CN109961914A - Ptc电流保护装置 - Google Patents

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Abstract

一种PTC电流保护装置，包含PTC聚合物材料及两个电极。该PTC聚合物材料包括聚合物基材及分散在该聚合物基材中的颗粒状导电填料。该两个电极贴附于该PTC聚合物材料。该聚合物基材是由含有非接枝的聚烯烃的聚合物组合物所制成；且该导电填料包括第一碳化钨颗粒，基于所述第一碳化钨颗粒的总重，所述第一碳化钨颗粒的总碳含量低于6.0wt％。该PTC电流保护装置可在12Vdc的电压下操作，并展现出良好的可靠度。

Description

PTC电流保护装置
技术领域
本发明涉及一种PTC电流保护装置，特别是涉及一种包含PTC聚合物材料的PTC电流保护装置。
背景技术
正温度系数(Positive temperature coefficient,PTC)元件展现出等效于电路保护元件(例如可复式保险丝)的正温度系数效应。该PTC元件包括PTC聚合物材料，及接触该PTC聚合物材料两相反表面的第一电极及第二电极。
该PTC聚合物材料包括含有晶体区域及非晶体区域的聚合物基材，及颗粒状导电填料。该颗粒状导电填料分散于该聚合物基材的非晶体区域，并形成用于电连接该第一电极及该第二电极之间的连续导电路径。该正温度系数效应指的是一种现象，该现象是当该晶体区域的温度被升高至其熔点时，该晶体区域中的结晶开始熔化，从而产生新的非晶体区域。当该非晶体区域增加至合并至该原非晶体区域的程度时，该颗粒状导电填料的导电路径会转变为非连续且该PTC聚合物材料的阻值会大幅增加，造成该第一电极及该第二电极之间电不导通。
碳化钨(WC)颗粒适用在PTC元件中作为颗粒状导电填料，现有含有碳化钨颗粒的PTC元件通常在6Vdc的电压下操作。然而，当这类PTC元件在较高的电压(例如12Vdc)下操作时，其稳定性仍显不足而有待提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PTC电流保护装置，可以克服上述背景技术的缺点。
本发明的PTC电流保护装置包含PTC聚合物材料及两个电极。该PTC聚合物材料包括聚合物基材及分散在该聚合物基材中的颗粒状导电填料。该两个电极贴附于该PTC聚合物材料。该聚合物基材是由含有非接枝的聚烯烃的聚合物组合物所制成；且该导电填料包括第一碳化钨颗粒，基于所述第一碳化钨颗粒的总重，所述第一碳化钨颗粒的总碳含量低于6.0wt％。
以下将就本发明内容进行详细说明：
优选地，基于所述第一碳化钨颗粒的总重，所述第一碳化钨颗粒的总碳含量介于大于5.0wt％至低于6.0wt％。
优选地，基于所述第一碳化钨颗粒的总重，所述第一碳化钨颗粒的总碳含量介于5.5wt％至5.9wt％。
优选地，该导电填料还包括第二碳化钨颗粒，基于所述第二碳化钨颗粒的总重，所述第二碳化钨颗粒的总碳含量为6.1wt％。
优选地，基于该PTC聚合物材料的总重，该PTC聚合物材料包括至少2.0wt％的所述第一碳化钨颗粒。
优选地，基于该PTC聚合物材料的总重，该聚合物基材的含量介于4wt％至8wt％，该导电填料的含量介于92wt％至96wt％。
优选地，该非接枝的聚烯烃是非接枝的聚乙烯。在本发明的具体实施例中，该非接枝的聚烯烃是高密度聚乙烯(HDPE)。
优选地，该聚合物组合物还含有经接枝的聚烯烃。更优选地，该经接枝的聚烯烃是经羧酸酐接枝的聚乙烯。该经羧酸酐接枝的聚乙烯可为经羧酸酐接枝的高密度聚乙烯。在本发明的具体实施例中，该经羧酸酐接枝的高密度聚乙烯是经马来酸酐接枝的高密度聚乙烯。
本发明的有益效果在于：该PTC电流保护装置可在12Vdc的电压下操作，并展现出良好的可靠度。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照附图的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是本发明PTC电流保护装置的实施例的剖视示意图。
具体实施方式
在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。
参阅图1，本发明PTC电流保护装置的实施例包含PTC聚合物材料2及两个电极3。
该PTC聚合物材料2包括聚合物基材21及分散在该聚合物基材21中的颗粒状导电填料22。该两个电极3分别贴附于该PTC聚合物材料2的两相反表面。
该聚合物基材21是由含有非接枝的聚烯烃的聚合物组合物所制成；且该导电填料22包括第一碳化钨颗粒，基于所述第一碳化钨颗粒的总重，所述第一碳化钨颗粒的总碳含量低于6.0wt％。
本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，所述实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。
实施例
＜实施例1(E1)＞
将10.5g HDPE(购自台湾塑胶工业股份有限公司，产品型号：HDPE9002，作为非接枝的聚烯烃)、10.5g经马来酸酐接枝的HDPE(购自杜邦，产品型号：MB100D，作为经羧酸酐接枝的聚烯烃)、及279g碳化钨颗粒[在约1750℃及氢气存在下的环境中所制得，总碳含量为5.9wt％，平均粒径为2.0μm(以费氏微筛分粒器FSSS量测)，作为颗粒状导电填料22的第一碳化钨颗粒]在混炼机(厂牌：Brabender)中混合配料，以温度200℃、搅拌转速50rpm及加压重量5kg的条件混合配料10min，以得到混合物。
将所述混合物进行热压，以温度200℃及压力80kg/cm2的条件热压4min，以形成厚度为0.28mm的PTC聚合物材料2的薄片。
将两铜箔片(作为电极3)分别与该薄片的两个相反表面以面对面接触，并以温度200℃及压力80kg/cm2的条件进行热压4min，以形成三明治构造的PTC层板。再将该PTC层板裁切成多个尺寸为4.5mm×3.2mm的测试样品后，用Co-60γ射线以总辐射剂量150kGy照射每一测试样品。
＜实施例2及3(E2及E3)＞
实施例2及3(E2及E3)的测试样品的工艺条件与实施例1相似，差异处在于将第一碳化钨颗粒、HDPE及经接枝的HDPE的使用量分别改变如表1所示。
＜实施例4至8(E4-E8)＞
实施例4至8(E4-E8)的测试样品的工艺条件与实施例2相似，差异处在于将所述第一碳化钨颗粒的总碳含量分别改变如表1所示。
＜实施例9至12(E9-E12)＞
实施例9至12(E9-E12)的测试样品的工艺条件与实施例2相似，差异处在于实施例9至12的颗粒状导电填料包括第一碳化钨颗粒及第二碳化钨颗粒，使用量分别如表1所示。
在实施例9至12中，基于所述第二碳化钨颗粒的总重，所述第二碳化钨颗粒的总碳含量为6.1wt％。
＜比较例1(CE1)＞
比较例1(CE1)的测试样品的工艺条件与实施例1相似，差异处在于将颗粒状导电填料、HDPE及经接枝的HDPE的使用量分别改变如表1所示。
在比较例1中，该颗粒状导电填料仅有一种，且是碳化钛颗粒(TiC，平均粒径为1.35μm，残氧量为0.9％)，不含实施例的碳化钨颗粒。
＜比较例2至7(CE2-CE7)＞
比较例2至7(CE2-CE7)的测试样品的工艺条件与实施例1相似，差异处在于将颗粒状导电填料、HDPE及经接枝的HDPE的使用量分别改变如表1所示。
在比较例2至5中，该颗粒状导电填料仅有一种，且是相当于实施例9至12的第二碳化钨颗粒(总碳含量为6.1wt％)，不含实施例的第一碳化钨颗粒。在比较例6及7中，该颗粒状导电填料仅有一种，且是总碳含量为6.0wt％的碳化钨颗粒，不含实施例的第一碳化钨颗粒。
性能测试
将两锡箔片分别焊接至实施例E1-E12及比较例CE1-CE7的每一测试样品的所述铜箔片上，分别对每一实施例E1-E12及比较例CE1-CE7各取十片测试样品，以进行下述的切换循环(switching cycle)测试；并分别对每一实施例E1-E12及比较例CE1-CE7各另取十片测试样品，以进行下述的老化(aging)测试。
[切换循环测试]
以12Vdc的电压及10A的电流接通每一测试样品60秒，接着切断60秒，如此进行7200次切换循环。分别测量开始前及7200次循环后的每一测试样品的电阻(Rei及Ref)，测定每一实施例E1-E12及比较例CE1-CE7的平均电阻变化百分率(Ref/Rei×100％)，并计算每一实施例E1-E12及比较例CE1-CE7的切换循环通过率(pass ratio)(n/10×100％，n表示通过切换循环测试而没有烧毁的测试样品数量)。切换循环测试的结果显示于表1。
表1结果显示实施例E1-E12的切换循环通过率(70％-100％)明显高于比较例CE1-CE7的切换循环通过率(10％-40％)。
[老化测试]
施加12Vdc的电压及10A的电流于每一测试样品1000小时。分别测量开始前及施加1000小时后的每一测试样品的电阻(Rai及Raf)，测定每一实施例E1-E12及比较例CE1-CE7的平均电阻变化百分率(Raf/Rai×100％)，并计算每一实施例E1-E12及比较例CE1-CE7的老化通过率(n/10×100％，n表示通过老化测试而没有烧毁的测试样品数量)。老化测试的结果显示于表1。
表1结果显示实施例E1-E12的老化通过率(80％-100％)明显高于比较例CE1-CE7的老化通过率(10％-50％)。
综上所述，本发明PTC电流保护装置通过包含所述总碳含量低于6.0wt％的第一碳化钨颗粒，可在12Vdc的电压下操作，并展现出良好的可靠度，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。

Claims (9)

1.一种PTC电流保护装置，其特征在于其包含：
PTC聚合物材料，包括聚合物基材及分散在该聚合物基材中的颗粒状导电填料；及
两个电极，贴附于该PTC聚合物材料；
该聚合物基材是由含有非接枝的聚烯烃的聚合物组合物所制成；且该导电填料包括第一碳化钨颗粒，基于所述第一碳化钨颗粒的总重，所述第一碳化钨颗粒的总碳含量低于6.0wt％。
2.根据权利要求1所述的PTC电流保护装置，其特征在于：基于所述第一碳化钨颗粒的总重，所述第一碳化钨颗粒的总碳含量介于大于5.0wt％至低于6.0wt％。
3.根据权利要求1所述的PTC电流保护装置，其特征在于：基于所述第一碳化钨颗粒的总重，所述第一碳化钨颗粒的总碳含量介于5.5wt％至5.9wt％。
4.根据权利要求1所述的PTC电流保护装置，其特征在于：该导电填料还包括第二碳化钨颗粒，基于所述第二碳化钨颗粒的总重，所述第二碳化钨颗粒的总碳含量为6.1wt％。
5.根据权利要求1所述的PTC电流保护装置，其特征在于：基于该PTC聚合物材料的总重，该PTC聚合物材料包括至少2.0wt％的所述第一碳化钨颗粒。
6.根据权利要求1所述的PTC电流保护装置，其特征在于：基于该PTC聚合物材料的总重，该聚合物基材的含量介于4wt％至8wt％，该导电填料的含量介于92wt％至96wt％。
7.根据权利要求1所述的PTC电流保护装置，其特征在于：该非接枝的聚烯烃是高密度聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的PTC电流保护装置，其特征在于：该聚合物组合物还含有经接枝的聚烯烃。
9.根据权利要求8所述的PTC电流保护装置，其特征在于：该经接枝的聚烯烃是经羧酸酐接枝的高密度聚乙烯。
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