[發明專利]導熱率改善的聚合物正溫度系數組合物

有效

• 申請號: 200780037296.2
• 申請日: 2007-08-06
• 公開（公告）號: CN101528829A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 弗朗西斯庫斯·P·M·默克斯
• 申請（專利權）人: 沙伯基礎創新塑料知識產權有限公司
• 主分類號: C08K3/04
• 分類號: C08K3/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 吳培善

相關申請的交叉參考

本申請要求2006年8月8日提交的美國臨時專利申請第60/821,751號 的優先權。

發明領域

本發明涉及正溫度系數組合物，包含正溫度系數組合物的制品，和制 備包含正溫度系數組合物的制品的方法。

發明背景

近些年，正溫度系數(PTC)聚合物材料已廣泛應用于自限制加熱電纜、 過電流保護裝置如熱敏電阻器、接觸控制元件等。由于電子產品的大規模 發展、應用和傳播，如計算機及其外圍設備、便攜式電話、二次可充電電 池、網絡接口板/機、調制解調器和電子設備等等，對于過電流保護裝置的 需求已顯著增加。特別地，目前電子產品的趨勢是輕質和/或精密的，正在 利用由PTC聚合物材料制得的過電流保護裝置的特性來滿足這種趨勢。

PTC材料是導電材料，其特征在于達到切換溫度(switching?temperature， Ts)時電阻率急劇增加。如果電阻率躍遷足夠高，該電阻率將有效阻斷電流 和材料的進一步加熱，使得避免了材料的過熱。PTC材料的一種主要益處 在于，在包含PTC材料的制品中無需額外的電路，因為該PTC材料本身具 有類似于電路的特性。另外，在冷卻時，該材料自己復位。這種電阻率躍 遷有時可以稱作PTC振幅，可以定義為最大體積電阻率與室溫(大約23℃) 體積電阻率的比值。在許多現有技術的實施方式中，PTC聚合物材料主要 通過將導電添加劑如炭黑和金屬粉加到聚合物材料來制備。也可以采用化 學品或輻射交聯導電聚合物、或者加入無機填料或有機添加劑來改善電學 穩定性。

如前所述，炭黑是已用于PTC材料的一種材料。炭黑是一種最常用的 用于聚合物基PTC材料的導電填料。相對于導電金屬填料，使用炭黑的一 些優點包括成本價格較低和密度較低。依據現有技術，中等尺度、低結構 化的炭黑產生具有導電率與PTC振幅之間良好平衡的PTC材料。典型地， 這些基于炭黑的聚合物PTC材料用于斷路器和(可復位的)熔斷器。然而， 這些PTC材料作為實際加熱器的使用由于基于“純”炭黑的聚合物PTC的有 限導熱率而受到限制。任何加熱器需要將產生的熱量傳遞到另一介質。導 熱率越高，熱量到期望變熱的外側/介質的傳遞越好。

一種現有技術實施方式中，炭黑用于提供導熱率。依據一些現有技術 教導，中等尺度低結構化的炭黑產生具有導熱率與PTC振幅之間良好平衡 的PTC材料。典型地，這些基于炭黑的聚合物PTC材料用于斷路器和(可 復位的)熔斷器。然而，這些PTC材料作為實際加熱器的使用由于基于“純” 炭黑的聚合物PTC的有限導熱率而受到限制。基于這些PTC材料的加熱器 需要將產生的熱量傳遞到另一介質。導熱率越高，熱量到期望變熱的外側/ 另一介質的傳遞越好，該加熱器越有效。另外，優良的導熱率可以防止或 者弱化在電極之間材料橫截面變化時可能發生的熱點。

替換的現有技術實施方式利用小的石墨顆粒(即平均直徑小于10微米) 作為PTC材料中的導電填料。但是，小直徑的石墨顆粒由于與制備這些小 顆粒相關的成本而較昂貴，且這種小顆粒的使用由于健康和環境安全問題 而在制造環境中也更加困難。

由此可以看出，期望有利地提供PTC材料，其相對于現有技術PTC材 料具有改進的導熱率且不存在與現有技術材料相關的缺陷。

發明概述

本發明通過提供具有改進的導熱率的正溫度系數(PTC)材料，解決了與 現有技術相關的問題。本發明的組合物包括熱塑性聚合物、炭黑和石墨， 其中石墨的量改進了PTC組合物的導熱率(與不包含石墨的組合物相比)。 該石墨是粒度較大的材料(即平均直徑大于10微米)以有助于降低填料的成 本以及提高在制造環境中的使用方便性。本發明的組合物也可以包括一種 或多種添加劑以改進PTC組合物的選擇特性，使得它們可以用于多種應用。 本發明的PTC組合物在大多數任意溫度提供改進的導熱率，且使得待設計 的PTC材料可以基于所用的熱塑性聚合物和/或炭黑和/或石墨的用量適應 于在不同溫度操作。

由此，一方面，本發明提供了正溫度系數材料，其具有30～90wt％的 半結晶熱塑性聚合物，其具有至少5％的結晶度；5～50wt％的炭黑；和5～ 50wt％的石墨，其具有至少99％的碳含量和至少10微米的粒度。該正溫度 系數組合物相對于由熱塑性聚合物和炭黑組成的組合物具有改進的導熱 率。