專利名稱：高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成及過電流保護元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成及一種正溫度系數(shù)過電流保護元件，特別是涉及一種具有金屬類導(dǎo)電顆粒，陶瓷類導(dǎo)電顆粒以及碳類導(dǎo)電顆粒的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成物。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)元件由于具有正溫度系數(shù)效應(yīng)，所以可作為過電流保護元件用途。導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)材料包括高分子材料及形成在該高分子材料的兩相對應(yīng)表面上的正、負(fù)電極。該高分子材料包括具有晶相區(qū)及非晶相區(qū)的高分子基體及分散于該高分子基體的非晶相區(qū)而形成連續(xù)導(dǎo)電路徑的導(dǎo)電性顆粒填充物。正溫度系數(shù)效應(yīng)是指當(dāng)該高分子基體的溫度升到其熔點時，該晶相區(qū)開始融熔而產(chǎn)生新的非晶相區(qū)。當(dāng)非晶相區(qū)增加到一程度而與原存的非晶相區(qū)相結(jié)合時，會使得該導(dǎo)電性顆粒填充物的導(dǎo)電路徑形成不連續(xù)狀，而造成該高分子材料的電阻急速增加，并因而形成斷電。由于碳粉導(dǎo)電性填充物的導(dǎo)電度低，因此不適用于一些需要較高導(dǎo)電度(低電阻)的電流保護元件。在提升導(dǎo)電度上，雖然可通過添加具有高導(dǎo)電性的非碳類導(dǎo)電性顆粒填充物的型態(tài)(例如金屬顆粒，導(dǎo)電性陶瓷顆粒及表面金屬化顆粒等)來增加高分子正溫度系數(shù)材料的導(dǎo)電度(從原本的1.0ohm-cm或更高的體積電阻率下降至小于0.05ohm-cm的體積電阻率)，但如此形成的高分子正溫度系數(shù)材料具有不穩(wěn)定的電性，容易在使用或儲存一段時間后，其電氣性大幅地變質(zhì)。美國專利早期公開號2008/0142494公開一種可用于制作一座椅加熱器的高分子正溫度系數(shù)材料。該高分子正溫度系數(shù)材料具有一種高分子正溫度系數(shù)組成。該高分子正溫度系數(shù)組成可包括5 70被％的有機高分子及30 95wt%的導(dǎo)電填充物，且較佳為包括15 60wt%有機高分子及40 90wt%的導(dǎo)電填充物。該導(dǎo)電填充物可包括IO-1OOwt %的陶瓷導(dǎo)電顆粒，及/或15 90wt%的金屬粉末，且較佳為包括40 65wt%的陶瓷導(dǎo)電顆粒，及/或35 60wt%的金屬粉末。該導(dǎo)電填充物也可另外包括0.01 15wt%的碳類導(dǎo)電顆粒，且較佳為包括I IOwt%的碳類導(dǎo)電顆粒。如此形成的高分子正溫度系數(shù)材料具有自我控制及調(diào)整座椅溫度的功能而可以克服一般加熱器所造成的過熱問題及排除溫度控制器的需要。上述高分子正溫度系數(shù)材料的用途是做為座椅的加熱器，使座椅可以被自動控制在對人體舒適的溫度范圍。當(dāng)高分子正溫度系數(shù)材料的溫度超過跳脫溫度(triptemperature)時,高分子正溫度系數(shù)材料的電阻會急遽增加，導(dǎo)致電流幾乎為零,而形成斷電及不加熱狀態(tài)，而當(dāng)高分子正溫度系數(shù)材料的溫度低于跳脫溫度，電流又可通過而繼續(xù)加熱。上述高分子正溫度系數(shù)材料是做為加熱器使用，其材料成份是根據(jù)所需的跳脫溫度而調(diào)配。至于如何調(diào)配材料成份以得到高電氣穩(wěn)定性的高分子正溫度系數(shù)材料以做為過電流保護元件，則未有任何教示。在做為過電流保護元件的應(yīng)用上，高分子正溫度系數(shù)材料必須具備相當(dāng)高的電氣穩(wěn)定性，以保護下游的電子元件不受燒毀。因此，如何制備出具高導(dǎo)電及高電氣穩(wěn)定的電流保護元件對于業(yè)界而言仍有需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以提高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)材料的電氣穩(wěn)定性與使用壽命的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，及一種利用該高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)材料所制作的正溫度系數(shù)過電流保護元件。本發(fā)明所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，包含:高分子組份，包括至少一種聚合物；及導(dǎo)電填充物組份。該導(dǎo)電填充物組份包括金屬類導(dǎo)電顆粒，陶瓷類導(dǎo)電顆粒，以及碳類導(dǎo)電顆粒。其中，該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比是介于1: 13 I: 5.5，該金屬類導(dǎo)電顆粒的重量高于該陶瓷類導(dǎo)電顆粒，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒的重量高于該碳類導(dǎo)電顆粒，及該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的2.8wt% 7.3wt%。本發(fā)明所述的正溫度系數(shù)過電流保護元件，包含:一個正溫度系數(shù)材料層；以及兩個電極，設(shè)在該正溫度系數(shù)材料層上。其中，該正溫度系數(shù)材料層具有一種高分子正溫度系數(shù)組成，該高分子正溫度系數(shù)組成包含:高分子組份，包括至少一種聚合物；及導(dǎo)電填充物組份。該導(dǎo)電填充物組份包括金屬類導(dǎo)電顆粒，陶瓷類導(dǎo)電顆粒，以及碳類導(dǎo)電顆粒。其中，該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比是介于1: 13 1: 5.5，該金屬類導(dǎo)電顆粒的重量高于該陶瓷類導(dǎo)電顆粒，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒的重量高于該碳類導(dǎo)電顆粒，及該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的2.8wt% 7.3wt%。本發(fā)明的有益的效果在于:調(diào)配該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比及該碳類導(dǎo)電顆粒的重量百分比而可得到高電氣穩(wěn)定性的正溫度系數(shù)過電流保護元件。


圖1是一個示意圖，說明本發(fā)明較佳實施例的一種正溫度系數(shù)過電流保護元件的結(jié)構(gòu)；圖2是一個實驗數(shù)據(jù)圖，說明正溫度系數(shù)過電流保護元件的實施例與比較例的耐久性測試的電阻變化率與碳類導(dǎo)電顆粒含量間的關(guān)系；圖3是一個實驗數(shù)據(jù)圖，說明正溫度系數(shù)過電流保護元件的實施例與比較例的老化性測試的電阻變化率與碳類導(dǎo)電顆粒含量間的關(guān)系；圖4是一個實驗數(shù)據(jù)圖，說明正溫度系數(shù)過電流保護元件的實施例與比較例的耐電壓性測試的最大忍受電壓與碳類導(dǎo)電顆粒含量間的關(guān)系。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。參閱圖1，本發(fā)明的一種正溫度系數(shù)過電流保護元件的一較佳實施例包含:一個正溫度系數(shù)材料層2，該正溫度系數(shù)材料層2較佳下具有小于或等于0.05ohm-cm的體積電阻率；及兩個電極3，設(shè)在該正溫度系數(shù)材料層2上。該正溫度系數(shù)材料層2具有一種高分子正溫度系數(shù)組成，該高 分子正溫度系數(shù)組成包含:高分子組份，包括至少一種聚合物；及導(dǎo)電填充物組份。該導(dǎo)電填充物組份包括金屬類導(dǎo)電顆粒，陶瓷類導(dǎo)電顆粒，以及碳類導(dǎo)電顆粒。其中，該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比是介于1: 13 1: 5.5，更佳為介于1: 11.5 1: 6.1，該金屬類導(dǎo)電顆粒的重量高于該陶瓷類導(dǎo)電顆粒，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒的重量高于該碳類導(dǎo)電顆粒。較佳下，該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的2.8wt % 7.3wt %,該金屬類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的56wt % 90wt %，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的7.0wt % 40wt %。更佳下，該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的3.4wt% 6.8wt%,該金屬類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的59.6wt % 85.4wt%,且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的11.2wt% 33.7wt%。較佳下，該金屬類導(dǎo)電顆粒為球狀，該陶瓷類導(dǎo)電顆粒為片狀，且該碳類導(dǎo)電顆粒的吸油量與顆粒粒徑的比值是介于0.1 3.0。較佳下，該金屬類導(dǎo)電顆粒是選自金屬顆粒、表面處理型金屬顆粒、合金顆粒及表面金屬化的顆粒及它們的組合所組成的群組。典型的例子包括金、銀、銅、鋁、及鎳粉、表面鍍鎳玻璃球、表面鍍鎳石墨、鈦鉭固熔體、鎢鈦鉭鉻固熔體、鎢鉭固熔體、鎢鈦鉭鈮固熔體、鎢鈦鉭固熔體、鎢鈦固熔體、及鉭鈮固熔體。較佳下，該陶瓷類導(dǎo)電顆粒是選自導(dǎo)電性氧化物、導(dǎo)電性碳化物、導(dǎo)電性氮化物、導(dǎo)電性硼化物、導(dǎo)電性硫化物、導(dǎo)電性硅化物及它們的組合所組成的群組。典型的例子包括碳化鈦、碳化鋯，碳化釩、碳化鈮、碳化鉭、碳化鉻、碳化鑰、碳化鎢、氮化鈦、氮化鋯、氮化釩、氮化鈮、氮化鉭、氮化鉻、二硅化鈦、二硅化鋯、二硅化鈮、及二硅化鎢。較佳下，該碳類導(dǎo)電顆粒是選自碳粉、石墨、碳纖維及它們的組合所組成的群組。較佳下，該聚合物為聚烯烴。該高分子組份還可包含不飽和羧酸接枝型聚烯烴。該聚烯烴與該不飽和羧酸接枝型聚烯烴共熔融混煉后固化而形成高分子基體。較佳下，該聚烯烴為高密度聚乙烯，及該不飽和羧酸接枝型聚烯烴為不飽和羧酸接枝高密度聚乙烯。`較佳下，該聚烯烴具有介于50，000g/mole至300，000g/mole間的重量平均分子量。以下將以實施例與比較例來說明本發(fā)明各目的的實施方式與功效。須注意的是，該實施例僅為例示說明用，而不應(yīng)被解釋為本發(fā)明實施的限制?！磳嵤├? (El) >將9.63g高密度聚乙烯、9.63g不飽和羧酸接枝型高密度聚乙烯、5.25g碳粉(商品型號:Raven 430UB, DBP/D = 0.95, BulkDensity = 0.53g/cm3,導(dǎo)電度=
2.86 X 104m 1 Q \ 購自 Columbian Chemicals Company)、133g 鎮(zhèn)粉(商品型號:N1-124,球狀，Density = 8.9g/cm3,導(dǎo)電度=1430 X IO4Iir1 Q ' 購自 Atlantic Equipment Engineers)與17.5g碳化鈦(片狀，Density:4.92g/cm3,結(jié)構(gòu)含氧量=0.4%,起始氧化溫度=450°C,導(dǎo)電度=164X IO4nT1 Q-1)加入Brabender混煉機內(nèi)混煉?；鞜挏囟葹?00°C ;攪拌速度為60rpm;混煉時間為10分鐘。將混煉后所得的混合物置于一模具中，之后，以熱壓機對混合物樣品進行熱壓，熱壓溫度為200°C、熱壓時間為4分鐘、熱壓壓力為80kg/cm2，將混煉后的樣品熱壓成厚度為0.28mm薄片形成正溫度系數(shù)材料后，于薄片兩側(cè)各貼一片鍍鎳銅箔，再依同樣熱壓條件熱壓，形成三明治結(jié)構(gòu)，將此三明治結(jié)構(gòu)沖切成4.5mmX3.2mm的芯片。實施例I所制得的正溫度系數(shù)材料的組成及其芯片的測試電阻值及體積電阻值列在表I中。表I中的G-HDPE代表不飽和羧酸接枝型高密度聚乙烯，CB代表碳粉(carbon black)，V-R代表體積電阻(ohm-em)。實施例1的高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比(P: F)及該碳類導(dǎo)電顆粒，該金屬類導(dǎo)電顆粒以及該陶瓷類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的重量百分率均列在表2中。表I

權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于其包含: 高分子組份，包括至少一種聚合物；導(dǎo)電填充物組份，包括金屬類導(dǎo)電顆粒，陶瓷類導(dǎo)電顆粒，以及碳類導(dǎo)電顆粒； 其中，該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比是介于1: 13 1: 5.5; 其中，該金屬類導(dǎo)電顆粒的重量高于該陶瓷類導(dǎo)電顆粒，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒的重量高于該碳類導(dǎo)電顆粒；其中，該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的2.Swt7.3wt % o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的3.4wt% 6.8wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該金屬類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的56wt % 90wt %，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的7.0wt% 40wt*%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的3.4wt% 6.8wt%，該金屬類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的59.6wt% 85.4wt%，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的11.2wt % 33.7wt %。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比是介于1: 11.5 1: 6.1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該金屬類導(dǎo)電顆粒為球狀，該陶瓷類導(dǎo) 電顆粒為片狀，且該碳類導(dǎo)電顆粒的吸油量與顆粒粒徑的比值是介于0.1 3.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該金屬類導(dǎo)電顆粒是選自金屬顆粒、表面處理型金屬顆粒、合金顆粒及表面金屬化的顆粒及它們的組合所組成的群組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該金屬類導(dǎo)電顆粒是鎳粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該陶瓷類導(dǎo)電顆粒是選自導(dǎo)電性氧化物、導(dǎo)電性碳化物、導(dǎo)電性氮化物、導(dǎo)電性硼化物、導(dǎo)電性硫化物、導(dǎo)電性硅化物及它們的組合所組成的群組。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該陶瓷類導(dǎo)電顆粒是碳化鈦。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該碳類導(dǎo)電顆粒是選自碳粉、石墨、碳纖維及它們的組合所組成的群組。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該碳類導(dǎo)電顆粒是碳粉。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該聚合物為聚烯烴。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，其特征在于:該高分子組份還包括不飽和羧酸接枝型聚烯烴。
15.一種正溫度系數(shù)過電流保護元件，其特征在于其包含: 一個正溫度系數(shù)材料層；以及 兩個電極，設(shè)在該正溫度系數(shù)材料層上； 其中，該正溫度系數(shù)材料層具有一種高分子正溫度系數(shù)組成，該高分子正溫度系數(shù)組成包含: 高分子組份，包括至少一種聚合物；及 導(dǎo)電填充物組份，包括金屬類導(dǎo)電顆粒，陶瓷類導(dǎo)電顆粒，以及碳類導(dǎo)電顆粒； 其中，該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比是介于1: 13 1: 5.5; 其中，該金屬類導(dǎo)電顆粒的重量高于該陶瓷類導(dǎo)電顆粒，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒的重量高于該碳類導(dǎo)電顆粒 '及 其中，該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的2.Swt% 7.3wt%。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的正溫度系數(shù)過電流保護元件，其特征在于:該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的3.4wt % 6.8wt %。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的正溫度系數(shù)過電流保護元件，其特征在于:該金屬類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的59.6wt% 85.4wt%，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的11.2wt% 33.7wt%。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的正溫度系數(shù)過電流保護元件，其特征在于:該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份 的重量比是介于1: 11.5 1: 6.1。
全文摘要
一種高導(dǎo)電性高分子正溫度系數(shù)組成，包含高分子組份，包括至少一種聚合物；及導(dǎo)電填充物組份，包括金屬類導(dǎo)電顆粒，陶瓷類導(dǎo)電顆粒，以及碳類導(dǎo)電顆粒。其中，該高分子組份與該導(dǎo)電填充物組份的重量比是介于1∶13～1∶5.5，該金屬類導(dǎo)電顆粒的重量高于該陶瓷類導(dǎo)電顆粒，且該陶瓷類導(dǎo)電顆粒的重量高于該碳類導(dǎo)電顆粒，及該碳類導(dǎo)電顆粒占該導(dǎo)電填充物組份重量的2.8wt％～7.3wt％。
文檔編號C08K7/00GK103242579SQ201210024550
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月3日
發(fā)明者陳繼圣, 江長鴻 申請人:富致科技股份有限公司