CN118016390A - 热稳定pptc材料及其制造方法 - Google Patents
热稳定pptc材料及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118016390A CN118016390A CN202211405297.0A CN202211405297A CN118016390A CN 118016390 A CN118016390 A CN 118016390A CN 202211405297 A CN202211405297 A CN 202211405297A CN 118016390 A CN118016390 A CN 118016390A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon black
- pptc
- black particles
- high stability
- conductive filler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 2
- 101000669528 Homo sapiens Tachykinin-4 Proteins 0.000 title 1
- OKUGPJPKMAEJOE-UHFFFAOYSA-N S-propyl dipropylcarbamothioate Chemical compound CCCSC(=O)N(CCC)CCC OKUGPJPKMAEJOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 102100039365 Tachykinin-4 Human genes 0.000 title 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 95
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 10
- 229920003244 diene elastomer Polymers 0.000 claims description 8
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 6
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 6
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 5
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 5
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 claims description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229920002126 Acrylic acid copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 3
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims description 3
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QYMGIIIPAFAFRX-UHFFFAOYSA-N butyl prop-2-enoate;ethene Chemical compound C=C.CCCCOC(=O)C=C QYMGIIIPAFAFRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 claims description 3
- 229920001038 ethylene copolymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 claims description 3
- 229920006245 ethylene-butyl acrylate Polymers 0.000 claims description 3
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims description 3
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims description 3
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 claims description 3
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001610 polycaprolactone Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004632 polycaprolactone Substances 0.000 claims description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 229920006124 polyolefin elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000909 polytetrahydrofuran Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims 2
- 229920006126 semicrystalline polymer Polymers 0.000 claims 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims 1
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 48
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 6
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
- H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
- H01C7/027—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of conducting or semi-conducting material dispersed in a non-conductive organic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/005—Additives being defined by their particle size in general
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
一种高稳定性聚合物正温度系数(PPTC)材料。高稳定性PPTC材料可以包括聚合物基体和设置在聚合物基体中的导电填料组分，所述聚合物基体限定了PPTC主体。该导电填料组分可以包括多个炭黑颗粒，其中多个炭黑颗粒的平均粒径为50nm或更小，且其中多个炭黑颗粒包括处理过的表面。
Description
技术领域
实施方案涉及电路保护器件领域，包括PTC器件。
背景技术
在各种应用中，正温度系数(PTC)器件可以用作过电流或过温保护器件，以及电流或温度传感器。对于聚合物正温度系数(PPTC)材料，这些材料通常被布置为聚合物基体，其含有分散在聚合物基体中的导电填料。导电填料通常占据PPTC材料足够的体积分数，从而形成连续的导电通路，赋予相对较低的电阻。在给定的温度(通常称为跳闸温度)下，聚合物基体的膨胀足以破坏连续的导电通路，使得PPTC材料的电阻可能突然增加十倍、一百倍、一千倍等等。此外，对于甚至在低于跳闸温度的正常温度范围内工作的聚合物正温度系数(PPTC)材料，当环境温度变化发生时，例如温度升高时，电阻会发生变化。如上所讨论的，由于聚合物基体的热膨胀或收缩(在温度降低的情况下)会影响分散在聚合物基体中的导电填料的电连接，所以将发生这种电阻变化。对于具有低导电填料含量的高电阻率(10～10000欧姆-cm)PPTC材料，这种电阻变化可能特别明显。电阻在这样的环境中的变化将影响电阻稳定性，并限制这种PPTC材料的应用温度范围。
关于这点和其他考虑，提供了本公开。
发明内容
在一个实施方案中，提供了一种高稳定性聚合物正温度系数(PPTC)材料。高稳定性PPTC材料可以包括聚合物基体和设置在聚合物基体中的导电填料组分，所述聚合物基体限定PPTC主体。该导电填料组分可以包括多个炭黑颗粒，其中多个炭黑颗粒的平均粒径为50nm或更小，且其中多个炭黑颗粒包括处理过的表面。
在另一个实施方案中，提供了一种制备高稳定性聚合物正温度系数(PPTC)材料的方法。该方法可以包括提供用于聚合物基体的聚合物材料，提供炭黑材料作为导电填料组分，其中所述导电填料组分包含多个炭黑颗粒，并且其中所述多个炭黑颗粒平均粒径为50nm或更小。该方法可以进一步包括将炭黑材料混合在聚合物基体中，其中在混合之前，多个炭黑颗粒包括处理过的表面。
在另一个实施方案中，提供了一种高稳定性、高电阻聚合物正温度系数(PPTC)材料。高稳定性、高电阻聚合物PPTC材料可以包括聚合物基体和设置在聚合物基体中的导电填料组分，所述聚合物基体限定PPTC主体，其中所述导电填料组分包含多个炭黑颗粒。这样，多个炭黑颗粒可以具有50nm或更小的平均粒径，且多个炭黑颗粒可以具有处理过的表面。
附图说明
图1A、图1B和图1C描绘了根据本公开的实施方案的新型导电填料的不同视图。
图2A示出了根据本实施方案布置的PPTC器件在相对较低温度下的截面图；
图2B示出了图2A的PPTC器件在相对较高温度下的截面图；
图2C描绘了已知PPTC材料在相对较低温度下的截面；
图2D示出了图2C的PPTC材料在相对较高温度下的截面图；
图3示出了描绘各种不同PPTC材料的归一化电阻作为温度函数的图；
图4示出了图示不同PPTC材料的电阻比作为电阻率函数的图；
图5以直方图的形式示出了PPTC样品在–40℃至125℃之间热循环后的电阻率相对变化的比较；和
图6描绘了示例性的过程流程。
具体实施方式
在现在将在下文中参考其中示出示例性实施方案的附图更全面地描述本实施方案。这些实施方案不应被解释为限于本文所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本公开将是充分的且完整的并将其范围完全传达给本领域技术人员。在附图中，相同的数字始终指相同的元件。
在以下的描述和/或权利要求中，术语“在...上”、“覆盖”、“设置在”和“在...上方”可以用在以下的描述和权利要求中。“在...上”、“覆盖”、“设置在...上”和“在...上方”可以用于指示两个或更多个元件彼此直接物理接触。此外，术语“在...上”、“覆盖”、“设置在...上”和“在...上方”可以表示两个或更多个元件彼此不直接接触。例如，“在...上方”可以表示一个元件在另一个元件上方，但彼此不接触，并且在两个元件之间可以有另一个或多个元件。此外，术语“和/或”可以表示“和”，它可以表示“或”，它可以表示“排他性地或”，它可以表示“一个”，它可以表示“一些，但不是全部”，它可以表示“两者都不”，和/或它可以表示“两者都”，尽管所述要求保护的主题的范围在这方面不受限制。
在各实施方案中，提供了用于形成PPTC器件的新型PPTC材料，其中PPTC器件被配置为在低于跳闸温度的正常工作温度范围内以相对更稳定的电阻工作。本实施方案可以使用新型导电填料，其包括多个特殊表面处理的具有减小粒径的炭黑颗粒，或其集合。因此，该新型导电填料可以在聚合物基体中表现出优异的分散，导致改善的电阻分布和电阻稳定性。
提供了一种高稳定性聚合物正温度系数(PPTC)材料。术语“高稳定性”可以指在给定的温度范围内上下循环时的PPTC材料内相对较小的电阻变化，PPTC温度从室温增加到给定的阈值温度如125℃时的相对较小的电阻总变化，名义上相同材料的相对较低的电阻值分布，或这些因素的任意组合。
图1A、图1B和图1C描绘了根据本公开的实施方案的新型导电填料的不同视图。在图1A中，示出了导电填料102的分散体的示例。该视图可以表示多个炭黑颗粒(颗粒尺寸约数十纳米)的显微图像。如所图示的，炭黑颗粒可以分离为单个颗粒，但可能倾向于聚集成包括多个颗粒的，范围从数个到数十个、数百个或数千个的组。在PPTC材料的各种实施方案中，当分散在聚合物基体中时，炭黑颗粒可以聚集成链或链状构型，该构型可以形成连续导电通路的网络，该网络可以跨越宏观距离，例如毫米或更大。这些通路或链特别适用于具有间隔数毫米或更多的相对电极的PPTC器件。在各种非限制性实施方案中，含有炭黑颗粒的聚合物基体可以由以下形成：聚乙烯及其共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯和丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸丁酯共聚物、聚烯烃弹性体、聚环氧乙烷、氟树脂、聚氟乙烯、聚二乙烯基氟、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚己内酯、聚乙二醇、聚四氢呋喃、聚氨酯、聚酰胺、聚酰胺共聚物、二烯弹性体、二烯弹性体共聚物或其组合。此外，聚合物基体还可以包括无机填料、阻燃剂、抗氧化剂、偶联剂、电弧抑制剂、交联剂或其组合。特别地如图1B所示，导电填料102将倾向于至少部分地通过颗粒的附聚来组织，其中单个炭黑颗粒示出为颗粒110。根据本公开的各种实施方案，形成导电填料102的多个炭黑颗粒包括10nm至50nm的平均粒径，并且在特定实施方案中包括10nm至50nm的平均粒径，以及50ml/100g至150ml/100g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)值，并且在特定实施方案中为50ml/100g至90ml/100g。
注意到，现有的通用炭黑配方制剂具有70nm至100nm范围的初始粒径，产生70ml/g至100ml/g的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)值，该测量值是表面积的指示。所谓的低结构炭黑配方可以采用60nm至150nm的粒径，DBP值小于50ml/100g。
因为在本实施方案的PPTC材料中使用的炭黑的平均粒径较低，所以对于给定体积分数的导电填料(在这种情况下为炭黑)，将有比现有已知的PPTC材料更多的碳颗粒。对于给定的导电填料总体积分数，更多数量的颗粒可以有助于形成更多的导电链和导电通路。此外，根据本发明的实施方案，炭黑颗粒可以进行一种或多种表面处理，其中在炭黑颗粒上形成处理过的表面。图1C提供了颗粒110的处理过的表面112的具体图示。颗粒110的内部114倾向于主要为碳，而处理过的表面112与碳内部相比可以具有不同的化学和物理特性。
在一些实施方案中，处理过的表面112可以是高温氧化的表面，意味着碳颗粒进行高温氧化后的表面。在其他实施方案中，处理过的表面112可以是接枝表面，其包括结合到内部部分(内部114)的异质(非碳)物种。在特定实施方案中，处理过的表面112可以代表用偶联剂处理过的炭黑颗粒的表面。例如，可以用合适的化学制剂对炭黑颗粒进行表面处理，然后进行高温氧化。
在一些实施方案中，所得表面，即处理过的表面112，可呈现出更多数量的极性物种或极性基团，例如图1C中所示的那些。更多数量的极性基团的存在可导致炭黑导电填料在聚合物基质中更大的分散，并可有助于结合到聚合物基体上。与已知的PPTC制剂相比，这些性质可以导致改进的电阻分布和电阻稳定性。
现在转到图2A，示出了根据本实施方案布置的PPTC器件200在第一温度(该温度是相对较低的温度)下的截面图。在图2B中，示出了PPTC器件200在第二温度(该温度是相对较高的温度)下的截面图。PPTC器件200包括PPTC主体202，其由聚合物基体204和分散在聚合物基体204中的导电填料206形成。在所示的图示中，描绘了电极210和电极212，以图示在操作期间流经PPTC器件200的电流的大致方向。导电填料206可以包括前述炭黑颗粒，该炭黑颗粒可聚集成链状结构，具体如图1B所示。由于相对小的粒径(例如18nm至30nm)和处理过的表面(如图1C的处理过的表面112所示)，例如氧化和/或极性表面，炭黑颗粒可与聚合物基体204具有相对更强的相互作用，使得炭黑颗粒的簇或聚集体形成更均匀分散的链。
因为在PPTC主体202中，对于给定体积分数的炭黑，与具有～70nm范围的颗粒的已知PPTC制剂相比，碳颗粒的相对数量大得多，并且因为分散更好，所以与图2C所示的参照PPTC样品250相比，可以形成更多数量的导电通路，如导电通路28所示。在图2C中，参照PPTC样品250包括主体252，该主体252含有聚合物基体254和导电填料256，例如70nm碳黑颗粒。由于更大的粒径，与根据本实施方案布置的PPTC器件200相比，导电通路258的数量可以更少。考虑任何特定的区域，例如标记的导电区域1、2、3，由于PPTC样品250中的相对较大的颗粒尺寸，因此炭黑颗粒的数量密度较低，颗粒数量的任何小波动都可能导致电阻的大变化。相比之下，考虑到PPTC器件200，由于对于给定的炭黑总体积分数，颗粒的数量密度大得多，所以给定区域中颗粒数量的小变化将不显著改变电阻。
此外，当PPTC器件200在较低温度(图2A)和较高温度(图2B)之间循环时，与参照PPTC样品250(当聚合物基体254膨胀时，导电通路被更多地破坏，如图2D所示)相比，导电通路208可以在给定温度下被更好地保存。此外，当在较低温度(图2A)和较高温度(图2B)之间来回循环时，导电通路208可以被更好地保持，使得除了具有更好的电阻分布之外，电阻更稳定。
由于较小的炭黑粒径和处理过的表面的形成赋予导电填料的更大稳定性，对于高电阻率的PPTC材料可能特别有用。在各种实施方案中，PPTC材料可以用如以上关于图1A-1C和2A-2B所述的导电填料形成，其中导电填料，特别地为炭黑的体积分数为4％至30％，更特别地为10％至25％，其中电阻率可以相对较高，例如10欧姆-cm或更大。
转到图3，示出了描绘各种不同PPTC材料的归一化电阻作为温度的函数的图，其中分散在PVDF聚合物基体中的炭黑颗粒的直径在不同的PPTC材料间变化。从样品P1到P10，CB粒径随着“序号”的增加而减小。注意到，在绝对电阻率方面，对于相同的电阻率，较高的粒径和较低的DBP值需要较高的碳负载。表面处理和复合工艺也影响电阻率。对于样品P3，一种非常低结构的碳，在电阻率接近1000欧姆-cm时，碳负载为35体积％。对于样品，在电阻率为1000欧姆-cm时，碳分数为10～20体积％。
转到图4，示出了图示不同PPTC材料的电阻比作为电阻率的函数的图，其中CB粒径在不同材料间变化。特别地，图4的电阻比表示(热循环后样品的室温电阻)/(热循环前的室温电阻)的比率。为了确定该比率，首先在室温下测量初始电阻，然后将样品放置在测试烘箱中，在每个温度下停留30分钟，并迅速改变到下一个温度(测试温度为-40～85℃，总共6个测试循环。随后，取出样品，在室温下1小时后测量最终电阻，其中最终电阻代表以上电阻比等式中的分子，初始电阻是分母。
如所示的，对于几个样品，电阻比在10欧姆-cm至至高几乎106欧姆-cm的大电阻率范围内相对稳定。此外，对于这些样品，电阻比相对接近于1(～0.65-0.85)，表明电阻稳定性较好。这些具有较好稳定性的材料对应于具有相对较小粒径的样品P6-P10。特别地，从样品P1到P5，粒径从约90nm减小到60nm，对于样品P6到P10，粒径从约40nm减小到20nm。
转到图5，以直方图形式示出了PPTC样品在-40℃至125℃之间热循环后电阻率相对变化的比较。示出了三个主要的数据块，一个块用于具有低结构炭黑填料的已知PPTC材料(最右边)；一个块用于具有相对较高结构的炭黑的已知的“正常”PPTC材料；和一个块，其被分成用于三种根据本实施方案制备的不同PPTC材料样品的三个子块。在每组样品中，最左边的直方图代表热循环之前的初始样品，其中与初始电阻相比的相对电阻定义为1.0。从左到右，在一个给定的样品中，不同的直方图代表了不断增加的热循环数，在某些情况下高达48次。结果表明，根据本实施方案布置的样品表现出高度的稳定性，其中根据PPTC样品和循环数，相对电阻率降低至不小于0.94或增加至不大于1.09。相比之下，“正常”PPTC材料的相对电阻率在仅6次循环后急剧下降至0.81，在仅12次循环后进一步下降至0.69。此外，低结构CB样品在6次循环后显示出急剧下降或基本上电阻率坍塌，相对电阻率仅为0.02。
图6描绘了根据本公开的实施方案的示例性过程流程600。在框602，提供聚合物材料以形成用于PPTC材料的聚合物基体。在各种非限制性实施方案中，聚合物基体可以由以下形成：聚乙烯及其共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯和丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸丁酯共聚物、聚烯烃弹性体、聚环氧乙烷、聚氟乙烯、聚二乙烯基氟、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚己内酯、聚乙二醇、聚四氢呋喃、聚氨酯、聚酰胺、聚酰胺共聚物、二烯弹性体、二烯弹性体共聚物或其组合。此外，聚合物基体还可以包括无机填料、阻燃剂、抗氧化剂、偶联剂、电弧抑制剂、交联剂或其组合。
在框604，提供炭黑材料作为导电填料组分用于形成PPTC材料，其中导电填料组分包括多个平均粒径为50nm或更小的炭黑颗粒。在一些非限制性实施方案中，平均粒径可以是10nm至50nm，更特别地为18nm至30nm。
在框606，对多个炭黑颗粒进行处理，其中赋予多个炭黑颗粒处理过的表面。在各实施方案中，处理可以包括对多个炭黑颗粒进行高温氧化处理。在其他实施方案中，处理包括将异质化学物种结合到炭黑颗粒的表面。在另外的实施方案中，处理包括将偶联剂混合到炭黑颗粒的表面。根据一些实施方案，可以在将炭黑颗粒混合到聚合物基体中之前进行处理。
在框608，将多个炭黑颗粒混合在聚合物基体中。在一些实施方案中，可以进行混合，使得导电填料组分的体积百分比范围在4％至30％之间，更特别地在10％至25％之间。
总之，与已知的PPTC材料相比，本实施方案的PPTC材料提供了更稳定的电阻性能，尤其是在热循环之后，其稳定性对于加热器应用尤其重要。
虽然已经参照某些实施方案公开了本实施方案，但是在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的领域和范围的情况下，对所描述的实施方案的许多改进、改变(alterations)和改变(changes)是可能的。因此，本实施方案不限于所描述的实施方案，并且可以具有由以下权利要求及其等同物的语言所定义的全部范围。
Claims (20)
1.一种高稳定性聚合物正温度系数(PPTC)材料，其包括：
聚合物基体，所述聚合物基体限定了PPTC主体；和
导电填料组分，其设置在聚合物基体中，
其中所述导电填料组分包括多个炭黑颗粒，其中所述多个炭黑颗粒的平均粒径为50nm或更小，且
其中所述多个炭黑颗粒包括处理过的表面。
2.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其中所述处理过的表面包括高温氧化的表面。
3.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其中所述处理过的表面包括接枝表面，所述接枝表面包括结合到炭黑颗粒内部的异质化学物种。
4.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其中所述多个炭黑颗粒的平均粒径为10nm至50nm。
5.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其中所述多个炭黑颗粒的平均粒径为18nm至30nm。
6.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其中所述导电填料组分的体积百分比范围在4％至30％之间。
7.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其中所述导电填料组分的体积百分比范围在至10％至25％之间。
8.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其中所述聚合物基体包括半结晶聚合物、氟树脂、聚酯、聚醚、聚氨酯、聚酰胺及其共聚物，或二烯弹性体及其共聚物。
9.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其中所述聚合物基体包括以：聚乙烯及其共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯和丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸丁酯共聚物、聚烯烃弹性体、聚环氧乙烷、聚氟乙烯、聚二乙烯基氟、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚己内酯、聚乙二醇、聚四氢呋喃、聚氨酯、聚酰胺、聚酰胺共聚物、二烯弹性体、二烯弹性体共聚物或其组合。
10.根据权利要求1所述的高稳定性PPTC材料，其进一步包括无机填料、阻燃剂、抗氧化剂、偶联剂、电弧抑制剂、交联剂或其组合。
11.一种制备高稳定性聚合物正温度系数(PPTC)材料的方法，其包括：
提供用于聚合物基体的聚合物材料；
提供炭黑材料作为导电填料组分，其中所述导电填料组分包括多个炭黑颗粒，其中所述多个炭黑颗粒的平均粒径为50nm或更小；和
将炭黑材料混合在聚合物基体中，其中在混合之前，所述多个炭黑颗粒包括处理过的表面。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述处理过的表面通过对所述多个炭黑颗粒进行高温氧化处理而形成。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述处理过的表面通过将异质化学物种结合到所述多个炭黑颗粒的表面而形成。
14.根据权利要求11所述方法，其中所述多个炭黑颗粒的平均粒径为10nm至50nm。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述导电填料组分的体积百分比范围在4％至30％之间。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述聚合物基体包括半结晶聚合物、氟树脂、聚酯、聚醚、聚氨酯、聚酰胺及其共聚物，或二烯弹性体及其共聚物。
17.一种高稳定性、高电阻聚合物正温度系数(PPTC)材料，其包括：
聚合物基体，所述聚合物基体限定了PPTC主体；和
导电填料组分，其设置在聚合物基体中，
其中所述导电填料组分包括多个炭黑颗粒，其中所述多个炭黑颗粒的平均粒径为50nm或更小，且
其中所述多个炭黑颗粒包括处理过的表面。
18.根据权利要求17所述的高稳定性、高电阻PPTC材料，其包括至少10欧姆-cm的室温电阻率，其中RT/Ri值小于30。
19.根据权利要求17所述的高稳定性、高电阻PPTC材料，其中所述处理过的表面包括接枝表面，所述接枝表面包括结合到炭黑颗粒内部的异质化学物种。
20.根据权利要求17所述的高稳定性、高电阻PPTC材料，其中所述处理过的表面包括高温氧化的表面。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211405297.0A CN118016390A (zh) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | 热稳定pptc材料及其制造方法 |
| PCT/CN2023/130897 WO2024099418A1 (en) | 2022-11-10 | 2023-11-10 | Thermal stable pptc material and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211405297.0A CN118016390A (zh) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | 热稳定pptc材料及其制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118016390A true CN118016390A (zh) | 2024-05-10 |
Family
ID=90949116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211405297.0A Pending CN118016390A (zh) | 2022-11-10 | 2022-11-10 | 热稳定pptc材料及其制造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118016390A (zh) |
| WO (1) | WO2024099418A1 (zh) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1072243C (zh) * | 1998-01-14 | 2001-10-03 | 中山大学 | 用改性的导电填料制造正温度系数型导电高分子复合材料 |
| US7951310B2 (en) * | 2006-03-28 | 2011-05-31 | East China University Of Science And Technology | Nanophase carbon black grafted with organic compound in situ |
| US8003016B2 (en) * | 2007-09-28 | 2011-08-23 | Sabic Innovative Plastics Ip B.V. | Thermoplastic composition with improved positive temperature coefficient behavior and method for making thereof |
| JP6220784B2 (ja) * | 2012-07-13 | 2017-10-25 | 古河電気工業株式会社 | 集電体、電極、二次電池およびキャパシタ |
-
2022
- 2022-11-10 CN CN202211405297.0A patent/CN118016390A/zh active Pending
-
2023
- 2023-11-10 WO PCT/CN2023/130897 patent/WO2024099418A1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024099418A1 (en) | 2024-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3333913B2 (ja) | 導電性重合体組成物及びｐｔｃ装置 | |
| JP3073254B2 (ja) | 電気装置 | |
| EP0038717B1 (en) | Electrical devices containing ptc elements | |
| US4910389A (en) | Conductive polymer compositions | |
| RU2344574C2 (ru) | Углеродная гибкая нагревательная структура | |
| Chekanov et al. | Electrical properties of epoxy resin filled with carbon fibers | |
| KR19990078186A (ko) | 고온 정온도 계수장치 및 전도성 중합체 조성물 | |
| GB2074376A (en) | Conductive polymer ptc circuit protection devices | |
| JP2000188206A (ja) | 重合体ｐｔｃ組成物及びｐｔｃ装置 | |
| CN112185634B (zh) | 具有电阻元件的pptc器件 | |
| WO1996037543A1 (en) | Ptc conductive polymer compositions containing high molecular weight polymer materials | |
| Das et al. | Effect of filler treatment and crosslinking on mechanical and dynamic mechanical properties and electrical conductivity of carbon black‐filled ethylene–vinyl acetate copolymer composites | |
| CN118016390A (zh) | 热稳定pptc材料及其制造方法 | |
| US20160027549A1 (en) | Resistance covering for a dc insulation system | |
| CN108806904B (zh) | 包括负温度系数/正温度系数装置的混合型装置结构 | |
| CN113382489A (zh) | 具有稳定功率和自限制特性的pptc加热器和材料 | |
| GB2106920A (en) | Conductive polymer compositions based on polyvinylidene fluoride | |
| TWI842778B (zh) | Pptc組成物及具有低熱降額及低製程跳躍的裝置 | |
| EP3477678B1 (en) | Pptc composition and device having thermal degradation resistance | |
| CN105794312B (zh) | 复合物、自调节加热元件、以及形成这样的复合物的方法 | |
| US20230092379A1 (en) | Pptc heater and material having stable power and self-limiting behavior | |
| Kim et al. | Electrical insulation evaluation of crosslinked polyethylene nanocomposite blended with ZnO | |
| CN1996512A (zh) | 一种高温级高分子ptc热敏电阻器及其制造方法 | |
| Metz et al. | Recycling zinc oxide varistor blocks for electro‐active silicone composites | |
| He et al. | Direct current conductivity of carbon nanofiber-based conductive polymer composites: effects of temperature and electric field |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |