KR100330920B1

KR100330920B1 - 피티씨 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 및 그제조방법

Info

Publication number: KR100330920B1
Application number: KR1020000019838A
Authority: KR
Inventors: 고창모; 최수안; 김도윤; 한준구; 이종호
Original assignee: 권문구; 엘지전선 주식회사
Priority date: 2000-04-15
Filing date: 2000-04-15
Publication date: 2002-04-03
Also published as: KR20010100311A

Abstract

본 발명은 PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 화학가교 공정상의 제약을 극복하고 생산성을 향상시킬 수 있는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 과전류 차단용 폴리머 퓨즈는 15∼25중량%의 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 15∼25중량%의 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)으로 이루어지는 결정성 폴리올레핀 수지와, 10∼30중량%의 에틸렌 에틸 아크릴레이트 공중합체(이하, 'EEA'라 함), 에틸렌 아크릴릭 엑시드(이하, 'EAA'라 함) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(이하, 'EVA'라 함)의 접착성 수지와, 30∼50중량%의 전도성 충전제와, 0.1∼1중량%의 가교 조제, 0.1∼0.5중량%의 산화방지제를 포함하는 PTC 조성물 시트와; 상기 PTC 조성물 시트의 양면에 라미네이트된 금속 포일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

피티씨 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 및 그 제조방법{OVERCURRENT PROTECTING PTC POLYMER FUSE AND PROCESS FOR MANUFACTURING THAT}

본 발명은 PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학가교 공정상의 제약을 극복하고 생산성을 향상시킬 수 있는 폴리머 퓨즈 제조공정 및 이를 통해 얻어진 과전류 차단용 폴리머 퓨즈에 관한 것이다.

PTC(Positive Temperature Coefficient) 특성을 갖는 고분자 재료의 개발은 이미 오래 전부터 이루어져 왔으며, 정온 전선, 과전류 차단용 전기장치, 회로 보호소자, 가열기 등에 응용되고 있다.

PTC 특성이라 함은 상온 정도의 낮은 온도에서는 저항이 낮아 전도성을 가지지만, 온도 상승에 따라 비교적 좁은 온도 영역에서 전기 저항이 급증하는 성질을 말한다.

결정성 고분자 수지와 전도성 충전제를 혼합하여 얻은 전도성 고분자 물질은상온과 같은 낮은 온도에서는 전도성을 가지지만 수지의 용융점 부근에서는 고분 자 결정이 와해되면서 수지 전체의 부피 팽창이 전도성 충전제간의 이격을 조장하여 저항이 증가하는 PTC 특성을 갖는다. 이러한 물질이 다시 상온 상태로 돌아오게 되면 낮은 저항 상태를 회복하지만, 용융점이 오래 지속되거나 더 높은 온도로 올라가게 되면 전도성 충전제의 브라운 온동 및 판데르 발스 힘에 의한 재응집으로 수지 저항이 감소하는 이른바 NTC(Negative Temperature Coefficient) 현상이 발생한다. 이러한 현상은 과전류가 인가된 상태에서 계속 높은 저항을 유지함으로써 과전류를 차단하는 회로 보호용 전기 장치에서는 치명적인 결과를 가져온다.

상기와 같은 NTC 특성을 억제하기 위해서 가교공정이 사용되고 있으며, 가교방법으로는 화학적 가교방법 및 조사 가교방법 등이 있는데, 조사 가교방법이 보다 일반적으로 사용되고 있다(미국 특허 No.4,237,441). 조사가교는 전자빔과 같은 조사선을 최종 성형된 전도성 고분자 물질에 조사함으로써 결정성 고분자의 분자간 가교를 유도하여 네트워크 구조를 이루게 하는 방법인데, 이러한 조사 가교방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 전도성 고분자 성형물 내의 일정 부분이 일정 시간에 흡수하는 조사량(radiation dose)은 조사원(radiation source)에 노출되는 성형물 표면으로부터의 거리, 조사의 세기, 에너지 및 형태 등에 의존하기 때문에 성형물 내의 가교도를 균일하게 유지하기 위해서는 성형물의 두께는 얇아야 하고 조사원의 에너지는 높아야 하는 제약이 따르며,

둘째, 조사 가교공정은 통상 성형물의 냉각 후 진행되는데 분자의 유동이 없는 상태에서 가교된 후 용융으로 인해 다시 유동이 생기게 되면 고분자의 구조 변화와 함께 전도성 충전제로 사용된 카본 블랙 입자 등의 이동에 의해 PTC 특성이나 저항값의 재현성이 떨어지게 된다.

이러한 조사가교 방법을 이용한 관련기술을 예로 들면, 대한민국 공개특허공보 제1998-703168호, 제1999-78186호, 대한민국 등록특허공보 제153409호 등이 있다.

상기의 문제점을 고려해서 화학 가교공정이 이용되고 있는데, 화학 가교방법은 균일하고 효율적인 가교 구조를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면에, 전도성 고분 자 물질과 가교 조제의 혼합과정에서 가교가 진행될 수 있어 혼합공정 온도상의 제약이 따르고, 조사가교와는 반대로 가교 후 냉각에 의한 결정화가 진행되기 때문에 전도성 고분자 PTC 특성을 제어하는 주요소 중 하나인 결정화도가 가교도에 의존하기 때문에 가교도에 제약이 따르는 문제점이 있다.

상기와 같은 공정상의 제약으로 인해 화학 가교공정은 배치(batch)형태를 통해 구현될 수 있다. 즉, 밴버리 혼합기(Banbury mixer)에서 전도성 충전제, 결정성 폴리올레핀, 가교제 등을 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 얻어내고, 이것의 양쪽에 금속 포일을 프레스로 일정 시간동안 가온, 가압하여 접착 및 가교를 동시에 실행할 수 있다.

그러나, 이러한 배치 형태의 공정으로는 제품마다의 특성을 균일하게 얻어내기가 어렵고 생산성도 매우 낮다.

이에 트윈-스크루 압출기(twin-screw extruder)를 이용하여 연속적으로 전도성 고분자 조성물을 얻어낼 수 있으며, 종래 트윈-스크루 압출기는 혼합의 효과를 높이기 위해 인터메싱 스크루 요소(intermeshing screw element)를 사용하였다.

그러나, 화학 가교제가 첨가된 전도성 고분자 조성물을 컴파운딩하는 경우, 인터메싱 스크루 요소 사이에서의 피크 전단으로 인한 급격한 온도 상승이 문제된다. 즉, 가교제의 분해로 인해 수지의 가교가 진행되어 MI(melt index)가 급격히 떨어지고, 이는 다시 수지 분자간의 전단력을 증가시켜 온도를 상승시키는 악순환이 반복된다. 또한, 인터메싱 스크루 요소 사이에서의 피크 전단 상승과 더불어 수지의 MI 감소는 전도성 충전제, 특히, 카본 블랙의 구조를 분쇄시켜 전도성 고분자의 저항을 증가시키는 등의 나쁜 영향을 주게 된다.

이에 본 발명자들은 화학 가교공정의 장점은 이용하고, 그 공정상의 제약을 극복한 PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 및 그 제조방법을 연구하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 성형물의 두께에 관계없이 균일한 가교도를 얻을 수 있어 성형물의 모양에 제약이 없으며, 고분자의 유동이 활발한 고온에서 가교함으로써 균일하고 효율적으로 가교 구조를 얻을 수 있으며, 저항이나 PTC 특성의 재현성이 뛰어난 PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비-인터메싱 요소(non-intermeshing element)를 사용하여 종래의 혼합효과는 유지하면서도 피크 전단에 의한 온도상승이 적으며 낮은온도에서 화학 가교 조제를 함유한 전도성 고분자 조성물을 컴파운딩할 수 있고, 카본 블랙의 구조를 유지하여 최종 물질의 저항을 낮게 유지할 수 있는 PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 PTC 조성물 제조공정을 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명의 PTC 시트 제조공정을 나타낸 것이고,

도 3은 본 발명에 의해 제조된 폴리머 퓨즈를 나타낸 것이며,

도 4a는 인터메싱 스크루 요소의 단면도이며, 4b는 비-인터메싱 스크루 요소의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 트윈-스크루 압출기 2 : 폴리머 공급기

3 : 전도성 충전제 공급기 4 : 가교 조제 공급기

5 : 용융 구역 6 : 컴파운딩 구역

7 : 전이 구역 8 : 가교 억제 구역

9(a) : PTC 조성물 실 9(b) : PTC 조성물 펠릿

9(c) : PTC 조성물 시트 9(d) : 라미네이트된 PTC 조성물

10 : 냉수로 11 : 에어 나이프

12 : 펠릿타이저 13 : 단일-스크루 압출기

14 : 기어 펌프 15 : 시트 다이

16 : 금속성 포일 17 : 로울-오프

18 : 가열 로울 19 : 라미네이터

20 : 운반 로울 21 : 냉각 터널

22 : 커터 23 : PTC 시트

24 : 폴리머 퓨즈 25 : 인터메싱 스크루 요소

26 : 비-인터메싱 스크루 요소

본 발명에 의한 PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈의 제조방법은

(1) PTC 조성물 제조공정과,

(2) PTC 시트 제조공정과,

(3) PTC 시트 가교공정과

(4) 펀치공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (1) PTC 조성물 제조공정은 결정성 고분자, 접착성 수지, 전도성 충전제, 가교 조제 및 산화방지제를 결정성 고분자의 용융점 이상에서 트윈-스크루 압출기로 컴파운딩 압출하여 펠릿(pellet)형태로 만드는 공정이며,

상기 (2) PTC 시트 제조공정은 PTC 합성물 펠릿을 단일 스크루 압출기로 용융 압출하여 기어 펌프 및 시트 다이를 거쳐 얇은 PTC 조성물 시트로 압출한 후, 이 시트 양면에 금속성 포일을 라미네이트한 다음 냉각하여 일정한 크기로 절단하는 공정이며,

상기 (3) PTC 시트 가교공정은 상기 일정한 크기로 절단된 PTC 시트를 고온에서 일정 시간 둠으로써 가교시키는 공정이며,

상기 (4) 펀치공정은 상기 가교된 PTC 시트를 적당한 크기와 모양으로 펀치하는 공정이다.

상기 (1) PTC 조성물 제조공정에서, 결정성 고분자로는 고밀도 폴리에틸렌(이하, 'HDPE'라 함), 저밀도 폴리에틸렌(이하, 'LDPE'라 함)으로 이루어지는 결정성 폴리올레핀 수지가 바람직하며, 접착성 수지로는 에틸렌 에틸 아크릴레이트 공중합체(이하, 'EEA'라 함) 또는 에틸렌 아크릴릭 엑시드(이하, 'EAA'라 함) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(이하, 'EVA'라 함) 또는 무수말레인화합물로 변성된 저밀도 폴리에틸렌(이하, 'MA-g-LD'라 함) 또는 무수말레인화합물로 변성된 고밀도 폴리에틸렌(이하, 'MA-g-HD'라 함)이 바람직하다.

또한, 상기 전도성 충전제로는 니켈분말, 금분말, 구리분말, 은도금된 구리분말, 금속합금분말, 카본블랙, 탄소분말 또는 흑연이 적당하며, 이중에서 특히, 평균 입자 크기가 60㎚ ~ 80nm이고 표면적 환산방법의 일종인 DBP 수치가 80 ~ 120 ㏄/100g인 전도성 카본 블랙이 바람직하다.

또한, 상기 가교 조제로는 과산화물이 사용되며, 특히, 디터셜리 부틸 퍼옥사이드(di-tertially-buthyl-peoxide, 이하 'DTBP'라 함)가 바람직하다.

상기 PTC 조성물의 조성은, 결정성 폴리올레핀 수지 HDPE 15∼25중량%, LDPE 15∼25중량%, 접착성 수지 EEA (또는 EAA 또는 EVA) 10∼30중량% 또는 MA-g-LD(또는 MA-g-HD) 10∼30중량%, 전도성 충전제 카본블랙 30∼50중량%, 가교 조제 DTBP 0.1∼1중량%가 바람직하다.

상기 PTC 조성물 제조공정에서 상기 트윈-스크루 압출기는

결정성 올레핀 수지, 접착성 수지 및 산화방지제를 용융, 혼합하는 융융 구역;

전도성 충전제가 측면으로 공급되어 융융구역으로부터 이송된 용융 수지와 함께 혼련되는 컴파운딩 구역;

전도성 충전제와 혼합된 수지의 온도를 낮추면서 이송시키는 전이 구역;

가교 조제가 측면으로 공급되어 전이 구역으로부터 이송된 수지와 가교 조제 분해 온도보다 낮은 온도에서 혼련되어 가교를 최대한 억제하는 가교 억제 구역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 각 구역들은 순차적으로 구성되고 각 구역별로 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다. 따라서, 융융 구역 및 컴파운딩 구역에서는 비교적 높은 온도로 효율적인 혼련을 할 수 있고, 이렇게 혼련된 수지가 전이 구역을 거치면서 가교 억제 구역에서의 낮은 온도로 자연스럽게 전이되고, 가교 조제가 투입된 상태에서도 낮은 온도 운전이 가능하게 된다.

트윈-스크루 압출기를 상기와 같은 방법으로 구성하는 것은 운전 온도를 서로 달리하여 컴파운딩 공정을 두 번에 나누어 실행하는 것보다 훨씬 효과적인 특징이 있다.

본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 PTC 조성물의 제조공정을 나타낸 것이다.

도 1에 의하면, 트윈 스크루 압출기(1)는 융융 구역(5), 컴파운딩 구역(6), 전이 구역(7), 가교 억제 구역(8)으로 구성되어 있으며, 상기 융융 구역(5)에서는 폴리머 공급기(2)에서 결정성 올레핀 수지, 접착성 수지, 산화방지제가 공급되어 용융, 혼합되고, 상기 컴파운딩 구역(6)에서는 전도성 충전제 공급기(3)에서 전도성 충전제가 공급되어 융융 구역에서 이송된 용융 수지와 혼련되고, 상기 전이 구역(7)에서는 상기 혼련된 수지 및 전도성 충전제를 온도를 낮추면서 이송시키고, 상기 가교 억제 구역(8)에서는 가교 조제 공급기(4)에서 가교 조제가 공급되어 이송된 수지와 가교 조제 분해 온도보다 낮은 온도에서 수지 및 가교 조제를 혼련하여 가교를 최대한 억제시킨다. 상기 트윈-스크루 압출기에서 공급된 PTC 조성물 실(9a)은 냉수로(10), 에어 나이프(11), 펠릿타이저(pelletizer) (12)를 거쳐 PTC 조성물 펠릿(9b)이 된다.

상기 융융 구역(5), 컴파운딩 구역(6), 전이 구역(7), 가교 억제 구역(8)은 순차적으로 구성되고, 각 구역별로 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하며, 융융 구역(5), 컴파운딩 구역(6) 및 가교 억제 구역(8)에서의 혼합 스크루는 비-인터메싱 스크루 요소(non-intermeshing screw element)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 4a에는 종래의 인터메싱 스크루 요소(25)를 나타내었으며, 도 4b에는 본 발명에서 사용된 비-인터메싱 스크루 요소(26)를 나타내었다.

종래의 트윈-스크루 압출기는 혼합 효과를 높이기 위해 인터메싱 스크루 요소(25)를 사용하였으나, 도 4a에 나타낸 중간의 좁은 공간은 높은 전단력 및 전단 온도 상승을 야기하여 물질에 손상을 입힐 수 있다. 즉, 화학가교제가 첨가된 전도성 고분자 조성물을 컴파운딩하는 경우, 가교제의 분해로 인해 수지의 가교가 진행되어 MI가 급격히 떨어지고, 수지 분자간 전단력을 증가시켜 온도가 급격하게 상승하게 된다.

또한, 인터메싱 스크루 요소 사이에서의 피크 전단 상승과 함께 수지의 MI 감소는 전도성 충전제, 특히, 카본 블랙의 구조를 분쇄시켜 전도성 고분자의 저항을 증가시키는 등의 나쁜 영향을 주게 된다.

따라서, 본 발명에서는 트윈-스크루 압출기를 비-인터메싱 요소(26)로 구성하였다. 이 경우, 종래의 혼합효과는 유지하면서도 피크 전단에 의한 온도상승이 적으며 이에 따라 온도 제어가 용이해져 낮은 온도에서 화학 가교 조제를 함유한 전도성 고분자 조성물을 컴파운딩할 수 있고, 수지의 MI 감소를 방지하여 수지간 전단력에 의한 온도상승을 방지하고 동시에 전도성 충전제, 특히, 카본 블랙의 구조를 유지하여 최종 물질의 저항을 낮게 유지할 수 있다.

도 2는 PTC 시트의 제조공정을 나타낸 것이다.

도 2에 의하면, 상기 도 1의 PTC 조성물 제조공정을 통해 제조된 상기 PTC 조성물 펠릿(9b)은 단일 스크루 압출기(13)로 공급되어 용융 압출된 후 기어 펌프(14)를 통해 일정량으로 시트 다이(15)에 연속 공급되면서 얇은 PTC 조성물 시트(9c)가 압출되어 나오고, 이 PTC 조성물 시트(9c)의 양면에 로울-오프(roll-off)(17)로부터 풀려져 나온 금속성 포일(16)이 라미네이터(19)의 가열 로울(18) 사이에서 일정 압력과 온도로 라미네이션되는 공정을 거치면서 라미네이트된 PTC (9d)가 제조되고, 냉각 터널(21)을 통해 냉각되어 나오면서 커터(22)로 일정한 크기로 절단되어 PTC 시트(23)가 제조된다.

상기 일정한 크기로 절단된 PTC 시트(23)는 고온에서 일정 시간 두어 가교시킨 후 적당한 크기와 모양으로 펀치하여 과전류 차단용 폴리머 퓨즈를 제조한다.

본 발명에 의해 제조된 폴리머 퓨즈(24)를 도 3에 나타내었다.

본 발명의 폴리머 퓨즈(24)는 상기에서 제조된 PTC 시트(23)의 양면에 금속포일(24a,24b)을 라미네이트시켜 도넛 형태로 성형하는 것에 의해 제작된다.

이하에서, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

MI(melt index) 1인 HDPE 17.5중량%, MI가 3인 LDPE 17.5중량%, MI가 7인 EAA 22.9중량%, 산화방지제 0.1중량%를 스크루 RPM 300, 온도 170℃의 융용 구역(5)에서 용융, 혼합시킨 다음, 온도 170℃의 컴파운딩 구역(6)에서 입자크기가 68㎚이고 DBP값이 105㏄/100g인 카본 블랙 41.0중량%와 혼합시킨 다음, 160℃의 전이 구역(7)으로 이송시킨 후, 150℃의 가교 억제 구역(8)에서 DTBP 1.0중량%를 혼련한 후 압출하여 펠릿형태로 만들었다. 상기 과정에서 혼합 스크루 요소는 비-인터메싱 스크루 요소를 사용하였다. 상기 PTC 조성물 펠릿을 PTC 시트 형태를 제조한 다음 양면에 금속성 포일을 라미네이션한 다음, 냉각, 절단과정을 거쳐 폴리머 퓨즈를 제조하였다.

실시예 2

MI(melt index) 1인 HDPE 25중량%, MI가 3인 LDPE 15중량%, MI가 7인 무수말레인화합물로 변성된 저밀도 폴리에틸렌(MA-g-LD) 17.9중량%, 산화방지제 0.1중량%를 스크루 RPM 300, 온도 170℃의 융용 구역(5)에서 용융, 혼합시킨 다음, 온도170℃의 컴파운딩 구역(6)에서 입자크기가 68㎚이고 DBP값이 105㏄/100g인 카본 블랙 41.0중량%와 혼합시킨 다음, 160℃의 전이 구역(7)으로 이송시킨 후, 150℃의 가교 억제 구역(8)에서 DTBP 1.0중량%를 혼련한 후 압출하여 펠릿형태로 만들었다. 상기 과정에서 혼합 스크루 요소는 비-인터메싱 스크루 요소를 사용하였다. 상기 PTC 조성물 펠릿을 PTC 시트 형태를 제조한 다음 양면에 금속성 포일을 라미네이션한 다음, 냉각, 절단과정을 거쳐 폴리머 퓨즈를 제조하였다.

실시예 3

MI(melt index) 1인 HDPE 15중량%, MI가 3인 LDPE 25중량%, MI가 7인 EEA 20.9중량%, 산화방지제 0.1중량%를 스크루 RPM 300, 온도 170℃의 융용 구역(5)에서 용융, 혼합시킨 다음, 온도 170℃의 컴파운딩 구역(6)에서 입자크기가 68㎚이고 DBP값이 105㏄/100g인 카본 블랙 38중량%와 혼합시킨 다음, 160℃의 전이 구역(7)으로 이송시킨 후, 150℃의 가교 억제 구역(8)에서 DTBP 1.0중량%를 혼련한 후 압출하여 펠릿형태로 만들었다. 상기 과정에서 혼합 스크루 요소는 비-인터메싱 스크루 요소를 사용하였다. 상기 PTC 조성물 펠릿을 PTC 시트 형태를 제조한 다음 양면에 금속성 포일을 라미네이션한 다음, 냉각, 절단과정을 거쳐 폴리머 퓨즈를 제조하였다.

비교예 1

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 트윈-스크루 압출기에서의 혼합 스크루 요소는 인터메싱 스크루 요소를 사용하였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 트윈-스크루 압출기에서 전이 구역(7)의 온도는 170℃, 가교 억제 구역(8)의 온도는 170℃로 하고, 혼합 스크루 요소는 인터메싱 스크루 요소를 사용하였다.

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 PTC 폴리머 퓨즈의 특성은 다음의 표 1과 같다.

	상온저항(R₀)ohm.㎝	트립시간(sec)	Max(R_n/R₀)n<1000	R(T_m)	R¹/R₀	Max(Rⁿ/R₀)n<20
실시예 1	1	3.2	1.3	3.0×10⁶	1.8	2.0
실시예 2	1.2	2.7	1.4	3.2×10⁶	2.0	2.1
실시예 3	1.4	2.5	1.4	4.3×10⁶	1.9	2.1
비교예 1	2.5	2.9	2.2	6.1×10⁶	2.9	4.1
비교예 2	5	2.8	2.2	2.2×10⁶	3.7	5.2

상기 표 1의 결과에 의하면, 본 발명에 의한 PTC 폴리머 퓨즈는 상온(25℃)에서의 저항(R₀)이 1.5 ohm.㎝ 이하이고, 15V/7.5A의 전원을 인가하였을 때 트립시간이 5초 이내이고, 트립후 저항이 1.5×10⁴ohm.㎝ 이상이고, n회 트립 후 저항 (R_n)이 매회 2.25 ohm.cm 이하, 즉 1<R_n/R₀<1.5를 만족하고, 수지의 용융점(T_m) 이상으로 가열하였을 때의 저항 R(T_m)이 2×10⁶ohm.㎝이상이고, 상온으로 냉각한 후 저항 R¹이 3.75 ohm.㎝ 이하, 즉 R¹/R₀<2.5 이하를 만족하고, 가열과 냉각을 n회 반복한 후의 저항 Rⁿ이 4.5 ohm.cm이하, 즉, Rⁿ/R₀<3 임을 알 수 있다.

본 발명의 PTC 폴리머 퓨즈는 상온 저항이 낮고, 트립후 저항 복구 특성이 우수하다.

또한, 본 발명은 트윈-스크루 압출기를 비-인터메싱 요소로 구성하여 수지간 전단력에 의한 온도 상승을 방지하고, 전도성 충전제의 구조를 유지하여 최종 물질의 저항을 낮게 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 과산화물 가교제를 이용하여 화학가교를 진행하였기 때문에 조사 가교에 의한 경우보다 균일하고 효과적인 가교 구조를 얻을 수 있으며, 저항이나 PTC 특성의 재현성이 뛰어나다.

Claims

15∼25중량%의 HDPE, 15∼25중량%의 LDPE로 이루어지는 결정성 폴리올레핀 수지와, 10∼30중량%의 EEA(또는 EAA 또는 EVA) 또는 10∼30중량%의 MA-g-LD(또는 MA-g-HD)의 접착성 수지와, 30∼50중량%의 전도성 충전제와, 0.1∼1중량%의 화학 가교 조제, 0.1∼0.5중량%의 산화방지제를 포함하는 PTC 조성물 시트와;

상기 PTC 조성물 시트의 양면에 라미네이트된 금속 포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈.

제 1 항에 있어서,

상기 PTC 조성물 시트는

상온(25℃)에서의 저항(R_O)이 1.5 ohm.cm이하이고, 15V/7.5A의 전원을 인가하였을 때 트립시간이 5초 이내이고, 트립 후 저항이 1.5×10⁴ohm.㎝ 이상이고, n회 트립 후 저항(R_n)이 매회 2.25 ohm.cm 이하, 즉 1<R_n/R₀<1.5를 만족하고, 수지의 용융점(T_m) 이상으로 가열하였을 때의 저항 R(T_m)이 2×10⁶ohm.㎝ 이상이고, 상온으로 냉각한 후 저항 R¹이 3.75 ohm.㎝ 이하, 즉 R¹/R₀<2.5 이하를 만족하고, 가열과 냉각을 n회 반복한 후의 저항 Rⁿ이 4.5 ohm.cm 이하, 즉, Rⁿ/R₀<3인 것을 특징으로하는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈.

제 2항에 있어서,

상기 전도성 충전제는 평균 입자 크기가 60㎚~80nm이고, DBP 값이 80~ 120 ㏄/100g인 전도성 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈.

제 2항에 있어서,

상기 화학 가교 조제는 분해온도가 150℃ 이상인 DTBP인 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈.

(1) 결정성 올레핀 수지, 접착성 수지, 전도성 충전제, 가교 조제 및 산화 방지제를 결정성 올레핀 수지의 용융점 이상에서 트윈-스크루 압출기로 컴파운딩 압출하여 펠릿 형태로 만드는 PTC 조성물 제조공정과;

(2) 상기 PTC 조성물 펠릿을 단일 스크루 압출기로 용융 압출한 후 기어 펌프 및 시트 다이를 거쳐 얇은 시트로 압출한 후, 압출된 시트의 양면에 금속성 포일을 라미네이트시킨 다음 냉각 후 일정한 크기로 절단하는 PTC 시트 제조공정과;

(3) 상기 일정한 크기로 절단된 PTC 시트를 고온에서 일정시간 둠으로써 가교시키는 PTC 시트 가교공정과;

(4) 상기 가교된 PTC 시트를 적당한 크기와 모양으로 펀치하는 펀치공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 제조방법.

제 5 항에 있어서,

상기 트윈-스크루 압출기는

상기 융융 구역으로부터 이송된 용융 수지와 전도성 충전제를 혼련시키는 컴파운딩 구역;

상기 전도성 충전제와 혼합된 수지의 온도를 낮추면서 이송시키는 전이 구역;

상기 전이 구역으로부터 이송된 수지에 가교 조제를 공급하여 가교 조제 분해 온도보다 낮은 온도에서 혼련시키는 가교 억제 구역을 포함하며, 상기 각 구역은 순차적으로 구성되고, 각 구역별로 온도를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈의 제조방법.

제 6 항에 있어서,

상기 컴파운딩 구역은 비-인터메싱 스크루 요소로 구성되어 충전제의 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈 제조방법.

제 6 항에 있어서,

상기 가교 억제 구역은 비-인터메싱 스크루 요소로 구성되고, 가교제 분해온도보다 낮은 온도로 운전하여 수지의 가교를 억제하고 충전제의 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 과전류 차단용 폴리머 퓨즈의 제조방법.