[发明专利]热调节的导电组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年11月20日提交的美国临时申请60/866492的优先权，此处通过参考将其整体并入本申请。 

技术领域

本发明涉及热调节的导电组合物、其制造方法以及包含它的制品。 

背景技术

聚合物组合物可用于多种技术应用。对于电应用，聚合物组合物的体积电阻率和表面电阻率可变化多个数量级，从高度导电变化到高度电绝缘。这种电阻率的变化一般取决于聚合物组合物中所含有的导电填料的量。 

温度变化同样能够引起导电的聚合物组合物的电阻率变化。例如，在低温时，导电聚合物组合物的电阻低，允许大电流流经聚合物组合物。随着温度升至某一点，聚合物组合物的电阻率增大。电阻率随温度的函数/曲线具有正斜率，在该温度范围内，称导电聚合物组合物具有正温度系数电阻(PTCR)。 

根据一种理论，据信，聚合物和导电填料之间的热膨胀系数不匹配导致导电网络的局部中断，致使该组合物的电阻率增大。多数情况下，所需的热膨胀是由聚合物的相变如熔融引起的，导致接近断路(trip)温度的PTCR。然而，这常常导致接近断路温度的组合物的机械性能的劣化，例如，可预期是由于聚合物基体的熔融。因此导电聚合物组合物在低于发生这种机械性能劣化的温度时显示PTCR断路行为是有利的。在另一理论中，据信导电填料的物理和电性质随温度变化，这引起聚合物组合物的电阻率的变化。 

然而，随着温度的进一步升高，聚合物组合物的电阻率常常随着温度的升高而下降。此时导电聚合物组合物具有负温度系数电阻(NTCR)。这种从PTCR行为到强NTCR行为的变化常常是不期望的。已提出几种理论来解释这种行为。 

尽管前述的理论声称解释了电阻率的这种行为，但是对于一些应用此类行为还是不期望的。因此具有这样的聚合物组合物是有利的，该聚合物组合物对于某些应用使从PTCR聚合物组合物至NTCR聚合物组合物的行为变化最小化。换句话说，导电聚合物组合物在预期应用的温度范围内只显示PTCR行为是有利的。 

为了获得电阻率的正温度系数效果，复合材料应该是导电的。为了使组合物导电，现有技术添加了高于逾渗阈值(percolation threshold)的导电填料颗粒。该逾渗阈值是在无规体系中形成长程连接时所处的点。低于逾渗阈值，复合材料将是非导电的。然而，高比重填料如金属的高百分数加载量大大增加了复合材料的比重。 

因此，在PTCR配制物的断路特性的调节中，通过添加低比重的第二填料，可以有利地提供一种降低组合物比重并提高性价比的方法。 

发明内容

本申请公开了一种导电的聚合物组合物，其包含有机聚合物和第一填料。所述第一填料可以是导电材料，并且可包括至少一种陶瓷填料、至少一种金属填料或者含有至少一种前述填料的组合。所述导电组合物具有这样的断路温度：当该组合物在室温与断路温度之间循环100次时，根据对第2循环和第1 00循环的测量，所述断路温度的变化量不大于或等于±10℃。 

本申请还公开了一种制备导电的聚合物组合物的方法，其包括将有机聚合物与含有至少一种陶瓷填料、至少一种金属填料或者含有至少一种前述填料的组合的第一填料共混，以形成导电聚合物组合物，其中所述第一填料包括维氏硬度大于或等于500的填料；及模塑所述导电聚合物组合物。 

本申请还公开了一种导电聚合物组合物，其包括有机聚合物；及含有至少一种陶瓷填料、至少一种金属填料或者包含至少一种前述填料的组合的第一填料，其中所述组合物的断路温度低于该组合物在0.45MPa时的热变形温度(HDT)，且所述断路温度与所述热变形温度之差为10℃或更大。这样，本发明的组合物在温度低于该塑料开始变形的温度之下的点″断路″。 

本申请在另一实施方案中，公开了一种制备组合物的方法，其包括下列步骤：将有机聚合物与第一填料和第二填料共混，以产生连续的网络，所述第一填料包括至少一种陶瓷填料、至少一种金属填料或者含有至少一种前述填料的组合，所述第二填料选自导电填料、非导电填料或它们的组合；及模 塑所述导电聚合物组合物，其中所述陶瓷填料、金属填料中至少一种或两者的维氏硬度大于或等于500。