CN1550518B - 正温度系数聚合物组合物及由其制成的可重置保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种正温度系数聚合物组合物，其包含聚合物混合物、导电颗粒材料和包含金属氧化物颗粒的电压阻抗增强剂，以增强该聚合物组合物的电压阻抗。所述聚合物混合物包含结晶接枝聚合物和结晶的未接枝聚合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种正温度系数(PTC)聚合物组合物，特别是涉及一种具有改良的电压阻抗的正温度系数聚合物组合物及由其制成的可重置保护装置。
背景技术
美国专利第6,238,598号揭露一种正温度系数聚合物组合物，其包含结晶接枝聚合物和结晶的未接枝聚合物。将接枝聚合物加入到所述聚合物组合物中能增进由其所制成的正温度系数元件的特性，例如拉伸强度、低接触阻抗、低初始阻抗、高跳脱电流以及高峰值体积阻抗等。
美国专利第6,359,053号则公开了一种正温度系数聚合物组合物，其包含结晶接枝聚合物、结晶的未接枝聚合物和一离子聚合物，其为结晶的未接枝聚合物与离子化的不饱和羧酸形成的离子共聚物的离子聚合物。将所述离子共聚物加入到所述聚合物组合物中能增进由其所制成的正温度系数元件的机械特性，例如韧性、良好低温韧性、高冲击强度以及较佳的弹性等。
一般由上述已有的正温度系数聚合物组合物所制成的电路保护装置(如可重置保护装置)通常具有低的电压阻抗。例如使用上述已有的正温度系数聚合物组合物所制成的可重置保护装置，其具有低于10欧姆/厘米的体电阻系数，并特别应用子10-40伏工作电压，一般而言其所具有的最大电压范围为60伏。当施加的电压达到所述最大电压阻抗时，所述可重置保护装置将可能断裂或烧毁。因此需增加上述已有的正温度系数聚合物组合物的电压阻抗，并避免牺牲所述可重置保护装置的其他特性。
市售的聚合物正温度系数加热装置是由体电阻系数大于20欧姆/厘米且一般在200-1000欧姆/厘米之间的聚合物组合物所制成。加热装置一般在高电压的状况下运作，例如110-240Vac或更高(约600VAc)。因此，此种聚合物组合物具有相对较高的电压阻抗，与可重置保护装置不同，其并不需增强电压阻抗以满足要求。
上述专利文献所公开的全部内容在此一并列为参考。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有改良的电压阻抗的正温度系数聚合物组合物。
本发明的另一目的是提供一种由本发明的聚合物组合物所制成的可重置保护装置。
本发明提供一种正温度系数聚合物组合物，其包含聚合物混合物、散布于所述聚合物混合物中的导电颗粒材料以及一电压阻抗增强剂。所述聚合物混合物含有(i)结晶接枝聚合物和(ii)结晶的未接枝聚合物。所述结晶接枝聚合物选自接枝聚烯烃、接枝聚烯烃衍生物和聚烯烃与聚烯烃衍生物的接枝共聚物。所述接枝聚合物是经由一极性基团接枝，该极性基团来自羧酸及其衍生物。所述结晶的未接枝聚合物选自未接枝聚烯烃、未接枝聚烯烃衍生物和聚烯烃及聚烯烃衍生物的未接枝共聚物，所述未接枝聚合物的熔点大致与所述接枝聚合物相同。所述电压阻抗增强剂包含散布于所述聚合物混合物中的金属氧化物颗粒材料，以增加所述聚合物组合物的电压阻抗。
具体实施方式
本发明的正温度系数聚合物组合物，特别适用于制作电路保护装置(例如在23℃的体积阻抗低于10欧姆/厘米(特别是低于5欧姆/厘米)的可重置保护装置)，其包含聚合物混合物、散布于所述聚合物混合物中的导电颗粒材料以及一电压阻抗增强剂。所述聚合物混合物含有(i)结晶接枝聚合物、(ii)结晶的未接枝聚合物和可选的(iii)由结晶的未接枝聚合物与离子化的不饱和羧酸形成的离子共聚物。所述结晶接枝聚合物选自接枝聚烯烃、接枝聚烯烃衍生物以及聚烯烃与聚烯烃衍生物的接枝共聚物。所述接枝聚合物经由一极性基团接枝，该极性基团选自羧酸及其衍生物。所述结晶的未接枝聚合物选自未接枝聚烯烃、未接枝聚烯烃衍生物以及聚烯烃和聚烯烃衍生物的未接枝共聚物。所述未接枝聚合物的熔点大致与接枝共聚物相同。所述电压阻抗增强剂包含散布于所述聚合物混合物中的金属氧化物颗粒材料，以增加所述聚合物组合物的电压阻抗(即，阻抗的毁损归因于所施加的电压)。更明白的说，该可重置保护装置的最大电压阻抗定义为在此电压值该可重置保护装置将断裂或烧毁。
优选，所述结晶接枝聚烯烃选自接枝高密度聚乙烯(HDPE)、接枝低密度聚乙烯(LDPE)、接枝线形低密度聚乙烯(LLDPE)、接枝中密度聚乙烯(MDPE)和接枝聚丙烯(PP)。更优选，结晶接枝聚烯烃为接枝高密度聚乙烯。优选，所述聚烯烃及聚烯烃衍生物的接枝共聚物选自接枝乙烯-乙酸乙烯(EVA)共聚物、接枝乙烯-丙烯酸丁酯(EBA)共聚物、接枝乙烯-丙烯酸(EAA)共聚物、接枝乙烯-甲基丙烯酸(EMAA)共聚物及接枝乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)共聚物。
优选，结晶未接枝聚烯烃是选自未接枝高密度聚乙烯、未接枝低密度聚乙烯、未接枝线形低密度聚乙烯、未接枝中密度聚乙烯以及未接枝聚丙烯。更优选，该结晶未接枝聚烯烃为未接枝高密度聚乙烯。优选，聚烯烃及聚烯烃衍生物的未接枝共聚物选自未接枝乙烯-乙酸乙烯、未接枝乙烯-丙烯酸丁酯、未接枝乙烯-丙烯酸、未接枝乙烯-甲基丙烯酸及未接枝乙烯-丙烯酸甲酯。
所述导电颗粒材料选自碳黑、石墨、碳纤维及金属粉末颗粒。
所述包含于离子聚合物中的不饱和羧酸选自顺丁烯二酐和丙烯酸。优选，该不饱和羧酸为丙烯酸。
所述电压阻抗增强剂的金属氧化物材料优选选自氧化锌、氧化铝和氧化镁。
本发明的聚合物组合物优选包含25重量％至70重量％的聚合物混合物、25重量％至70重量％的导电颗粒材料以及5重量％至30重量％的电压阻抗增强剂，即电压阻抗增强剂至多占该组合物的30重量％；且更优选包含40重量％至60重量％的聚合物混合物、40重量％至60重量％的导电颗粒材料以及5重量％至25重量％的电压阻抗增强剂，所有成分的总和等于100％。优选所述组合物中包含5至20重量％的电压阻抗增强剂。再优选所述组合物中包含40重量％至50重量％的聚合物混合物、40重量％至50重量％的导电颗粒材料以及10至20重量％的电压阻抗增强剂。优选，所述聚合物混合物包括5至95重量％的结晶接枝聚合物及5％至95重量％的结晶的未接枝聚合物。
根据本发明的可重置保护装置包含(a)正温度系数元件和(b)两个分别连接至该正温度系数元件的两侧的电极，其特征在于：所述正温度系数元件在23℃具有低于10欧姆/厘米的体电阻系数，并含有一聚合物组合物；该聚合物组合物包含聚合物混合物、散布于所述聚合物混合物中的导电颗粒材料和电压阻抗增强剂；所述聚合物混合物含有(i)结晶接枝聚合物和(ii)结晶的未接枝聚合物；所述结晶接枝聚合物，选自接枝聚烯烃、接枝聚烯烃衍生物以及聚烯烃与聚烯烃衍生物的接枝共聚物，所述接枝聚合物经由一来自于羧酸及其衍生物的极性基团进行接枝；所述结晶的未接枝聚合物，选自未接枝聚烯烃、未接枝聚烯烃衍生物以及聚烯烃和聚烯烃衍生物的未接枝共聚物，所述未接枝聚合物的熔点大致与上述接枝聚合物相同；所述电压阻抗增强剂包含散布于所述聚合物混合物中以增加所述聚合物组合物的电压阻抗的金属氧化物颗粒材料。
借助下述实施例，更加清楚明白地展示本发明的聚合物组合物的价值。
实施例1-10和对照实施例1-8
表1显示出本发明不同配方的聚合物组合物与一般聚合物组合物。测试样品为依表1所列配方制成的可重置保护装置，对测试样品进行电压阻抗测试(实施例1至6与对照实施例1至4)，在此测试中施加于测试样品上的电压以10V/min的速率增加，直到测试样品达到其最大电压阻抗并烧毁；并对测试样品进行短路电流测试(实施例7至10与对照实施例5至8)，在此测试中将在不同电压状态下突然向测试样品中汇入20A的电流。通过对所述聚合物组合物进行加压与热塑制成每一测试样品的正温度系数元件薄板，随后使该正温度系数薄板两侧与二铜箔连接，以在所述正温度系数薄板上形成电极。
表1
所述电压阻抗测试与短路电流测试的结果分别表示于表2及表3中。
表2
| 实施例 | 配方 | 厚度mm | 体电阻系数欧姆/厘米 | 最大电压阻抗V |
| 1 | 1 | 0.3 | 3.5 | 220 |
| 实施例 | 配方 | 厚度mm | 体电阻系数欧姆/厘米 | 最大电压阻抗V |
| 2 | 1 | 0.4 | 3.5 | 300 |
| 3 | 1 | 0.5 | 3.6 | 320 |
| 4 | 1 | 0.6 | 3.5 | 330 |
| 5 | 2 | 0.6 | 3.6 | 360 |
| 6 | 3 | 0.6 | 3.5 | 205 |
| 对照实施例 | 配方 | 厚度mm | 体电阻系数欧姆/厘米 | 最大电压阻抗V |
| 1 | 4 | 0.3 | 3.5 | 30 |
| 2 | 4 | 0.4 | 3.5 | 30 |
| 3 | 4 | 0.5 | 3.5 | 30 |
| 4 | 4 | 0.6 | 3.6 | 40 |
表3
| 实施例 | 配方 | 施加电压V | 体电阻系数欧姆/厘米 | 测试样本数 | 烧毁样本％ |
| 7 | 1 | 60 | 3.5 | 36 | 0 |
| 8 | 1 | 70 | 3.5 | 36 | 0 |
| 9 | 1 | 80 | 3.5 | 36 | 0 |
| 10 | 1 | 90 | 3.5 | 36 | 3 |
| 对照实施例 | 配方 | 施加电压V | 体电阻系数欧姆/厘米 | 测试样本数 | 烧毁样本％ |
| 5 | 4 | 60 | 3.5 | 47 | 0 |
| 6 | 4 | 70 | 3.5 | 47 | 4 |
| 实施例 | 配方 | 施加电压V | 体电阻系数欧姆/厘米 | 测试样本数 | 烧毁样本％ |
| 7 | 4 | 80 | 3.5 | 45 | 4 |
| 8 | 4 | 90 | 3.5 | 43 | 35 |
所述电压测试与短路电流测试的结果显示：与前述美国专利所公开的现有聚合物组合物相比，向本发明的聚合物组合物中添加所述电压阻抗增强剂明显地增加了本发明聚合物组合物的电压阻抗。
根据发明的上述内容，可以在不脱离本发明精神的情况下，进行各种改进与变通。因此，本发明的范围由后面详述的权利要求书来界定。
Claims (13)
1.一种正温度系数聚合物组合物，其包含聚合物混合物及散布于所述聚合物混合物中的导电颗粒材料，所述导电颗粒材料选自碳黑、石墨、碳纤维及金属粉末颗粒；其特征在于：该聚合物混合物含有(i)结晶接枝聚合物和(ii)结晶的未接枝聚合物；该结晶接枝聚合物选自接枝聚烯烃、接枝聚烯烃衍生物以及聚烯烃与聚烯烃衍生物的接枝共聚物，所述接枝聚合物经由一来自于羧酸及其衍生物的极性基团进行接枝；所述结晶的未接枝聚合物选自未接枝聚烯烃、未接枝聚烯烃衍生物以及聚烯烃和聚烯烃衍生物的未接枝共聚物，所述未接枝聚合物的熔点与上述接枝聚合物相同；而且
所述正温度系数聚合物组合物还包含电压阻抗增强剂，所述电压阻抗增强剂为散布于所述聚合物混合物中以增加所述聚合物组合物的电压阻抗的金属氧化物颗粒材料；
其中所述聚合物混合物占所述聚合物组合物的25至70重量％，所述导电颗粒材料占所述聚合物组合物的25至70重量％，且所述电压阻抗增强剂占所述聚合物组合物的5至30重量％，所有成分的总和等于100％。
2.如权利要求1所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述接枝聚烯烃选自接枝高密度聚乙烯、接枝低密度聚乙烯、接枝线形低密度聚乙烯、接枝中密度聚乙烯及接枝聚丙烯。
3.如权利要求1所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述未接枝聚烯烃选自未接枝高密度聚乙烯、未接枝低密度聚乙烯、未接枝线形低密度聚乙烯、未接枝中密度聚乙烯及未接枝聚丙烯。
4.如权利要求1所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述金属氧化物材料选自氧化锌、氧化铝和氧化镁。
5.如权利要求1所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述电压阻抗增强剂至多占该组合物的30重量％。
6.如权利要求1所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述电压阻抗增强剂占该组合物的5至20重量％。
7.如权利要求1所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述聚合物混合物占该组合物的40至60重量％，所述导电颗粒材料占该组合物的40至60重量％，且所述电压阻抗增强剂占该组合物的5至25重量％。
8.如权利要求7所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述聚合物混合物占该组合物的40至50重量％，所述导电颗粒材料占该组合物的40至50重量％，且所述电压阻抗增强剂占该组合物的10至20重量％。
9.如权利要求1所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述聚合物混合物包含5至95重量％的所述结晶接枝聚合物，以及5至95重量％的所述结晶的未接枝聚合物。
10.如权利要求1所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述聚合物混合物还含有一由结晶的未接枝聚合物与离子化的不饱和羧酸形成的离子共聚物。
11.如权利要求10所述的正温度系数聚合物组合物，其特征在于：所述不饱和羧酸选自顺丁烯二酐和丙烯酸。
12.一种可重置保护装置，其包含(a)正温度系数元件和(b)两个分别连接至该正温度系数元件的两侧的电极；其特征在于：所述正温度系数元件在23℃具有低于10欧姆/厘米的体电阻系数，并含有一聚合物组合物；该聚合物组合物包含聚合物混合物、散布于所述聚合物混合物中的导电颗粒材料和电压阻抗增强剂；所述聚合物混合物含有(i)结晶接枝聚合物和(ii)结晶的未接枝聚合物；所述结晶接枝聚合物，选自接枝聚烯烃、接枝聚烯烃衍生物以及聚烯烃与聚烯烃衍生物的接枝共聚物，所述接枝聚合物经由一来自于羧酸及其衍生物的极性基团进行接枝；所述结晶的未接枝聚合物，选自未接枝聚烯烃、未接枝聚烯烃衍生物以及聚烯烃和聚烯烃衍生物的未接枝共聚物，所述未接枝聚合物的熔点与上述接枝聚合物相同；其中所述导电颗粒材料选自碳黑、石墨、碳纤维及金属粉末颗粒；并且所述电压阻抗增强剂为散布于所述聚合物混合物中以增加所述聚合物组合物的电压阻抗的金属氧化物颗粒材料；
其中所述聚合物混合物占所述聚合物组合物的25至70重量％，所述导电颗粒材料占所述聚合物组合物的25至70重量％，且所述电压阻抗增强剂占所述聚合物组合物的5至30重量％，所有成分的总和等于100％。
13.如权利要求12所述的可重置保护装置，其特征在于：所述聚合物混合物还含有一由所述结晶的未接枝聚合物与一离子化的不饱和羧酸形成的离子共聚物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100428 Termination date: 20200422 |