有机正温系数热敏电阻制造技术

本发明专利技术提供了一种包含至少两种聚合物基体，低分子有机化合物和带尖突起导电颗粒的有机正温系数热电阻。就聚合物基体而言，使用两种不同熔点的热塑性聚合物基体，或至少一种热塑性聚合物基体和至少一种热固性聚合物基体。因此，本发明专利技术能提供这样的有机正温系数热电阻，所述热电阻具有十分低的室温电阻，在工作状态和非工作状态之间大的电阻变化率，并能在减少的温度对电阻曲线的滞后现象下工作，工作温度易于控制，并且具有高的性能稳定性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用作温度传感器和过流保护元件的有机正温系数热电阻，并且所述热电阻具有其电阻值随温度的增加而增加的PTC(电阻的正温系数)特性或性能。带有分散在结晶热塑性聚合物中的导电颗粒的有机正温系数热电阻在现有技术中是熟知的，如在US3,243,753和3,351,882中所披露的。电阻值的增加被认为是由于在熔融时结晶聚合物的膨胀所造成的，这又将使导电细颗粒所形成的导电通道裂开。有机正温系数热电阻可用作自控加热器，过流保护元件，以及温度传感器。对这些用途的要求是在非操作状态，于室温下，电阻值相当低，在室温时的电阻值和操作时的电阻值之间的变化率相当大，并且在重复操作时电阻值的改变将减小。为满足这些要求，已建议使用低分子量有机化合物如蜡，并将热塑性聚合物基体用作粘合剂。所述的有机正温系数热电阻例如包括聚异丁烯/石蜡/炭黑体系(F.Bueche，J.Appl.Phys.，44，532，1973)，丁苯橡胶/石蜡/炭黑体系(F.Bueche，J.聚合物科学，11，1319，1973)，和低密度聚乙烯/石蜡/炭黑体系(K.Ohe等人，Jpn.J.Appl.Phys.，10，99，1971)。包含使用低分子量有机化合物的有机正温系数热电阻的自控加热器，限流元件等披露于JP-B 62-16523，7-109786和7-48396，和JP-A 62-51184，62-51185，62-51186，62-51187，1-231284，3-132001，9-27383和9-69410。在这些情况下，电阻值的增加据信是由于低分子有机化合物的熔融所造成的。使用低分子有机化合物的一个优点是由于低分子有机化合物其结晶度通常高于聚合物，因此，当温度增加时电阻值将急剧增加。由于聚合物易于进入过冷状态，因此，它将显示出滞后现象，其中，随温度的降低而降低电阻时的温度通常低于随温度的增加而增加电阻时的温度。当使用低分子有机化合物时，能使这种滞后现象保持在较小状态。通过使用不同熔点的低分子有机化合物，能容易地控制电阻增加时的温度(工作温度)。取决于不同的分子量和结晶度，以及与单体的共聚合作用，聚合物对熔点的改变将是敏感的，这将导致结晶态的改变。在这种情况下，常常得不到充分的PTC特性。当工作温度设置在100℃或更低时，这将是特别准确的。然而，在上述出版物中列出的有机正温系数热电阻中，在低起始(室温)电阻和大的电阻变化率之间没有切合实际的折衷方案。Jpn.J.Appl.Phys.，10，99，1971示出了其中电阻率(Ω·cm)增加到108倍的例子。然而，在室温时的电阻率高达104Ω·cm，因此，特别是对于过流保护元件或温度传感器是不能使用的。其它的应用示出了电阻值(Ω)或电阻率(Ω·cm)在10倍或更低和约104倍之间增加，其中室温电阻没有完全降低。另一方面，JP-A 2-156502，2-230684，3-132001和3-205777披露了使用低分子有机化合物和起基体作用的热固性聚合物的有机正温系数热电阻。然而，由于将炭黑和石墨用作导电颗粒，因此，电阻的变化率小至一个数量级或更低，而且室温电阻没有充分降低，或约为1Ω·cm。因此，在低起始电阻和大的电阻变化率之间没有折衷方案。JP-A 55-68075，58-34901，63-170902，2-33881，9-9482和10-4002，以及US4,966,729提出了一种有机正温系数热电阻，它完全由热固性聚合物和导电颗粒组成，其中不依靠低分子有机化合物。在这些热电阻中，由于将炭黑和石墨用作导电颗粒，因此，在至多0.1Ω·cm的室温电阻和5个数量级或更大的大电阻变化率之间根本没有折衷方案。通常，只有热固性聚合物和导电颗粒组成的热电阻体系没有明显的熔点，因此这些电阻中大多数将显示温度对电阻性能迟钝的电阻增加，特别是在过流保护元件，温度传感器等应用中将不能提供令人满意的性能。在许多情况下，在包括上述出版物中所列出的现有技术的有机正温系数热电阻中，将炭黑和石墨用作导电颗粒。然而，利用炭黑的一个问题是当使用增加的炭黑量来降低起始电阻值时，将得到不充分的电阻变化率；而且在低起始电阻和大的电阻变化率之间没有合理的折衷方案。有时，通常将金属颗粒用作导电颗粒。在这种情况下，在低起始电阻和大的电阻变化率之间同样没有合理的折衷方案。在日本专利申请号9-350108中，本专利技术者已提供了包含热固性聚合物基体，低分子有机化合物和带有尖突起的导电颗粒的有机正温系数热电阻。该热电阻具有8×10-2Ω·cm的足够低的室温电阻率，在操作状态和非操作状态之间大于11个数量级的电阻变化率，以及低的温度对电阻曲线的滞后现象。此外，工作温度从40-100℃。当热电阻用作二次电池，电毯，厕所座椅和汽车座椅的加热器等的保护元件时，100℃或更高的温度对人体将有潜在的危险。考虑至对人体的安全，工作温度必须在100℃或更低。近年来，由于手持电话，个人计算机等的过流保护元件，因此，对有机正温系数热电阻的需求正日益增加。另外，考虑至它们使用时的温度，也希望热电阻的工作温度从40-100℃。然而，就性能稳定性，尤其是在高温或高湿下或在时续时断负载下的稳定性而言，发现所述的热电阻是不充分的。这似乎是由于工作物质或活性物质即在操作期间重复熔融/固体循环的低分子有机化合物的离析等所造成的，这种离析可归于低分子有机化合物的低熔点和低熔融粘度(约2-10mm2/秒，100℃)。这种离析又将使低分子有机化合物和导电颗粒的结晶态和分散状态发生改变，这将导致性能的下降。所述的性能稳定性问题对于起工作物质的低分子有机化合物是重要的。所有将低分子有机化合物用作活性物质的目前可得到的热电阻，包括上述的那些热电阻，在性能稳定性方面仍不能令人满意。在某些情况下，热电阻元件将发生变形。另一方面，JP-A5-47503披露了一种包含结晶聚合物，例如聚偏二氟乙烯和带有尖颗粒导电颗粒的有机正温系数热电阻；所述导电颗粒如尖的Ni粉末。US5,378,407还披露了一种包含带有尖突起的细丝镍，和聚烯烃，烯烃共聚物或氟聚合物的热电阻。然而，这些热电阻在滞后现象方面仍是不够的，因此，尽管改善了低起始电阻和大的电阻变化率之间的折衷方案，但仍不适用于例如温度传感器。这是因为没有低分子有机化合物用作工作物质或活性物质的缘故。利用这些热电阻的另一个问题是当在工作时电阻增加之后进一步加热时，它们将显示出电阻值随温度增加而降低的NTC(电阻的负温系数)性能。需指出的是，上述的出版物根本没有建议使用低分子有机化合物。增加低分子有机化合物，这些热电阻的工作温度将超过100℃。虽然在上述出版物中所披露的某些热电阻，其工作温度从60-70℃，但在重复操作时它们的性能将变得不稳定。JP-A5-198403和5-198404披露了一种包含热固性树脂和带有尖突起导电颗粒混合物的有机正温系数热电阻，并且显示出了大于9个数量级的电阻变化率。然而，当通过增加填料量来降低室温电阻值时，将得到不充分的电阻变化率。因此，很难实现低起始电阻值和大的电阻变化率之间的折衷方案。另外，由于热电阻由热固性树脂和导电颗粒组成，因此，它将没有明显的电阻急剧增加。上述的出版物也没有涉及使用低分子化合物。迄今为止，还没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机正温系数热电阻，包含：至少两种聚合物基体，低分子有机化合物和导电颗粒，每个导电颗粒均有尖突起。

【技术特征摘要】
JP 1998-11-2 327503/98;JP 1999-1-28 20602/991.一种有机正温系数热电阻，包含至少两种聚合物基体，低分子有机化合物和导电颗粒，每个导电颗粒均有尖突起。2.根据权利要求1的有机正温系数热电阻，其中所述的至少两种聚合物基体包含至少一种热塑性聚合物基体和至少一种热固性聚合物基体。3.根据权利要求2的有机正温系数热电阻，其中所述的热固性聚合物基体为环氧树脂，不饱和聚酯树脂，聚酰亚胺，聚氨酯，酚树脂，和硅氧烷树脂的任一种。4.根据权利要求1的有机正温系数热电阻，其中所述的至少两种聚合物基体包含至少两种具有不同熔点的热塑性聚合物基体。5.根据权利要求4的有机正温系数热电阻，其中对于所述的热塑性聚合物基体，最低熔点的热塑性聚合物基体，其熔点将比所述的低分子有机化合物的熔点高至少15℃。6.根据权利要求4的有机正温系数热电阻，其中对于所述的热塑性聚合物基体，所述最低熔点的热塑性聚合物基体，其熔体流动速率从1-20克/10分。7.根据权利要求4的有机正温系数热电阻，其中所述的热塑性聚合物基体是聚烯烃。8.根据权利要求4的有机正温系数热电阻，其中对于所述的热塑性聚合物基体，所述最低熔点的热塑性聚合物基体是低密度聚乙烯。9.根据权利要求4的有机正温系数热电阻，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：繁田德彦，吉成由纪江，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]