JPH10116702A - Ptc composition material - Google Patents

Ptc composition material

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JPH10116702A
JPH10116702A JP27074796A JP27074796A JPH10116702A JP H10116702 A JPH10116702 A JP H10116702A JP 27074796 A JP27074796 A JP 27074796A JP 27074796 A JP27074796 A JP 27074796A JP H10116702 A JPH10116702 A JP H10116702A
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JP
Japan
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resistance
ptc
titanium carbide
composition
trip
Prior art date
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Application number
JP27074796A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyohiko Sano
清彦 佐野
Takao Tateyama
孝雄 舘山
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the crystalline high-molecular composition material, which has the low resistivity not found in conventional devices and has the PTC (positive temperature coefficient) characteristic with excellent resistance stability after repeating trip-cycle tests. SOLUTION: This PTC composition material is formed by compounding 550-1,000/pts.wt. of titanium carbide having an average particle diameter of 0.1-5μm into 100 pts.wt. of crystalline high molecules. In this case, by performning the surface treatment for the titanium carbide with silane-compound coupling agent the resistance of the PTC composition material after trip-cycle tests can be more stabilized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗が特定の温度
領域に達すると急激に増大するPTC特性(正温度係数
特性)を有する樹脂組成物に関する。さらに詳しくは常
態で低抵抗であって、しかも繰り返しスイッチング動作
時の抵抗の再現性に優れたPTC樹脂組成物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resin composition having a PTC characteristic (positive temperature coefficient characteristic) that increases rapidly when a resistance reaches a specific temperature range. More particularly, the present invention relates to a PTC resin composition which has a low resistance in a normal state and has excellent reproducibility of resistance during repeated switching operations.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ポリエチレンまたはポリプロピレ
ンなどの結晶性高分子に、カーボンブラックや金属粉末
などの導電性粉末を充填分散させたPTC特性を有する
樹脂組成物あるいはそれを用いたPTC素子は公知であ
る。例えば、カーボンブラックについては特公昭50−
33707号、特開平4−167501号などに、金属
粉末については特開平5−47503号などに開示され
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a resin composition having PTC characteristics in which a conductive polymer such as carbon black or metal powder is filled and dispersed in a crystalline polymer such as polyethylene or polypropylene, or a PTC element using the same is known. is there. For example, for carbon black,
No. 33707, JP-A-4-167501 and the like, and metal powders are disclosed in JP-A-5-47503.

【0003】上記のように結晶性高分子に導電性粉末を
充填分散させたPTC組成物では、PTC特性は結晶性
重合体がその融点において急激に体積膨張を示すため
に、その中に分散された導電性粉末の粉末同士の間隔が
増大して粉末間の接触抵抗が急激に増大するために生ず
る。このような原理を応用した上記の公知のPTC組成
物では結晶性高分子の結晶が融解、固化を繰り返すうち
に抵抗の変化が大きくなる問題があった。
[0003] In the PTC composition in which a conductive powder is filled and dispersed in a crystalline polymer as described above, the PTC characteristic is such that the crystalline polymer rapidly expands in volume at its melting point, so that it is dispersed in the polymer. This occurs because the distance between the conductive powders increases and the contact resistance between the powders sharply increases. In the above-mentioned known PTC composition to which such a principle is applied, there is a problem that a change in resistance becomes large while the crystal of the crystalline polymer is repeatedly melted and solidified.

【0004】上記の問題を解決するために、カーボンブ
ラックを導電性粉末として使用し、マトリックス樹脂と
しての結晶性高分子をシラン化合物架橋剤を使用して架
橋させることが提案されている(特開平2−14090
2号)。
In order to solve the above problems, it has been proposed to use carbon black as a conductive powder and to crosslink a crystalline polymer as a matrix resin using a silane compound crosslinker (Japanese Patent Laid-Open Publication No. HEI 9-26186). 2-14090
No. 2).

【0005】一方、新しい試みとして結晶性高分子に充
填分散させる導電性粉末として、カーボンブラックや金
属粉末以外の導電性無機粉末、例えば炭化チタン、ほう
化チタン、ほう化ジルコン、ほう化ニオブ、硅化ニオ
ブ、硅化タングステン、硅化モリブデンなどを使用して
PTC組成物とする報告がなされている(J.Mate
rial Science 26,145(199
1))。
On the other hand, as a new attempt, as a conductive powder to be filled and dispersed in a crystalline polymer, conductive inorganic powders other than carbon black and metal powder, such as titanium carbide, titanium boride, zirconium boride, niobium boride, and silicide It has been reported that a PTC composition using niobium, tungsten silicide, molybdenum silicide, or the like is used (J. Mate).
real Science 26, 145 (199
1)).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、PTC組成
物として要求される性能はPTC特性の立ち上がりが急
激で大きな抵抗変化を示し、しかも常態での初期抵抗が
小さいことが必要である。さらに近年では、大きなスイ
ッチング電力を要求する過電流保護用PTC素子などの
応用面で、繰り返しスイッチング動作(トリップサイク
ル試験)後の特性安定性、特に抵抗に変化のないことが
要求されている。具体的な要求値は、常温での比抵抗が
0.5Ωcm以下で、スイッチング温度の前後での抵抗
の変化が106以上で、かつ繰り返しスイッチイング動
作(トリップサイクル試験)の後に抵抗が変化しないこ
とである。上述した従来例では上記の要求を同時に満足
するものが得られていなかった。本発明は上記の要求事
項を満足するPTC組成物を提供することを目的とす
る。
By the way, the performance required of the PTC composition requires that the PTC characteristic rapidly rises and shows a large change in resistance, and that the initial resistance in a normal state be small. Furthermore, in recent years, application stability of PTC elements for overcurrent protection, which require large switching power, requires characteristics stability after repeated switching operation (trip cycle test), particularly, no change in resistance. The specific requirements are that the specific resistance at room temperature is 0.5 Ωcm or less, the change in resistance before and after the switching temperature is 106 or more, and the resistance does not change after repeated switching operation (trip cycle test). It is. In the above-mentioned conventional example, one satisfying the above requirements at the same time has not been obtained. An object of the present invention is to provide a PTC composition satisfying the above requirements.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明においては、結晶
性高分子100重量部に対して平均粒子径0.1〜5μ
mの炭化チタン粉末550〜1000重量部が配合され
てなることを特徴とするPTC組成物が提供される。
According to the present invention, an average particle diameter of 0.1 to 5 μm is used for 100 parts by weight of a crystalline polymer.
m of titanium carbide powder in an amount of 550 to 1000 parts by weight.

【0008】本発明のPTC組成物は、スイッチング温
度の前後での抵抗の変化が106 以上の良好なPTC特
性を示すとともに、スイッチング以下の温度での比抵抗
が極めて低い値であるばかりか、トリップサイクル試験
等の後の抵抗が著しく安定なものである。従って、本発
明の組成物によって、大きなスイッチング電力を要求さ
れる素子特性の安定した過電流保護素子等を完成するこ
とができる。
The PTC composition of the present invention exhibits good PTC characteristics in which the change in resistance before and after the switching temperature is 10 6 or more, and has a very low specific resistance at a temperature below the switching, The resistance after a trip cycle test or the like is extremely stable. Therefore, with the composition of the present invention, an overcurrent protection device or the like having stable device characteristics requiring a large switching power can be completed.

【0009】本発明の組成物にて、上記のようにトリッ
プサイクル試験後の抵抗が安定し、増大しにくくなった
理由は十分解明されていないが、以下の現象が複合して
効果を発揮しているものと考えられる。すなわち、従来
のPTC素子は炭化チタンをマトリックスポリマー10
0重量部に対して500重量部以下添加した組成物であ
り、したも炭化チタンの表面エネルギーはカーボンブラ
ック等と比較すると高いため、トリップ状態に置かれる
とマトリックスポリマーへの濡れが進行する。その結果
トリップ状態が解かれ冷却されても炭化チタン粉末間の
つながり(パーコレーション)が少し不完全な状態に進
行し、それを多数回繰り返している間に抵抗が上昇して
いくためであると考えられる。一方、本発明のように炭
化チタンの濃度がマトリックスポリマー100重量部に
対して550重量部以上になると、濡れに参加するマト
リックスポリマー中の低分子量成分や側鎖部分が有限の
濃度であるため、濡れが進行しなくなる。また平均粒子
径が0.1ないし5μmの炭化チタン粉を結晶性高分子
100重量部に対して550重量部以上添加すると混練
に非常な困難が伴う(組成物の粘度が上昇し、延性や混
合機の金属表面への粘着力が低下する)ことから、前記
炭化チタンの周囲にマトリックスポリマの位置の拘束性
が高くなりトリップ時にマトリックス結晶の移動が起こ
り難くなる結果抵抗の安定化が生じ、抵抗が安定化した
ことによって従来は製造中の温度履歴によって抵抗が上
昇してしまい本来の良好な比抵抗が得られなかったのに
対して、本発明の組成物では抵抗の増加が少ないため良
好な抵抗のものが得られるものと考察される。
Although the reason why the resistance of the composition of the present invention has become stable and hardly increased as described above after the trip cycle test has not been sufficiently elucidated, the following phenomena are effective in combination. It is thought that it is. That is, the conventional PTC element uses titanium carbide as a matrix polymer 10
It is a composition in which 500 parts by weight or less is added to 0 parts by weight. Even if titanium carbide has a higher surface energy than carbon black or the like, when it is put in a trip state, wetting of the matrix polymer proceeds. As a result, even if the trip state is released and cooling is performed, the connection (percolation) between the titanium carbide powders progresses to a slightly incomplete state, and the resistance increases while repeating this many times. Can be On the other hand, when the concentration of titanium carbide is 550 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the matrix polymer as in the present invention, the low molecular weight components and side chains in the matrix polymer participating in wetting have a finite concentration, Wetting stops progressing. If titanium carbide powder having an average particle diameter of 0.1 to 5 μm is added in an amount of 550 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the crystalline polymer, kneading becomes extremely difficult (viscosity of the composition increases, ductility and mixing The adhesion to the metal surface of the machine is reduced), the constraint of the position of the matrix polymer around the titanium carbide is increased, and the movement of the matrix crystal at the time of trip hardly occurs. Conventionally, the resistance was increased due to the temperature history during production due to stabilization, and the original good specific resistance could not be obtained.On the other hand, the composition of the present invention showed a good It is considered that a resistor is obtained.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明のPTC組成物におけるマ
トリックスポリマーとして用いられる結晶性高分子は単
体ばかりでなく複数の結晶性高分子の混合物を用いるこ
とができ、結晶化度が10%以上の結晶性高分子が効果
的である。本発明に用いられる結晶性高分子を例示すれ
ば、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度
ポリエチレンなどのポリエチレン類、またはエチレン−
酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共
重合体などのエチレン系共重合体、ポリプロピレン等の
ポリオレフィン、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリエ
ステル、ポリフッ化ビニリデンなどが挙げられる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The crystalline polymer used as the matrix polymer in the PTC composition of the present invention can be used not only alone but also as a mixture of a plurality of crystalline polymers. Crystalline polymers are effective. Examples of the crystalline polymer used in the present invention include high-density polyethylene, medium-density polyethylene, polyethylenes such as low-density polyethylene, or ethylene-
Examples thereof include an ethylene copolymer such as a vinyl acetate copolymer and an ethylene-ethyl acrylate copolymer, a polyolefin such as polypropylene, a thermoplastic polyamide, a thermoplastic polyester, and a polyvinylidene fluoride.

【0011】本発明に用いられる結晶性高分子は、炭化
チタン粉末等を配合してから架橋することができる。架
橋処理すると、異常加熱によるPTC素子の破壊を防止
でき、PTC素子の耐圧特性を向上させることができる
ので望ましい。上記の架橋は通常行われる電子線架橋
法、有機過酸化物による化学架橋法、シラン化合物架橋
剤によるシラン架橋法などいずれの方法によってもよ
い。
The crystalline polymer used in the present invention can be crosslinked after blending titanium carbide powder and the like. The cross-linking treatment is preferable because the PTC element can be prevented from being broken due to abnormal heating and the pressure resistance of the PTC element can be improved. The above-mentioned cross-linking may be performed by any method such as an electron beam cross-linking method, a chemical cross-linking method using an organic peroxide, and a silane cross-linking method using a silane compound cross-linking agent.

【0012】本発明に用いられる炭化チタン粉末は通常
市場から入手可能な炭化チタンで差し支えないが、その
平均粒子径を0.1〜5μmに調整する。平均粒子径が
0.1ないし5μmとした理由は、0.1μm以下のも
のは製造方法が難しく入手が困難であるためである。ま
た、5μm以上の場合大量添加してもトリップサイクル
試験での抵抗の安定性が充分に得られないためである。
The titanium carbide powder used in the present invention may be titanium carbide generally available on the market, but its average particle size is adjusted to 0.1 to 5 μm. The reason why the average particle diameter is 0.1 to 5 μm is that those having a particle size of 0.1 μm or less are difficult to obtain and difficult to obtain. On the other hand, when the thickness is 5 μm or more, even if a large amount is added, the stability of the resistance in the trip cycle test cannot be sufficiently obtained.

【0013】前記炭化チタン粉末の添加量は前記結晶性
高分子100重量部に対して550〜1000重量部で
ある。550重量部未満ではトリップサイクル試験での
抵抗の安定性が悪くなり、1000重量部を越えると混
練が非常に困難になるためである。
The amount of the titanium carbide powder is 550 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the crystalline polymer. If the amount is less than 550 parts by weight, the stability of the resistance in the trip cycle test becomes poor, and if it exceeds 1000 parts by weight, kneading becomes extremely difficult.

【0014】なお、前記炭化チタン粉末は、平均粒子径
が5μm 以下と比較的微粉末であるため、表面処理を行
うことで結晶性高分子100重量部に対して600重量
部以上添加しても流動性が悪くならず、組成物を薄いシ
ート状にすることが容易となる。一方、前記結晶性高分
子のMFRを大きくすると添加量を増加できるが、あま
り大きなMFRの樹脂ではかえって混練作業が困難にな
るため、MFRの調整だけでは例えば850重量部程度
までが添加量の限界である。
Since the titanium carbide powder is a relatively fine powder having an average particle diameter of 5 μm or less, it may be added by a surface treatment to a content of 600 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the crystalline polymer. The fluidity does not deteriorate, and the composition can be easily formed into a thin sheet. On the other hand, if the MFR of the crystalline polymer is increased, the amount of addition can be increased. However, the kneading operation becomes difficult with a resin having an excessively large MFR. Therefore, the adjustment of the MFR alone limits the amount of addition to, for example, about 850 parts by weight. It is.

【0015】本発明の組成物においては、炭化チタン粉
末を結晶性高分子に高充填配合するため、シラン化合物
カップリング剤で表面処理した炭化チタン粉末を配合す
る、もしくは炭化チタン粉末と共にシラン化合物カップ
リング剤の所定量を配合することが好ましい。表面処理
することにより結晶性高分子への添加量が増大できると
ともにトリップサイクル試験での抵抗の安定化をさらに
向上することができる。
In the composition of the present invention, a titanium carbide powder surface-treated with a silane compound coupling agent is blended in order to highly blend the titanium carbide powder into the crystalline polymer, or the silane compound powder is mixed with the titanium carbide powder. It is preferable to mix a predetermined amount of the ring agent. By performing the surface treatment, the amount of addition to the crystalline polymer can be increased, and the stability of the resistance in the trip cycle test can be further improved.

【0016】ここに用いられるシラン化合物カップリン
グ剤は、一般式(1) (式中、nは2または3の整数、Rはメチル基またはエ
チル基、Xはアルキル基、ハロゲン化アルキル基、ビニ
ル基、アミノ基、メルカプト基等を有する有機基であ
る)で表される、メチルトリメトキシシラン、エチルト
リメトキシシラン、トリフッ化プロピルトリメトキシシ
ラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルエトキシシラ
ン、ビニルトリ(エトキシメトキシ)シラン、γーメタ
クリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシド
キシプロピルトリメトキシシラン、βー(3、4ーエポ
キシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、N−
βー(アミノエチル)γーアミノプロピルトリメトキシ
シラン、N−βー(アミノエチル)γーアミノプロピル
メチルジメトキシシラン、N−フェニル−γーアミノプ
ロピルトリメトキシシラン、γーメルカプトプロピルト
リメトキシシラン、γークロロプロピルトリメトキシシ
ランなどが挙げられる。
The silane compound coupling agent used herein has the general formula (1) (Wherein, n is an integer of 2 or 3, R is a methyl group or an ethyl group, X is an organic group having an alkyl group, a halogenated alkyl group, a vinyl group, an amino group, a mercapto group, etc.) , Methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinylethoxysilane, vinyltri (ethoxymethoxy) silane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltri Methoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, N-
β- (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, N-β- (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-chloropropyltrimethoxysilane and the like.

【0017】上記のシラン化合物カップリング剤の中で
は、不飽和結合を含むビニル基、アクリロイル基、メタ
クリロイル基などの官能基を含有するカップリング剤よ
りも、不飽和結合を含有しないカップリング剤は、トリ
ップサイクル試験での抵抗の安定性を高める効果が大き
いので、特に好ましいカップリング剤である。
Among the silane compound coupling agents described above, the coupling agent containing no unsaturated bond is more effective than the coupling agent containing a functional group such as a vinyl group, an acryloyl group, and a methacryloyl group containing an unsaturated bond. It is a particularly preferable coupling agent because it has a great effect of increasing the stability of resistance in a trip cycle test.

【0018】前記シラン化合物カップリング剤の表面処
理量としては、前記炭化チタン粉末に対して重量比0.
001ないし0.01の範囲が好ましい。添加量が重量
比で0.001以下では表面処理の効果が十分ではな
く、また0.01を越えると表面処理の効果が添加量に
対して飽和するだけであるからである。しかしながらシ
ラン化合物カップリング剤の過剰部分は揮発するか空気
中の水分と反応してシラノール化合物に変化するため、
本発明の組成物のPTC特性を阻害することは少ない。
シラン化合物カップリング剤で表面処理した炭化チタン
粉末を用いると、未処理の炭化チタン粉末の場合に比べ
組成物の流動性が向上し成形加工が容易になる利点があ
るため、添加量を大きくすることができる。しかしなが
ら、マトリックスポリマー100重量部に対して添加量
が1000重量部をこえると混練が困難となるので好ま
しくない。
The amount of the surface treatment of the silane compound coupling agent is set to a weight ratio of 0.1 to the titanium carbide powder.
The range of 001 to 0.01 is preferred. If the amount is 0.001 or less in weight ratio, the effect of the surface treatment is not sufficient, and if it exceeds 0.01, the effect of the surface treatment is only saturated with respect to the amount added. However, since the excess part of the silane compound coupling agent volatilizes or reacts with the moisture in the air and changes to a silanol compound,
The compositions of the present invention are less likely to inhibit the PTC properties.
The use of titanium carbide powder surface-treated with a silane compound coupling agent has the advantage of improving the fluidity of the composition and facilitating molding processing as compared with the case of untreated titanium carbide powder. be able to. However, if the addition amount exceeds 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the matrix polymer, kneading becomes difficult, which is not preferable.

【0019】本発明に用いられるシラン化合物カップリ
ング剤を前記炭化チタン粉末にカップリングする方法と
しては、アルコール、水、有機溶媒等の溶媒に前記シラ
ン化合物カップリング剤を添加して前記炭化チタン粉末
のスラリーを形成し、乾燥する湿式処理法、溶剤無しに
直接前記炭化チタン粉末に前記シラン化合物カップリン
グ剤を添加して撹拌してカップリングする乾式処理法、
また、本発明の組成物の混練時に同時に添加するインテ
グラルブレンド法等があるが、トリップサイクル試験結
果でのPTC素子抵抗の安定性は湿式法による表面処理
を行うときに最も良い結果が得られ、乾式法がこれに次
ぐ。
The method of coupling the silane compound coupling agent used in the present invention to the titanium carbide powder includes adding the silane compound coupling agent to a solvent such as alcohol, water, an organic solvent or the like. A wet treatment method of forming a slurry and drying, a dry treatment method in which the silane compound coupling agent is directly added to the titanium carbide powder without a solvent and stirred and coupled,
In addition, there is an integral blend method or the like which is simultaneously added at the time of kneading the composition of the present invention. However, the stability of the PTC element resistance in the results of the trip cycle test is best when the surface treatment is performed by a wet method. This is followed by the dry method.

【0020】本発明の組成物には、必要に応じて酸化防
止剤、架橋促進剤、無機充填剤、着色剤等を添加するこ
とができる。
The composition of the present invention may optionally contain an antioxidant, a crosslinking accelerator, an inorganic filler, a colorant, and the like.

【0021】本発明のPTC組成物は、結晶性高分子
(マトリックスポリマー)に炭化チタン粉末及びその他
の添加剤を、ポリマーに十分剪断力を与えることができ
る、例えば、バンバリーミキサー、ロールミル、スクリ
ュー型押出機等の混練装置を用いて溶融混練して得られ
る。
The PTC composition of the present invention can be prepared by adding a titanium carbide powder and other additives to a crystalline polymer (matrix polymer) by applying sufficient shearing force to the polymer, for example, a Banbury mixer, a roll mill, a screw type. It is obtained by melt-kneading using a kneading device such as an extruder.

【0022】つぎにPTC組成物を用いたPTC素子に
ついて説明する。PTC素子の基本構成は、PTC組成
物を所望の形状、例えば棒状、円柱状、板状等に成形し
た成形体とその成形体に接続された少なくとも2個の電
極とからなる。PTC素子の構造を表す指標としてd/
t比を用いることがあるが(d:等価外形=2×((電
極の面積)/π)1/2 、t:PTC組成物成形体の平均
厚さ)、組成物を薄いフィルム状に成形して、フィルム
の上下の面の全面に電極を形成する構造すなわちd/t
比が大きい素子の場合は原理的に抵抗の小さな素子が得
られるため、本発明の抵抗の低い組成物を用いて本構造
で素子を作成すると極めて低抵抗の素子が作成できる。
また、d/t比が1前後の構造の素子の場合は抵抗はd
/t比が大きな場合に比べて抵抗は従来の同形のPTC
素子と比べてもそれ程小さくはならないが、素子の放熱
速度が小さくなるため、本発明の小さな比抵抗の組成物
を用いてd/t比が1前後の構造の素子を作成すると、
従来のPTC組成物を用いて同じ抵抗の素子を作った場
合に比べてトリップ応答時間を短くすることができるメ
リットがある。
Next, a PTC element using the PTC composition will be described. The basic configuration of a PTC element is composed of a molded product obtained by molding a PTC composition into a desired shape, for example, a rod shape, a column shape, a plate shape, and the like, and at least two electrodes connected to the molded product. As an index indicating the structure of the PTC element, d /
Although the t ratio may be used (d: equivalent outer shape = 2 × ((electrode area) / π) 1/2 , t: average thickness of the PTC composition molded body), the composition is molded into a thin film. To form electrodes on the entire upper and lower surfaces of the film, ie, d / t
In the case of an element having a large ratio, an element having a low resistance can be obtained in principle. Therefore, when an element having this structure is formed using the composition having a low resistance of the present invention, an element having an extremely low resistance can be formed.
In the case of an element having a structure in which the d / t ratio is about 1, the resistance is d
The resistance is higher than that of a conventional PTC
Although it is not so small as compared with the element, since the heat radiation rate of the element is small, when an element having a structure with a d / t ratio of about 1 is prepared using the composition having a small specific resistance of the present invention,
There is an advantage that the trip response time can be shortened as compared with a case where a device having the same resistance is made using a conventional PTC composition.

【0023】電極の作成方法としては、ニッケル、銅等
の金属を熱圧着する方法、金属電極、真空蒸着やスパッ
ターや溶射法等で作成する方法や導電性接着剤を介して
電極を形成する方法等を用いることができる。中でも金
属箔等を樹脂の融点以上の温度で熱圧着して作成する方
法が簡便で経済的である。その場合電解箔等の表面を粗
面化した金属箔を用いると電極の剥離が防止できるため
好ましい。
Examples of a method of forming an electrode include a method of thermocompression bonding a metal such as nickel and copper, a method of forming a metal electrode by vacuum deposition, sputtering, or thermal spraying, and a method of forming an electrode via a conductive adhesive. Etc. can be used. Above all, a method of thermocompression bonding a metal foil or the like at a temperature equal to or higher than the melting point of the resin is simple and economical. In that case, it is preferable to use a metal foil having a roughened surface such as an electrolytic foil because the peeling of the electrode can be prevented.

【0024】[0024]

【実施例】以下に実施例をもって本発明の詳細を説明す
る。
The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0025】〔実施例1〜8、比較例1〜5〕表1に実
施例1〜8、表2に比較例1〜5のPTC素子構造を示
す。その作り方は以下の通りである。
Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5 Table 1 shows PTC element structures of Examples 1 to 8 and Table 2 shows PTC element structures of Comparative Examples 1 to 5. How to make it is as follows.

【0026】ニーダにより表1および表2に示した混合
比で150℃で混練し、ロールミルによってシート状の
組成物を得た。金型によって190℃にて加熱し10分
間100kg/cm2 の圧力で加圧し、そののち同圧力
で室温まで冷却し組成物を0.5mmの均一な厚さに予
備成形した。さらにその上下に厚さ25μmの電解ニッ
ケル箔によってPTC組成物層シートをサンドイッチし
て、金型によって190℃にて加熱し10分間100k
g/cm2 の圧力で加圧し、そののち同圧力で室温まで
冷却し、電極金属のラミネートを行った。その後常温で
60Coのγ線を表1及び表2に示す線量で照射すること
によって架橋せしめた。その後長さ20mm、幅10m
m大きさに該ラミネートシートを切断し、0.05mm
の厚さ、長さ30mm、幅10mmの真鍮製の端子をク
リーム半田によって、素子電極全体に取り付けて200
℃にてクリーム半田を溶融し接続し、エタノールでフラ
ックスの洗浄を行い、100℃で乾燥し、PTC素子を
作成した。なお、上記は実施例1〜7、比較例1〜5の
PTC素子であって、実施例8ではPTC組成物層の厚
さを3mm、PTC素子の長さを10mm、PTC素子
の幅を4mmとした以外は上記と同様に作成した。
The mixture was kneaded with a kneader at a mixing ratio shown in Tables 1 and 2 at 150 ° C., and a sheet-like composition was obtained by a roll mill. The composition was heated at 190 ° C. and pressurized at a pressure of 100 kg / cm 2 for 10 minutes, and then cooled to room temperature at the same pressure to preform the composition to a uniform thickness of 0.5 mm. Further, a PTC composition layer sheet is sandwiched between the upper and lower sides by a 25 μm-thick electrolytic nickel foil, and heated at 190 ° C. by a mold for 100 minutes for 100 minutes.
It was pressurized at a pressure of g / cm 2 , then cooled to room temperature at the same pressure, and the electrode metal was laminated. Then at room temperature
Crosslinking was achieved by irradiating 60 Co gamma rays at the doses shown in Tables 1 and 2. Then length 20mm, width 10m
Cut the laminate sheet to m size, 0.05mm
A brass terminal having a thickness of 30 mm, a length of 30 mm and a width of 10 mm is attached to the entire device electrode by cream solder, and the
The cream solder was melted and connected at ℃, the flux was washed with ethanol, and dried at 100 ℃ to produce a PTC element. The above is the PTC elements of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 5. In Example 8, the thickness of the PTC composition layer was 3 mm, the length of the PTC element was 10 mm, and the width of the PTC element was 4 mm. Except for that, it was created in the same manner as above.

【0027】実施例5〜7では導電性充填剤として用い
る炭化チタン粉末はシラン化合物カップリング剤で表面
処理を施したものであるが、この炭化チタン粉末の表面
処理は次のようにして行った。水を500g、エタノー
ル500gの混合溶媒にシラン化合物カップリング剤を
20g、酢酸を2g溶解した処理液に、炭化チタン粉末
を1kg添加して良く攪拌して均一なスラリーを作成
し、溶剤を十分に乾燥除去した。
In Examples 5 to 7, the titanium carbide powder used as the conductive filler was subjected to a surface treatment with a silane compound coupling agent. The surface treatment of the titanium carbide powder was performed as follows. . 1 kg of titanium carbide powder was added to a treatment solution obtained by dissolving 20 g of a silane compound coupling agent and 2 g of acetic acid in a mixed solvent of 500 g of water and 500 g of ethanol, and stirred well to form a uniform slurry. It was removed by drying.

【0028】なお、比較例3、4に用いた炭化チタン粉
(平均粒子径20μm )は、TiC−M(大粒子グレー
ド)を280メッシュの篩を用いて粒子径50μm 以上
の粗大粒子を除いて粒子径の調整を行った。なお、この
ときの平均粒子径の測定はレーザー回折散乱法で測定し
た。ただし、それ以外の炭化チタン粉末の平均粒子径は
ASTM B 330−88に示されているSub S
ieve法によって行った。
The titanium carbide powder (average particle diameter 20 μm) used in Comparative Examples 3 and 4 was prepared by using TiC-M (large particle grade) using a 280 mesh sieve to remove coarse particles having a particle diameter of 50 μm or more. The particle size was adjusted. In this case, the average particle diameter was measured by a laser diffraction scattering method. However, the average particle diameter of the other titanium carbide powders is the same as that of Sub S shown in ASTM B 330-88.
Performed by the ieve method.

【0029】以上13種類のPTC素子の各種特性は下
記の試験方法により測定した。
Various characteristics of the above 13 types of PTC elements were measured by the following test methods.

【0030】抵抗:常法に従い、温度25℃で測定し
た。
Resistance: Measured at a temperature of 25 ° C. according to a conventional method.

【0031】比抵抗:上記で得られた抵抗から下記の式
により算出した。 比抵抗=(抵抗×PTC組成物層の表面積/PTC組成
物層の厚さ)
Specific resistance: Calculated from the resistance obtained above by the following equation. Specific resistance = (resistance × surface area of PTC composition layer / thickness of PTC composition layer)

【0032】抵抗変化値:図1に例示するように、PT
C素子の初期抵抗(25℃)とトリップ状態後の最大抵
抗とから下記の式により算出した。 抵抗変化値=log(最大抵抗/抵抗(25℃))
Resistance change value: As exemplified in FIG.
It was calculated by the following equation from the initial resistance (25 ° C.) of the C element and the maximum resistance after the trip state. Resistance change value = log (maximum resistance / resistance (25 ° C))

【0033】トリップサイクル試験後抵抗:十分大きな
電流容量の電源にPTC素子を接続し、PTC素子に直
流14Vを通電した。このようにしてトリップ状態にし
て5分間保持した。その後電源を切り、PTC素子を自
然に冷却し、1時間後に室温25℃にてPTC素子の抵
抗を測定した。このトリップサイクルを10回繰り返し
た後の抵抗(25℃)をもってトリップサイクル試験後
抵抗とした。なお、初期抵抗との増加比をもって抵抗増
加率(%)とした。
Resistance after trip cycle test: A PTC element was connected to a power supply having a sufficiently large current capacity, and a DC voltage of 14 V was applied to the PTC element. Thus, the trip state was maintained for 5 minutes. Thereafter, the power was turned off, the PTC element was cooled naturally, and one hour later, the resistance of the PTC element was measured at room temperature of 25 ° C. The resistance (25 ° C.) after repeating this trip cycle 10 times was defined as the resistance after the trip cycle test. The increase ratio with the initial resistance was defined as a resistance increase rate (%).

【0034】以上の結果を一括して実施例については表
1、比較例については表2に示した。
The above results are collectively shown in Table 1 for Examples and Table 2 for Comparative Examples.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】実施例1〜4および、比較例1〜4はいず
れも導電性充填剤として炭化チタン粉末を用いたPTC
組成物から作成したPTC素子である。実施例1〜4で
は、いずれも良好な初期抵抗、比抵抗、抵抗変化値を示
し、かつトリップサイクル試験後の抵抗も変化が少なか
ったことがわかる。比較例1〜4では、初期抵抗、比抵
抗、抵抗変化値は良好な値であるが、トリップサイクル
試験後の抵抗が大幅に増大し、実用上問題であることが
わかる。
Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 all use PTC using titanium carbide powder as a conductive filler.
It is a PTC element made from the composition. Examples 1 to 4 all show good initial resistance, specific resistance, and resistance change values, and that the resistance after the trip cycle test also showed little change. In Comparative Examples 1 to 4, the initial resistance, the specific resistance, and the resistance change value were good values, but the resistance after the trip cycle test was significantly increased, which proves to be a practical problem.

【0038】比較例5は従来使用されているカーボンブ
ラックを用いたPTC組成物から作成したPTC素子で
あるが、実施例1〜4と同一の素子構造であるにも係わ
らず、実施例1〜4と比較して初期抵抗、比抵抗が高
く、抵抗変化値がかなり小さいことがわかる。
Comparative Example 5 is a PTC element prepared from a conventionally used PTC composition using carbon black. Despite having the same element structure as Examples 1 to 4, Examples 1 to 4 4, the initial resistance and the specific resistance are higher and the resistance change value is considerably smaller.

【0039】実施例5、6、7はシラン化合物カップリ
ング剤で表面処理した炭化チタン粉末を導電性充填剤と
して用い、この充填剤を750〜900重量部添加した
PTC組成物から作成したPTC素子についてである。
実施例5、6、7では、いずれも良好な初期抵抗、比抵
抗、抵抗変化値を示し、かつトリップサイクル試験後の
抵抗も変化が少なかったが、さらに、シラン化合物カッ
プリング剤による炭化チタン粉末の表面処理によって、
トリップサイクル試験後のPTC素子抵抗の安定化がは
かられたことがわかる。なお、実施例5、6と実施例7
の結果を比較すれば、ビニル基のような反応性不飽和基
を含むシラン化合物カップリング剤以外のシラン化合物
カップリング剤を用いた場合には、トリップサイクル試
験結果への改良効果が一層大きくなることがわかる。
In Examples 5, 6, and 7, a PTC element prepared from a PTC composition using titanium carbide powder surface-treated with a silane compound coupling agent as a conductive filler and adding 750 to 900 parts by weight of the filler was used. It is about.
In Examples 5, 6, and 7, all showed good initial resistance, specific resistance, and resistance change values, and the resistance after the trip cycle test was small, but the titanium carbide powder with a silane compound coupling agent was further used. By surface treatment of
It can be seen that the resistance of the PTC element after the trip cycle test was stabilized. In addition, Embodiments 5 and 6 and Embodiment 7
Comparing the results of the above, when a silane compound coupling agent other than a silane compound coupling agent containing a reactive unsaturated group such as a vinyl group is used, the effect of improving the trip cycle test result is further increased. You can see that.

【0040】実施例8では、他の実施例と比較して初期
抵抗とトリップサイクル試験後の抵抗値が大きいが、こ
れはPTC素子の構造が異なるためであって、比抵抗は
低く、トリップサイクル試験後の抵抗増加率も他の実施
例と同じレベルであることがわかる。実施例8では、さ
らにトリップサイクル応答時間、すなわちトリップサイ
クル試験にて電源をONしたときからトリップ状態とな
るまでの時間の測定を行った。得られた結果は12秒で
あり、比較のためにカーボンブラックを導電性充填剤に
用いたPTC組成物よりなる比較例5では24秒であっ
た。比較例5は扁平な構造ではあるが、初期抵抗が実施
例8とほぼ同一である。このことから実施例8は過電流
に対して応答性が従来のPTC素子に比べて優れている
ことが明らかとなった。
In the eighth embodiment, the initial resistance and the resistance value after the trip cycle test are larger than those of the other embodiments. This is because the structure of the PTC element is different. It can be seen that the rate of increase in resistance after the test is also at the same level as in the other examples. In the eighth embodiment, the trip cycle response time, that is, the time from when the power is turned on in the trip cycle test to when the power supply enters the trip state is measured. The obtained result was 12 seconds, and for comparison, it was 24 seconds in Comparative Example 5 made of a PTC composition using carbon black as the conductive filler. Comparative Example 5 has a flat structure, but the initial resistance is almost the same as Example 8. From this, it was clarified that Example 8 had superior responsiveness to overcurrent as compared with the conventional PTC element.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明のPT
C組成物は従来にない低い比抵抗を有し、繰り返しトリ
ップサイクル試験後の抵抗の安定性に優れる。従って、
大きな電力スイッチングを行う過電流保護素子やトリッ
プ応答の早い過電流保護素子が製造できる。PTC特性
の過電流保護素子の利用分野を広げることができるため
工業的利用価値は極めて高い。
As is clear from the above, the PT of the present invention
The C composition has an unprecedented low specific resistance and is excellent in resistance stability after repeated trip cycle tests. Therefore,
An overcurrent protection element that performs large power switching and an overcurrent protection element that has a fast trip response can be manufactured. Since the application field of the overcurrent protection element having the PTC characteristic can be expanded, the industrial use value is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のPTC組成物を用いたPTC素子抵抗
の温度変化のグラフ
FIG. 1 is a graph showing a temperature change of PTC element resistance using a PTC composition of the present invention.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結晶性高分子100重量部に対して平均
粒子径0.1〜5μmの炭化チタン粉末550〜100
0重量部が配合されてなることを特徴とするPTC組成
物。
1. A titanium carbide powder having an average particle size of 0.1 to 5 μm with respect to 100 parts by weight of a crystalline polymer.
A PTC composition comprising 0 parts by weight.
【請求項2】 前記結晶性高分子が架橋処理されている
ことを特徴とする請求項1記載のPTC組成物。
2. The PTC composition according to claim 1, wherein the crystalline polymer is cross-linked.
【請求項3】 前記炭化チタン粉末がシラン化合物カッ
プリング剤で表面処理されていることを特徴とする請求
項1または2に記載のPTC組成物。
3. The PTC composition according to claim 1, wherein the titanium carbide powder is surface-treated with a silane compound coupling agent.
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US7923500B2 (en) 2003-08-21 2011-04-12 Rensselaer Polytechnic Institute Nanocomposites with controlled electrical properties

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