正温度系数组合物和包含该组合物的PTC器件制造技术

本发明专利技术涉及具有ＰＴＣ特性的导电聚合物组合物（ＰＴＣ组合物）以及包含该组合物的ＰＴＣ器件。其中，ＰＴＣ组合物包括：ａ）结晶的烯烃基聚合物和离聚物；ｂ）分散在由ａ）形成的聚合物基质中的导电颗粒。本发明专利技术的ＰＴＣ组合物提高了对电极的粘合性，使接触电阻最小并提高了最大工作电流（保持电流）。包括ＰＴＣ组合物的ＰＴＣ器件可用作电路保护器件，防止电流过载，在发生多次短路后重新使用时保持初始电阻值。（*该技术在2020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】
本专利技术涉及具有PTC(正温度系数)特性的导电聚合物组合物(即PCT组合物)和使用PTC组合物的器件。
技术介绍
具有根据温度改变的电阻变化的导电材料以及使用这种材料的器件已为人们熟知。常规的PTC电阻器称作使用掺杂BaTiO3陶瓷材料的PTC热敏电阻器。陶瓷材料制成的热敏电阻器在高于其居里点温度显示灵敏的PTC电阻效应。尽管长期以来一直使用陶瓷材料构成的PTC器件，但仍存在的问题是由于在室温具有相对较高的电阻值，其应用受到限制，并导致高的处理费用。为解决上述问题，已研制出相对于常规陶瓷方法而更容易制造的导电聚合物组合物，这种组合物在室温具有小的电阻值。例子有美国专利4,237,441、4,545,926和5,880,668。上面文献中公开的导电聚合物组合物具有“PTC”特性，通过将作为导电填料的炭黑或金属均匀分散在聚合物基质中，使之具有导电性，从而随温度上升其电阻按比例增加，当温度上升至高于被称作转换温度(switching temperature)的一定温度时其电阻迅速增加。常规PTC组合物使用的聚合物大多数是烯烃基聚合物，例如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯/丙烯共聚物、以及乙烯基共聚物如乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/丙烯酸丁酯共聚物和乙烯/乙酸乙烯酯共聚物。此外，可以使用聚乙烯基共聚物如聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、热塑性聚合物，如聚酰胺、聚苯乙烯、聚丙烯腈、有机硅树脂、聚酯、改性纤维素或聚砜。PTC组合物通常用作电路保护器件，在包括加热器、正特性热敏电阻、热响应感应器、电池等的电路中发生短路时用于限制电流，在消除短路原因后恢复电路至正常状态。另外，给出使用PTC组合物的一个例子是PTC器件，其中，两个以上的电极电连接到PTC组合物。电极连接到电源，使电流通过PTC部件。PTC器件用作防止电路电流过载、过热等的保护器件，其作用是如上面所述的自温度控制器。这种器件一般允许电流通过电路，因为在低于其转换温度(Ts)下其电阻很低。然而，在高于转换温度下，通过电阻迅速增加而不允许任何电流通过。换句话说，当电路加热到临界温度时，PTC器件的功能是作为电路保护器件，将短路造成的电流过载降低到低的稳定值。当造成短路的原因消除时，PTC器件冷却至低于临界温度并恢复到其正常操作的低电阻状态。这样的作用称作“复位”。构成PTC器件的组合物必须具有这样的电流限制性能和允许在高电压下重复使用的复位性能。聚合物PTC电路保护器件一般通过将PTC部件插入一对电极之间形成，通过将导电细颗粒如金属或炭黑的细颗粒分散到聚合物中制造PTC部件。电极连接到电源，使电流通过PTC部件。为使接触电阻最小，电极一般通过热熔固定到PTC组合物。然而，这些方法中，组合物各部件间的粘合一直存在问题。过去，为解决这一问题，电极表面经化学或物理处理成粗糙的，或使用专门制造的电极(日本公开公报5-109502和美国专利3,351,882等)。然而，这些方法的缺点是未能满意地解决接触电阻问题，很难期望达到即使多次短路发生后也能恢复到与初始阶段同样电阻值的重复稳定性。此外，例如在锂离子电池中即使其尺寸受到限制仍要求高工作电流时，插入电路的PTC器件的尺寸也受到限制。一般，在PTC器件情况，在没有转换下保持正常工作状态的最大电流值(即保持电流IHmax)依据功率消耗而不同。功率消耗与器件的初始电阻有关。初始电阻越小，相应的功率消耗也越小，因此PTC器件具有高的最大保持电流。所以，在PTC器件中，当其具有高的最大保持电流，为降低器件的电阻值，一对电极之间的距离应较小，或电极的表面积必须扩大。如果两个电极之间的间距变窄，器件的电阻值同样下降。然而，如果电极之间的间距太窄，即使微弱的外部撞击，在它们之间构造的PTC部件也容易碎裂，并且也不容易制造。所以，电极在保持一定厚度的同时一般要放大电极的面积。在这方面，如果插在电极之间的PTC部件的电阻值不是足够低的话，形成的器件的尺寸必须放大至大于受限制的电路尺寸，以具有高的保持电流。此外，如果由于不充分的粘合而使接触电阻较高，功率消耗会集中在电极和PTC部件的界面，因此不可能获得高的最大保持电流。换句话说，PTC部件本身的电阻值以及电极和PTC部件之间的接触电阻应足够低，使得允许插入尺寸受限的电路中的PTC器件具有足够小的尺寸的同时保持高保持电流。专利技术概述本专利技术的目的是解决常规器件中的问题，提供常规电流通过一电路时具有低电阻和良好导电性的PTC组合物。具体而言，本专利技术的PTC组合物通过改进电极和PTC组合物界面上的粘合性，不必对电极进行专门处理就能使接触电阻最小，并具有高的最大保持电流。本专利技术另一个目的是提供一种电路保护器件，这种器件即使由于多次短路通过电流时也能重复和稳定保持初始电阻值。提供包含a)结晶烯烃基聚合物和离聚物和b)分散在由a)形成的聚合物基质的导电颗粒的PTC组合物，来达到上述目的和专利技术详细描述中所述的其它目的。附图简述附图说明图1是实施例1-4获得的PTC组合物的PTC特性的图。专利技术详细描述本专利技术涉及一种通过常规电流时具有低电阻和良好的导电性能的PTC组合物，具体而言，这种组合物通过改进电极和PTC组合物之间的界面粘合性，无需对电极进行专门处理就能使接触电阻最小，即使在小尺寸时也具有明显高的保持电流。具体而言，本专利技术涉及包含a)结晶烯烃基聚合物和离聚物和b)分散在由a)形成的聚合物基质中的导电颗粒的PTC组合物。用于本专利技术PTC组合物的烯烃基聚合物结晶度至少为10％，至少为20％为宜，更好为至少40％。PTC组合物中，烯烃基聚合物含量调节到至少为聚合物总重量的60％(重量)，较好在60-99.5％(重量)范围。烯烃基聚合物较好的选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯和具有极性基团的单体的共聚物、丙烯和具有极性基团的单体的共聚物、以及它们的混合物。聚乙烯的例子包括高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)以及它们的混合物，其中以高密度聚乙烯为佳。乙烯或丙烯与具有极性基团的单体的共聚物包括乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-衣康酸共聚物、乙烯/马来酸单甲酯共聚物、乙烯/马来酸共聚物、乙烯/丙烯酸/甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/马来酸单甲酯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸/乙烯醇共聚物、乙烯/丙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/苯乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/甲基丙烯酸/丙烯腈共聚物、乙烯/富马酸/乙烯基甲基醚共聚物、乙烯/氯乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/偏二氯乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/三氟氯乙烯/甲基丙烯酸共聚物以及相应的丙烯共聚物。本专利技术的PTC组合物还可以使用马来酐接枝的聚乙烯，具体是马来酐接枝的高密度聚乙烯(m-HDPE)或马来酐接枝的低密度聚乙烯(m-LDPE)等。烯烃基聚合物宜选自高密度聚乙烯、马来酐接枝的高密度聚乙烯、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物以及它们的混合物。与烯烃基聚合物一起用于本专利技术PTC组合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有正温度系数特性的导电聚合物组合物，所述组合物包括：ａ）结晶的烯烃基聚合物和离聚物；ｂ）分散在由ａ）形成的聚合物基质中的导电颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙仁，赵显南，金钟焅，
申请(专利权)人：新和化学用品有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]