具有正温度系数的导电性聚合物和其用途制造技术

ＰＴＣ导电性聚合组合物，包括含有聚烯烃组分的有机聚合物，占有机聚合物重量的６０－１２０ｗｔ％、分散在有机聚合物中的导电粒子；和占有机聚合物重量的０．２－０．５ｗｔ％、加入到有机聚合物中用于交联反应的过氧化交联剂，所述的聚烯烃组分基本由３０－４０ｗ％高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ），２０－４０ｗ％低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ），１０－３０ｗｔ％乙烯－丙烯酸（ＥＡＡ）或乙烯－乙酸乙烯酯（ＥＶＡ）以及２０－３０ｗ％变性为马来酸酐化合物的高密度或低密度聚乙烯所组成。因此通过适当地调整变性为马来酸酐化合物的聚乙烯的加入量，使控制ＰＴＣ特性如开关温度和断闸时间成为可能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有正温度系数(PTC)的复合材料以及含有该PTC复合材料的电子装置。更具体地，本专利技术涉及PTC复合材料，该材料是将其上接枝有马来酸酐的聚乙烯加入马来酸酐中制得，目的是容易地控制开关温度(switching temperature)和断闸时间。
技术介绍
PTC是指由于温度的升高，电阻在一个比较窄的温度范围内快速升高的性质。PTC复合材料具有这样的PTC性质，经常被用作电路保护元件，当电路如加热件，正特性(positive-characterized)热敏电阻，点火传感元件(ignitionsensor)，电池等发生短路时，限制电路中的电流。当造成短路的原因消除时，电路保护元件使电路得以恢复。采用PTC复合材料的另一个实例是其中至少两个电极与该复合材料进行电连接的复合材料。这样的PTC元件用作防止过电流和过热的元件，这种作用如上述的温度的自我控制。使用PTC元件的过电流保护机理如下。在室温下，PTC复合材料具有足够低的电阻，以保证电流流过电路。然而，如果由于短路而造成有高电流通过电路，该高电流引起了产生于PTC元件的焦耳热(Joule heat)，由于PTC特性，焦耳热使温度升高并因此使元件的电阻增加。该电阻阻止电流通过元件，从而保护电路。通常称之为限流特性。此类PTC元件或PTC复合材料需要具有限流特性，即使在高电压下也能重复工作。此外，限流特性提高的原因在于PTC元件起始电阻的充分下降和具有有效的PTC特性。人们已经研制出许多种类的PTC复合材料。作为实例，将一价或三价的金属氧化物加入BaTiO3中制得PTC复合材料是公知的。然而，此类复合材料的问题在于由于在出现PTC特性之后立刻显示出NTC(负温度系数)特性，因此其允许小于1msec的电流通过。作为一种选择，还研制出一种PTC复合材料，其是通过将导电性粒子如炭黑，碳纤维，石墨或金属粒子分散于有机聚合物如聚乙烯，聚丙烯或乙烯-丙烯酸共聚物中制备得到。通常将需要量的导电粒子混合入至少一种用作有机聚合物的树脂中来制备此类PTC复合材料。可参考例如US.Pat.No.3,243,753，US.Pat.No.3,823,217，US.Pat.No.3,950,604，US.Pat.No.4,188,276，US.Pat.No.4,272,471，US.Pat.No.4,414,301，US.Pat.No.4,425,397，US.Pat.No.4,426,339，US.Pat.No.4,427,877，US.Pat.No.4,429,216，US.Pat.No.4,442,139等。另外，韩国专利公开号为99-63872的文献公开了将导电粒子填料接枝到马来酸酐接枝的聚乙烯上以制备PTC复合材料的技术。该PTC复合材料可能显示出与具有光滑表面的金属电极有很强的粘结性，在重复循环后(即，由低电阻状态变为高电阻状态，然后返回)恢复其起始的或较低的电阻，并延长断闸状态的时间。然而，其中的任一篇文献都没有说明通过将其上接枝有马来酸酐的聚乙烯加入到结晶聚合物化合物中，以控制开关温度和断闸时间的技术。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人已经发现通过将其上接枝有马来酸酐的低密度聚乙烯(LDPE)或高密度聚乙烯(HDPE)加入到HDPE，LDPE，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)，乙烯-丙烯酸(EAA)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)中来控制开关温度和断闸时间是可能的。本专利技术的一个目的是提供用于容易地控制开关温度和断闸时间的PTC复合材料，以及控制此类PTC特性的方法。本专利技术的另一目的是使用过氧化交联剂使导电性聚合物化合物进行交联反应，以提供具有优异的热稳定性和导电性的PTC复合材料。为达到上述目的，本专利技术提供一种有机正温度系数(PTC)复合材料，其包括有机聚合物；分散在100wt％的有机聚合物中的60-120wt％导电粒子；和加入到100wt％有机聚合物中用于交联反应的0.2-0.5wt％过氧化交联剂，其中，所述的聚合物是将其上接枝有马来酸酐的20-30wt％高密度聚乙烯(HDPE)或低密度聚乙烯(LDPE)加入到含有30-40wt％HDPE，20-40wt％LDPE和10-30wt％乙烯-丙烯酸(EAA)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)的聚烯烃组分中制备得到。因此，通过适当地调整马来酸酐接枝的聚乙烯的加入量可以控制开关温度和断闸时间。本专利技术的另一目的是提供控制有机PTC复合材料的正温度系数(PTC)特性的方法，该有机PTC复合材料是将导电粒子如炭黑分散到含有30-40wt％高密度聚乙烯(HDPE)，20-40wt％低密度聚乙烯(LDPE)和10-30wt％乙烯-丙烯酸(EAA)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)的聚烯烃组分中，然后用过氧化交联剂使聚烯烃组分发生交联而制备得到的，其中该方法包括以下步骤将其上接枝有马来酸酐的20-30wt％HDPE或LDPE加入到聚烯烃组分中，以控制开关温度(Ts)和断闸时间。此时，随着马来酸酐接枝的聚乙烯的加入量增加，开关温度和断闸时间都下降。本专利技术的另一方面也提供了一种电子装置，包括PTC元件和一对可与电源分别相连的电极，当与电源相连时，所述的电极允许电流通过PTC元件；所述的PTC元件含有有机聚合物，分散在100wt％的有机聚合物中的60-120wt％导电粒子，和加入到100wt％有机聚合物中用于交联反应的0.2-0.5wt％过氧化交联剂；该有机聚合物是将其上接枝有马来酸酐而成为马来酸酐化合物的20-30wt％高密度聚乙烯(HDPE)或低密度聚乙烯(LDPE)加入到含有30-40wt％HDPE，20-40wt％LDPE和10-30wt％乙烯-丙烯酸(EAA)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)的聚烯烃组分中制备得到。本专利技术建议的有机PTC(正温度系数)复合材料的电阻率在室温下为0.8-2.0Ω-cm，表现出优越的耐温特性和电流-时间特性，在反复升高和降低温度后，仍然保持了起始状态的比电阻。更具体地，将导电粒子填料如炭黑和马来酸酐接枝的LDPE(或HDPE)加入到含有HDPE，LDPE，EEA(乙烯-丙烯酸乙酯共聚物)，EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)，EAA(乙烯-丙烯酸)等的有机聚合物化合物中，然后用交联剂使混合物发生交联，制备得到有机PTC复合材料。该PTC复合材料还可另外包括抗氧化剂，惰性填料，稳定剂，分散剂等。本专利技术的有机聚合物含有30-40wt％HDPE，20-40wt％LDPE和10-30wt％EAA，EVA或EEA。加入到有机聚合物中的马来酸酐接枝的HDPE或LDPE的适宜的量优选是20-30wt％。镍粉末，金屑，铜粉末，铜的银化粉末，金属合金粉末，炭黑，炭粉末或石墨可以用作导电性粒子填料。其中，本专利技术最优选炭黑作为导电性粒子填料。碳黑的加入量优选约为有机聚合物重量的30-60wt％。用于交联反应的过氧化交联剂的适宜加入量约为0.3-0.8wt％。另外，作为附加试剂，抗氧化剂的优选加入量是0.2-0.5wt％。上述有机PTC复合材料可被放置在两个金属膜电极之间制成具有PTC特性的电子装置。附图说明图1描述了具有PTC特性的电子装置。如图1所示，该电子装置包括两个金属膜电极1和结合于其间的PTC元件2。PTC元件2含有上述的有机P本文档来自技高网...

【技术保护点】
有机正温度系数（ＰＴＣ）复合材料，其通过将导电粒子分散到有机聚合物中而实现ＰＴＣ特性，其特征在于，所述的导电性复合材料包括加入到１００ｗｔ％有机聚合物中用于交联反应的０．２－０．５ｗｔ％过氧化交联剂，且其中所述的有机聚合物包括（１）聚烯烃组分，其含有３０－４０ｗｔ％高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ），２０－４０ｗｔ％的低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）和１０－３０ｗｔ％乙烯－丙烯酸（ＥＡＡ）或乙烯－乙酸乙烯酯（ＥＶＡ）；和（２）加入到聚烯烃组分中的、其上接枝有马来酸酐的２０－３０ｗｔ％ＨＤＰＥ或ＬＤＰＥ，通过适当地调节马来酸酐接枝的聚乙烯的加入量，能控制开关温度和断闸时间。

【技术特征摘要】
KR 2001-8-25 2001/515681.有机正温度系数(PTC)复合材料，其通过将导电粒子分散到有机聚合物中而实现PTC特性，其特征在于，所述的导电性复合材料包括加入到100wt％有机聚合物中用于交联反应的0.2-0.5wt％过氧化交联剂，且其中所述的有机聚合物包括(1)聚烯烃组分，其含有30-40wt％高密度聚乙烯(HDPE)，20-40wt％的低密度聚乙烯(LDPE)和10-30wt％乙烯-丙烯酸(EAA)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)；和(2)加入到聚烯烃组分中的、其上接枝有马来酸酐的20-30wt％HDPE或LDPE，通过适当地调节马来酸酐接枝的聚乙烯的加入量，能控制开关温度和断闸时间。2.根据权利要求1所述的有机PTC复合材料，其特征在于，所述的100wt％的有机聚合物还分散有60-120wt％导电粒子。3.根据权利要求2所述的有机PTC复合材料，其特征在于，所述的有机PTC复合材料进一步包括抗氧化剂，该抗氧化剂的量占有机聚合物重量的0.2-0.5wt％。4.根据权利要求2所述的有机PTC复合材料，其特征在于，所述的有机PTC复合材料的室温电阻率为0.8-2.0Ω-cm。5.根据权利要求3所述的有机PTC复合材料，其特征在于，所述的有机PTC复合材料的室温电阻率为0.8-2.0Ω-cm。6.控制有机PTC复合材料的正温度系数(PTC)特性的方法，所述的有机PTC复合材料是通过将导电粒子如炭黑分散到聚烯烃组分中，然后用过氧化交联剂交联聚烯烃组分制备得到的，所述的聚烯烃组分含有30-40wt％高密度聚乙烯(HDPE)，20-40wt％低密度聚乙烯(LDPE)和10-30wt％的乙烯-丙烯酸(EAA)或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)，其特征在于，所述的方法包括以下步骤将其上接枝有马来酸酐的20-30wt％的HDPE或LDPE加入到所述的聚烯烃组分中，以控制开关温度(Ts)和断...

【专利技术属性】
技术研发人员：金道润，李钟昊，崔水安，韩畯九，高昌模，
申请(专利权)人：LG电线有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]