[发明专利]导电性发热材料及使用所述导电性发热材料的组件

说明书

本发明公开了一种导电性发热材料，具有温度自限及自调节特色的特色，是至少包括有一聚烯烃弹性体、一结晶性的聚烯烃类高分子材料、一羧酸及其衍生物的结晶性高分子材料、及一导电填充物。使用所述导电性发热材料制备的可挠性导电发热组件在电性上或是在机械性质上都表现出极佳的效能，可广泛使用于加热、保温及电路保护组件的应用。

技术领域

本发明是关于一种导电性发热材料，特别是关于一种具有上升温度限制及调节的智能型发热材料及使用所述导电性发热材料的可挠性导电发热组件，可以被应用在加热、保温及电路控制保护等领域。

背景技术

目前温度自限及自调节式发热产品设计是以对温度与电流具有敏感性的导电性高分子复合材料为主要核心，其具有两项特性使其越来越广泛被运用在电子电路保护以及加热保温等领域，一是在不同温度下会有不同的导电行为，二是以超过临界电流值的电流通过此导电性高分子复合材料，将会促发此导电高分子复合材料的导电性产生指数性的改变。

导电性高分子复合材料在加热保温领域最常见的应用便是自限式发热体。一旦施以足够的电流，导电性高分子复合材料的高分子微结构即产生相变化，在电阻陡然上升的同时，导电性高分子材料便升温而具有比环境温度高的表面温度。正常应用下，最高表面温度约略与高分子相的熔点接近。又，导电性高分子复合材料也会因为环境温度的改变，使得其高分子微结构中的分子结晶程度产生变动，进而导致导电性的改变，使得通过导电性高分子复合材料的电流随的变动，而产生自我调节所需能量消耗的效果，以维持固定的表面温度。这样的特性使得导电性高分子复合材料，在不需要额外的控制手段下，只要有正常的操作，便不会产生过热(over-heating)过温度(over-temperature)的现象，降低了导电性高分子复合材料在加热保温应用上的安全性疑虑。且在启动发热时，会使得导电性高分子复合材料电阻陡然上升，电流即陡然下降的情祥，可有效降低能量损耗，达成节能功效。然而，传统的导电性高分子复合材料常受限于配方成分选择性和性质等要素，而具有不易挠曲、不易控制温度和材料因为发热不均匀而产生热线(hot line)等缺点进而影响产品功效。

传统导电性高分子复合材料在应用上有三明治层状和哑铃型两种组件态样。请参考图1所示，三明治层状结构为符合应用上的需求，导电度必须被控制在体积电阻为10^-3～10¹(奥姆.公分)范围内，却使得可应用的复合材料的选择被限缩在具有硬脆特性的高分子材料，其所产生的本体也因而具有可挠性差的缺点。再者，这类产品需要在导电性高分子复合材料两面压合金属箔电极(例如镀镍铜箔)以产生导电路径，并形成三明治的夹层结构，其结构如图1所示。其中金属箔电极5是以高压力与高温度下与导电高分子复合材料层6贴合，金属箔电极是以一个巨大的张力贴附在导电高分子复合材料表面，不论是往哪一个平面弯曲，皆受到对立平面上电极张力的限制，也因此三明治型层状结构，几乎没有弯曲的可能性可言。

请参考图2所示，哑铃型结构是将电极(金属线缆)5’埋覆在导电性高分子复合材料体6'中，藉由沿着导电面弯曲，因金属线缆所代表的电极，皆朝着同一方向弯曲，避免了弯曲时，对立面电极的张力限制，所产生无法弯曲的状况，得到有限的可挠曲性。然而，金属线缆与导电高分子复合材料属于不兼容材料，所以在材料交界处易存在许多的微小孔隙，孔隙大小也会因为在多次反复弯曲后，变得越来越不一致，并间接影响哑铃型结构的导电高分子复合材料产品发热稳定性。

请参考图3所示，图3为典型温度与电流敏感型导电性高分子复合材料的温度电阻曲线图。由图中可以发现，在室温下到导电性高分子的软化点附近，电阻值(导电性)几乎没有改变，亦即其电阻与温度曲线在导电性高分子复合材料的软化点前的斜率小于2E-02，但是超过导电高分子复合材料软化点，电阻值会陡然的出现指数上升，直到通过熔点后，电阻值的上升才会逐渐趋缓。简言的，传统的导电性高分子复合材料在电能通过导电性发热材料时，会触发导电高分子复合材料出现相转变，发热温度被限缩在电阻陡然上升这个区块所对应的温度上，使得无论变动电压或是电流，皆无法顺利改变发热温度。