[发明专利]一种具有正温度系数行为的导电性高分子组合物

说明书

本发明涉及一种具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient,PTC)行为的导电性高分子组合物，特别是一种PTC(ρ_max=最大电阻率；ρ_min=最小电阻率)强度大，PTC行为再现性良好，适合用作PTC热敏电阻的导电性高分子组合物。

所谓PTC热敏电阻(thermistor)是指其电阻系数(Resistivity)能在某一相转换(开关)温度以上，达到其室温电阻系数值的数十万倍以上的电子元件。在诸多「控制原子价」型半导体陶瓷中，仅有BaTiO₃系列陶瓷具有明显的PTC效应。这种在很窄的温度范围内，电阻率急剧上升的特性，具有利用为固态开关元件的潜力。因此，自从1950年Vervey发表PTC效应以来，即受到材料科学及材料工程界的瞩目，并已开发出许多应用领域，如防止电器过热、电流控制器回路保护、指示温度与控制温度、燃料液面计、定时计与延迟元件、恒温发热体等。

PTC热敏电阻广泛使用于回路的过电流(over-current)保护。PTC热敏电阻的动作原理与保险丝(fuse)，回路断路器(Circuit breakers)不同，不但具有上述产品的过电流保护用，同时具有过温度(over-temperature)保护功能，并可以自动恢复保护功能，不需更换零件或调整开关。

随着材料科技的进步，使用半结晶热塑性(semi-crystallinethermoplastic)高分子添加导电性颗粒，经过适当加工处理，亦可以呈现PTC行为，且具备与陶瓷基PTC热敏电阻相同的自我恢复性(resettable)。高分子基PTC具有以下特点：

(1)高分子基PTC较轻、较小，同时具有优异成形性：适合使用在较狭窄，较复杂的安装空间，安装在需要被保护元件或电路的串联电路上。

(2)由于高分子基PTC是由导电性粒子在结晶性树脂中形成通路，而达成通电的目的，所以在低于开关温度时，较不会有负温度系数(Negative temperature coefficientn,NTC)现象；在高于开关温度，较不易有热散现象(Thermal Runaway)。

(3)高分子基PTC具有较低的常温电阻值，另一方面亦可降低整体电路所消耗的功率。

(4)高分子基PTC具有较小的电压敏感性。

(5)高分子基PTC抗机械振动(mechanical shock)与抗热扰动(thermal shock)性能较佳。

由于高分子PTC具有以上的特性，所以常用于电流限制器、介面回路保护、充电电池保护，并可扩充至一般电信、通讯、汽车之回路保护。

公知技术中制造高分子基PTC组合物的方法大多为使用物理或化学方法使结晶性高分子产生交联，例如Polym.Eng.Sci44,532(1973)中揭露了利用HDPE加入碳黑混练再加入过氧化物使其产生交联。此种材料可表现出PTC行为。然而此种方法的成本过高，且树脂中残存化学物腐蚀电极。再者，交联后之高分子其薄板成性不佳且结晶度下降造成PTC强度下降。

另外，亦有使用热固性树脂作为高分子基，例如美国专利No.5545679中揭示了利用导电性颗粒分散在热固性聚酯脂中形成PTC组合物。但此种利用热固性树脂作为高分子基的方法同样具有成形性不佳，PTC强度下降的问题。

而且，美国专利NO.4,591,700中揭示了利用两种不同熔点的结晶性高分子与导电性颗粒共同混练形成PTC组合物，其中高熔点结晶高分子熔点至少为160℃，其与低熔点结晶性高分子熔点差距至少25℃。然而，这种组成在熔融状态易有导电颗粒偏析而导致负温度系数现象，且在结晶固化时，导电颗粒易被析出在晶粒边界上而导致PTC行为再现性不佳。

此外，依照公知技术所制出的PTC高分子组合物，其树脂与电极的接着性未有明显改善且碳黑含浸性不好，无法含浸大量碳黑与不导电无机颗粒而易有脱层(delaminatim)的现象发生。

鉴于以上公知技术的缺点，本发明的目的乃在于提供一种具有正温度系数行为的导电性高分子组合物，其具有制造成本低，薄板成形性良好、不残留化学品、大的PTC强度，PTC行为再现性良好且能含浸大量碳黑及不导电无机颗粒的优点。