[發明專利]高分子基導電復合材料及過流保護元件

在審

• 申請號: 201810940846.1
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109243667A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 方勇;劉利鋒;夏坤;高道華;劉玉堂;張偉;吳國臣
• 申請（專利權）人: 上海長園維安電子線路保護有限公司
• 主分類號: H01B1/20
• 分類號: H01B1/20;H01C7/02
• 代理公司: 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙) 31298
• 代理人: 衣然

本發明公開了一種高分子基導電復合材料及由其制備的過電流保護元件。所述高分子基導電復合材料包含絕緣的高分子基材和分散于高分子基材中的兩種導電填料。高分子基材占所述高分子基導電復合材料的體積分數的20％?75％，兩類導電填料占高分子基導電復合材料的體積分數的25％?85％。所述兩種導電填料均具有突出的耐候性能，且導電性能優良，其中一類導電填料具有自潤滑特性，易于加工生產。利用上述的導電復合材料制備的過電流保護元件呈“三明治”結構，以復合材料作為芯材，芯材上下兩面覆有金屬電極箔，且導電復合材料芯材與金屬電極箔之間緊密結合。這類過電流保護元件具有較低的電阻、優異的耐環境可靠性能和良好可加工特性。

技術領域

本發明涉及一種高分子基導電復合材料及過流保護元件，具體指一種具有較低的室溫電阻、優異耐環境可靠性和良好可加工性能的高分子基導電復合材料及由其制備的過流保護元件。

背景技術

高分子基導電復合材料制備的過電流保護元件在室溫或更低溫度條件下可維持較低的電阻值，因導電復合材料具有正溫度系數效應，當電路中發生過電流或過高溫現象時，其電阻會瞬間增加到一高阻值，使電路處于斷路狀態，以達到保護電路元件的目的。因此可把高分子基導電復合材料連接到電路中，作為過電流或溫度傳感元件的核心材料。此類材料已被廣泛應用于電子線路保護元器件上。

高分子基導電復合材料一般由高分子和導電填料復合而成，導電填料宏觀上均勻分布于所述高分子基材中。高分子一般為結晶性的聚烯烴及其共聚物，例如：聚乙烯或乙烯-丙烯共聚物等，一般選用碳黑、金屬粉或導電陶瓷粉導電填料。碳黑因自身電阻率較高，無法滿足電子線路的低電阻化的要求。以金屬粉為導電填料制備的導電復合材料，具有極低的電阻，但因金屬粉容易氧化，需對導電復合材料進行包封，以防止金屬粉在空氣中氧化而造成的電阻升高，一方面，包封的過流保護元件尺寸不能有效降低，難以滿足電子元器件小型化的要求，另一方面，對包封材料和包封工藝均提出較高的要求。為實現低電阻，高環境可靠性，行業內逐漸趨向以金屬碳化物、金屬氮化物或金屬硼化物陶瓷粉(如碳化鈦)作為低電阻的高分子基導電復合材料的導電填料，且此類材料已經有了長足的發展。但由于金屬碳化物、金屬氮化物或金屬硼化物的高硬度特點，在生產加工過程中產生了一系列問題(如機械部件磨損嚴重、加工成本高)，這種情況在長期的生產過程中及過流保護元件面積進一步縮小(如1210，1206，0805，0603等尺寸)時表現的越來越明顯。而新型的三元M_n+1AX_n相填料因其發現較晚，成型加工工藝復雜，工業化水平較低，其價格較為昂貴，以其作為導電填料，則會大幅提高企業的制造成本。因此必須開發具有低電阻、優良的環境可靠性、良好加工性能且成本較為低廉的導電復合材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高分子基導電復合材料。

本發明的再一目的在于提供一種由上述高分子基導電復合材料制備的過流保護元件，該過電流保護原件具有低成本、低電阻、優良的環境可靠性、良好加工性能。

為達到上述目的，本發明揭示一種高分子基導電復合材料，其包含：

高分子基材，占所述高分子基導電復合材料的體積分數的20％～75％；

第一導電填料，為一種固溶體，占所述導電復合材料的體積分數的10％～80％，其粒徑為0.1μm～10μm，且體積電阻率不大于200μΩ·cm，所述導電填料分散于所述的高分子之中；所述的固溶體為金屬硼化物、金屬氮化物、金屬碳化物或金屬硅化物中的一種或兩種以上的組合物。

第二導電填料，為具有層狀結構的導電填料，其粒徑為0.1μm～20μm，且粒徑分布范圍為0.01μm～100μm，體積電阻率小于1×10-3Ω·cm，占所述高分子基導電復合材料的體積分數的2％～50％，分散于所述高分子基材中。Ω·cm所述具有層狀結構的導電填料分子式為：M_n+1AX_n，其中，