導電性複合材料におけるPTC特性の定量的解析

摘要

Conductive polymer composites filled with carbon or metal particles exhibit a positive-temperature-coefficient (PTC) of resistivity. In our previous studies, we speculated that only the volume expansion of polymers upon heating cause the PTC effect and we conducted quantitative analyses focusing on the decrease of the apparent filler content of the composites during volume expansion of polymers. Later, we found that PTC effect occurs when the conductive path is cut off due to crystal melting and volume expansion of the base polymer along with rising temperature. In this study, we analyzed the PTC effect of polyvinylidene fluoride (PVDF)/Ni composite quantitatively and found that the apparent Ni content (C_(Ni)(T)) decreases along with rising temperature. When C_(Ni)_(T) becomes about 98% of the Ni content at room temperature (C_(Ni-R.T)), the resistivity is 10 times of that at room temperature. When C_(Ni)(T) becomes about 96% of C_(Ni-R.T),， the resistivity exceeds 10~8Ω·cm and the composites serve as insulators. In conclusion, we proved that, the Ni content is not constant when the PTC effect occurs.%ポリマーに導電粒子を充填した複合材料は，温度上昇に伴い抵抗が増加するPTC特性を示す.筆者らは，温度上昇によるポリマーの結晶融解および体積膨張により見かけのフィラー充填率が低下し，導電パスが切断されることでPTC特性が発現すると予想している.以前報告した論文では，温度上昇に伴う体積膨張のみを考慮した見かけのフィラー充填率の低下に着目してPTC特性を定量的に解析した.これを踏まえ，本報ではPVDF/Ni複合材料において，さらに結晶化度も考慮し解析を行った.その結果，室温でのNi充填率に関わらず，見かけのNi充填率は温度上昇に伴い低下し，室温でのNi充填率に対して約98%になった際に抵抗率が室温での抵抗率の10倍になり，96%になったときに絶縁体の領域である10~8Ω·cmになることが判明した.これは，PTC特性が発現する時のNi充填率が絶対値として常に一定ではないことを意味する.