開No.S56-13689 專利文獻2:日本專利申請,^開No.H8-120182 專利文獻3:美國專利No.7049559

發明內容
本發明解決了現有技術的這些問題，并且將提供具有優良的柔韌性、 耐用性和可靠性以及低的制造成本的片狀發熱元件作為其目的。當在車輛 座椅加熱器中或在方向盤加熱器中使用本發明的片狀發熱元件時，乘坐時 乘客感覺舒適，而當觸摸方向盤時司機感覺舒適。
根據本發明的片狀發熱元件包括基底片(substrate sheet)，其由電 絕緣材料制成；以及線路，其由導電材料制成，且被設置為在所述基底片 上在所述線路之間具有間距。所述片狀發熱元件還包括至少一個PTC電阻 器片，所述PTC電阻器片(resistor sheet)與所述線路電接觸且被配置為 以自調節方式響應于來自所述線路的電供給而發熱。
所述至少一個PTC電阻器片的厚度為20-200微米，或者優選30-100 微米。
所述至少一個PTC電阻器片包含樹脂成分和導電材料。所述樹脂成分 包含反應性樹脂(reactant resin)和與所述反應性樹脂交聯的活性樹脂。 所述導電材料包括炭黑和石墨中的至少一種。所述至少一個PTC電阻器片 可被熱熔以實現與所述線路的電接觸。
所述至少一個PTC電阻器片具有范圍在0.0007Q'm與0,016ft.m之間 或優選地在O.OOllfl.m與0.0078ft.m之間的電阻率。
所述至少一個PTC電阻器片包含阻燃劑。所述阻燃劑包括基于磷的阻 燃劑、基于氮的阻燃劑、基于硅氧烷(silicone)的阻燃劑、無機阻燃劑和 基于閨素的阻燃劑中的至少一種。所述阻燃劑以5重量。/。以上、優選地 10-30重量％或最優地15-25重量％的含量包含在所述至少一個PTC電阻 器片中。由于包含阻燃劑，所述至少一個PTC電阻器片滿足以下條件中的 至少一個(a )當用氣焰燃燒所述至少一個PTC電阻器片的一端且在60秒鐘后 熄滅所述氣焰時，即使所述至少一個PTC電阻器片被燒焦，所述至少一個 PTC電阻器片也不燃燒；
(b) 當用氣焰燃燒所述至少一個PTC電阻器片的一端時，所述至少 一個PTC電阻器片著火不超過60秒鐘，但火焰在2英寸內熄滅；或者
(c) 當用氣焰燃燒所述至少一個PTC電阻器片的一端時，即使所述 至少一個PTC電阻器片著火，在距離表面1/2英寸厚的區域內，火焰也不 以4英寸/分鐘以上的速度蔓延。
所述至少一個PTC電阻器片包含防液樹脂。所述防液樹脂包括乙烯/ 乙烯醇共聚物、熱塑性聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚丙烯樹脂或離子交聯聚 合物(ionomer)或者它們的組合。所述防液樹脂以10重量％以上，優選 地10-70重量％或最優地30-50重量％的含量包含在所述至少一個PTC電 阻器片中。
所述線路被縫合到所述基底片上。所述線路的直徑等于或小于lmm， 或優選等于或小于0.5mm，并且其電阻率等于或小于1 (fl/m)。形成所 述線路的導電材料可以為銅、錫鍍敷的銅、或銅-銀合金。所述線路以約 70-150mm的間距設置。
所述至少一個PTC電阻器片呈現比基底片高的彈性，且在小于7kgf 的負載下a量大于5%。
所述基底片由從用針穿孔的聚酯纖維形成的非紡織或紡織品制成。所 述片狀發熱元件還包括覆蓋片(cover sheet)，所述覆蓋片由電絕緣材料 制成，且與所述基底片協作以包圍所述線路和所述至少一個PTC電阻器 片。所述覆蓋片由從聚酯纖維形成的非紡織或紡織品制成。所述基底片和 所M蓋片中的至少一者包含阻燃劑。
在根據本發明的片狀發熱元件中，所述線路可設置在所述至少一個 PTC電阻器片與所述基底片之間。在替代方案中，所述至少一個PTC電 阻器片設置在所述線路與所述基底片之間。
根據本發明的片狀發熱元件還包括防液膜。所述防液膜可包含乙烯/乙烯醇共聚物、熱塑性聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚丙烯樹脂、或離子交聯
聚合物、或者它們的組合。所述防液膜的厚度為5-100微米，或者優選為 10-50微米。所述防液膜設置在所述至少一個PTC電阻器片與所述基底片 之間。所述防液膜可包括阻燃劑。
所述線路中的至少一條以波形方式延伸。如此設置所述線路，以便多 于兩條線路對所述至少一個PTC電阻器片中的每一個供電。
根據本發明的片狀發熱元件還可包括導電膜，所述導電膜設置在所述 線路與所述至少一個PTC電阻器片之間，且允許所述線路在其上滑動。所 述導電膜由石墨膏或包含石墨的樹脂化合物制成。
所述至少一個PTC電阻器片包括用PTC電阻器材料浸漬的非紡織或
坊織品。
才艮據本發明的所述片狀發熱元件還包括由熱塑性彈性材料制成的覆蓋 膜。所述覆蓋膜可以由基于聚烯烴的熱塑性彈性材料、基于苯乙烯的熱塑 性彈性材料、或基于氨基甲酸乙酯的熱塑性彈性材料、或者它們的組合制 成。
所述基底片和所述至少一個PTC電阻器片中的至少一者可形成有多 個狹縫(slit)或多個缺口 (notch)。


圖1A是現有技術的片狀發熱元件的透明平面視圖。
圖1B是在圖1A中示出的片狀發熱元件的截面視圖。
圖2是現有技術的片狀發熱元件的制造設備的結構的實例的截面簡圖。
圖3是另 一現有技術的片狀發熱元件的截面視圖。
圖4A是本發明的實施例1的片狀發熱元件的平面視圖。
圖4B是在圖4A中示出的片狀發熱元件的截面視圖。
圖4C是在圖4A中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
13圖4D是在圖4A中示出的片狀發熱元件的第二修改實施例的截面視圖。
圖5A是本發明的實施例1的片狀發熱元件被附于其上的車輛座椅的 透明橫向視圖。
圖5B是示于圖5A的座椅的透明前視圖。
圖6A和圖6B是在本發明中使用的聚合物電阻器的實施例1的圖。
圖6C和圖6D是在本發明中使用的聚合物電阻器的實施例2的圖。
圖7A是本發明的實施例2的片狀發熱元件的平面視圖。
圖7B是在圖7A中示出的片狀發熱元件的截面^f見圖。
圖7C是在圖7A中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
圖7D是在圖7A中示出的片狀發熱元件的第二修改實施例的截面視圖。
圖8A是本發明的實施例3的片狀發熱元件的平面視圖。
圖8B是在圖8A中示出的片狀發熱元件的截面#見圖。
圖8C是在圖8A中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
圖8D是在圖8A中示出的片狀發熱元件的第二修改實施例的截面視圖。
圖9A是本發明的實施例4的片狀發熱元件的平面視圖。
圖9B是在圖9A中示出的片狀發熱元件的截面視圖。
圖9C是在圖9A中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
圖9D是在圖9A中示出的片狀發熱元件的第二修改實施例的截面視
圖10A是本發明的實施例5的片狀發熱元件的平面視圖。
圖IOB是在圖10A中示出的片狀發熱元件的截面視圖。
圖IOC是在圖IOA中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
圖IOD是在圖IOA中示出的片狀發熱元件的第二修改實施例的截面視圖。
圖11A是本發明的實施例6的片狀發熱元件的平面視圖。
圖IIB是在圖11A中示出的片狀發熱元件的截面視圖。
圖IIC是在圖IIA中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
圖IID是在圖UA中示出的片狀發熱元件的第二修改實施例的截面視圖。
圖12A是本發明的實施例7的片狀發熱元件的平面視圖。
圖12B是在圖12A中示出的片狀發熱元件的截面視圖。
圖12C是在圖12A中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
圖13A是本發明的實施例8的片狀發熱元件的平面視圖。
圖13B是在圖13A中示出的片狀發熱元件的截面視圖。
圖13C是在圖13A中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
圖13D是在圖13A中示出的片狀發熱元件的第二修改實施例的截面視圖。
圖14A是本發明的實施例9的片狀發熱元件的平面視圖。
圖14B是在圖14A中示出的片狀發熱元件的截面視圖。
圖14C是在圖14A中示出的片狀發熱元件的第一修改實施例的截面視圖。
圖14D是在圖14A中示出的片狀發熱元件的第二修改實施例的截面視圖。
具體實施例方式
下面，參考

本發明的實施例。應注意，本發明不限于這些實
15施例。并且，可以適當地組合對各個實施例特定的結構。 ^炎《趟^斧時豸滋辨/
以下說明使用上述聚合物電阻器的片狀發熱元件的一個實施例。圖4A 是本發明的片狀發熱元件的實施例1的平面視圖，圖4B是沿著線4B-4B 截取的圖4A的片狀發熱元件的截面視圖。
片狀發熱元件40包括絕緣基底41 、第 一線電極42A、第二線電極42B、 以及聚合物電阻器44。線電極42A、 42B有時合稱為線電極42。用線43 將線電極42縫合到絕緣基底41上。以膜的形式在該結構的頂上熱粘附聚 合物電阻器44。
以下面的方式制成片狀發熱元件40。首先，在絕緣基底41上左右對 稱地設置線電極42A、 42B。接下來，用線43將線電極42A、 42B部分地 縫合到絕緣基底41上。接著，例如，使用T模具壓擠機(T-die extruder )， 在絕緣基底41上將聚合物電阻器44壓擠成膜。之后，用層壓機熔接 (mdt-adhere )聚合物電阻器44且使其附到絕緣基底41上。
對聚合物電阻器44的厚度沒有特別限制，但是，當考慮到柔韌性、材 料成本、合適的電阻值、以及施加負載時的強度時，20-200微米的厚度是 合適的，優選30-100微米的厚度。
在將聚合物電阻器44熔接到線電極42和絕緣基底41上之后，對片狀 發熱元件的中心部分穿孔。中心部分被穿孔的位置不限于圖中所示的位置。 存在這樣的情況，其中對中心部分的穿孔是在其他位置，這取決于應用。 為了避免穿孔，必須調整線電極42的布線圖形。
例如，在車輛座椅加熱器中使用上述片狀發熱元件40。在這種情況下， 如圖5A和5B中所示，將片狀發熱元件40附設于座椅部分50上和以從座 椅部分50隆起的方式設置的靠背51上。座椅部分50和靠背51具有座椅 基體材料52和覆蓋座椅基體材料52的座套53。座椅基體材料52由諸如 氨基曱酸乙酯墊的柔韌性材料形成，并且當由乘坐的人施加負載時改變其 形狀，而當負栽移除時恢復其原形。以聚合物電阻器44側面向座椅基體材 料52且絕緣基底41面向座套53的方式附設片狀發熱元件40。因為片狀發熱元件40具有PTC特性，因此，由于溫度快速上升，耗 費的能量很少。沒有PTC特性的發熱元件必須有額外的溫度控制器。該額 外的溫度控制器通過接通和關斷電流來控制發熱溫度。特別地，當發熱元 件具有線路熱射線時，在線性熱射線之間存在多個低溫部位。為了盡可能 多地減少這些低溫部位，在沒有PTC特性的發熱元件的情況下，接通時發 熱溫度升高至約80。C。由此，沒有PTC特性的發熱元件必須被設置在座 椅內距離座套53 —定距離的深度處。
比較而言，在具有PTC特性的片狀發熱元件40的情況下，發熱溫度 自動控制在40'C-45'C的范圍內。由于在這樣的片狀發熱元件40中發熱溫 度保持為較低，其可以被設置為靠近座套53。此外，由于發熱元件設置在 座套53附近，其可以將熱量快速傳送給乘坐的乘客。并且，由于發熱溫度 保持較低，可以降低能量消耗。
接下來進一步說明本發明的片狀發熱元件43的詳細結構。圖6A-圖6D 示出在本發明的片狀發熱元件中使用的聚合物電阻器44的實例。圖6A和 圖6B示出使用諸如炭黑的顆粒狀導體的聚合物電阻器44。圖6C和圖6D 示出使用纖維導體的聚合物電阻器。圖6A和6C示出在室溫下聚合物電阻 器"的內部結構，圖6C和6D示出當溫度從圖6A和6B所示的狀態升高 時的內部結構。
圖6A和圖6B所示的聚合物電阻器44具有諸如炭黑的顆粒狀導體60。 顆粒狀導體60在樹脂成分62中形成點接觸，從而形成導電通路。當在電 極42A和42B之間施加電流時，電流流過顆粒狀導體60，從而聚合物電 阻器44變熱。隨著聚合物電阻器44變熱，樹脂成分62擴展。由此，如圖 6B中所示，由顆粒狀導體60產生的電通路被切斷。結果，聚合物電阻器 44的電阻率大幅增力口。
圖6C和圖6D所示的聚合物電阻器44使用纖維導體61作為導體。這 些纖維導體61位于樹脂成分62內縱向上彼此的頂部上。當在電極42A和 42B之間施加電流時，該聚合物電阻器44也變熱，并且隨著其變熱，聚合 物電阻器44的電阻率大幅增加。纖維導體61的實例包括由錫鍍敷的和銻摻雜的氧化鈥制成的導電陶 瓷纖維、基于鈦酸鉀的導電陶瓷觸須、銅或鋁金屬纖維、其表面上形成有 導電層的金屬鍍敷的玻璃纖維、碳纖維、碳納米管、或由聚苯胺形成的纖 維導電聚合物等。并且，可以使用薄片(flake)導體來替代纖維導體61。 薄片導體的實例包括諸如在其表面上形成有導電層的云母薄片的陶瓷薄 片、銅或鋁等的金屬薄片、或者薄片石墨。
上述導體可以單獨使用或者混合兩種以上使用，根據所希望的PTC特 性適當地選擇該導體。
通過混合呈現PTC特性的反應性樹脂和與該反應性樹脂反應的活性 樹脂，形成聚合物電阻器44的樹脂成分62。反應性樹脂優選為具有g 的改性聚乙烯。活性樹脂優選為具有環氧基的改性聚乙烯。通過將它們混 合在一起，反應性樹脂中的羰基與活性樹脂中的環氧基的氧化學鍵合，從 而聚合物電阻器在其內部具有交聯結構。
與其中樹脂成分62僅由反應性樹脂形成的情況相比，由于該交聯結 構，聚合物電阻器44的熱膨脹比率的溫度特性和熔化溫度特性更穩定。由 于活性樹脂和反應性樹脂因交聯結構而牢固鍵合，即使在反復冷卻和加熱 而導致反復熱膨脹和熱收縮的條件下，聚合物電阻器也保持熱膨脹比率的 溫度特性和熔化溫度特性，從而抑制隨著時間的推移熱膨脹比率的溫度特 性和熔化溫度特性的變化。換句話說，即使隨著時間的推移，聚合物電阻 器44仍保持恒定的熱膨脹比率的溫度特性和恒定的熔化溫度特性。
除了通過氧之外，還可以通過氮發生該交聯反應。如果通過攪拌混合 包含具有至少氧或氮的官能團的活性樹脂和具有能夠與該官能團反應的官 能團的反應性樹脂，則發生交聯反應。下面給出活性樹脂的官能團和反應 性樹脂的官能團的除了上述環氧基和l^之外的實例。
除了羰基之外，反應性樹脂的官能團的實例包括加聚的(in addition polymerization)環氧基、羧基、酯基、羥基、氨基、乙烯基、馬來酐基、 以及喁唑啉基。除了環氧基之外，活性樹脂的官能團的實例包括喁唑啉基 和馬來酐基。
18由于車輛座椅加熱器需要在40-50。C的相對低的發熱溫度下變熱，因 此，呈現PTC特性的反應性樹脂可以優選為低熔點的改性的烯烴樹脂，例 如乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙晞/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸甲 酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物、或其他酯型 乙烯共聚物。
不一定需要通過攪拌來混合反應性樹脂和活性樹脂而制備樹脂成分 62。即使使用反應性樹脂本身，也可呈現PTC特性。因此，如果允許隨著 時間推移PTC特性在一定程度上改變，則可以使用反應性樹脂本身。當使 用反應性樹脂本身時，根據所希望的PTC特性值來適當地選擇反應性樹脂 的種類。
在上述說明中，使活性樹脂和反應性樹脂反應，以使樹脂成分62的反 應性樹脂具有交聯結構。然而，可以使用與活性樹脂不同的交聯劑。并且， 還可以不使用活性樹脂，而是通過用電子束輻射反應性樹脂，在反應性樹 脂中形成交聯結構。在這種情況下，可以使用不具有上述官能團的反應性 樹脂。
由于聚合物電阻器44是柔韌性膜，當對片狀發熱元件40施加外力時， 聚合物電阻器44以與絕緣基底41相同的方式拉伸和改變其形狀。聚合物 電阻器44應與絕緣基底41的柔韌性相同，或者比絕緣基底41更柔韋刃。如 果聚合物電阻器44與絕緣基底41的柔韌性相同或者比絕緣基底41更柔 韌，則聚合物電阻器44的耐用性和可靠性提高，這是因為，絕緣基底41 具有比聚合物電阻器44大的機械強度，并且當施加外力時，絕緣基底41 用于限制聚合物電阻器44的拉伸或形狀改變。
如果在車輛座椅加熱器中使用聚合物電阻器44，對于聚合物電阻器44 而言，包含阻燃劑會更加有利。車輛座椅加熱器必須滿足美國FMVSS302 的可燃性標準。具體地，其必須滿足下列條件中的任何一條
(1 )當用氣焰燃燒聚合物電阻器44的一端且在60秒鐘后熄滅該氣焰 時，即使聚合物電阻器44被燒焦，該聚合物電阻器44本身也不燃燒。
(2)當用氣焰燃燒聚合物電阻器44的一端時，聚合物電阻器44著火不超過60秒鐘，但火焰在2英寸內熄滅。
(3)當用氣焰燃燒聚合物電阻器44的一端時，即使聚合物電阻器44 著火，在距離表面1/2英寸厚的區域內，火焰不以4英寸/分鐘以上的速度 蔓延。
不可燃性定義如下。用氣焰燃燒樣品的一端60秒鐘。當在60秒鐘后 熄滅該火焰時，即使在該樣品上殘留有被燒焦的殘留物，該樣品也不燃燒。 自熄滅是指樣品著火不超過60秒鐘，并且所燃燒的部分在2英寸內。
阻燃劑可以為基于磷的阻燃劑，例如磷酸銨或磷酸三曱苯酯；基于 氮的化合物，例如三聚氰胺、胍或脒基脲；或基于硅氧烷的化合物；或這 些阻燃劑的組合。可以使用諸如氧化鎂或三氧化銻的無機阻燃劑、或者諸 如基于溴的或基于氯的化合物的基于囟素的阻燃劑。
如果阻燃劑在室溫下為液體，或者具有這樣的熔點，以便其在混合溫 度下熔化，則特別有利。可以通過使用基于磷的、基于氨的或基于硅氧烷 的化合物中的至少一種，提高聚合物電阻器44的柔韌性，從而提高片狀發 熱元件的才幾械耐用性和柔韌性。
如下確定所添加的阻燃劑的量。如果存在很少的阻燃劑，不可燃性變 差，不能滿足不可燃性的上述條件中的任何一條。鑒于此，所添加的阻燃 劑的相對于聚合物電阻器44的量應為5重量％以上。然而，當阻燃劑的量 增加時，樹脂成分62與包含在其中的導體60或導體61之間的成分均衡變 差，聚合物電阻器44的電阻率增大，從而PTC特性變差。鑒于此，所添 加的阻燃劑的相對于聚合物電阻器44的量優選為10-30重量％，最優為 15-25重量％。
向聚合物電阻器44中添加防液樹脂是有利的，從而使聚合物電阻器 44具有防液性。防液性防止聚合物電阻器44由于與液體化學物接觸而劣 化，這些液體化學物為，例如包括發動機油、諸如制動油的極性油和其他 油的無機油、或者諸如稀釋劑和其他有機溶劑的低分子量溶劑。
當聚合物電阻器44與上述液體化學物接觸時，包含大量非晶樹脂的樹 脂成分62容易擴展和體積變化，以致導體的導電通路被切斷，且電阻增大。該現象等同于由熱引起的體積(或PTC特性)變化。當聚合物電阻器44 與上述液體化學物接觸時，即使液體干燥后，也不能恢復初始電阻率值。 即使電阻率值恢復，恢復也要花費時間。
為了使聚合物電阻器44具有防液性，向聚合物電阻器44中添加高度 結晶性的防液樹脂，以1更樹脂成分62和導體60、 61部分地化學鍵合到該 防液樹脂上。結果，即使聚合物電阻器44與上述液體化學物接觸，也能抑 制樹脂成分62的擴展。
防液樹脂包含選自乙烯/乙烯醇共聚物、熱塑性聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、 聚丙烯樹脂或離子交聯聚合物中的至少 一種，或者可使用這些防液樹脂的 組合。這些防液樹脂不僅使聚合物電阻器44具有防液性，而且它們還起著 防止樹脂成分62的柔韌性降低的作用。換句話說，這些防液樹脂保持聚合 物電阻器44的柔韌性。
所添加的防液樹脂的量優選為相對于聚合物電阻器44中的樹脂成分 62的10重量％以上。從而，聚合物電阻器44的防液性提高。然而，當存 在大量防液樹脂時，聚合物電阻器44本身將硬化，其柔韌性將降低。并且， 導體將被俘獲在防液樹脂內，即使在溫度升高時導電通路也幾乎不能被切 斷，因而PTC特性將最終降低。因此，為了保持聚合物電阻器的柔韌性且 維持有利的PTC特性，防液樹脂的量優選在10-70重量％的范圍內，最優 在30-50重量％的范圍內。
進行下面的測試，以調查上述防液樹脂的作用。首先，制備不包含防 液樹脂的聚合物電阻器44，并且制備分別包含不同的防液樹脂(50重量％ ) 的多個聚合物電阻器44。將上述液體化學物滴到這些聚合物電阻器44上， 并且使它們擱置24小時。在對這些聚合物電阻器44施加電流24小時后， 使它們在室溫下擱置24小時。在測試之前和之后測量這些聚合物電阻器的 電阻率值。發現不包含防液樹脂的聚合物電阻器44顯示出與測試之前相比 提高了 200-300倍的電阻率。
比較而言，在所有包含防液樹脂的聚合物電阻器44中，與測試之前相 比電阻率增加了不大于1.5-3倍。該測試表明，向聚合物電阻器44中添加防液樹脂可以抑制形成聚合物電阻器44的樹脂成分62的擴展，該擴展是 由與諸如有機溶劑或飲料的液體化學物接觸而引起的。換句話說，通過向
聚合物電阻器44中添加防液樹脂，可以使聚合物電阻器44的電阻率穩定， 并且片狀發熱元件可以具有高水平的耐用性。
在片狀發熱元件40的縱向方向上在兩行中設置彼此面對而設置的一 對線電極42A、 42B。如此設置聚合物電阻器44,以l更分別覆蓋在這對線 電極42A、 42B上。當從線電極42A、 42B對聚合物電阻器44供電時，電 流流到聚合物電阻器44，從而聚合物電阻器44發熱。
利用聚酯線43，使用縫合機器將線電極42縫合到絕緣基底41上。由 此，線電極42被牢固地附于絕緣基底41上，使其能夠隨著絕緣基底41 改變形狀而改變其形狀，從而提高片狀發熱元件的機械可靠性。
線電極42由至少金屬導體線和/或其中金屬導體線絞合在一起的絞合 金屬導體線形成。金屬導體線材料可以是銅、錫鍍敷的銅、或銅-銀合金。 從機械強度的觀點，使用銅-銀合金時有利的，這是因為其具有高的抗拉強 度。具體地，通過將19根具有0.05微米直徑的銅-銀合金線絞合在一起， 形成線電極42。
線電極42的電阻應盡可能低，并且沿著線電極42的電壓降應很小。 如此選擇線電極42的電阻，以4更對片狀發熱元件施加的電壓的電壓降為 1V以下。換句話說，線電極42的電阻率為1Q/m以下是有利的。如果線 電極"的直徑大，其在片狀發熱元件44中形成凸起，導致在其上乘坐時 的舒適感的損失。因此，直徑應為lmm以下，并且為了在其上乘坐時感 覺更舒適，希望直徑為0.5mm以下。
線電極42A、 42B之間的距離應在約70-150mm的范圍內。為了實用， 線電極42A、 42B之間的距離應為約100mm。如果電極之間的距離小于約 70mm，當人坐在片狀發熱元件"上且，壓在線電極42上時，有可能 負載和撓曲力會使得線電極42斷裂或受損。另一方面，如果電極之間的距 離大于150mm，則聚合物電阻器44的電阻率必須降低到非常低的水平， 4吏得難以制成具有PTC特性的有用的聚合物電阻器44。如果線電極42A、 42B之間的if巨離為70mm,由于如上所述聚合物電 阻器44的膜厚度為20-200微米，優選為30-100微米，聚合物電阻器44 的電阻率應在約0.0016-0.016fi/m的范圍內，優選為約0.0023-0.0078Q/m。 此外，如果線電極42A、 42B之間的距離為100mm，則聚合物電阻器44 的電阻率應在約0.0011-0.011Q/m的范圍內，優選為約0.0016-0.0055H/m。 并且，如果線電極42A、 42B之間的距離為150mm，則聚合物電阻器44 的電阻率應在約0.0007-0，007ft/m的范圍內，優選為約0.001 l-0.0036il/m。
應注意，在該實施例中，使用線電極作為電極，但本發明不限于此， 也可以使用金屬箔電極、或者通過銀膏的絲網印刷制成的電極膜等。
可以將由使用穿孔針穿孔的聚酯纖維形成的非紡織品用于絕緣基底 41。也可以使用由聚酯纖維形成的紡織品。該絕緣基底41使片狀發熱元件 44具有柔韌性。如果施加外力，片狀發熱元件44可容易地改變其形狀。 因此，如果其被用于車輛座椅加熱器中，在其上乘坐的舒適感提高。片狀 發熱元件具有與座套材料相同的a特性。具體地，在7kgf以下的負載下， 其最大^5%。
如上所述，線電極42被縫合到絕緣基底41上。由于縫合，在絕緣基 底"中形成針孔，但上述非紡織品或紡織品可以防止裂紋從針孔展開。 聚酯纖維的非紡織品或紡織品具有良好的透氣性，并且當用作車輛座
椅加熱器或方向盤加熱器時，潮氣不會聚集。由此，即使長時間地在其上 乘坐或抓握，也會保持最初的舒適感，且非常舒適。并且，由于乘客乘坐 時不發出像坐在紙上那樣的聲音，即使在其內部放置片狀發熱元件40，座 椅也不損失其舒適感。
并且，希望通過用上述阻燃劑浸漬絕緣基底42而具有不可燃性。阻燃 劑的相對于絕緣基底41的量應為5重量％以上。然而，當所添加的阻燃劑 的量增加時，片狀發熱元件40的制造成本提高。另外，絕緣基底41的物 理特性變差。鑒于此，所添加的阻燃劑的相對于絕緣基底41的量優選為 10-30重量％，最優為15-25重量％。
片狀發熱元件也可具有圖4C所示的類型的防液膜45。防液膜45粘附到絕緣基底41上。以如下方式制成圖4C所示的片狀發熱元件40。首先， 例如，使用T模具，在絕緣基底41上以膜的形式壓擠出防液樹脂，形成 防液膜45。接著，將線電極42A、 42B設置在防液膜45上，且用線43縫 合到絕緣基底41和防液膜45上。接著，使用T模具壓擠，在防液膜45 上以膜的形式壓擠出聚合物電阻器44 。聚合物電阻器44將線電極42熱粘 附至防液膜45。
如此附設片狀發熱元件40，以便絕緣基底41將接觸其中液體化合物 可滲透的位置。由此，即使液體化學物滲透到絕緣基底41，其也受到防液 膜45的保護，從而化學物不能到達聚合物電阻器44。換句話說，防液膜 45防止化學物與聚合物電阻器44之間的接觸。如果片狀發熱元件具有防 液膜45,則聚合物電阻器44不需要具有防液特性。
防液膜45的材料可以為乙烯/乙烯醇共聚物、熱塑性聚酯樹脂、聚酰 胺樹脂、聚丙烯樹脂或離子交聯聚合物，它們可以被單獨或組合使用。
從片狀發熱元件40的柔韌性的角度，防液膜45應很薄，但為了獲得 防液性，厚度應在5-100微米的范圍內。根據制造生產率和成本，10-50獨t 米的厚度是最優的。
此外，可以向防液膜45中添加上述阻燃劑。所添加的阻燃劑的相對于 防液膜45的量優選為10-30重量％，最優為15-25重量％。
并且，片狀發熱元件可以具有圖4D所示的類型的第二絕緣基底46。 以如下方式制成圖4D的片狀發熱元件。首先，在第一絕緣基底41上左右 對稱地設置線電極42A、 42B，并且用線43將線電極42A、 42B分別部分 地縫合在第一絕緣基底41上。接著，使用T模具壓擠以壓擠出膜，在第 二絕緣基底46上形成聚合物電阻器44。然后，使用諸如層壓機的設備， 通過熱粘合將第一絕緣基底41和第二絕緣基底46接合在一起，以使線電 極42和聚合物電阻器44形成接觸。
用與第一絕緣基底41相同的材料和規格形成第二絕緣基底46。可以 用上述阻燃劑浸漬第二絕緣基底46。所添加的阻燃劑的相對于絕緣基底46 的量必須為5重量°/。以上，優選為10-30重量％,最優為15-25重量％。
24由于片狀發熱元件40的兩側分別被第一絕緣基底41和第二絕緣基底 46覆蓋，片狀發熱元件40本身的緩沖效果增強。由此，如果用于車輛座 椅加熱器中，在其上乘坐時舒適感增強。此外，第二絕緣基底46保護聚合 物電阻器44不^L碰撞和刮擦。
另外，當在車輛加熱器中或在諸如使發熱元件經受由滑動構成的恒定 外力的條件下使用發熱元件時，第二絕緣基底46防止聚合物電阻器44的 磨損和損傷。由于聚合物電阻器44被兩個絕緣基底完全覆蓋，片狀發熱元 件的電絕緣特性提高。
并且，圖4C所示的發熱元件40可以具有第二絕緣基底46。
,炎發趟^伴^,滋浙2
圖7A是本發明的實施例2的片狀發熱元件70的平面視圖，圖7B是 沿著圖7A中的線7B-7B截取的截面視圖。該結構與實施例1的結構(參 見圖4A)的區別在于，在絕緣基底41上以波形線設置線電極71。
如圖7A中所示，線電極71以波形線設置在絕緣基底41上，并且通 過線43被附設。根據該結構，當對片狀發熱元件70施加外力時，由于線 電極71以波形線設置，就長度而言具有可允許的誤差(leeway)，因此它 們容易地響應于張力、拉伸和彎曲而改變形狀。因此，波形線電極71具有 優于如圖4A中所示的以直線設置的線電極42的相對于外力的機械強度。
此外，在波形線電極71經過的區域中，對聚合物電阻器44施加的電 壓變得均勻，并且聚合物電阻器44的發熱溫度分布變得均勻。
并且，片狀發熱元件70可具有在實施例1中所述的防液膜45 (參見 圖7C )。使用線43，在絕緣基底41上將波形線電極71縫合到防皿45 上。
另外，片狀發熱元件可具有在實施例1中所述的第二絕緣基底46 (參 見圖7D )。如圖7D所示的被第二絕緣基底46覆蓋的片狀發熱元件70也 可具有圖7C所示的防液膜。
^炎Jt趟^伴辨^施辨J
圖8A是本發明的實施例3的片狀發熱元件的平面視圖，圖8B是沿著圖8A中的線8B-8B截取的截面視圖。該結構與實施例1的結構(參見圖 4A)的區別在于，在線電極對42之間設置輔助線電極81。換句話說，輔 助線電極81設置在線電極對42之間，并且與線電極42的情況相同地，使 用由聚酯纖維等制成的線82，通過縫合機器縫合到絕緣基底41上。
在圖4A中所示的結構中，聚合物電阻器44傾向于在線電極42之間 不均勻地發熱，并且那部分的電阻率增大，使得電勢集中在那里。如果持 續這種狀態，與其他部分相比，聚合物電阻器44的那部分的溫度升高較多， 導致公知的熱線(hot-line )現象。通過如圖8A中那樣設置輔助線電極81, 在整個聚合物電阻器44內電勢變得均勻，從而發熱溫度變得均勻。因此， 可以防止在聚合物電阻器44的部分中發生熱線現象。
應注意，與線電極42類似地，輔助線電極81由金屬導體或絞合金屬 導體形成。
在圖8A和8B中，在線電極對42之間設置兩個輔助線電極81。但輔 助線電極81的數量不限于此，并且可以根據聚合物電阻器44的尺寸、線 電極42之間的距離以及所需要的熱分布，確定該數量。
在圖8A中，輔助線電極81被設置為基本平行于線電極對42。但其設 置不限于此，還可以在線電極對42之間以Z字形(zig-zag)配置設置輔 助線電極81。
并且，可以〗象如圖7A和7B所示的實施例2的線電極71那樣以波形 配置來設置輔助線電極81。當然，可以組合波形線電極71和波形輔助線 電極81。
片狀發熱元件80可具有在實施例1中所述的防液膜45(參見圖8C)。 使用線43、 82，將線電極42和輔助線電極81縫合到防液膜45上和絕緣 基底41上。
另外，片狀發熱元件80可具有在實施例1中所述的第二絕緣基底46 (參見圖8D)。該配置也可具有圖8C所示的防液膜以及圖8D所示的第 二絕緣基底。
,炎'發'^^斧付《滋辨4圖9A是本發明的實施例4的片狀發熱元件90的平面視圖。圖9B是 沿著圖9A中的線9B-9B截取的截面視圖。該結構與實施例1的結構(參 見圖4A)的區別在于，通過在絕緣基底41與線電極42之間插入聚合物電 阻器44，設置聚合物電阻器44。
如下制成實施例4的片狀發熱元件卯。首先，在絕緣基底41上熱層 壓聚合物電阻器44作為膜。接著，將線電極42設置在聚合物電阻器44 上，并且通過縫合機器縫合在絕緣基底41上。對線電極42和聚合物電阻 器44進行熱壓縮處理，從而將線電極42粘附至聚合物電阻器44。由于線 電極42在聚合物電阻器44上，可以容易地檢驗線電極42的設置位置。當 絕緣基底41的中心部分被穿孔以提高柔韌性時，可以可靠地避免對線電極 42的穿孔。
此外，由于線電極42被縫合到絕緣基底41上，而聚合物電阻器44 已被附設于絕緣基底41上，因此，在設置線電極42時有較大的自由度。 通過使將聚合物電阻器44附設于絕緣基底41上的工藝為共享工藝，在該 共享工藝之后可以以各種設置來縫合線電極42以具有各種發熱圖形，從而 可以容易地制成各種不同的片狀發熱元件卯。
并且，在該實施例中，還可以設置圖8A所示的輔助線電極81。
在該實施例中，熱粘附線電極42和聚合物電阻器44。但本發明不限 于此。還可以通過使用導電粘合劑來粘附線電極42和聚合物電阻器44。 還可以通過將它們簡單地壓在一起而以機械接觸的方式電連接線電極42 和聚合物電阻器44。
片狀發熱元件卯還可具有在實施例1中所述的防液膜45(參見圖9C )。 在防液膜45上熱層壓聚合物電阻器44作為膜，然后通過聚合物電阻器44 和防液膜45，將線電極42縫合到絕緣基底41上。
片狀發熱元件卯還可具有在實施例1中所述的第二絕緣基底46 (參 見圖9D)。另外，如圖9D所示的片狀發熱元件90在壓聚合物電阻器44 與第一絕緣基底41之間可具有圖9C所示的防液膜。
,炎'發,趟^伴的《滋辨5圖10A是本發明的實施例5的片狀發熱元件100的平面視圖。圖10B 是沿著圖10A中的線IOB-IOB截取的截面視圖。該結構與實施例4的結構 (參見圖9A)的區別在于，在聚合物電阻器44與線電極42之間設置導電 帶(conductive strip ) 101，線電極42可在該導電帶101上滑動。
如下制成實施例5的片狀發熱元件100。在絕緣基底41上熱層壓聚合 物電阻器44作為膜。之后，在該聚合物電阻器44上安裝導電帶101。接 著，將線電極42設置在導電帶101上且用縫合機器通過導電帶101和聚合 物電阻器44將線電極42縫合到絕緣基底41上。對線電極42和聚合物電 阻器44進行熱壓縮處理，從而將聚合物電阻器44牢固地粘附到線電極42。
例如，由從干燥的石墨膏制成的膜、或由從包含石墨的樹脂化合物制 成的膜，形成導電帶101。當在聚合物電阻器44上安裝導電帶101時，這 些膜被熱層壓到聚合物電阻器44或者印刷到聚合物電阻器44上。
由于線電極42可在導電帶101上滑動，進一步提高了片狀發熱元件 100的柔韌性。由于導電帶101具有優良的導電性，因此通過導電帶101 可以更可靠地電連接線電極42和聚合物電阻器44。
應注意，在該實施例中，還可以額外設置在實施例3 (參見圖8A)中 所述的輔助線電極81。并且，還可以為輔助線電極81設置導電帶101。
在該實施例中，在將聚合物電阻器44粘附到絕緣基底41上之后在聚 合物電阻器44上安裝導電帶101。可以提前將導電帶101附設于聚合物電 阻器44上。
熱粘附線電極42和聚合物電阻器44。但本發明不限于此。還可以通 過使用導電粘合劑來粘附線電極42和聚合物電阻器44。還可以通過將它 們簡單地壓在一起而以機械接觸的方式電連接線電極42和聚合物電阻器44。
片狀發熱元件100還可具有在實施例1中所述的防液膜45 (參見圖 IOC)。在防液膜45上熱層壓聚合物電阻器44作為膜。然后將導電帶101 安裝在聚合物電阻器44上。通過導電帶101、聚合物電阻器44和防皿
45, 將線電極42縫合到絕緣基底41上。片狀發熱元件100可具有第二絕緣基底46，如圖IOD所示。在第二絕 緣基底46上熱層壓聚合物電阻器44作為膜。然后在聚合物電阻器44上安 裝導電帶IOI。另一方面，線電極42被縫合到第一絕緣基底41上。之后， 通過熱壓縮處理使第二絕緣基底46與第一絕緣基底41接合，從而線電極 42與導電帶101形成接觸，形成單元。
,炎Jt趟^斧W^滋辨6
圖11A是本發明的實施例6的片狀發熱元件110的平面視圖。圖11B 是沿著圖11A中的線11B-11B截取的截面視圖。該結構與實施例4的結構 (參見圖9A)的區別在于，設置聚合物電阻器111,替代聚合物電阻器44。 通過用聚合物電阻器浸漬網狀非紡織品或紡織品，制成聚合物電阻器111。
如下制成實施例6的片狀發熱元件110。通過在諸如溶劑的液體中分 散和混合在實施例1-5中所述的聚合物電阻器，制成墨。通過諸如印刷、 涂抹、浸泡等方法，用該墨浸漬網狀非紡織品或紡織品，然后使其干燥， 從而制成聚合物電阻器111。網狀非紡織品或紡織品具有在纖維之間的多 個小孔，并且樹脂電阻器滲透到這些孔中。
接下來，在聚合物電阻器111上設置線電極42，并且用縫合機器將其 縫合到絕緣基底41上。然后通過熱層壓將該聚合物電阻器111粘附到絕緣 基底41。對線電極42和聚合物電阻器111進行熱壓縮處理，從而將聚合 物電阻器44牢固地粘附到線電極42。
在該結構中，由于聚合物電阻器lll由具有多個孔的網狀非紡織品或 紡織品形成，其呈現高的柔韌度，這是因為，在作用于其上的外力下，其 可以容易地改變形狀。
由于聚合物電阻器被保持在非紡織品或紡織品中的孔內，聚合物電阻 器111被緊密粘附到絕緣基底41上，從而提高聚合物電阻器111的機械強 度。
應注意，在該實施例中，用墨型聚合物電阻器浸漬網狀非紡織品或紡 織品。還可以對網狀非紡織品或紡織品進^f亍熱壓縮處理，以用膜型或薄片 型聚合物電阻器浸漬非紡織品或紡織品。另外，在該實施例中，熱粘附線電極42和聚合物電阻器111。但本發 明不限于此。還可以通過使用導電粘合劑來粘附線電極42和聚合物電阻器 111。還可以通過將它們簡單地壓在一起而以機械接觸的方式電連接線電極 42和聚合物電阻器111。
并且，在該實施例中，還可以設置在實施例3 (參見圖8A)中所述的 輔助線電極81。
片狀發熱元件110還可具有在實施例1中所述的防液膜45 (參見圖 11C)。通過層壓粘附聚合物電阻器111和防液膜45。
片狀發熱元件110可具有第二絕緣基底46，如圖IID所示。用聚合物 電阻器材料浸漬網狀非紡織或紡織品，形成聚合物電阻器111。通過熱層 壓附著聚合物電阻器111和第二絕緣基底46。通過機器將線電極42縫合 到第一絕緣基底41上。通過熱壓縮處理使第一和第二絕緣基底41、 46與 第一絕緣基底41接合，從而線電極42與線電極42和聚合物電阻器111 形成接觸。
可將第二絕緣基底46設置為圖IIC所示的片狀發熱元件IIO。 ,炎發趟元伴的,施鄉7
圖12A是本發明的實施例7的片狀發熱元件120的平面視圖。圖12B 是沿著圖12A中的線12B-12B截取的截面視圖。該結構與實施例1的結構 (參見圖4A)的區別在于，在聚合物電阻器44上進一步設置覆蓋層121。
覆蓋層121由具有電絕緣特性的材料形成。在使用熱層壓將聚合物電 阻器44層壓到線電極42已被附設于其上的絕緣基底41上之后，也通過熱 層壓附設覆蓋層121，以覆蓋聚合物電阻器44。
覆蓋層121具有作為其主要組分的基于聚烯經的熱塑性彈性材料、基 于苯乙烯的熱塑性彈性材料、或其本身使用的基于氨基甲酸乙酯的熱塑性 彈性材料、或作為主要組分使用的這些彈性材料的組合。熱塑性彈性材料 使片狀發熱元件120具有柔韌性。
覆蓋層121保護片狀發熱元件120不受碰撞和刮擦，該碰撞和刮* 損傷片狀發熱元件120。此外，當將發熱元件用于車輛座椅加熱器或者諸如〗吏發熱元件經受由
滑動構成的恒定外力的條件時，覆蓋層121防止聚合物電阻器44的磨損， 因此片狀發熱元件120不會損失其發熱功能。
并且，由于片狀發熱元件120被電隔離，即使對片狀發熱元件120施 加高電壓，其也是安全的。
應如此設置覆蓋層121，以便覆蓋整個聚合物電阻器44。然而，考慮 到柔韌性，優選^f吏用薄的覆蓋層作為覆蓋層121。
片狀發熱元件120還可具有在實施例1中所述的防液膜45 (參見圖 12C )。防液膜45被熱層壓到絕緣基底41上。通過防液膜45將線電極42 縫合到絕緣基底41上。在將聚合物電阻器44熱層壓到防液膜45上之后， 熱層壓覆蓋層121。
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圖13A是本發明的實施例8的片狀發熱元件130的平面視圖。圖13B 是沿著圖13A中的線13B-13B截取的截面視圖。該結構與實施例1的結構 (參見圖4A)的區別在于，至少絕緣基底41和/或聚合物電阻器44具有 多個狹縫131。
如下制造實施例8的片狀發熱元件130。首先，與實施例1中同樣地， 將線電極42設置和縫合在絕緣基底41上。使用T模具壓擠模制，將聚合 物電阻器44壓擠成膜或薄片，并且將聚合物電阻器44熱粘附至絕緣基底 41。在對絕緣基底41的中心部分穿孔以形成狹長的孔之后，使用Thomson 穿孔機，以在聚合物電阻器44和絕緣基底41中形成多個狹縫131。
用Thomson穿孔機穿孔的部位不限于圖中所示的部位。根據車輛座椅 的座套53的形狀，可以在除了圖中所示的部位以外的位置設置穿孔。在這 種情況下，有必要調整線電極42的布線圖形。
此外，可以將線電極42和聚合物電阻器44附設到絕緣基底41上，在 該絕緣基底41上已經形成有通過Thomson穿孔機穿孔的狹縫131。在替 代方案中，聚合物電阻器44可被附設到分隔物(separator)，例如聚丙 烯或脫模紙(未示出)上。接著，通過在附設到絕緣基底41上之前進行穿孔，在聚合物電阻器44中形成狹縫131。在前一種情況下，僅僅在絕緣基 底41中形成狹縫131,而在后一種情況下，僅僅在聚合物電阻器44中形 成狹縫131。
由于在該實施例的片狀發熱元件130中形成多個狹縫131,片狀發熱 元件130可以容易地響應于外力而改變形狀，從而當在其上乘坐時，增強 舒適感。還可認為在絕緣基底41的中心部分中形成的狹長孔用于使片狀發 熱元件130具有柔韌性。然而，狹長孔是為了將片狀發熱元件130附設到 座椅上而設置的，而不是為了使片狀發熱元件130具有柔韌性而設置的。 因此，必須在作用上區分狹長孔與狹縫131。
應注意，還可以在實施例1-7的片狀發熱元件上形成該實施例的狹縫
131。
片狀發熱元件130還可具有在實施例1中所述的防液膜45 (參見圖 13C)。首先，與實施例l中同樣地，通過防液膜45將線電極42縫合到 絕緣基底41上。使用T模具壓擠模制，將聚合物電阻器44壓擠成膜，并 且將聚合物電阻器44熱粘附至線電極42和防液膜45。在對絕緣基底41 的中心部分穿孔之后，使用Thomson穿孔機，以在線電極42之間形成狹 縫131，從聚合物電阻器44穿過到達絕緣基底41。
片狀發熱元件130可具有第二絕緣基底46，如圖13D所示。首先，將 線電極42縫合到第一絕緣基底41上。另 一方面，使用T模具壓擠模制， 將聚合物電阻器44壓擠成膜或薄片，并且將聚合物電阻器44熱粘附至第 二絕緣基底46。通過熱壓縮處理使第一和第二絕緣基底41、 46 ，從 而線電極42與聚合物電阻器44彼此形成接觸。在對第一絕緣基底41和第 二絕緣基底46的中心部分穿孔之后，使用Thomson穿孔機，以形成穿過 第一絕緣基底41、聚合物電阻器44和第二絕緣基底46的狹縫131。
可以通過使用Thomson穿孔機對第一和第二絕緣基底41、 46穿孔， 提前形成狹縫131。在替代方案中，聚合物電阻器44可被附設到分隔物， 例如聚丙烯或脫才莫紙(未示出)上，并且通過穿孔在聚合物電阻器44中形 成狹縫131。在前一種情況下，僅僅在絕緣基底41、 46中形成狹縫131，
32而在后一種情況下，僅僅在聚合物電阻器44中形成狹縫131。 ,炎發,趟^伴#,滋辦9
圖14A是本發明的實施例9的片狀發熱元件140的平面視圖，圖14B 是沿著圖14A中的線14B-14B截取的截面視圖。該結構與實施例8的結構 (參見圖13A)的區別在于，設置多個缺口 141，替代狹縫131。
如下制成實施例9的片狀發熱元件140。首先，將聚合物電阻器44附 設到分隔物，例如聚丙烯或脫模紙(未示出)上，并且對聚合物電阻器44 穿孔以形成缺口 141。接下來，在從聚合物電阻器44去除分隔物之后，使 用熱層壓，將聚合物電阻器44附設到絕緣基底41上，其中在該絕緣基底 41上已縫合有波形線電極71。
由于通過缺口 141，聚合物電阻器44容易地響應于外力而改變形狀， 因此當在其上乘坐時，舒適感增強。
并且，可以在絕緣基底41上形成類似的缺口 141。在這種情況下，這 些缺口 141有效地起著上述作用，使得當在其上乘坐時可以進一步增強舒 適感。
還可以在實施例1-7的片狀發熱元件中形成該實施例的缺口 141。 片狀發熱元件還可具有在實施例1中所述的防液膜45(參見圖14C)。 首先，通過防液膜45將波形線電極71縫合到絕緣基底41上。聚合物電阻 器"被附設到分隔物，例如聚丙烯或脫模紙(未示出)上，并且被穿孔以 在聚合物電阻器44中形成缺口 141。在去除分隔物之后，使用熱層壓機， 將聚合物電阻器44附設到防液膜45上。
片狀發熱元件140可具有第二絕緣基底46，如圖14D所示。首先，聚 合物電阻器44被附設到分隔物，例如聚丙烯或脫模紙(未示出)上，并且 被穿孔以在聚合物電阻器44中形成缺口 141。在將聚合物電阻器44熱層 壓到第二絕緣基底46上之后，去除分隔物。另一方面，在第一絕緣基底 41上以波形縫合線電極42。接著，使用熱壓機，通過熱壓縮處理使第一和 第二絕緣基底接合，從而線電極42與聚合物電阻器44形成接觸，形成單 元。如圖14C所示的片狀發熱元件140可具有第二絕緣基底46。 工業適用性
本發明的片狀發熱元件具有簡單的結構、優良的PTC特性，并且具有 容易地響應于外力而改變形狀的柔韌性。由于該片狀發熱元件可以附設到 具有復雜表面形狀的器具的表面上，因此其可以用于車輛座椅加熱器或方 向盤加熱器中，并且還可以用于需要加熱的諸如地板電發熱器的應用中。 并且，由于優良的制造生產率和低成本，應用范圍廣泛。
權利要求
1.一種片狀發熱元件，包括基底片，其由電絕緣材料制成；線路，其由導電材料制成，且被設置為在所述基底片上在所述線路之間具有間距；以及至少一個PTC電阻器片，其與所述線路電接觸且被配置為以自調節方式響應于來自所述線路的電供給而發熱。
2. 根據權利要求l的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片的厚度為20-200孩史米。
3. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片的厚度為30-100微米。
4. 根據權利要求l的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片包含樹脂成分和導電材料。
5. 根據權利要求4的片狀發熱元件，其中所述樹脂成分包含反應性樹 脂和與所述反應性樹脂交聯的活性樹脂。
6. 根據權利要求4的片狀發熱元件，其中所述導電材料包括炭黑和石 墨中的至少一種。
7. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片可被熱熔以實現與所述線路的電接觸。
8. 根據權利要求l的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片具有范圍在0.0007ft'm與0.016Q.m之間的電阻率。
9. 根據權利要求l的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片具有范圍在0.0011 與0.0078n'rn之間的電阻率。
10. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片包含阻燃劑。
11. 根據權利要求10的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑包括基于磷的 阻燃劑、基于氮的阻燃劑、基于硅氧烷的阻燃劑、無機阻燃劑和基于卣素的阻燃劑中的至少一種。
12. 根據權利要求10的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻 器片滿足以下務fr中的至少一個(a )當用氣焰燃燒所述至少一個PTC電阻器片的一端且在60秒鐘后 熄滅所述氣焰時，即使所述片被燒焦，所迷片也不燃燒；(b) 當用氣焰燃燒所述至少一個PTC電阻器片的一端時，所述片著 火不超過60秒鐘，但火焰在2英寸內熄滅；或者(c) 當用氣焰燃燒所述至少一個PTC電阻器片的一端時，即使所述 片著火，在距離表面1/2英寸厚度的區域內，火焰也不以4英寸/分鐘以上 的速度蔓延。
13. 根據權利要求10的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以5重量％以 上的含量包含在所述至少一個PTC電阻器片中。
14. 根據權利要求10的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以10-30重量 %的含量包含在所述至少一個PTC電阻器片中，
15. 根據權利要求10的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以15-25重量 %的含量包含在所述至少一個PTC電阻器片中。
16. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片包含防液樹脂。
17. 根據權利要求16的片狀發熱元件，其中所述防液樹脂以IO重量 %以上的含量包含在所述至少一個PTC電阻器片中。
18. 根據權利要求16的片狀發熱元件，其中所述防液樹脂以10-70重 量％的含量包含在所述至少一個PTC電阻器片中。
19. 根據權利要求16的片狀發熱元件，其中所述防液樹脂以30-50重 量％的含量包含在所述至少一個PTC電阻器片中。
20. 根據權利要求16的片狀發熱元件，其中所述防液樹脂包括乙烯/ 乙烯醇共聚物、熱塑性聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚丙烯樹脂和離子交聯聚 合物中的至少一種。
21. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器片以自調節的方式在約40'C與約45'C之間發熱。
22. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述線路被縫合到所述基 底片上。
23. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述線路的直徑等于或小 于lmm。
24. 根據權利要求l的片狀發熱元件，其中所述線路的直徑等于或小 于0.5mm。
25. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述線路的電阻率等于或 小于1 (Q/m)。
26. 根據權利要求l的片狀發熱元件，其中形成所述線路的導電材料 為銅、錫鍍敷的銅和銅-銀合金中的任何一種。
27. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中通過將19根具有0.05微 米直徑的銅-銀合金線絞合在一起，形成所述線路。
28. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述線路以約70-150mm 的間距設置。
29. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片呈現等于或高于所述基底片的彈性的彈性。
30. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片在小于7kgf的負載下g量大于5%。
31. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述基底片由從聚酯纖維 形成的非紡織或紡織品制成。
32. 根據權利要求30的片狀發熱元件，其中用針對所述基底片穿孑L。
33. 根據權利要求l的片狀發熱元件，還包括覆蓋片，其由電絕緣材 料制成，且與所述基底片協作以包圍所述線路和所述至少一個PTC電阻器 片。
34. 根據權利要求33的片狀發熱元件，其中所述覆蓋片由從聚酯纖維 形成的非紡織或紡織品制成。
35. 根據權利要求33的片狀發熱元件，其中所述基底片和所ii^蓋片中的至少一者包含阻燃劑。
36. 根據權利要求35的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑包括基于磷的 阻燃劑、基于氮的阻燃劑、基于硅氧烷的阻燃劑、無機阻燃劑和基于卣素 的阻燃劑中的至少一種。
37. 根據權利要求35的片狀發熱元件，其中所述基底片和所i^A蓋片 中的所述至少一者滿足以下條件中的至少一個(a )當用氣焰燃燒所述基底片和所述覆蓋片中的所述至少 一者的一端 且在60秒鐘后熄滅所述氣焰時，即使所述片被燒焦，所述片也不燃燒；(b )當用氣焰燃燒所述基底片和所i^葭蓋片中的所述至少一者的一端 時，所述片著火不超過60秒鐘，但火焰在2英寸內熄滅；或者(c )當用氣焰燃燒所述基底片和所^蓋片中的所述至少一者的一端 時，即使所述片著火，在距離表面1/2英寸厚的區域內，火焰也不以4英 寸/分鐘以上的速度蔓延。
38. 根據權利要求35的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以5重量％以 上的含量包含在所述基底片和所ii^蓋片中的所述至少一者中。
39. 根據權利要求35的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以10-30重量 %的含量包含在所述基底片和所M蓋片中的所述至少 一者中。
40. 根據權利要求35的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以15-25重量 %的含量包含在所述基底片和所述覆蓋片中的所述至少一者中。
41. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述線路設置在所述至少 一個PTC電阻器片與所述基底片之間。
42. 根據權利要求l的片狀發熱元件，還包括防液膜。
43. 根據權利要求42的片狀發熱元件，其中所述防'皿包含乙烯/乙 烯醇共聚物、熱塑性聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚丙烯樹脂和離子交聯聚合 物中的至少一種。
44. 根據權利要求42的片狀發熱元件，其中所述防液膜的厚度為5-100 微米。
45. 根據權利要求42的片狀發熱元件，其中所述防液膜的厚度為10-50微米。
46. 根據權利要求42的片狀發熱元件，其中所述防液膜設置在所述至 少 一個PTC電阻器片與所述基底片之間。
47. 根據權利要求42的片狀發熱元件，其中所述防液膜包含阻燃劑。
48. 根據權利要求47的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑包括基于磷的 阻燃劑、基于氮的阻燃劑、基于硅氧烷的阻燃劑、無機阻燃劑和基于卣素 的阻燃劑中的至少一種。
49. 根據權利要求47的片狀發熱元件，其中所述防液膜滿足以下條件 中的至少一個(a )當用氣焰燃燒所述防液膜的一端且在60秒鐘后熄滅所述氣焰時， 即使所述基底片被燒焦，所述防液膜也不燃燒；(b) 當用氣焰燃燒所述防液膜的一端時，所述防液膜著火不超過60 秒鐘，但火焰在2英寸內熄滅；或者(c) 當用氣焰燃燒所述防液膜的一端時，即使所述防液膜著火，在距 離表面1/2英寸厚的區域內，火焰也不以4英寸/分鐘以上的速度蔓延。
50. 根據權利要求47的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以5重量％以 上的含量包含在所述防液膜中。
51. 根據權利要求47的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以10-30重量 %的含量包含在所述防液膜中。
52. 根據權利要求47的片狀發熱元件，其中所述阻燃劑以15-25重量 %的含量包含在所述防液膜中。
53. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述線路中的至少一條以 波形方式延伸。
54. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中如此設置所述線路，以便 多于兩條線路對所述至少一個PTC電阻器片中的每一個供電。
55. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片設置在所述線路與所述基底片之間。
56. 根據權利要求1的片狀發熱元件，還包括導電膜，其設置在所述線路與所述至少一個PTC電阻器片之間，且允許所述線路在其上滑動。
57. 根據權利要求56的片狀發熱元件，其中所述導電膜由石墨膏和包 含石墨的樹脂化合物中的一種制成。
58. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述至少一個PTC電阻器 片包括用PTC電阻器材料浸漬的非紡織品或紡織品。
59. 根據權利要求l的片狀發熱元件，還包括由熱塑性彈性材料制成 的覆蓋膜。
60. 根據權利要求59的片狀發熱元件，其中所述覆蓋膜由基于聚烯烴 的熱塑性彈性材料、基于苯乙烯的熱塑性彈性材料和基于氨基甲酸乙酯的 熱塑性彈性材料中的至少 一種制成。
61. 根據權利要求1的片狀發熱元件，其中所述基底片和所述至少一 個PTC電阻器片中的至少一者形成有多個狹縫。
62. 根據權利要求l的片狀發熱元件，其中所迷基底片和所述至少一 個PTC電阻器片中的至少一者形成有多個缺口。
全文摘要
根據本發明的片狀發熱元件包括基底片，其由電絕緣材料制成；以及線路，其由導電材料制成，且被設置為在所述基底片上在所述線路之間具有間距。所述片狀發熱元件還包括至少一個PTC電阻器片，所述PTC電阻器片與所述線路電接觸且被配置為以自調節方式響應于來自所述線路的電供給而發熱。所述至少一個PTC電阻器片可包括阻燃劑和/或防液樹脂。根據本發明的片狀發熱元件具有優良的柔韌性、耐用性和可靠性以及低的制造成本。當在車輛座椅加熱器中或在方向盤加熱器中使用本發明的片狀發熱元件時，在其上乘坐時乘客感覺舒適，而當觸摸方向盤時司機感覺舒適。
文檔編號H05B3/34GK101578913SQ200880001410
公開日2009年11月11日 申請日期2008年1月22日 優先權日2007年1月22日
發明者中島啟造, 宇野克彥, 梅田章廣, 石井隆仁, 福田祐 申請人:松下電器產業株式會社