[发明专利]导电性聚合物组合物、其制备方法和包括该组合物的电器件

说明书

                  发明背景

本发明的领域

本发明涉及导电性聚合物组合物和包括导电性聚合物组合物的电器件。

本发明的介绍

导电性聚合物组合物和包括导电性聚合物组合物的电器件是众所周知的。该组合物包括聚合物组分和分散在其中的颗粒状导电性填料如炭黑或金属。导电性聚合物组合物描述在US专利No.4,237,441(van Konynenburg等人)，4,388,607(Toy等人)，4,534,889(van Konynenburg等人)，4,545,926(Fouts等人)，4,560,498(Horsma等人)，4,591,700(Sopory)，4,724,417(Au等人)，4,774,024(Deep等人)，4,935,156(van Konynenburg等人)，5,049,850(Evans等人)，5,250,228(Baigrie等人)，5,378,407(Chandler等人)，和5,451,919(Chu等人)，和在国际专利申请No.PCT/US95/07925(Raychem Corporation，1995年6月7日申请)。

这些组合物通常显示出正温度系数(PTC)行为，即它们响应温度的升高而增加了电阻率，一般在较小温度范围内。这一增加发生时的温度是转换温度Ts并被定义为：在PTC元件的电阻的log值对温度的曲线图上处在斜率有急剧变化的曲线部分两端的较直部分的延伸线交点处的温度。从20℃下的电阻率(ρ₂₀)增加到峰值电阻率(ρ_峰，即组合物在高于Ts时所显示的最高电阻率或组合物在高于Ts的规定温度下所显示的电阻率)是PTC异常值(canomaly)高度。

PTC导电性聚合物组合物特别适合用于电器件如响应环境温度、电流和/或电压条件变化的电路保护装置，加热器和传感器。对于电路保护装置应用来说，希望组合物具有尽可能低的电阻率和尽可能高的PTC异常值高度。低的电阻率允许制造具有低电阻的小器件。此类器件在印刷电路板上或其它基材上需要的空间很小并在正常操作中占电路电阻的份额很小。还有，因为通常是器件制备过程的一部分的辐射，热处理和其它处理步骤增加电阻，所以希望得到具有低电阻率的材料。高PTC异常值高度使得该器件可承受必要的施加电压。导电性聚合物组合物的电阻率能够通过添加更多的导电性填料来降低，但这会降低PTC异常值。降低PTC异常值的一个可能的解释是：更多导电性填料的添加(a)降低了对PTC异常值有贡献的结晶聚合物的量，或(b)物理上增强了聚合物组分，因此降低了在熔化温度下的膨胀。

                       本发明概述

我们发现，具有低电阻率，即低于1.0欧姆-厘米和高PTC异常值，即电阻率变化至少10⁴，的组合物可通过混合较高量的特定炭黑和结晶聚合物来制备。因此，在第一方面，本发明公开了一种组合物，它包括：

(1)占总组合物的至多64％(体积)的聚合物组分，该组分具有结晶度为至少20％和熔点Tm，和

(2)占总组合物的至少36％(体积)的包括炭黑的颗粒状导电性填料，该炭黑具有DBP值为60-120cm³/100g，

该组合物具有：

(a)在20℃下的电阻率ρ₂₀是至多1.0欧姆-厘米，和

(b)从20℃至(Tm+5℃)的PTC异常值为至少10⁴。

在第二方面，本发明公开了一种电器件，例如电路保护装置，它包括：

(A)由根据本发明的第一方面的导电性聚合物组合物组成的电阻元件；和

(B)两个电极，它们连接于电阻元件和能够联通于电源，

该器件具有：

(a)在20℃下的电阻R₂₀至多1.0欧姆，

(b)在20℃下的电阻率ρ₂₀至多1.0欧姆-厘米，和

(c)从20℃至(Tm+5℃)的PTC异常值为至少10⁴。