Листовой нагревательный элемент

Листовой нагревательный элемент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к нагревательному элементу и, в частности, настоящее изобретение относится к листовому нагревательному элементу с прекрасной характеристикой положительного температурного коэффициента (РТС). Листовой нагревательный элемент является столь гибким, что его можно крепить к поверхности бытовых приборов любой формы.

Предшествующий уровень техники

Характеристика положительного температурного коэффициента - это характеристика, заключающаяся в росте сопротивления вместе с ростом температуры. Листовой нагревательный элемент, обладающий такой характеристикой положительного температурного коэффициента, обладает свойством саморегулирования излучаемой теплоты. До сих пор в тепловыделяющих элементах, таких как листовой нагревательный элемент, использовался резистор. Такой резистор формировался из резистивных чернил (resistor ink) с полимерной основой и электропроводным материалом, диспергированным в растворителе.

Этими резистивными чернилами осуществляют печать на материале основы, образуя нагревательный элемент. Чернила сушат, а затем спекают для формирования резистора в виде листа (см. патентную ссылку 1, патентную ссылку 2 и патентную ссылку 3). Такой резистор излучает теплоту при пропускании через него электрического тока. Электропроводным материалом, применяемым в резисторах такого типа, обычно является сажа, металлический порошок, графит и т.п. В качестве полимерной основы обычно используют кристаллический полимер. Листовой нагревательный элемент, формируемый из таких материалов, обладает положительным температурным коэффициентом.

На фиг. 1А приведен прозрачный вид сверху листового нагревательного элемента по предшествующему уровню техники, описанного в патентной ссылке 1. Для простоты описания на чертеже представлен вид внутренней структуры нагревательного элемента. На фиг. 1В приведено сечение по линии 1В-1В на фиг. 1А. Как показано на фиг. 1А и 1В, листовой нагревательный элемент 10 содержит подложку 11, пару электродов 12, 13, полимерный резистор 15 и покрывающий материал 15. Электроды 12, 13 образуют форму гребенки. Подложка 11 является материалом, обладающего электроизоляционными свойствами, который выполнен из полимера, например, в форме полиэфирной пленки.

Электроды 12, 13 выполнены путем нанесения проводящей пасты, такой как серебряная паста, на подложку 11, после чего пасту высушивают. Полимерный резистор 14 находится в электрическом контакте с электродами 12, 13, имеющими форму гребенки и эти электроды подают на полимерный резистор питание. Полимерный резистор 14 имеет положительный температурный коэффициент. Полимерный резистор 14 выполнен из полимерных резистивных чернил и эти чернила нанесены и высушены в положении, при котором возникает электрический контакт с электродами 12, 13 на подложке. Материал 15 покрытия выполнен из того же типа материала, что и материал подложки 11, и защищает электроды 12, 13 и полимерный резистор 14, закрывая их.

Если в качестве материала подложки 11 и материала покрытия 15 используется полимерная пленка, к материалу покрытия 15 заранее приклеивают термопластичная смола 16, такой, как модифицированный полиэтилен. Затем, подложку 11 и материал покрытия 15 прессуют при нагревании. Соответственно, подложка 11 и материал покрытия 15 соединяются. Материал покрытия 15 и термопластичная смола 16 изолируют электроды 12, 13 и полимерный резистор 14 от внешней среды. Поэтому работоспособность листового нагревательного элемента 10 сохраняется длительное время.

На фиг. 2 показано упрощенное сечение конструкции устройства, которое наносит материал покрытия 15. Как показано на чертеже, ламинатор 22 имеет два нагреваемых валка 20, 21, осуществляющих термокомпрессию. В этом процессе подложка 11, на которой заранее сформированы электроды 12, 13 и полимерный резистор 14, и материал покрытия 15, на который заранее нанесена термопластичная смола 16, помещаются один поверх другого и подаются на ламинатор 22. Они подвергаются термокомпрессии горячими валками 21, 22, образую единый листовой нагревательный элемент.

Полимерный резистор, сформированный таким способом, имеет положительный температурный коэффициент, когда величина сопротивления растет с температурой, и при достижении определенной температуры величина сопротивления резко увеличивается. Поскольку полимерный резистор 14 имеет положительный температурный коэффициент, листовой нагревательный элемент 10 обладает свойством саморегулирования температуры.

В патентной ссылке 2 раскрыта композиция, обладающая положительным температурным коэффициентом, выполненная из аморфного полимера, частиц кристаллического полимера, электропроводной сажи, графита, и неорганического наполнителя. Такую композицию, обладающую положительным температурным коэффициентом, диспергируют в органическом растворителе для получения чернил. Затем чернила наносят на полимерную пленку, снабженную электродами, для получения полимерного резистора. Дополнительно, для сшивания полимера осуществляют термообработку. На полимерный резистор в качестве защитного слоя наносят полимерную пленку, тем самым получая готовый листовой нагревательный элемент. Этот листовой нагревательный элемент по патентной ссылке 2 имеет такие же свойства положительного температурного коэффициента при излучении теплоты, что и устройство по патентной ссылке 1.

На фиг. 3 показано сечение другого листового нагревательного элемента согласно предшествующему уровню техники, описанного в патентной ссылке 3. Как показано на фиг. 3, листовой нагревательный элемент 30 имеет гибкую подложку 31. Электроды 32, 33 и полимерный резистор 34 последовательно нанесены на эту гибкую подложку методом печати. Затем поверх них формируют гибкий покрывающий слой 35. Подложка 31 обладает свойствами газового барьера и водонепроницаемости. Подложка 31 содержит полиэфирный нетканый материал, имеющий длинные волокна, и к поверхности этого полиэфирного нетканого материала приклеена термопластичная пленка, например, относящаяся к типу полиуретанов. Подложка 31 может быть пропитана жидкостью, например, полимерными резистивными чернилами.

Покрывающий слой 35 содержит полиэфирный нетканый материал, и к поверхности этого полиэфирного нетканого материала приклеена термопластичная пленка, например, относящаяся к типу полиэфиров. Покрывающий слой 35 также обладает свойствами газового барьера и водонепроницаемости. Покрывающий слой 35 приклеен к подложке 31, закрывая полностью электроды 32, 33, и полимерный резистор 34. Листовой нагревающий элемент 30 согласно патентной ссылке 3 состоит в целом из шести слоев. Такой листовой нагревательный элемент по патентной ссылке 3 также имеет положительный температурный коэффициент, как и устройство по патентной ссылке 1.

В известном листовом нагревательном элементе 10 согласно патентной ссылке 1 и патентной ссылке 2 в качестве подложки 11 использован жесткий материал, например полиэфирная пленка. Кроме того, известный нагревательный элемент 10 имеет пятислойную структуру, выполненную из подложки 11, гребенчатых электродов 12, 13, напечатанных на ней, полимерного резистора 14, и покрывающего материала 15, на который нанесен клеевой слой. По мере увеличения толщины, листовой нагревательный элемент 10 становится все менее гибким. Когда такой листовой нагревательный элемент 10, не обладающий достаточной гибкостью, используют как подогреватель автомобильных сидений, пассажиру неудобно сидеть. Когда такой не обладающий гибкостью листовой нагревательный элемент используется для обогрева рулевого колеса, такое колесо неудобно держать в руках.

Поскольку нагревательный элемент 10 имеет форму листа, например, когда используется в качестве подогревателя автомобильных сидений и когда на нем сидит пассажир, сила прилагается к нагревательному элементу в целом и нагревательный элемент 10 меняет форму. Типично, чем ближе к кромке нагревательного элемента 10, тем больше величина деформации. Поэтому морщины на нагревательном элементе образуются неравномерно. Эти морщины могут привести к возникновению трещин в гребенчатых электродах 12, 13 и в полимерном резисторе 14. Соответственно, такой нагревательный элемент считается недолговечным.

Полиэфирные листы, используемые в подложке 11 и в материале покрытия 15, не обладают вентиляционными свойствами. Поэтому, когда нагревательный элемент 10 используется как подогреватель автомобильного сиденья или как подогреватель рулевого колеса, влага, выделяемая пассажиром или водителем, легко собирается на них. Вождение или езда в течение длительного времени становится очень некомфортабельной.

С другой стороны, в случае листового нагревательного элемента 30 согласно патентной ссылке 3, электроды 32, 33, полимерный резистор 34, подложка 31 и покрывающий слой 35 обладают гибкостью, поэтому при использовании в качестве подогревателя автомобильного сиденья или подогревателя рулевого колеса, сидеть или держать руль удобно. Однако поскольку нагревательный элемент 30 сформирован из шести слоев, недостатком является низкая производительность при изготовлении и высокая себестоимость таких устройств.

Патентная ссылка 1: не прошедшая экспертизу японская патентная заявка № S56-13689.

Патентная ссылка 2: не прошедшая экспертизу японская патентная заявка № Н8-120182.

Патентная ссылка 3: Патент США № 7,049,559.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение решает эти проблемы предшествующего уровня техники и его целью является создание листового нагревательного элемента, обладающего высокими показателями гибкости, долговечности и надежности, а также имеющего низкую себестоимость. Когда листовой нагревательный элемент по настоящему изобретению используется в качестве подогревателя автомобильного сиденья или подогревателя рулевого колеса, пассажиру удобно сидеть, а водителю удобно держать рулевое колесо.

Листовой нагревательный элемент по настоящему изобретению содержит лист подложки, выполненный из электроизолирующего материала, проводника, выполненные из электропроводного материала и расположенные на расстоянии между ними, и листовую подложку. Листовой нагревательный элемент далее содержит по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом, находящийся в электрическом контакте с проводами, и выполненный с возможностью нагреваться с возможностью саморегулирования при подаче на него по проводам электрического тока.

Этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом может иметь толщину 20-200 мкм или, предпочтительно, 30-100 мкм.

Этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом может содержать полимерную композицию и электропроводный материал. Полимерная композиция может содержать реактантную (reactant) смолу и реактивную (reactive) смолу, сшитую с реактантной смолой. Электропроводный материал может содержать по меньшей мере один компонент из ряда, включающего сажу и графит. Этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом может быть выполнен с возможностью плавления под воздействием теплоты для обеспечения электрического контакта с проводниками.

Этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом может иметь электрическое сопротивление в диапазоне от 0,0007 МОм до 0,016 МОм или, предпочтительно, от 0,0011 МОм до 0,0078 МОм.

Этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом может иметь антипирен. Антипирен может содержать по меньшей мере один огнезащитный состав из ряда, включающего фосфорсодержащий огнезащитный состав, огнезащитный состав на основе азота, огнезащитный состав на основе кремния, неорганический огнезащитный состав и огнезащитный состав на основе галогена. Огнезащитный состав содержится в по меньшей мере одном листе резистора с положительным температурным коэффициентом в количестве 5% по весу или более, предпочтительно 10-30% по весу или, оптимально, 5-25% по весу. Благодаря включению огнезащитного состава этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом удовлетворяет по меньшей мере одному из следующих условий:

(а) когда конец этого по меньшей мере одного листа резистора с положительным температурным коэффициентом обжигают пламенем газовой горелки, и пламя газовой горелки гаснет через 60 секунд, этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом не горит, даже если он обуглился.

(b) когда конец этого по меньшей мере одного листа резистора с положительным температурным коэффициентом обжигают пламенем газовой горелки, этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом горит не более 60 секунд, но пламя гаснет в пределах 2 дюймов (50,8 мм), или

(с) когда конец этого по меньшей мере одного листа резистора с положительным температурным коэффициентом обжигают пламенем газовой горелки, даже если этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом воспламеняется, пламя не распространяется быстрее, чем 4 дюйма (101,6 мм) в минуту, на площади толщиной 1/2 дюйма (12,7 мм) от поверхности.

Этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом может содержать влагозащитный полимер. Влагозащитный полимер может содержать сополимер этиленвинилового спирта, термопластичную полиэфирную смолу, полипропиленовую смолу или их комбинацию. Влагозащитный полимер содержится в по меньшей мере одном листе резистора с положительным температурным коэффициентом в количестве 10% по весу или более, предпочтительно 10-70% по весу, или, оптимально, 30-50% по весу.

Провода могут быть пришиты к листу подложки. Провода могут иметь диаметр 1 мм или менее, предпочтительно, 0,5 мм, и сопротивление менее 1 Ом/м. Электропроводным материалом, из которого выполнены провода, может быть медь, медь луженая оловом, или сплав меди и серебра. Провода могут располагаться с интервалом прибл. 70-150 мм.

Этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом может иметь эластичность выше, чем эластичность листа подложки, и растягиваться более чем на 5% под нагрузкой менее 7 кгс.

Лист подложки может быть выполнен либо из нетканого материала, либо из иглопробивной ткани, сформированной из полиэфирных волокон. Листовой нагревательный элемент далее может содержать лист покрытия, выполненный из электроизолирующего материала и взаимодействующий с листом подложки, чтобы охватить провода и этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом. Лист покрытия может быть выполнен либо из нетканого материала, или из ткани, сформированной из полиэфирных волокон. По меньшей мере один из листов подложки или покрытия может содержать огнезащитный состав.

В листовом нагревательном элементе по настоящему изобретению провода могут проходить между этим по меньшей мере одним листом резистора с положительным температурным коэффициентом и листом подложки. В альтернативном варианте, по меньшей этот мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом расположен между проводами и листом подложки.

Листовой нагревательный элемент по настоящему изобретению далее может содержать влагозащитную пленку. Влагозащитная пленка может содержать сополимер этиленвинилового спирта, термопластичную полиэфирную смолу, полиамидную смолу, полипропиленовую смолу, или иономер, или их комбинации. Влагозащитная пленка может иметь толщину 5-100 мкм или, предпочтительно, 10-50 мкм. Влагозащитная пленка расположена между этим по меньшей мере одним листом резистора с положительным температурным коэффициентом, и листом подложки. Влагозащитная пленка может содержать огнезащитный состав.

По меньшей мере один из проводов может проходить зигзагообразно. Провода могут быть проложены так, чтобы на каждый из по меньшей мере одного листа резистора с положительным температурным коэффициентом питание подавали более чем два провода.

Листовой нагревательный элемент по настоящему изобретению далее может содержать электропроводные пленки, расположенные между проводниками и этим по меньшей мере одним листом резистора с положительным температурным коэффициентом. Электропроводные пленки могут быть выполнены из графитовой пасты или смолы, содержащей графит.

Этот по меньшей мере один лист резистора с положительным температурным коэффициентом содержит нетканый материал или ткань, пропитанную резистивным материалом с положительным температурным коэффициентом.

Листовой нагревательный элемент по настоящему изобретению может далее содержать пленку покрытия, выполненную из термопластичного эластомера. Пленка покрытия может быть выполнена из термопластичного эластомера на основе полиолефина, термопластичного эластомера на основе стирола, или термопластичного эластомера на основе уретана, или из их комбинации.

В листе подложки и в по меньшей мере одном листе резистора с положительным температурным коэффициентом может быть выполнено множество прорезей или множество выемок.

Краткое описание приложенных чертежей

Фиг. 1А - прозрачный вид сверху листового нагревательного элемента по предшествующему уровню техники.

Фиг. 1В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 1А.

Фиг. 2 - упрощенный вид в сечении примера конструкции устройства для производства листового нагревательного элемента по предшествующему уровню техники.

Фиг. 3 - вид в сечении другого листового нагревательного элемента по предшествующему уровню техники.

Фиг. 4А - вид сверху листового нагревательного элемента по 1 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 4В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 4А.

Фиг. 4С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг. 4А.

Фиг. 4D - сечение второго модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг. 4А.

Фиг. 5А - прозрачный вид сбоку автомобильного сиденья, к которому прикреплен листовой нагревательный элемент по 1 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 5В - прозрачный фронтальный вид сиденья по фиг. 5А.

Фиг. 6А и 6В - виды 1 варианта полимерного резистора, используемого в настоящем изобретении.

Фиг. 6С и 6D - виды 2 варианта полимерного резистора, используемого в настоящем изобретении.

Фиг. 7А - вид сверху листового нагревательного элемента по 2 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 7В - сечение листового нагревательного элемента, показанного на фиг. 12А.

Фиг. 7С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 7А.

Фиг. 7D - сечение второго модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 7А.

Фиг. 8А - вид сверху листового нагревательного элемента по 3 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 8В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 8А.

Фиг. 8С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 8А.

Фиг. 8D - сечение второго модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 8А.

Фиг. 9А - вид сверху листового нагревательного элемента по 4 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 9В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 9А.

Фиг. 9С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 9А.

Фиг. 9D - сечение второго модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 9А.

Фиг. 10А - вид сверху листового нагревательного элемента по 5 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 10В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 10А.

Фиг. 10С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 10А.

Фиг. 10D - сечение второго модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 10А.

Фиг. 11А - вид сверху листового нагревательного элемента по 6 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 11В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 11А.

Фиг. 11С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 11А.

Фиг. 11D - сечение второго модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 11А.

Фиг. 12А - вид сверху листового нагревательного элемента по 7 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 12В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 12А.

Фиг. 12С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 12А.

Фиг. 13А - вид сверху листового нагревательного элемента по 8 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 13В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 13А.

Фиг. 13С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 13А.

Фиг. 13D - сечение второго модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 13А.

Фиг. 14А - вид сверху листового нагревательного элемента по 9 варианту настоящего изобретения.

Фиг. 14В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 14А.

Фиг. 14С - сечение первого модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 14А.

Фиг. 14D - сечение второго модифицированного варианта листового нагревательного элемента по фиг 14А.

Подробное описание предпочтительных вариантов

Ниже следует описание вариантов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи. Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами. Кроме того, структуры, относящиеся к разным вариантам, можно соответствующим образом комбинировать.

1 вариант листового нагревательного элемента

Далее следует описание варианта листового нагревательного элемента, в котором использован вышеописанный полимерный резистор. На фиг. 4А показан вид сверху 1 варианта листового нагревательного элемента по настоящему изобретению, а на фиг. 4В - сечение листового нагревательного элемента по фиг. 4А по линии 4В-4В.

Листовой нагревающий элемент 40 содержит изолирующую подложку 41, первый проволочный электрод 42А, второй проволочный электрод 42В, и полимерный резистор 44. Проволочные электроды 42А, 42В иногда совместно именуются проволочными электродами 42. Проволочные электроды 42 пришиты к изолирующей подложке 41 нитью 43. Полимерный резистор в форме пленки нанесен поверх них термической адгезией.

Листовой нагревательный элемент 40 изготавливают следующим способом. Сначала проволочные электроды 42А, 42В симметрично размещают на изолирующей подложке 41. Далее проволочные электроды 42А, 42В частично пришивают к изолирующей подложке 41 нитью 43. Затем, используя, например, экструдер с Т-образной головкой, полимерный резистор 44 экструдируют в форме пленки на изолирующую подложку 41. После этого полимерный резистор с помощью ламинатора наплавляют и крепят к изолирующей подложке 41.

Толщина полимерного резистора 44 конкретно не ограничена, но, принимая во внимание гибкость, себестоимость материалов, соответствующую величину сопротивления и прочность при нагрузке, его толщина может составлять 20-200 мкм, предпочтительно, 300-100 мкм.

После того как полимерный резистор 44 наплавлен на проволочные электроды 42 и на изолирующую подложку 41, в центральной части листового нагревательного элемента пробивают отверстие. Положение, в котором пробивают отверстие в центральном участке, не ограничено положением, показанным на чертеже. Имеются случаи, когда пробивают отверстие в центральном участке в других положениях, в зависимости от варианта применения. Во избежание пробивания электродов, схему прокладки проволочных электродов 42 следует изменить.

Вышеописанный листовой нагревательный элемент 40 используется, например, как подогреватель автомобильных сидений. В этом случае, как показано на фиг. 5А и 5В, листовой нагревательный элемент 40 крепится к внутренней части сиденья 50 и к спинке 51, поднимающейся от сиденья 50. Сиденье 50 и спинка 51 выполнены из материала основы 52 сиденья и обивки 53 сиденья, покрывающей материал основы 52 сиденья. Материал основы 52 сиденья выполнен из гибкого материала, например, в форме уретановой подушки, и меняет форму под нагрузкой садящегося человека, а после снятия нагрузки восстанавливает форму. Листовой нагревательный элемент 40 крепится так, чтобы сторона полимерного резистора 44 быта обращена к материалу основы 52 сиденья, а сторона подложки 41 была обращена к обивке 53 сиденья.

Поскольку листовой нагревательный элемент 40 имеет положительный температурный коэффициент, он потребляет не много энергии, так как температура растет быстро. Нагревательный элемент с положительным температурным коэффициентом должен иметь дополнительный регулятор температуры. Этот дополнительный регулятор температуры управляет температурой нагревателя, включая и выключая подачу питания. В частности, когда нагревательный элемент излучает линейные тепловые лучи, между этими лучами возникает несколько мест с пониженной температурой. Для того чтобы максимально сократить такие места с пониженной температурой, в случае нагревательного элемента без положительного температурного коэффициента, при подаче питания температуре поднимается до прибл. 80°С. Поэтому нагревательный элемент без положительного температурного коэффициента приходится размещать в сиденье на некоторой глубине под обивкой 53 сиденья.

Наоборот, в случае листового нагревательного элемента 40, обладающего положительным температурным коэффициентом, температура, до которой он нагревается, автоматически поддерживается на уровне 40-45^оС. Поскольку температура, до которой нагревается такой нагревательный элемент 40, невысока, его можно расположить ближе к обивке 53. Кроме того, поскольку нагревательный элемент расположен рядом с обивкой 53, он может быстро переносить теплоту к сидящему пассажиру. Более того, поскольку температура, до которой он нагревается, невысока, потребление энергии можно сократить.

Далее следует подробное описание конструкции листового нагревательного элемента 43 по настоящему изобретению. На фиг. 6А-6D показаны примеры полимерного резистора 44, используемого в листовом нагревательном элементе по настоящему изобретению. На фиг. 6А-6В показан полимерный резистор 44, в котором используется мелкодисперсный проводник, такой, как сажа. На фиг. 6С и 6D показано полимерный резистор, в котором используется проводящее волокно. На фиг. 6А и 6С показано внутреннее состояние полимерного резистора при комнатной температуре, а на фиг 6С и 6D показан внутреннее состояние полимерного резистора, когда температура поднимается относительно состояния, показанного на фиг. 6А и 6В.

В полимерном резисторе, показанном на фиг. 6А и 6В, используются мелкодисперсные проводники 60, например сажа. Мелкодисперсные проводники 60 входят в точечный контакт в полимерной композиции 62, образуя проводящие каналы. Когда на электроды 42А, 24В подают ток, он течет по мелкодисперсным проводникам 60, нагревая полимерный резистор 44. Когда полимерный резистор 44 нагревается, полимерная композиция 62 расширяется. Поэтому, как показано на фиг. 6В, проводящие каналы, созданные мелкодисперсными проводниками 60, разрываются. В результате сопротивление полимерного резистора 44 резко возрастает.

В полимерном резисторе 44, показанном на фиг. 6С и 6D, в качестве проводников 61 используются волокна. Эти волокна 61 продольно помещены поверх друг друга в полимерной композиции 62, образуя проводящие каналы. Когда на электроды 42А, 42В подают ток, полимерный резистор 44 нагревается и по мере его нагревания сопротивление полимерного резистора 44 резко возрастает.

К примерам волоконных проводников 61 относятся керамические волокна, выполненные из оксида титана, покрытого оловом и с присадками сурьмы, электропроводные керамические волоски на основе титаната калия, медные или алюминиевые металлические волокна, металлизированное стекловолокно с проводящими слоями, сформированными на их поверхности, углеродное волокно, углеродные нанотрубки или проводящие полимерные волокна, выполненные из полианилина и пр. Кроме того, вместо волоконных проводников 61 можно использовать чешуйчатые проводники. К примерам чешуйчатых проводников относятся керамические чешуйки, такие как чешуйки слюды со сформированными на их поверхности проводящими слоями, металлические чешуйки из меди и алюминия и пр., или чешуйчатый графит.

Вышеперечисленные проводники можно использовать индивидуально или в смеси двух или более типов, подобранных так, чтобы создать требуемый положительный температурный коэффициент.

Полимерная композиция 62 полимерного резистора 44 образована путем смешивания реактантной смолы, которая показывает характеристики положительного температурного коэффициента, и реактивной смолы, которая вступает в реакцию с реактантной смолой. Реактантной смолой предпочтительно является модифицированный полиэтилен, имеющий карбоксильную группу. Реактивной смолой предпочтительно является модифицированный полиэтилен, имеющий эпоксидную группу. При смешивании их друг с другом карбоксильные группы в реактантной смоле создают химическую связь с кислородом эпоксидных групп в реактивной смоле, поэтому полимерный резистор содержит сшитую структуру.

Благодаря такой сшитой структуре температурные характеристики коэффициента теплового расширения и характеристики температуры плавления полимерного резистора 44 становятся более стабильными, чем если бы полимерная композиция 62 была сформирована только из реактантной смолы. Поскольку реактантная смола и реактивная смола прочно соединены благодаря сшитой структуре, даже при многократном нагревании и охлаждении, приводящих к многократному тепловому расширению и тепловому сжатию, температурные характеристики коэффициента теплового расширения и плавления этого полимерного резистора сохраняются, поэтому их изменение во времени не проявляется. Другими словами, даже со временем полимерный резистор 44 сохраняет постоянные температурные характеристики коэффициента теплового расширения и постоянную температуру плавления.

Реакция сшивания может происходить не только через кислород, но и через азот. Реакция сшивания происходит, если реактивную смолу, содержащую функциональную группу, включающую по меньшей мере один элемент из ряда, содержащего кислород и азот, и реактантную смолу, обладающую функциональной группой, способной вступать в реакцию с этой функциональной группой, смешивают путем размешивания. Примеры функциональных групп реактантной смолы и функциональных групп реактивной смолы, помимо вышеописанных эпоксидных и карбоксильных групп, приведены ниже.

Примеры функциональных групп реактантной смолы, помимо карбонильных групп, включают эпоксидные группы, карбоксильные группы, группы сложных эфиров, гидроксильные группы, аминовые группы, виниловые группы, группы малеинового ангидрида и оксазолиновые группы в дополнительной полимеризации. Примеры функциональных групп реактивной смолы, помимо эпоксидных групп, включают группы малеинового ангидрида и оксазолиновые группы.

Поскольку подогреватель автомобильного сиденья должен нагреваться до относительно низкой температуры 40-50°С, реактантная смола, обладающая положительным температурным коэффициентом, предпочтительно может быть модифицированной олефиновой смолой с низкой точкой плавления, например, сополимером этиленвинилацетата, сополимером этиленвинилакрилата, сополимером этиленметилметакрилата, сополимером этиленметакриловой кислоты, сополимером этиленбутилакрилата, или другим сополимером этилена эфирного типа.

Композицию 52 смолы необязательно готовить путем смешивания реактантной смолы и реактивной смолы. Положительный температурный коэффициент можно получить даже, если использовать только реактантную смолу. Поэтому, если допускается некоторое изменение положительного температурного коэффициента со временем, можно использовать только реактантную смолу. Когда используется только реактантная смола, ее тип соответственно подбирается в соответствии с требуемой величиной положительного температурного коэффициента.

В вышеописанном примере реактантная смола и реактивная смола вступают в реакцию так, чтобы придать сшитую структуру реактантной смоле в полимерной композиции 62. Однако можно использовать сшивающий агент, не являющийся реактивной смолой. Кроме того, можно также формировать сшитую структуру в реактантной смоле без использования реактивной смолы, вместо этого облучая реактантную смолу электронным лучом. В этом случае можно использовать реактантную смолу, не имеющую вышеописанных функциональных групп.

Поскольку полимерный резистор 44 имеет форму гибкой пленки, то при воздействии внешней силы на листовой нагревательный элемент 40 он растягивается и меняет форму так же, как и изолирующая подложка 41. Полимерный резистор 44 должен иметь такую же или большую гибкость, что и изолирующая подложка 41. Если полимерный резистор 44 имеет такую же или большую гибкость, что и изолирующая подложка 41, то долговечность и надежность полимерного резистора 44 увеличиваются, поскольку изолирующая подложка имеет большую механическую прочность, чем полимерный резистор 44, и, когда прилагается внешняя сила, ограничивает растяжение или изменение формы полимерного резистора 44.

Если полимерный резистор 44 используется в подогревателе автомобильного сиденья, наличие в полимерном резисторе 44 огнезащитного состава является дополнительным преимуществом. Подогреватель автомобильного сиденья должен удовлетворять требованиям стандарта на воспламеняемость U.S. FMVSS 302. Более конкретно, он должен удовлетворять любому одному из нижеперечисленных требований:

(1) когда конец полимерного резистора 44 обжигают пламенем газовой горелки, и пламя газовой горелки гаснет через 60 секунд, сам полимерный резистор 44 не горит, даже если он обуглился.

(2) когда конец полимерного резистора 44 обжигают пламенем газовой горелки, полимерный резистор 44 горит не более 60 секунд, но пламя гаснет в пределах 2 дюймов (50,8 мм).

(3) когда конец полимерного резистора 44 обжигают пламенем газовой горелки, даже если этот полимерный резистор 44 воспламеняется, пламя не распространяется быстрее, чем 4 дюйма (101,6 мм) в минуту, на площади толщиной 1/2 дюйма (12,7 мм) от поверхности.

Несгораемость определяется следующим образом. Конец образца обжигают пламенем газовой горелки. Когда через 60 секунд пламя гасят, образец не горит, и не горят даже обуглившиеся остатки образца. Самогашением называют случай, когда образец горит не более 60 секунд и обгоревший участок не превышает 2 дюймов (50,8 мм).

Огнезащитным составом может быть состав на основе фосфора, например, фосфат аммония или трикрезилфосфат; состав на основе азота, такой как меламин, гуанидин или гуанилмочевина; или состав на основе кремния или их комбинации. Можно использовать неорганические огнезащитные агенты, такие как оксид магния, триоксид сурьмы, или огнезащитные составы на основе галогенов, такие как составы на основе брома или хлора.

Особенное преимущество дает огнезащитный состав, имеющий жидкое состояние при комнатной температуре или имеющий такую точку плавления, чтобы плавиться при температуре смешивания. Гибкость полимерного резистора можно повысить, используя по меньшей мере один из составов на основе фосфора, на основе аммония или на основе кремния, тем самым повышая долговечность и надежность листового нагревательного элемента.

Количество добавляемого огнезащитного состава определяют следующим образом. Если огнезащитного состава недостаточно, стойкость к возгоранию ослабевает и ни одно из вышеописанных условий не выполняется. Ввиду этого количество огнезащитного состава, добавляемого в полимерный резистор 44, должно быть 5% по весу или более. Однако с увеличением количества огнезащитного состава нарушается композиционный баланс между полимерной композицией 62 и проводником 60 или проводником 61, содержащимся в этой композиции, сопротивление полимерного резистора 44 повышается, а пол