專利名稱：：電加熱元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電子裝置，具體地說，涉及一種包含導(dǎo)電材料與絕緣材料之混合物這樣一種材料的電子裝置，以及該種裝置的制造方法。所述材料特別適用于電纜，如加熱電纜。
背景技術(shù)：
：加熱電纜大體可分成兩類，即并聯(lián)電阻型的和串聯(lián)電阻型的。串聯(lián)電阻加熱電纜通常包括嵌入絕緣材料中的一個(gè)或多個(gè)縱向延伸的電阻絲，所挑選的絕緣材料能夠耐受住電纜的工作溫度。在并聯(lián)電阻型電纜中，通常兩個(gè)絕緣的導(dǎo)體(稱為母線)沿電纜縱向延伸。電阻加熱元件與兩個(gè)母線電接觸。并聯(lián)加熱元件通常采取兩種形式當(dāng)中的一種。這種元件可以是圍繞導(dǎo)體螺旋纏繞的電阻加熱絲，使其沿縱向延伸的導(dǎo)體相隔一段距離而有選擇地電連接。這樣就產(chǎn)生了一系列沿電纜長度方向間隔開的短加熱區(qū)。加熱絲必須有選擇地與導(dǎo)體電絕緣，而且還要被包在絕緣外殼內(nèi)。作為選擇，所述加熱元件可以采取在兩個(gè)導(dǎo)體之間以擠壓矩陣形式延伸，并與兩個(gè)導(dǎo)體電接觸的形式。通常，加熱元件選擇具有正電阻溫度系數(shù)(即PTC性質(zhì))的半導(dǎo)體(即部分導(dǎo)電)材料。以致隨著元件溫度的升高，在導(dǎo)體之間電連接的材料的電阻增大，從而減小功率輸出。這種功率輸出隨溫度而變的加熱電纜，被稱作自調(diào)節(jié)或自限制加熱電纜。圖1A表示一種典型的并聯(lián)電阻自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱電纜2。該電纜包括在兩個(gè)并聯(lián)電源導(dǎo)線4、6周圍擠壓而成的半導(dǎo)體聚合物基體8。所述導(dǎo)線4、6通常由比如銅這樣的金屬形成。使用時(shí)，在導(dǎo)線上連接電源。所述基體8作為加熱元件。基體8通常是比如碳這樣的導(dǎo)電填充材料與比如聚乙烯這樣的絕緣材料的混合物。所述基體是半導(dǎo)體性的，因?yàn)榛w的總體電阻率小于絕緣體的電阻率，但大于導(dǎo)體的電阻率。常常是在基體8上擠壓聚合物絕緣護(hù)套10。通常，增加一個(gè)導(dǎo)電性的外部編織層12(如鍍錫銅編織層)，用于進(jìn)行附加的機(jī)械保護(hù)和/或用作地線。這種編制層通常被熱塑性外護(hù)套14所覆蓋，用于提供附加的機(jī)械和腐蝕性保護(hù)。圖1B的示意圖表示圖1A中所示的并聯(lián)電阻型電纜2形成的等效電路。按照功能性，可以將加熱元件8有效地視作在兩導(dǎo)線4、6之間并聯(lián)連接的一系列電阻R。工作時(shí)，在導(dǎo)線4、6上加給電壓W，由于加熱元件材料8隨后產(chǎn)生的歐姆加熱，使電纜發(fā)熱。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明各種實(shí)施方式的目的在于，提供一種改進(jìn)的加熱電纜，它所包含的材料為導(dǎo)電材料與絕緣材料的混合物，這種電纜基本上克服或者減輕了無論此處是否提到的現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)問題。具體而言，各種優(yōu)選的實(shí)施方式的目的在于，提供一種更為廉價(jià)，而且更易于制造的加熱電纜。其它的優(yōu)選實(shí)施方式的目的還在于，提供具有改進(jìn)的絕緣性質(zhì)的加熱電纜。按照本發(fā)明的第一方面，提供一種電子裝置，它包括包含導(dǎo)電材料與不導(dǎo)電材料混合物的復(fù)合材料；其中，使導(dǎo)電材料在復(fù)合材料內(nèi)的取向成為，使得復(fù)合材料沿第一方向的電阻率與復(fù)合材料沿實(shí)際上垂直于第一方向的第二方向的電阻率不同。所述電阻率的幅值至少相差一個(gè)量級(jí)。沿所述一個(gè)方向的電阻率可等于導(dǎo)體的電阻率，其他方向的電阻率可等于絕緣體的電阻率。所述復(fù)合材料可以具有正電阻溫度系數(shù)。導(dǎo)電材料可以包括下面所述當(dāng)中的至少一種金屬；球形碳；碳纖維；高結(jié)構(gòu)化碳；碳納米管，以及石墨。在所述復(fù)合材料內(nèi)，可以將導(dǎo)電材料設(shè)置成多個(gè)單獨(dú)粒子，所述粒子可以為以下面所述的至少一種球形的，結(jié)構(gòu)化的，多層的或條形的。所述裝置可以包括電導(dǎo)線，該電導(dǎo)線具有沿導(dǎo)體延伸的縱軸，其中，將所述導(dǎo)電材料在復(fù)合材料中取向，使復(fù)合材料沿平行于縱軸的第一方向的電阻率，小于復(fù)合材料沿基本垂直于縱軸的第二方向的電阻率。所述導(dǎo)線可以包括電纜。所述裝置可以為電加熱電纜，它包括加熱元件；沿電纜延伸的縱軸；其中，將所述導(dǎo)電材料在復(fù)合材料中取向成為，使得所述復(fù)合材料沿平行于縱軸的第一方向的電阻率，與復(fù)合材料沿實(shí)際上垂直于縱軸的第二方向的電阻率不同。所述加熱元件可以包括所述的復(fù)合材料。加熱電纜可以為并聯(lián)電阻型加熱電纜，包括至少兩個(gè)沿電纜長度延伸的電源導(dǎo)線，所述加熱元件沿電纜且在導(dǎo)線之間延伸，并且并聯(lián)連接在導(dǎo)線之間，其中，沿復(fù)合材料在導(dǎo)線之間延伸的方向，所述復(fù)合材料的電阻率小于復(fù)合材料沿第一方向的電阻率。加熱電纜可以為串聯(lián)電阻型加熱電纜，加熱元件沿電纜縱向延伸，所述電纜包括至少兩個(gè)與加熱元件的各端連接的電源導(dǎo)線，其中，復(fù)合材料沿第一方向的電阻率，小于所述復(fù)合材料沿第二方向的電阻率?？梢詫⑺鰪?fù)合材料的至少一部分設(shè)置成基本密封的加熱元件的外殼(sheath)。所述外殼沿第二方向的電阻率基本上等于絕緣體的電阻率，從而外殼構(gòu)成絕緣護(hù)套。所述外殼沿第一方向的電阻率可以小于所述外殼沿第二方向的電阻率，從而可使用外殼接地。可以將加熱電纜安裝到座椅上，并且作為座椅加熱器。所說的座椅比如可以是車輛的座椅。按照二方面，本發(fā)明提供一種制造電子裝置的方法，所述方法包括如下步驟提供包含導(dǎo)電材料與不導(dǎo)電材料之混合物的復(fù)合材料；將導(dǎo)電材料取向成為，使得所述復(fù)合材料沿第一方向的電阻率與復(fù)合材料沿實(shí)際上垂直于第一方向的第二方向的電阻率不同。可以通過沿預(yù)定方向向復(fù)合材料加給預(yù)定的壓力，而使復(fù)合材料取向，同時(shí)使絕緣材料至少部分被熔化?？梢允褂糜材?，通過擠壓而使復(fù)合材料取向，所述硬模具有至少10mm的平臺(tái)長度(landlength)?？梢酝ㄟ^熱軋和冷軋中的至少一種使復(fù)合材料取向。可以通過沿預(yù)定方向向復(fù)合材料加給電場和磁場當(dāng)中的至少一種，而使導(dǎo)電材料取向，同時(shí)使絕緣材料至少部分被熔化。以下將參照附圖，僅通過示例來描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，其中圖1A是公知的并聯(lián)電阻自調(diào)節(jié)加熱電纜的部分切除后的透視圖；圖1B為圖1A加熱電纜形成的等效電路示意圖；圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例并聯(lián)電阻加熱電纜的部分切除后的透視圖；圖3A-3D分別為圖2所示加熱電纜的剖面圖、平面圖、剖面圖和透視圖，表示電纜的不同性質(zhì)；圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例串聯(lián)電阻加熱電纜的部分切除后的透視圖；圖5表示用于形成如圖2所示電纜的擠壓頭中的導(dǎo)線引導(dǎo)器和硬模；圖6A-6C分別表示圖5所示導(dǎo)線引導(dǎo)器的側(cè)剖圖、平剖圖和端部視圖；圖7A-7C分別表示圖5所示硬模的側(cè)剖圖、平剖圖和端部視圖。具體實(shí)施方式包含導(dǎo)電材料與絕緣材料混合物的復(fù)合材料是眾所周知的。與整個(gè)材料的電阻率有關(guān)，這種復(fù)合材料可以是半導(dǎo)體性或?qū)щ娦缘?。所述?dǎo)電材料和絕緣材料通常是化學(xué)惰性的，也即導(dǎo)電材料和絕緣材料彼此不發(fā)生反應(yīng)。所述復(fù)合材料中的導(dǎo)電材料通常包括導(dǎo)電填充劑，如金屬粉末、碳黑和石墨。在包含絕緣材料的基體內(nèi)，所述導(dǎo)電填充劑通常為均勻分布并且是隨機(jī)取向的。一般地說，使用比如熱塑性或含氟聚合物作為絕緣材料。這種聚合物可以是高結(jié)晶性的。這種復(fù)合材料被廣泛地用在導(dǎo)電產(chǎn)品中，應(yīng)用在比如抗靜電薄膜、防靜電薄膜、電磁干擾屏蔽，以及比如自調(diào)節(jié)加熱器中的半導(dǎo)體加熱元件之類的應(yīng)用中。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，可以使復(fù)合材料內(nèi)的導(dǎo)電材料取向?yàn)?，使得?fù)合材料的電阻率隨方向而變。一般而言，導(dǎo)電材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，或者原始粒子形狀，通過常規(guī)的混合處理將其破壞，以構(gòu)成復(fù)合材料。例如，在復(fù)合材料中，導(dǎo)電材料通常是均勻分布的，導(dǎo)電材料的每個(gè)凝塊具有相同形狀，如球形、分枝狀或結(jié)構(gòu)性、多層狀，或棒形。這種凝塊的尺寸通常是大分子。所說的術(shù)語分枝狀或結(jié)構(gòu)性并非必然指在原子標(biāo)度上共價(jià)結(jié)合和分枝，而指的是松散地約束在一起的原子集合，在分子標(biāo)度上有序化。這種原子的串或凝塊可以互連，即分枝化或結(jié)構(gòu)化，從而構(gòu)成超結(jié)構(gòu)。譬如，碳黑是以球形形狀以及股狀存在的。另外，石墨是以多層形式存在的。復(fù)合材料的電學(xué)性質(zhì)將會(huì)隨著導(dǎo)電材料凝塊的濃度、分布和性質(zhì)而改變。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，凝塊的取向?qū)?huì)影響電阻率的方向性。例如，如果使用碳纖維材料作為復(fù)合材料內(nèi)的填充物，而如果碳纖維中的大部分沿一個(gè)方向取向，則沿該方向的電阻率將較低。在與取向橫切的方向上，電阻率將更高。換句話說，可以制造出具有各向異性電阻率，也即電阻率隨方向而變的復(fù)合材料。通過加給壓力，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電材料的取向。導(dǎo)電材料趨于在基本垂直于外加壓力延伸的平面中取向。在加給這樣的壓力時(shí)，絕緣材料如果不是處于熔化狀態(tài)的話，也應(yīng)當(dāng)至少處于膠狀。例如，可由具有表1中所示原始配方的公知復(fù)合半導(dǎo)體材料制造定向的導(dǎo)電材料。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在復(fù)合之后，碳纖維的凈含量將減小到21.4%重量比。這里，將該種材料稱作半導(dǎo)體復(fù)合物AA。可以利用以下三步過程來制造定向?qū)щ姴牧?。步驟l)加熱在鋼模中將一堆半導(dǎo)體材料(長10cm，寬6cm，高10cm)加熱到大約220°C接近5分鐘(使絕緣材料變得相對可延展，因?yàn)閯偤檬窃谌埸c(diǎn)以下)。步驟2)加壓對樣品加給壓力。通過對60平方厘米(長10cmx寬6cm)的樣品區(qū)域加給5噸重力，產(chǎn)生這種壓力，并且在220。C下施加5分鐘，使碳纖維取向。在加壓之前，半熔化微粒的厚度約為10mm，在加壓之后，得到厚度為2.5mm的均勻瓷花金屬板。步驟3)冷卻然后，使樣品在空氣中冷卻，直至室溫為止。材料的冷卻速度至關(guān)重要。如果復(fù)合材料長時(shí)間保持可延展性，則可將經(jīng)過取向的導(dǎo)電材料逐漸重新取向，從而變得不取向。因而，在取向的步驟之后，通常最好是相對較快地冷卻復(fù)合材料，以防止復(fù)合物中的材料改變?nèi)∠?。然后測量樣品的電阻率。在平行于加給壓力的方向，樣品的電阻率近似為63Qcm，而在垂直于加給壓力的平面中，電阻率將會(huì)低得多，僅為1.85Qcm。因而，導(dǎo)電性碳纖維在垂直于加給壓力平面的平面內(nèi)取向。可以理解，通過(比如從兩個(gè)或多個(gè)方向)適當(dāng)加給壓力，可按照需要將導(dǎo)電材料取向，以便僅在一個(gè)方向或多個(gè)預(yù)定方向上具有較大導(dǎo)電率。本發(fā)明并不限于纖維形式的導(dǎo)電材料，如碳纖維。巳經(jīng)證實(shí)其他凝塊和粒子形狀也表現(xiàn)出相似的效果。例如，球形碳黑表現(xiàn)出相同的對外加電壓的定向性。在碳黑中，認(rèn)為是由于球形碳凝塊構(gòu)成珍珠項(xiàng)鏈型結(jié)構(gòu)的原因。可以將其有利地應(yīng)用于若干可能的應(yīng)用中，包括加熱電纜在內(nèi)的電子設(shè)備中。例如，在許多應(yīng)用中，希望半導(dǎo)體復(fù)合材料具有預(yù)定的導(dǎo)電率(電阻率的倒數(shù))。例如，在并聯(lián)電阻加熱電纜中，需要構(gòu)成加熱的半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率為預(yù)定值。以前，該預(yù)定值是通過向絕緣材料(一般是聚合物)中加入導(dǎo)電填充物，直至得到所需大小的導(dǎo)電率而獲得的。但通過將半導(dǎo)體復(fù)合物中的導(dǎo)電材料取向，可以通過更低百分比的導(dǎo)電材料獲得所需大小的導(dǎo)電率。通常，與導(dǎo)電材料或其他添加劑相比，絕緣材料具有更好的擠壓和/或模制性質(zhì)。從而，減少復(fù)合材料中導(dǎo)電材料的量，可以改善擠壓或模制加工性能和生產(chǎn)率。另外，按照需要減少導(dǎo)電材料，使半導(dǎo)體復(fù)合材料更為廉價(jià)。另外，通過適當(dāng)控制取向的程度以及取向的方向，一般可以使半導(dǎo)體材料在一個(gè)方向起絕緣體的作用，在另一方向起導(dǎo)體的作用。這樣就可以進(jìn)行加熱電纜的全新設(shè)計(jì)。例如，可以將并聯(lián)電阻加熱電纜制造成為，不僅加熱元件是由復(fù)合材料形成的，而且絕緣外殼和導(dǎo)電性外編織物(或等效的導(dǎo)電包層)也由復(fù)合材料形成。圖2表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的并聯(lián)電阻加熱電纜102。電纜102包括兩個(gè)縱向延伸的并聯(lián)電源導(dǎo)線104、106。在兩導(dǎo)線104、106的周圍(特別是在中間)，擠壓包含導(dǎo)電材料與絕緣材料之混合物的復(fù)合材料108。導(dǎo)電材料是Cabot公司制造的，產(chǎn)品級(jí)別為BP460的碳黑，這是球形碳的一種具體級(jí)別。絕緣材料通常是聚合物載體，如高密度聚乙烯A，最終產(chǎn)品級(jí)別為2008SN60。表2中表示出典型的復(fù)合物配方。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在加熱元件108的周圍，包圍有絕緣護(hù)套110、導(dǎo)電性外護(hù)套112以及熱塑性外護(hù)套114，以用于附加的機(jī)械和腐蝕性保護(hù)。在這種特定實(shí)施例中，通過對加熱元件108的在兩個(gè)導(dǎo)線104、106之間延伸的部分加給壓力，而形成加熱元件108?；敬怪庇趦蓪?dǎo)線所處的平面加給壓力。圖3A用箭頭A表示加給壓力的方向。連續(xù)向正在被擠出的加熱元件108加給壓力，同時(shí)加熱元件仍然有延展性。結(jié)果，有如圖3B中箭頭B所示者，將導(dǎo)電填充物取向成為沿著二導(dǎo)線104、106之間的方向形成輪廓。通常，加熱電纜的長度如果不是數(shù)百米的話也會(huì)有數(shù)十米。圖3C表示電纜102的典型橫截面尺寸。電纜102通常寬度Eiiran，總厚度D=2mm，并且兩導(dǎo)線104、108之間的厚度C^.5mm。在制造試驗(yàn)中，在電纜上加給大約70巴的壓力，同時(shí)使電纜的溫度大約為180。C，并且以近似每分鐘10米的速度擠出。結(jié)果，加熱元件108的電阻率隨方向而變，如圖3B中所示。在兩導(dǎo)線104、106之間的方向(圖3中箭頭1所示)，加熱元件的電阻率近似為12kQcm。沿電纜長度方向(圖3D中箭頭2所示)的電阻率為大約15kQcm。加熱元件108的垂直電阻率(如圖3D中箭頭3所示)為大約67kQcm。因而可以理解，通過適當(dāng)?shù)氖┘訅毫?如大約200巴的壓力)，可使復(fù)合材料(即構(gòu)成加熱元件的半導(dǎo)體材料)的電阻率隨方向而定。在許多情況下，將單獨(dú)由聚合物形成絕緣護(hù)套IIO，單獨(dú)由金屬導(dǎo)體形成導(dǎo)電護(hù)套112。不過，在這種特定實(shí)施例中，這兩個(gè)層都由包括導(dǎo)電材料與絕緣材料混合物的復(fù)合材料形成。更加優(yōu)選的是，構(gòu)成絕緣護(hù)套110的復(fù)合材料與構(gòu)成導(dǎo)電材料112的復(fù)合材料相同。最為優(yōu)選的是，使所述復(fù)合材料與構(gòu)成加熱元件108的復(fù)合材料相同。在這種特定實(shí)施例中，由單獨(dú)一個(gè)外殼構(gòu)成絕緣護(hù)套110與導(dǎo)電護(hù)套112兩者。將外殼形成為，使外殼沿電纜102長度(即圖3D中箭頭2所示的方向)的電阻率最低。這樣可將護(hù)套112用作地線。與鍍錫銅形成的常規(guī)導(dǎo)電外編織物相比，這種護(hù)套由于材料成本更低廉而更易于制造。另外，可以通過擠壓處理來形成這種外殼，從而可以更為快速地進(jìn)行制造(通常，就所覆蓋的電纜的長度而言，擠壓處理比編織處理快一個(gè)量級(jí))。為了使導(dǎo)電護(hù)套112同時(shí)也作為絕緣護(hù)套110，將導(dǎo)電材料在護(hù)套內(nèi)取向，保證復(fù)合材料在徑向方向上的電阻率較高，使護(hù)套起絕緣體的作用。如果適當(dāng)調(diào)節(jié)壓力和用具，則能夠在一個(gè)處理步驟中形成具有相關(guān)的絕緣包層和導(dǎo)電地包層的并聯(lián)電阻加熱電纜。可以利用一個(gè)共擠壓機(jī)同時(shí)形成兩個(gè)分離的層?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明不僅可被應(yīng)用于并聯(lián)電阻加熱電纜。圖4表示串聯(lián)電阻加熱電纜120，其中由復(fù)合材料形成加熱元件122。最好使復(fù)合12材料具有正電阻溫度系數(shù)。在這種特定實(shí)施例中，在沿電纜方向的縱向方向上復(fù)合材料122的電阻最低。這樣可以使復(fù)合材料中所需的導(dǎo)電填充物的量最小，便于加熱元件的擠壓。將加熱元件122封裝到絕緣外殼124，導(dǎo)電外殼和以及外部絕緣護(hù)套128之內(nèi)。對于圖2中所示的并聯(lián)電阻加熱電纜，任何一個(gè)或多個(gè)外部護(hù)套或外殼均可由復(fù)合材料形成。另外，可以將這些外殼/護(hù)套中任何兩層或多層的功能結(jié)合到由這種復(fù)合材料形成的單個(gè)外殼中。如果在加給壓力的條件下，在表面上緩慢地牽引復(fù)合材料，則導(dǎo)電材料將趨于對準(zhǔn)導(dǎo)電材料的移動(dòng)方向。在擠壓處理過程中更易于實(shí)現(xiàn)這種牽引技術(shù)。通常，擠壓硬模內(nèi)的平臺(tái)區(qū)域大約為1或2mm。通過將平臺(tái)區(qū)域增大一個(gè)量級(jí)，例如增大到至少10mm，更為優(yōu)選的是增大到至少30mm，可以在復(fù)合材料上進(jìn)行所述取向處理。試驗(yàn)表明，不僅僅復(fù)合材料內(nèi)導(dǎo)電材料的表面成分被取向。相信這是由于在加熱電纜內(nèi)發(fā)生滑動(dòng)機(jī)制，不同平面托曳相鄰平面，使托曳機(jī)制影響加熱元件中的導(dǎo)電材料。圖5表示用于實(shí)施這種擠壓處理的導(dǎo)線引導(dǎo)器200和硬模250。圖6更為詳細(xì)地示出所述導(dǎo)線引導(dǎo)器200，圖7則更為詳細(xì)地示出所述硬模250。在硬模250內(nèi)，平臺(tái)區(qū)的長度為F。沿箭頭G所示的方向進(jìn)行擠壓。所述的硬模適于制造并聯(lián)電阻加熱電纜(參見圖3)。圖6A到6C分別表示導(dǎo)線引導(dǎo)器200的側(cè)剖圖、平剖圖和端部視圖。導(dǎo)線引導(dǎo)器200包括限定了內(nèi)部空間215的錐體210。導(dǎo)線穿過內(nèi)部空間215，并通過孔徑222a、222b，沿方向G在方塊220中牽引。導(dǎo)線引導(dǎo)器具有孔徑212，用于容納不均勻的復(fù)合材料，并且將材料注入導(dǎo)線引導(dǎo)器200與硬模250耦合時(shí)所形成的內(nèi)部空間262中(圖5中表示出內(nèi)部空間262)。以預(yù)定的壓力，比如約為50-55巴的壓力注入材料。根據(jù)確切的復(fù)合材料(特別是絕緣材料的性質(zhì))，將材料預(yù)熱到預(yù)定程度。圖7A到7C分別表示硬模250的側(cè)剖圖、平剖圖和端視圖。硬模250包括圓錐形內(nèi)表面260，與導(dǎo)線引導(dǎo)器200—起構(gòu)成內(nèi)部空間262(參見圖5)，而將不均勻復(fù)合材料注入內(nèi)部空間262中。硬模250設(shè)有方塊270，方塊270具有孔徑272，該孔徑272的尺寸適于形成圖3中所示形狀的電纜。導(dǎo)線引導(dǎo)器200和硬模250中的方塊220、270用于限定相對孔徑222a，222b和272。通過改變這些方塊，易于改變所制造的電纜的種類以及電纜的形狀。在這種特定示例中，加有半導(dǎo)體復(fù)合物的碳纖維為半導(dǎo)體復(fù)合物A，其化學(xué)式如上所述。以每分鐘10米的速度擠壓產(chǎn)生電纜，在該過程中具有某一溫度曲線圖。在擠壓過程中，通過導(dǎo)管輸送材料，通過頭部到達(dá)擠壓硬模。最好，與支撐硬模的頭部的溫度相比，在為硬模送料的導(dǎo)管的起始處，材料處于較低溫度(比如至少低30°C)。較低溫度導(dǎo)致該處的材料粘性更大，增大了擠壓過程中的壓力。硬模溫度最好低于頭部溫度(比如至少低15°C)，從而離開硬模的材料粘性更大。從而壓力被施加到擠出材料上，便于取向處理。由于在注入時(shí)被加給壓力，使材料通過孔徑272被擠出。所述孔徑272規(guī)定了加熱元件的形狀。所述材料通過導(dǎo)線引導(dǎo)器200的外表面210、硬模250的內(nèi)表面260，經(jīng)由兩個(gè)圓錐形表面所限定的內(nèi)部空間262受到引導(dǎo)。對于上述復(fù)合材料和上述條件而言，這種硬模和導(dǎo)線引導(dǎo)器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生出并聯(lián)電阻加熱電纜，其加熱元件的電阻率隨方向極大地改變。例如，對于圖3D中所示的方向而言，沿加熱元件長度(方向2)的電阻僅為639Qcm(該方向是進(jìn)行托曳操作的方向)。不過，垂直電阻率(方向3)從大約6.5變到35MDcm。加熱元件寬度(方向l)上的電阻率大約為9到10kQcm的中間值。表3歸納出材料的具有代表性的范圍和改變。可以利用所列出種類中的任何一種或多種中的所列材料中的任何一種或多種。在上述實(shí)施例中，描述了加壓擠出作為使導(dǎo)電材料取向的優(yōu)選機(jī)制。不過，可以理解同樣還可采用其他制造方法。例如，可以使用其他方法來加給壓力，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電材料的所需取向。熱軋和冷軋都是眾所周知的制造技術(shù)。冷軋時(shí)，使用輥?zhàn)舆M(jìn)行處理(成型)，材料是冷卻的；熱軋時(shí)，輥?zhàn)邮菬岬?，將所軋制的?fù)合物進(jìn)一步加熱。熱軋和冷軋方法都是通過施加壓力而將材料成型。從而，可以使用熱軋和冷軋，通過在預(yù)定方向向復(fù)合材料加給預(yù)定的壓力，而使導(dǎo)電材料取向，同時(shí)絕緣材料至少被部分熔化。可以理解，在壓力作用下，由于材料中不同滑動(dòng)平面的托曳作用導(dǎo)致材料被取向。從而，另一種技術(shù)通過具有冷(如硬模)表面而補(bǔ)償托曳作用，并擠出材料(通過冷硬模)，使得材料被擠出的外表面是冷卻的。這樣因(硬模的)冷卻表面而導(dǎo)致托曳作用，這是因?yàn)橥ㄟ^硬模擠出的材料的外表面受到冷卻。當(dāng)然，也可以采用完全不同的方法使復(fù)合材料內(nèi)的導(dǎo)電材料取向。例如，可以通過加給電場和/或磁場而使導(dǎo)電材料取向，或者改變復(fù)合材料內(nèi)的分布。例如，如果導(dǎo)體是帶電粒子，則可以通過電場使導(dǎo)體移動(dòng)和/或取向。在上面所述的制造技術(shù)當(dāng)中的任何一種中，假設(shè)絕緣材料處于能夠流動(dòng)的溫度，即高于軟化點(diǎn)。另外，假設(shè)已將這樣的溫度施加給復(fù)合材料足夠長的時(shí)間，從而導(dǎo)入通過材料中希望導(dǎo)電材料被取向的位置(即至少使材料的某些部分移動(dòng)/流動(dòng))的流動(dòng)條件。如果復(fù)合材料是通過加壓處理，由小球或材料的其他凝塊制造而成的，則最好施加足夠大小的壓力足夠長的時(shí)間，以便從復(fù)合材料去除空隙，即形成固體復(fù)合材料。諸如氣泡的空隙會(huì)降低復(fù)合材料的性能。同樣可以理解，如果需要，也可以將上述方法中的一種或多種組合，提供所需結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體。在復(fù)合材料內(nèi)使導(dǎo)電材料取向之后，最好是隨后以足夠快的速度使復(fù)合材料冷卻，防止導(dǎo)電材料的取向遭受損害。對于處理技術(shù)而言，通常以每分鐘卜50米的速度對電纜進(jìn)行典型(例如擠壓和熱軋/冷軋)的處理(例如擠壓)，而更具代表性的是每分鐘7-30米。加壓處理通常使用15到300巴范圍內(nèi)的壓力。一般地說，加壓技術(shù)將復(fù)合材料加熱到高于軟化點(diǎn)的溫度，不過該溫度低于材料分解點(diǎn)。盡管上面的描述一般而言涉及并聯(lián)電阻電加熱電纜中使用的復(fù)合材料，但可以理解，本發(fā)明并不限于這種應(yīng)用。特別是，本發(fā)明可以應(yīng)用于任何電(包括電子)裝置中，其中希望提供在一個(gè)方向的電阻率大于不同方向的導(dǎo)電率的材料。例如，可以將材料形成為任何單獨(dú)的連續(xù)電纜，沿著電纜的縱軸方向?qū)щ娐首畲?即從軸起徑向的電阻率最大)。假設(shè)縱向電阻率是適當(dāng)?shù)?，則使用這種電纜作為加熱電纜。所需的實(shí)際縱向電阻顯然將取決于加熱電纜所需的具體應(yīng)用。作為可供選擇的方式，如果縱向電阻非常低，則這種結(jié)構(gòu)可用于任何導(dǎo)電電纜，例如電力電纜，用于高壓(10kV)電力電纜。在這兩種情況下，徑向?qū)щ娐瘦^低意味著，需要很少或者不需要外部絕緣包層。具有正溫度系數(shù)且徑向具有較低導(dǎo)電率，而且具有適當(dāng)縱向電阻的電纜的一種應(yīng)用，是作為車輛座椅加熱器。座椅加熱器可以為串聯(lián)電阻類型(即圖4所示類型)，但不需要任何絕緣包層。座椅加熱器比如可以包括具有正溫度系數(shù)，且具有較低徑向?qū)щ娐屎瓦m當(dāng)?shù)目v向電阻的單根電纜，不設(shè)置任何材料或?qū)?。座椅加熱器電纜可以與電源和通斷開關(guān)連接，并且由于材料的正溫度系數(shù)而具有自調(diào)節(jié)性。這種座椅加熱器由于所使用的部件數(shù)量較少，因而制造起來較為廉價(jià)。同樣地，可以利用復(fù)合材料將眾多電子部件中的任何兩層或多層的功能結(jié)合起來。例如，通信和數(shù)據(jù)傳輸電纜經(jīng)常具有導(dǎo)電外殼，作為屏蔽裝置。從而，外殼被絕緣包層所包圍?？梢岳斫?，外部外殼和絕緣包層(如果需要，實(shí)際上還有防止金屬外殼/錐體與導(dǎo)體接觸的內(nèi)部絕緣包層)兩者可以被具有隨方向而定的導(dǎo)電率的單層復(fù)合材料所取代。類似地，趨膚效應(yīng)熱跟蹤系統(tǒng)通?？砂ㄏ鄬^大直徑的外部金屬管，具有沿管子中心而設(shè)的導(dǎo)體。內(nèi)部導(dǎo)體被絕緣層所包圍，將其與管子分隔開。內(nèi)部導(dǎo)體和絕緣層兩者可以被復(fù)合材料所取代。另外，可以使用復(fù)合材料限定由絕緣材料所包圍的任何導(dǎo)電路徑，即在印刷電路中可以設(shè)置導(dǎo)電路徑/絕緣層。通過在支撐襯底上將復(fù)合材料適當(dāng)取向，可以實(shí)現(xiàn)這種印刷電路。實(shí)際上，可以使用復(fù)合材料作為任何導(dǎo)電路徑。母線可以是電源電路中的恒壓導(dǎo)體，或者作為選擇可以為電子設(shè)備中保持恒定電勢(例如O或地)的送電軌(supplyrail)?？梢岳脧?fù)合材料形成母線。可以理解，復(fù)合材料沿母線的縱向長度方向?qū)⒕哂凶畲蟮膶?dǎo)電率。通過插入一條或多條導(dǎo)線，每條導(dǎo)線在垂直于母線縱軸的各個(gè)平面內(nèi)延伸，可與母線進(jìn)行適當(dāng)電連接。此外，如果復(fù)合材料具有正電阻溫度系數(shù)，則可以使用復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)利用這種性質(zhì)工作的任何所需電子裝置。例如，通常電熱調(diào)節(jié)器包括夾在兩導(dǎo)電層之間的PTC層。整塊通常包含在電絕緣外殼內(nèi)。如上所述，具有正電阻溫度系數(shù)的復(fù)合材料不僅可用于形成通常用在電熱調(diào)節(jié)器內(nèi)的PTC材料，而且還可以用作導(dǎo)電層和絕緣外殼。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>權(quán)利要求1.一種電子裝置，包括復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含導(dǎo)電材料與絕緣材料的混合物；其中，使導(dǎo)電材料在復(fù)合材料內(nèi)取向成為，使得復(fù)合材料沿第一方向的電阻率與復(fù)合材料沿實(shí)際上垂直于第一方向的第二方向的電阻率不同。2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述電阻率的幅值至少相差一個(gè)量級(jí)。3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，沿所述一個(gè)方向的電阻率等于導(dǎo)體的電阻率，沿另一方向的電阻率等于絕緣體的電阻率。4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述復(fù)合材料具有正電阻溫度系數(shù)。5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電材料包括以下材料中的至少一種金屬；球狀碳；碳纖維；高結(jié)構(gòu)化碳；碳納米管和石耍。6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述導(dǎo)電材料被設(shè)置成復(fù)合材料內(nèi)的多個(gè)單獨(dú)的粒子，所述粒子是如下所述的至少一種:球形的、結(jié)構(gòu)化的、多層的或棒形的。7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置包括電導(dǎo)體，該電導(dǎo)體具有沿導(dǎo)體延伸的縱軸，使所述導(dǎo)電材料在復(fù)合材料內(nèi)取向成為，使得復(fù)合材料沿平行于縱軸的第一方向的電阻率低于復(fù)合材料沿實(shí)際上垂直于縱軸的第二方向的電阻率。8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述導(dǎo)體包括電纜。9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置是包括以下部件的電加熱電纜加熱元件；沿電纜延伸的縱軸；使所述導(dǎo)電材料在復(fù)合材料內(nèi)取向成為，使得所述復(fù)合材料沿平行于縱軸的第一方向的電阻率與所述復(fù)合材料沿實(shí)際上垂直于縱軸的第二方向的電阻率不同。10.如權(quán)利要求9所述的加熱電纜，其中，所述加熱元件包括所述復(fù)合材料。11.如權(quán)利要求io所述的加熱電纜，其中，所述加熱電纜是并聯(lián)電阻加熱電纜，包括至少兩個(gè)沿電纜長度延伸的電源導(dǎo)線，所述加熱元件沿電纜延伸，且處于導(dǎo)線之間，并且在導(dǎo)線之間并聯(lián)連接；所述復(fù)合材料沿其在導(dǎo)線之間延伸的方向的電阻率小于所述復(fù)合材料沿第一方向的電阻率。12.如權(quán)利要求9所述的加熱電纜，其中，所述加熱電纜為串聯(lián)電阻加熱電纜，其加熱元件沿電纜縱向延伸，該電纜包括至少兩個(gè)與加熱元件的各端連接的電源導(dǎo)線；所述復(fù)合材料沿第一方向的電阻率小于所述復(fù)合材料沿第二方向的電阻率。13.如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的加熱電纜，其中，將所述復(fù)合材料的至少一部分設(shè)置成基本封裝加熱元件的外殼。14.如權(quán)利要求13所述的加熱電纜，其中，所述外殼沿第二方向的電阻率基本上等于絕緣體的電阻率，從而所述外殼構(gòu)成絕緣護(hù)套。15.如權(quán)利要求13或14所述的加熱電纜，其中，所述外殼沿第一方向的電阻率小于所述外殼沿第二方向的電阻率，從而所述外殼可用于接地。16.如權(quán)利要求12所述的加熱電纜，其中，所述加熱電纜被裝配到座椅上，作為座椅加熱器。17.—種制造電子裝置的方法，所述方法包括如下步驟提供包含導(dǎo)電材料與絕緣材料混合物的復(fù)合材料；使所述導(dǎo)電材料取向成為，使得所述復(fù)合材料沿第一方向的電阻率不同于所述復(fù)合材料沿基本垂直于第一方向的第二方向的電阻率。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，通過沿預(yù)定方向向復(fù)合材料加給預(yù)定壓力，使導(dǎo)電材料取向，同時(shí)絕緣材料至少被部分熔化。19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其中，通過經(jīng)由硬模進(jìn)行擠壓而使復(fù)合材料取向，所述硬模的長度至少10mm。20.如權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過熱軋和冷軋中的至少一種使所述復(fù)合材料取向。2L如權(quán)利要求17^f述的方法，其中，通過沿預(yù)定方向向所述復(fù)合材料加給電場和磁場中的至少一種，使所述導(dǎo)電材料取向，同時(shí)絕緣材料至少被部分熔化。全文摘要一種電子裝置，包括復(fù)合材料。所述復(fù)合材料包含導(dǎo)電材料與絕緣材料的混合物。使所述導(dǎo)電材料在復(fù)合材料內(nèi)取向成為，使得所述復(fù)合材料沿第一方向的電阻率不同于所述復(fù)合材料沿垂直于第一方向的第二方向的電阻率。文檔編號(hào)H01B1/20GK101147209SQ200580048136公開日2008年3月19日申請日期2005年12月15日優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日發(fā)明者賈森·丹尼爾·哈羅德·奧康納申請人:電伴熱有限公司