制造电路保护 器件的方法技术

一种电器件，该电器件包括： （Ａ）电阻元件，它由导电性聚合物组合物组成，该组合物包括 （１）具有结晶度至少２０％和熔点Ｔｍ的聚合物组分，和 （２）分散在聚合物组分中的颗粒状导电性填料；和 （Ｂ）两个电极，它们（ｉ）连接于电阻元件，（ｉｉ）包括金属箔，和（ｉｉｉ）能够联通于电源， 该器件由包括以下步骤的方法制备： （ａ）从包括位于两金属箔之间的导电性聚合物组合物的层压件裁切出该器件； （ｂ）在裁切步骤之后将该器件暴露在高于Ｔｍ的温度Ｔｔ下进行热处理；和 （ｃ）在热处理之后使导电性聚合物组合物交联， 该器件具有至少一个下述特性： （ｉ）电阻元件厚度至多０．５１ｍｍ，优选至多０．２５ｍｍ； （ｉｉ）交联水平等同于１－２０Ｍｒａｄｓ，优选２－１０Ｍｒａｄｓ； （ｉｉｉ）交联在单一方法中完成，优选通过辐射； （ｉｖ）在２０℃下电阻，Ｒ↓［２０］为至多１．０欧姆，优选至多０．１００欧姆；和 （ｖ）在２０℃下电阻率ρ↓［２０］至多２．０欧姆－厘米，优选至多１．０欧姆－厘米。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术的领域本专利技术涉及包括导电性聚合物组合物的电器件和制备该器件的方法。本专利技术的介绍包括导电性聚合物组合物的电器件是众所周知的。该组合物包括聚合物组分和分散在其中的颗粒状导电性填料如炭黑或金属。导电性聚合物组合物描述在US专利No.4,237,441(van Konynenburg等人)，No.4,388,607(Toy等人)，No.4,534,889(van Konynenburg等人)，No.4,545,926(Fouts等人)，No.4,560,498(Horsma等人)，No.4,591,700(Sopory)，No.4,724,417(Au等人)，No.4,774,024(Deep等人)，No.4,935,156(van Konynenburg等人)，No.5,049,850(Evans等人)，No.5,250,228(Baigrie等人)，No.5,378,407(Chandler等人)，和No.5,451,919(Chu等人)，在US申请No.08/408,769(Wartenberg等人，1995年3月22日申请)，和在国际专利申请No.PCT/US95/07925(Raychem Corporation，1995年6月7日申请)。这些组合物通常显示出正温度系数(PTC)行为，即它们响应温度的升高而增加了电阻率，一般在较小温度范围内。电阻率的这一增加幅度是PTC异常值(anomaly)高度。PTC导电性聚合物组合物特别适合用于电器件如响应环境温度和/或电流条件的电路保护装置。在正常条件下，电路保护装置保持在低的温度，与电路的负载串连的低的电阻状态。然而，当暴露于过电流或过温度条件下时，该器件提高了电阻，有效地减少电路负载的电流。对于许多应用，希望该器件具有尽可能低的电阻和尽可能高的PTC异常值。低的电阻是指在正常操作中对电路的电阻有小的贡献。高的PTC异常值使该器件能够承受所施加的电压。虽然低电阻器件能够通过改变尺寸来制造，例如将电极之间的距离造得非常的小或器件面积非常的大，但是，最普通的技术是使用具有低电阻率的组合物。导电性聚合物组合物的电阻率能够通过添加更加导电的填料来降低，但是这一般降低PTC异常值。对于PTC异常值的降低的可能解释是更加导电的填料的添加(a)降低了对PTC异常值有贡献的结晶聚合物的量，或(b)物理上增强了聚合物组分，因此降低了在熔化温度下的膨胀。所以，常常很难同时获得低电阻率和高PTC异常值。本专利技术概述即使当制备低电阻率组合物时，为制造电路保护装置所需要的许多加工步骤常常有利于器件电阻率的提高。用于改进器件的电稳定性的方法，例如导电性聚合物的交联，或热处理，常常提高电阻。一种普通的制备器件的技术是从与金属电极一起层压的导电性聚合物片材上冲出或裁切出器件。而这已在US专利No.5,303,115(Nayar等人)中建议，在规定厚度的边缘故意诱发损伤、高度交联的器件能够用来满足严格的电试验(如在Underwriter’s Laboratory Standard 1459(1990年6月5日和1991年12月13日)规定的)的要求，我们现已认识到，甚至在较薄的器件上平常的冲孔方法也能够诱发损伤，例如在该器件周边的、可在显微镜下观察到的裂纹。这一损伤降低了PTC异常值高度并影响电性能。所以，对该器件有一个要求在冲孔和加工之后，保留低电阻率和高PTC异常值，并显示出良好的电稳定性。我们现已发现，通过下面的加工技术能够制得具有低电阻、高PTC异常值、良好电稳定性和再现性的电器件。在第一方面，本专利技术公开了一种电器件，它包括(A)电阻元件，它由导电性聚合物组合物组成，该组合物包括(1)具有结晶度至少20％和熔点Tm的聚合物组分，和(2)分散在聚合物组分中的颗粒状导电性填料；和(B)两个电极，它们(i)连接于电阻元件，(ii)包括金属箔，和(iii)能够联通于电源，该器件由包括以下步骤的方法制备(a)从包括位于两金属箔之间的导电性聚合物组合物的层压件上裁切出该器件；(b)在裁切步骤之后将该器件暴露在高于Tm的温度Tt下进行热处理；和(c)在热处理之后使导电性聚合物组合物交联，该器件具有至少一个下述特性(i)电阻元件厚度至多0.51mm；(ii)交联水平等同于1-20Mrads；(iii)交联在单一方法中完成；(iv)在20℃下的电阻R20为至多1.0欧姆；和(v)在20℃下电阻率ρ20至多2.0欧姆-厘米。在第二方面，本专利技术公开了一种电器件，它包括(A)电阻元件，它(i)具有厚度至多0.51mm，(ii)被交联到至少2 Mrads的当量，而且(iii)由一种导电性聚合物组合物组成，该组合物包括(1)聚合物组分，它具有结晶度至少20％和熔点Tm，和(2)分散在聚合物组分中的颗粒状导电性填料；和(B)两个电极，它们(i)连接于电阻元件，(ii)包括金属箔，和(iii)能够联通于电源，该器件(a)在20℃下具有电阻R20至多1.0欧姆，(b)在20℃下具有电阻率ρ20至多2.0欧姆-厘米，(c)具有PTC异常值，从20℃至(Tm+5℃)PTC为至少105，和(d)由一种方法制得，在该方法中(1)在裁切步骤中已从包括位于两金属箔之间的导电性聚合物组合物的层压件上裁切出该器件，和(2)在裁切步骤之后和在交联步骤之前将该器件暴露在高于Tm的温度Tt下的热处理。在第三方面，本专利技术公开了一种制造电器件的方法，该电器件包括(A)电阻元件，它(i)具有厚度至多0.51mm，(ii)被交联到至少2Mrads的当量，而且(iii)由一种导电性聚合物组合物组成，该组合物包括(1)聚合物组分，它具有结晶度至少20％和熔点Tm，和(2)分散在聚合物组分中的颗粒状导电性填料；和(B)两个电极，它们(i)连接于电阻元件，(ii)包括金属箔，和(iii)能够联通于电源，该方法包括(a)制备层压件，该层压件包括位于两金属箔之间的导电性聚合物组合物，(b)从层压件上裁切出器件，(c)将该器件暴露在高于Tm的温度Tt下的热处理，(d)冷却该器件，和(e)交联该器件。附图的简述由附图说明本专利技术，其中图1显示了本专利技术电器件的平面视图；图2显示了用来制造本专利技术的器件的层压件的平面视图3显示了由普通方法和由本专利技术方法制造的器件的、作为温度的函数的电阻率；和图4显示了由普通方法和由本专利技术方法制造的器件的、作为温度的函数的电阻。本专利技术详细描述本专利技术的电器件包括由导电性聚合物组合物组成的电阻元件。这一组合物包括包含一种或多种结晶性聚合物的聚合物组分。聚合物组分具有至少20％，优选至少30％，尤其至少40％的结晶度，结晶度由差示扫描量热仪(DSC)测定。优选的是聚合物组分包括聚乙烯，例如高密度聚乙烯，中等密度聚乙烯，低密度聚乙烯，或线性低密度聚乙烯；乙烯共聚物或三元共聚物，例如乙烯/丙烯酸共聚物(EAA)、乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)、乙烯/丙烯酸丁酯(EBA)、或其它共聚物，如在国际专利申请No.PCT用S95/07925(Raychem Corporation，1995年6月7日申请)中描述的那些；氟聚合物，例如聚偏氟乙烯(PVDF)；或这些聚合物中两种或多种的混合物。具有密度至少0.94g/cm3，一般0.9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电器件，该电器件包括(A)电阻元件，它由导电性聚合物组合物组成，该组合物包括(1)具有结晶度至少20％和熔点Tm的聚合物组分，和(2)分散在聚合物组分中的颗粒状导电性填料；和(B)两个电极，它们(i)连接于电阻元件，(ii)包括金属箔，和(iii)能够联通于电源，该器件由包括以下步骤的方法制备(a)从包括位于两金属箔之间的导电性聚合物组合物的层压件裁切出该器件；(b)在裁切步骤之后将该器件暴露在高于Tm的温度Tt下进行热处理；和(c)在热处理之后使导电性聚合物组合物交联，该器件具有至少一个下述特性(i)电阻元件厚度至多0.51mm，优选至多0.25mm；(ii)交联水平等同于1-20Mrads，优选2-10Mrads；(iii)交联在单一方法中完成，优选通过辐射；(iv)在20℃下电阻，R20为至多1.0欧姆，优选至多0.100欧姆；和(v)在20℃下电阻率ρ20至多2.0欧姆-厘米，优选至多1.0欧姆-厘米。2.根据权利要求1的器件，它在从20℃至(Tm+5℃)具有PTC异常值至少104.0，优选至少104.5。3.根据权利要求1或2的器件，其中聚合物组分包括聚乙烯，乙烯共聚物，或氟聚合物。4.根据权利要求3的器件，其中聚合物组分包括高密度聚乙烯或乙烯/丙烯酸丁酯共聚物。5.根据前述权利要求中任何一项的器件，其中导电性填料包括炭黑。6.根据权利要求1的器件，其中ρ20低于1.2ρ20c...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·托思，M·F·瓦藤伯尔格，M·班尼克，
申请(专利权)人：雷伊化学公司，
类型：发明
国别省市：