[发明专利]高分子正温度系数液体材料

说明书

技术领域

本发明涉及高分子正温度系数材料。

背景技术

正温度系数材料(或简称PTC材料)是其电阻随着它们的温度可逆地增加的材料。典型地，这使其自身表现为一种低的固有电阻结合了在特定的温度范围内(被称为切换温度)随着温度增加而在电阻上的一个突然增加。

这种不需要任何移动部件而显著地改变它的电阻的能力已经导致PTC材料在恒温控制加热器以及电路保护元件中的使用。

由于它们的独特性质，作为电子电路保护元件，PTC材料具有带来一个全范围的更进一步利益的潜能。例如，表现为一种为了提供电涌保护的可重置保险丝的能力(例如当电子设备接通时)具有显著潜能。

US 2006/0049385披露了一种包括散布有碳黑颗粒的聚乙烯基质的PTC材料。

由于经邻近的颗粒提供的连接，这样的安排提供了一个固有导电率。该聚乙烯基质经加热后膨胀，引起这些颗粒的分离并且由此中断该连接并且增加了电阻。

聚乙烯在约125℃经受了显著的热膨胀，提供了所希望的在电阻方面的快速增加以及一个短的温度范围。

然而，特别是在涉及电路保护的应用中聚乙烯具有实际的困难。例如，聚乙烯不能使它本身很好地适宜于经印刷(一种方便的在需要它们的地方直接施用材料的方法)的应用。

此外，聚乙烯由于膨胀它还软化而变得机械地不稳定，这可能导致可重复性的缺少。此外，聚乙烯的简单的分子结构限制了所能实现的PTC特性的范围。具体而言，对于将它的玻璃化转变温度安排在大大高于或低于125℃是困难的。

发明概述

在一个第一方面，本发明涉及一种包括导电颗粒的液体组合物，该组合物是可印刷的并且在印刷到一种基底上之后是可固化的从而产生一种高分子热塑性正温度系数材料。

在一个第二方面，本发明涉及一种包括导电颗粒的高分子热塑性正温度系数材料，通过印刷一种液体组合物随后进行它的固化的方法，该材料是能得到的。

在一个第三方面，本发明涉及一种将包括导电颗粒的液体组合物进行印刷之后固化该组合物由此产生一种高分子热塑性正温度系数材料的方法。

由于它们是可印刷的，本发明生产的这些PTC材料可以更方便地结合到电子电路中。此外，由于本发明不依赖于聚乙烯，更宽范围的材料特性是可能的。

由此形成的该PTC材料优选地具有在25℃下小于10ohm cm的电阻率，优选地小于1ohm cm，更优选地小于0.1ohm cm。

此外，当它的温度从25℃增加至125℃时，优选地由此形成的该PTC材料增加其电阻率一千倍，优选地它增加一万倍，更优选地十万倍。

可以采用任何适合的印刷方法，然而优选的印刷方法包括丝网印刷和喷墨印刷。丝网印刷是最优选的。

优选的固化方法包括聚合作用以及溶剂蒸发。聚合作用是优选的。

可以包括一个宽范围的导电颗粒，然而碳黑颗粒和金属颗粒是优选的。具有在从20nm至160nm范围内的一个平均粒度的颗粒已经提供了良好的结果。

已经发现基于该液体的从10重量％至60重量％的一个导电颗粒浓度给出了良好的结果。

当该固化方法是聚合作用时，该液体组合物包括可聚合的材料，例如优选处于从该液体的40重量％至90重量％的水平的单体和/或低聚物。

优选地该可聚合的材料包括一种丙烯酸酯。适当的丙烯酸酯包括聚酯丙烯酸酯、一种二丙烯酸酯、一种三丙烯酸酯以及它们的混合物。甲基丙烯酸甲酯是一种优选的丙烯酸酯。二丙烯酸酯和三丙烯酸酯的混合物是特别优选的。

一种优选的聚酯丙烯酸酯具有以下化学式

CH₂＝CHCO₂[R-O₂CR¹CO₂R]_nO₂CCH＝CH₂

R优选是一种芳香族、脂肪族或脂环族醇，优选甲醇。R¹优选是一种芳香族、脂肪族或脂环族羧酸，优选甲基丙烯酸。优选地，n是从10到3000。一种这样的优选的聚酯丙烯酸酯是来自高分子技术有限公司(Polymer Technologies Limited)的UVP6000。

一种优选的二丙烯酸酯是二丙烯酸羟基二乙酯，一种具有以下化学式的材料

CH₂＝CH-C(O)-O-[CH₂]_n-O-C(O)-CH＝CH₂，