專利名稱：過電流保護裝置及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種過電流保護裝置及其制備方法。
背景技術：
具有正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient ；PTC)特性的導電復合材料在一觸發(fā)溫度(switching temperature)上時,會從一低電阻狀態(tài)躍升至一高電阻狀態(tài)。以前述導電復合材料制作的過電流保護裝置串聯(lián)電路上的負載時，在正常操作條件下，過電流保護裝置具有低電阻，而當異常高的電流流經(jīng)過電流保護裝置或過電流保護裝置處在高溫下時，其電阻值會瞬間提高，將流經(jīng)過電流保護裝置的電流降低，以保護電路中的電子元件。一種常見的PTC導電復合材料由一種或一種以上的聚烯烴類聚合物及導電填料所組成，其中該聚合物一般可為聚乙烯、聚丙烯與或聚甲基丙烯酸甲酯。導電填料一般為碳黑、金屬粒子(例如鎳、金或銀等)或無氧陶瓷粉末(例如碳化鈦或碳化鎢或其共熔材料等)。然而，由于聚烯烴類聚合物的結晶熔融溫度小于130°C，因此當外界溫度改變劇烈時，容易造成使用聚烯烴類聚合物的裝置動作異常。美國專利第485983號與第5317061號揭不一種導電復合材料,其由四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer ;FEP)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(tetraf luoroethylene and perf luoro (propylvinyl ether)copolymer ；PFA)、經(jīng)過福射照射后的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene ；PTFE),以及碳黑等混合而成。由于，F(xiàn)EP和PFA的結晶熔融溫度高達270 340°C，因此造成前述的導電復合材料具有不易工藝加工的缺點。并且，前述的導電復合材料在高溫度加工時，容易造成材料裂解，從而產(chǎn)生腐蝕性氣體。另外，由于FEP、PFA及PTFE熔融溫度高，因此在裝置動作時，容易產(chǎn)生極高的溫度，而使接線焊點處的焊錫融化，造成接點損壞或塑膠治具變形。美國專利第5451919號揭示另一種導電復合材料，其主要由聚偏二氟乙烯(polyvinlidene fluoride ；PVDF)與乙烯四氟乙烯(ethylene/tetraf luoroethylene ；ETFE)，以及碳黑混合而成。在部分實施例中，導電復合材料可另添加照光交聯(lián)劑-異三聚氰酸三烯丙酯(triallyl isocyanurate ；TAIC),以及碳酸I丐(CaCO3)，其中TAIC在放射線的照射下，能促進高分子材料進行交聯(lián)反應，借此提升尺寸與溫度的安定性。從實驗結果可得知，通過添加ETFE材料可改進過電流保護裝置的穩(wěn)定性。但是，由于使用ETFE材料的緣故，在制備導電復合材料時需使用260°C以上的高工藝溫度。高工藝溫度會讓少量的PVDF材料發(fā)生裂解，因而產(chǎn)生氫氟酸等具有腐蝕性的氣體。雖然添加碳酸鈣等弱堿性填料可幫助進行酸堿中和，但用于制備前述導電復合材料的加工設備，需配備特殊合金材料，也因此造成制造成本的上升。除上述缺點外，過電流保護裝置安裝于嚴苛的環(huán)境下所發(fā)生的問題，也是值得注意。例如安裝在汽車引擎蓋下方的過電流保護裝置不僅會受到引擎運轉時產(chǎn)生的高溫的影響，而且也需面臨汽車外部的冷、熱、干、濕等氣候上劇烈的變化。由于公知的過電流保護裝置多只能在控制良好的環(huán)境下使用。因此，一種長期在高溫環(huán)境下能穩(wěn)定操作，且能面臨劇烈氣候變化的過電流保護裝置亦被期待中
發(fā)明內容

本發(fā)明的一目的為提供一種過電流保護裝置，其中該過電流保護裝置所包含的導電高分子材料在過電流保護裝置觸發(fā)前、后，其電阻值差異小。本發(fā)明的另一目的為提供一種過電流保護裝置，其中該過電流保護裝置所包含的導電高分子材料在制備時，所需的エ藝溫度低，故可減少在制備中造成環(huán)境的危害。本發(fā)明的又一目的為提供一種過電流保護裝置，該過電流保護裝置具較高的動作溫度、較佳電阻值回復性，以及具有良好的抗?jié)穸扰c抗溫度變化能力。根據(jù)上述目的，本發(fā)明ー實施例提供一種過電流保護裝置，其包含ー導電高分子材料。導電高分子材料包含一第一結晶型氟化聚合材料、多個第二結晶型氟化聚合物的顆粒、一導電填料，以及ー非導電填料。第一結晶型氟化聚合材料的結晶熔融溫度介于攝氏150至190度之間。多個第二結晶型氟化聚合物的顆粒散布于該導電高分子材料內，且其結晶熔融溫度介于攝氏320至390度之間。所述多個顆粒的粒徑可介于I至50微米間。導電填料與非導電填料散布于導電高分子材料。本發(fā)明ー實施例提供一種過電流保護裝置的制備方法，包含下列步驟于ー溫度下，混合第一結晶型氟化聚合材料的粉末、第二結晶型氟化聚合物的粉末、一導電填料和一非導電填料，以獲得一導電復合材料，其中該第一結晶型氟化聚合材料的粉末的結晶熔融溫度介于攝氏150至190度之間，該第二結晶型氟化聚合物的粉末的結晶熔融溫度介于攝氏320至390度之間，而該溫度介于該第一結晶型氟化聚合材料的粉末的該結晶熔融溫度與該第二結晶型氟化聚合物的粉末的該結晶熔融溫度之間；以及于該溫度，壓合該導電復合材料，以獲得ー導電高分子材料。本發(fā)明的有益效果在于，在過電流保護裝置中的導電高分子材料內，加入具有特定MFR值的聚偏ニ氟こ烯、具有特定粒徑分布的聚四氟こ烯粉末、導電填料及非導電填料可讓過電流保護裝置具有優(yōu)異的過電流與過溫保護功能，同時兼具有良好耐電壓特性、電阻回復性以及可靠性。而且，通過調整導電高分子材料的MFR數(shù)值，可使元件在所欲動作時間范圍內動作。


圖I為本發(fā)明一實施例的導電高分子材料的示意圖；以及圖2為本發(fā)明一實施例的過電流保護裝置的示意圖。其中，附圖標記說明如下I過電流保護芯片2過電流保護裝置11導電高分子材料12金屬箔片22金屬電極片111第一結晶型氟化聚合材料
112第二結晶型氟化聚合物113導電填料114非導電填料
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明ー實施例的導電高分子材料11可具有正溫度系數(shù)特性，其包含一第一結晶型氟化聚合材料111、一第二結晶型氟化聚合物112、一導電填料113及一非導電填料114。由于第一結晶型氟化聚合材料111具有低的結晶熔融溫度，且第二結晶型氟化聚合物112以顆粒的型態(tài)混合于導電高分子材料11，如此使導電高分子材料11可利用較低的エ藝溫度制作，從而避免導電高分子材料11在制備時，產(chǎn)生腐蝕性氣體，危害環(huán)境。第一結晶型氟化聚合材料111的結晶熔融溫度為小于攝氏200度，而第二結晶型氟化聚合物112的結晶熔融溫度則大于攝氏300度。第一結晶型氟化聚合材料111的粉末、第二結晶型氟化聚合物112的粉末、導電填料113及非導電填料114在ーエ藝溫度下混合，以形成一導電復合材料，其中該エ藝溫度介于第一結晶型氟化聚合材料111的結晶熔融溫度與第二結晶型氟化聚合物112的結晶熔融溫度之間。該第一結晶型氟化聚合材料111與該導電高分子材料11的體積比可介于30%至65%，而該第二結晶型氟化聚合物112與該導電高分子材料11的體積比可介于1%至15%。由于第一結晶型氟化聚合材料111的結晶熔融溫度低于該エ藝溫度，以及第二結晶型氟化聚合物112的結晶熔融溫度高于該エ藝溫度，使得第二結晶型氟化聚合物112以顆粒型態(tài)嵌置在第一結晶型氟化聚合材料111/導電高分子材料11內。第一結晶型氟化聚合材料111可具有兩種不同熔融指數(shù)的氟化聚合物。改變兩種不同熔融指數(shù)的氟化聚合物間的混合比例，可調整過電流保護裝置的應答時間。在一實施例中，第一結晶型氟化聚合材料111可為聚偏ニ氟こ烯(polyvinlidenefluoride ;PVDF)，其結晶熔融溫度可介于攝氏150至190度之間，較佳地可介于攝氏170至175度之間。使用聚偏ニ氟こ烯,可有效地提升導電高分子材料11的動作溫度。聚偏ニ氟乙烯與導電高分子材料11體積比可介于30%至65%之間,較佳地可介于45%至63%之間。第一結晶型氟化聚合材料111還可包含兩種聚偏ニ氟こ烯，其中該兩種聚偏ニ氟こ烯各具有不同熔融指數(shù)。在一實施例中，兩種聚偏ニ氟こ烯之一者的熔融指數(shù)(MeltFlow Rate ；MFR)介于0. 6至18g/10min,而另ー者的熔融指數(shù)介于7至35g/10min。在一實施例中，第二結晶型氟化聚合物112可包含多個聚四氟こ烯(polytetraf luoroethylene ；PTFE)顆粒，其結晶熔融溫度可介于攝氏320至390度之間，較佳地可介于攝氏321至335度之間。聚四氟こ烯顆粒的粒徑可介于I至50微米間，較佳地可介于3至25微米間。聚四氟こ烯顆粒與導電高分子材料11的體積比可介于1%至15%。聚四氟こ烯顆粒可由研磨或粉碎聚四氟こ烯材料而制作，或由乳化聚合法或懸浮聚合法來制作。聚四氟こ烯顆粒可運用在低溫エ藝中，且在混合時容易分散于材料系統(tǒng)中。再者，在導電高分子材料11中加入聚四氟こ烯顆粒，可協(xié)助其他氟系高分子材料結晶，并 防止導電高分子材料11收縮形變。此外，由于具結晶度的聚四氟こ烯熔融溫度極高(大于攝氏300度)，故當導電復合材料在較低的エ藝溫度(例如攝氏250度以下)下制備時，聚四氟こ烯不會熔融。在此情況下，聚四氟こ烯在導電高分子材料11中，可以視為有機分子填充物。而且在導電高分子材料11制作時，聚四氟乙烯不易與其他高分子(例如=PVDF)熔融混合，而是以顆粒型態(tài)均勻地分散。又，由于聚四氟乙烯與聚偏二氟乙烯的分子結構相近，因此在裝置動作后，聚四氟乙烯可成為聚偏二氟乙烯熔融后再結晶時的結晶起始點，使堆疊的聚偏二氟乙烯分子鏈能夠很快地進行高分子松弛行為，而回復到原有的高分子形態(tài)與體積。是故，聚四氟乙烯粉末能有效減少保護裝置在多次動作后的體積或尺寸的變化，同時大幅度降低保護裝置于觸發(fā)前、后的電阻值差距。此外，導電高分子材料11可經(jīng)過2. 5至40Mrad的輻射線照射，以降低聚四氟乙烯的分子量。
導電填料113亦散布于導電高分子材料11內，其可為碳黑、鎳粉、碳化鈦、碳化鎢或前述材料的混合物。導電高分子材料11可包含體積比介于20 %至50%的導電填料113。非導電填料114同樣地散布于導電高分子材料11。非導電填料114可為陶瓷材料，例如氫氧化鎂或是氫氧化鋁，其與導電高分子材料11的體積比可介于2%至15%。以下以數(shù)個實施范例說明本發(fā)明的導電高分子材料11。數(shù)個實施范例的導電高分子材料11的成份如表I所示。
權利要求
1.一種過電流保護裝置，包含 一導電高分子材料，包含 一第一結晶型氟化聚合材料，該第一結晶型氟化聚合材料的結晶熔 融溫度介于攝氏150至190度之間； 多個第二結晶型氟化聚合物的顆粒，散布于該導電高分子材料內， 所述多個顆粒的結晶熔融溫度介于攝氏320至390度之間，且所述多個 顆粒的粒徑介于I至50微米間； 一導電填料，散布于該導電高分子材料；以及 一非導電填料，散布于該導電高分子材料。
2.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該第一結晶型氟化聚合材料為聚偏二氟乙烯，而該第二結晶型氟化聚合物為聚四氟乙烯。
3.根據(jù)權利要求2所述的過電流保護裝置，其特征在于，該導電高分子材料包含體積比介于30%至65%的聚偏二氟乙烯。
4.根據(jù)權利要求3所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述多個顆粒是研磨或粉碎聚四氟乙烯材料而制作，或由乳化聚合法或懸浮聚合法所制作。
5.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該第一結晶型氟化聚合材料包含兩種聚偏二氟乙烯，其中該兩種聚偏二氟乙烯各具有不同熔融指數(shù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的過電流保護裝置，其特征在于，一該聚偏二氟乙烯的熔融指數(shù)介于0. 6至18g/10min,而另一該聚偏二氟乙烯的熔融指數(shù)介于7至35g/10min。
7.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該導電高分子材料包含體積比介于1%至15%的所述多個顆粒。
8.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述多個顆粒的粒徑介于3至25微米間。
9.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，所述多個顆粒的該結晶熔融溫度介于攝氏321至335度之間。
10.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該導電填料為碳黑、鎳粉、碳化鈦、碳化鎢或其混合物。
11.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該導電高分子材料包含體積比介于20%至50%的該導電填料。
12.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該非導電填料為氫氧化鎂或氫氧化招。
13.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該導電高分子材料包含體積比介于2%至15%的該非導電填料。
14.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該導電高分子材料還包含一光交聯(lián)化合物。
15.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該導電高分子材料經(jīng)過2.5至40Mrad的福射線照射。
16.根據(jù)權利要求I所述的過電流保護裝置，其特征在于，該過電流保護裝置還包含兩金屬箔片，其中該導電高分子材料位于該兩金屬箔片之間。
17.—種過電流保護裝置的制備方法，包含下列步驟 于一溫度下，混合第一結晶型氟化聚合材料的粉末、第二結晶型氟化聚合物的粉末、一導電填料和一非導電填料，以獲得一導電復合材料，其中該第一結晶型氟化聚合材料的粉末的結晶熔融溫度介于攝氏150至190度之間，該第二結晶型氟化聚合物的粉末的結晶熔融溫度介于攝氏320至390度之間，而該溫度介于該第一結晶型氟化聚合材料粉末的結晶熔融溫度與該第二結晶型氟化聚合物粉末的結晶熔融溫度之間；以及 于該溫度壓合該導電復合材料，以獲得一導電高分子材料。
18.根據(jù)權利要求17所述的過電流保護裝置的制備方法，其特征在于，該制備方法還包含下列步驟 分別壓合兩金屬箔片于導電高分子材料的相對兩表面；以及 以2. 5至40Mrad的輻射線照射該導電高分子材料。
19.根據(jù)權利要求17所述的過電流保護裝置的制備方法，其特征在于，該溫度為攝氏200 度。
20.根據(jù)權利要求17所述的過電流保護裝置的制備方法，其特征在于，該第一結晶型氟化聚合材料為聚偏二氟乙烯，而該第二結晶型氟化聚合物為聚四氟乙烯。
21.根據(jù)權利要求17所述的過電流保護裝置的制備方法，其特征在于，該第一結晶型氟化聚合材料的粉末包含兩種的聚偏二氟乙烯粉末，其中一該聚偏二氟乙烯粉末的熔融指數(shù)介于0. 6至18g/10min,而另一該聚偏二氟乙烯粉末的熔融指數(shù)介于7至35g/10min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種過電流保護裝置及其制備方法，該過電流保護裝置包含一導電高分子材料，其包含一第一結晶型氟化聚合材料、多個第二結晶型氟化聚合物的顆粒、一導電填料，以及一非導電填料。第一結晶型氟化聚合材料具結晶熔融溫度介于攝氏150至190度之間。多個第二結晶型氟化聚合物的顆粒散布于該導電高分子材料內，所述多個顆粒的結晶熔融溫度介于攝氏320至390度之間，且所述多個顆粒的粒徑介于1至50微米間。導電填料散布于該導電高分子材料內。非導電填料亦散布于該導電高分子材料內。本發(fā)明過電流保護裝置所包含的導電高分子材料在過電流保護裝置觸發(fā)前、后，其電阻值差異小。
文檔編號C08L27/18GK102617955SQ20111002766
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權日2011年1月26日
發(fā)明者朱復華, 沙益安, 王紹裘, 蔡東成 申請人:聚鼎科技股份有限公司