改进的正温系数聚合组合物制造技术

一种呈现ＰＴＣ行为的结晶导电聚合组合物，该组合物包括改性聚烯烃和导电微粒填充剂。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括呈现PTC行为的导电聚合组合物的电路保护装置。众所周知，许多导电材料的电阻率是随温度改变的。正温度系数(PTC)导电材料当其温度在一特定范围内增加时，其导电率急剧增加。通过在其中分散有导电填充剂而导电的许多结晶聚合物呈现这种PTC效应。这些聚合物通常包括聚烯烃，诸如聚乙烯、聚丙烯，以及乙烯/丙烯共聚物。温度在低于某一定值(即临界温度或跳转温度)时，聚合物呈现出相对低的恒定电阻率。但当聚合物的温度超过此临界点时，其电阻率便急剧增加。呈现PTC行为的组合物已在电器装置中使用，在包括电源和串联的附加电元件的电路中作为过(电)流保护器。在电路的正常工作情况下，负荷和PTC装置的电阻使相对较小的电流流经PTC装置，因此装置的温度(由于I2R的热量加温)仍保持在临界或跳转温度以下。如果负荷短路或电路受到电力冲击，则流经PTC装置的电流大大增加，此时有大量的功率耗散在PTC装置中。此功率耗散只出现很短的时间(几分之一秒)，然而由于此功率耗散会使PTC装置的温度(由于I2R热量加温)升至某一值，在此值下PTC装置的电阻变得如此之高以致使电流被限制在一可被忽略的值。新电流值足以将PTC装置保持在一新的高温/高阻平衡点。此装置即被认为是处于其“跳转”状态。流经电路的此微不足道或涓流的电流不会损坏与PTC装置串联连接的电器部件。因而PTC装置起作保险丝的作用，它在PTC装置被加热至其临界温度范围时将流经短路负荷的电流降至一低的安全值。中断电路中的电流或清除短路(或电力冲击)条件，PTC装置将会冷却至其临界温度以下回到其正常工作的低电阻状态。此效应是一可复位的电路保护装置。导电聚合PTC组合物和其作为保护装置的用途在工业上是众所周知的。例如美国专利No.4,237,441(Van Konynenburg等人)，No.4,304,987(Van Konynenburg)，No.4,545,926(Fouts，Jr.等人)，No.4,849,133(Yoshida等人)，No.4,910,389(Sherman等人)和No.5,106,538(Barma等人)公开了包括热塑性结晶聚合物和分散于其中的炭黑的PTC组合物。惯用的聚合物PTC电装置包括设置在一对电极之间的PTC部件。电极与电源相连，因而使电流流经PTC部件。然而在先有技术的导电聚合PTC组合物和采用这种组合物的电装置中，聚合PTC组合物易于受氧化作用和在高温或高电压应用中电阻率变化的影响。这种热和电的不稳定性是不希望有的，特别是在电路保护装置暴露于变换的环境温度，受到大量的热循环(即从低阻态至高阻态的改变)或长期保持在高阻态(或“跳转”态)下时。此外，在采用先有技术导电聚合PTC组合物的电装置中，PTC组合物和电极间的物理附着(即欧姆接触)很差，其结果是增加了接触电阻。采用这些先有技术组合物的PTC装置的结果具有高的初始电阻或室温电阻，因而限制了其应用。克服先有技术PTC装置中欧姆接触很差的试图一般是集中在改变电极设计上。例如，US3,351,882(Kohler等人)公开了一种由具有导电粒子分散于其中的聚合物和嵌入聚合物中的有网状结构(例如金属网筛、金属丝网、相隔一定距离的金属绞股丝或多孔的金属片)的电极组成的电阻元件。日本专利公开No.5-109502公开了一种包括PTC元件和具有三维网络结构的多孔金属材料电极的电路保护装置。改进PTC装置中的欧姆接触的其它试尝包括对电极进行化学或机械处理以提供粗糙的表面。例如，US4,689,475和4,800,253(Kleiner等人)和JP 1,865,237公开了用化学或机械处理过的金属电极，以提高其表面粗糙度。这些处理方法包括电沉积、浸蚀、电镀、轧或压。但是这些处理方法增加了加工步骤和PTC装置的总成本。本专利技术的目的是提供电和热稳定性得到改进的导电聚合PTC组合物；本专利技术的进一步目的是提供对有平滑表面的金属电极呈现优良附着性的导电聚合PTC组合物；因此就能提供其电阻基本上回位到初始值或更低值的电路保护装置，甚至是在重复循环(即从其低阻态至高阻态并再回过来)后和在长时期处于“跳转”态时。附着性和电、热稳定性得到改进的本专利技术导电聚合PTC组合物也拓宽了可以使用电路保护装置的应用范围。因此，本专利技术的一方面是提供呈现PTC行为的结晶导电聚合组合物，该组合物由改性聚烯烃和导电微粒填充剂组成。它与先有技术导电聚合PTC组合物的导电微粒填充剂是均匀分散在结晶聚合物基质中的情况不同，本专利技术的导电微粒填充剂是化学结合(即接枝)在改性聚烯烃上的。本专利技术的另一方面是提供呈现PTC行为的结晶导电聚合组合物，该组合物由导电微粒填充剂和具有化学式 的改性聚烯烃组成的。式中X1选自羧酸和羧酸衍生物，式中x和y的数值应使x/y的重量比至少为9。本专利技术的又一方面是提供呈现PTC行为、25℃下电阻率低于5欧姆·厘米(ohm·cm)、温度高于25℃下的峰值电阻率至少为1,000ohm·cm的结晶导电聚合组合物，该组合物包括接枝在改性聚烯烃组分上的导电填充剂组分。本专利技术也提供由如下(a)和(b)构成的电装置(a)具有接枝在导电微粒填充剂组分上的改性聚烯烃组分的PTC元件；(b)可与电源连接的两个电极，并在连接时能使电流流经PTC元件。本专利技术的另一方面是提供由如下(a)和(b)构成的电装置(a)具有接枝在导电微粒填粒填充剂组分上的改性聚烯烃组分的PTC元件，改性聚烯烃组分包括约90-99wt％聚乙烯和1-10wt％羧酸或羧酸衍生物，PTC元件在25℃下的电阻率低于5ohm·cm、温度高于25℃下的峰值电阻率至少为1,000ohm·cm；(b)可与电源连接的两个电极，并在连接时能使电流流经PTC元件，该装置的电阻R初始(Rint)在25℃下低于1ohm。本专利技术也提供由如下(a)和(b)构成的电装置(a)具有接枝在导电微粒填充剂组分上的改性聚烯烃组分的PTC元件；(b)具有表面粗糙度(Ra)的两个电极，电极未经提高粗糙度(Ra)的化学或机械处理，二电极可与电源连接，并在连接时使电流流经PTC元件。本专利技术的又一方面是提供由如下(a)、(b)和(c)构成的电路(a)电源；(b)包括PTC元件和两个电极的电路保护装置，PTC元件是由包括改性聚烯烃和导电微粒填充剂的导电聚合组合物组成的；(c)与电路保护装置串联连接的其它电路元件，电路保护装置的电阻为RLohm。本专利技术的最后一个方面是提供包括电源、由PTC元件和两个电极组成的电路保护装置和与电路保护装置串联连接的其它电路元件的电路，电路保护装置的电阻为RLohm，并具有正常工作条件和发生故障时的高温稳定工作条件，其中(a)PTC元件由包括有机聚合物材料和导电炭黑的PTC导电聚合物组成，PTC导电聚合物的25℃下电阻率为5ohm·cm或更低；(b)电路保护装置的25℃下电阻为1ohm或更低和0.5×RLohm或更低。(c)电路中正常工作条件与高温稳定工作条件的功率比(即变换率)至少为8；其改进包括有机聚合物材料是由化学式为 的改性聚烯烃组成的，式中的X1选自羧酸和羧酸衍生物，x和y的数值应使x/y重量比至少为9。在阅读了本专利技术的详细叙述和附图说明后，本专利技术的其它方面和本专利技术的优点将会变得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种呈现PTC行为的结晶导电聚合组合物，该组合物包括改性聚烯烃和导电微粒填充剂。2.权利要求1的组合物，其中改性聚烯烃包括选自聚乙烯、聚乙烯共聚物、聚丙烯和乙烯/丙烯共聚物的聚合物。3.权利要求1的组合物，其中改性聚烯烃包括羧酸或羧酸衍生物。4.权利要求3的组合物，其中羧酸衍生物包括选自酰氯、羧酸酐、羧酸酯、酰胺和硫醇酯的衍生物。5.权利要求1的组合物，其中改性聚烯烃包括聚乙烯和马来酐。6.权利要求5的组合物，其中改性聚烯烃包括约90-99wt％聚乙烯和1-10wt％马来酐。7.权利要求1的组合物，其中导电微粒填充剂包括炭黑。8.权利要求1的组合物，其中导电微粒填充剂与改性聚烯烃形成化学键。9.权利要求1的组合物，其中改性聚烯烃包括用马来酐接枝的聚乙烯，导电微粒填充剂包括炭黑。10.权利要求1的组合物，其中组合物的25℃电阻率低于5ohm·cm。11.权利要求1的组合物，其中组合物的25℃电阻率低于2ohm·cm。12.一种呈现PTC行为的结晶导电聚合组合物，该组合物包括导电微粒填充剂和式的改性聚烯烃，式中X1选自羧酸和羧酸衍生物，式中x和y的数值应使x/y的重量比至少为9。13.权利要求12的组合物，其中X1包括选自酰氯、羧酸酐、羧酸酯、酰胺和硫醇酯的羧酸衍生物。14.权利要求12的组合物，其中X1是马来酐。15.权利要求12的组合物，其中导电微粒填充剂与式的改性聚烯烃的体积比至少为0.30。16.权利要求1或12的组合物，其中组合物在温度大于25℃下的峰值电阻率至少为1,000ohm·cm。17.权利要求1或12的组合物，其中组合物在温度大于25℃下的峰值电阻率至少为10,000ohm·cm。18.权利要求1或12的组合物，其中组合物在温度大于25℃下的峰值电阻率至少为100,000ohm·cm。19.权利要求12的组合物，其中组合物的结晶度至少为30％并且25℃下的电阻率低于5ohm·cm。20.权利要求19的组合物，其中组合物在25℃下的电阻率低于2ohm·cm。21.一种导电聚合组合物，其在25℃下电阻率低于5ohm·cm，温度大于25℃时的峰值电阻率至少为1,000ohm·cm，该组合物包括接枝在改性聚烯烃组分上的导电填充剂组分。22.权利要求21的组合物，其中改性聚烯烃组分包括(a)选自聚乙烯、聚乙烯共聚物、聚丙烯和乙烯/丙烯共聚物的聚烯烃和(b)羧酸或羧酸衍生物。23.权利要求22的组合物，其中羧酸衍生物包括选自酰氯、羧酸酐、羧酸酯、酰胺和硫醇酯的衍生物。24.权利要求21的组合物，其中改性聚烯烃组分包括聚乙烯和马来酐。25.权利要求21的组合物，其中改性聚烯烃组分包括约90-99wt％聚烯烃和约1-10wt％羧酸或羧酸衍生物。26.权利要求21的组合物，其中组合物包括约30-45V％导电填充剂组分和约55-70V％改性聚烯烃组分。27.一种电装置，该电装置包括(a)有接枝在导电微粒填充剂组分上的改性聚烯烃组分的PTC元件和(b)两个电极，各电极可连接于电源并在连接时使电流流经PTC元件。28.权利要求27的电装置，其中PTC元件包括约30-45V％导电微粒填充剂组分和约55-70V％改性聚烯烃组分。29.权利要求27的电装置，其中PTC元件包括约90-99wt％聚乙烯和约1-10wt％马来酐。30.权利要求27的电装置，其中装置的25℃电阻低于1ohm。31.权利要求27的电装置，其中装置的介电强度至少为500V/mm。32.一种包括(a)和(b)的电装置(a)具有接枝在导电微粒填充剂组分上的改性聚烯烃组分的PTC元件，改性聚烯烃组分由约90-99wt％聚乙烯和约1-10wt％羧酸或羧酸衍生物组成，PTC元件的25℃电阻率低于5ohm·cm、温度高于25℃的峰值电阻率至少为1,000ohm·cm。(b)两个电极，各电极可连接于电源，连接时使电流流经PTC元件，电装置的25℃电阻Rint低于1ohm。33.权利要求32的电装置，其中装置在经受由10个相继的试验循环组成的循环试验(每个循环由在装置上施加40A电流15秒钟接着是无电流或电压施于其上的休止期285秒钟组成)后，试验循环完成后装置的电阻R10循环低于Rint。34.权利要求32的电装置，其中装置在经受由100个相继的试验循环组成的循环试验(每个循环由在装置上施加40A电流15秒钟接着是无电流或电压施于其上的休止期285秒钟组成)后，试验循环完成后装置的电阻R100循环在0.75×Rint和1.5×Rint之间。35.权利要求32的电装置，其中装置在经受跳转持久性试验(由在装置上施加40A电流最长时间15...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·浩，
申请(专利权)人：保险丝公司，
类型：发明
国别省市：