KR101408626B1 - 열적으로 조절된 전기적으로 전도성인 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에 개시된 것은 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물과 유기 폴리머; 및 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 펄러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러를 포함하는 조성물을 제조하는 방법이고, 상기에서 조성물이 실온과 트립 온도 사이에서 100번 사이클 되었을 때 조성물의 트립 온도는 ±10℃ 이상의 양까지 변하지 않는다. 본 명세서에 또한 개시된 것은 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러 및 제 2 필러를 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이다. 본 발명의 조성물은 조성물의 HDT 온도보다 낮은 트립 온도를 가지고 조정 가능한 온도를 가질 수 있다.
트립 온도, 전도성, 저항력, 필러

Description

열적으로 조절된 전기적으로 전도성인 조성물{THERMALLY REGULATED ELECTRICALLY CONDUCTING COMPOSITIONS}
본 발명은 열적으로 조절된 전기적으로 전도성인 조성물, 그들의 제조 방법 및 동일한 것을 포함하는 물품과 관련 있다.
본 발명의 청구항은 2006년 11월 20일 출원된 미국 가출원 No. 60/866,492를 기초로 우선권을 수반하며, 이는 본 명세서에서 그들 전체로 참조로서 채용된다.
폴리머 조성물은 대다수의 기술적 응용에서 사용된다. 전기적 용도를 위해 폴리머 조성물의 부피 및 표면 저항력은 높게 전기적으로 전도성인 것에서부터 높게 전기적으로 절연된 것에 이르기까지 수십 배를 넘어 다양할 수 있다. 이 전기 저항력의 다양성은 일반적으로 폴리머 조성물에 포함된 전기적으로 전도성인 필러의 양에 의존한다.
온도 변화 역시 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 전기 저항력의 변화를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 낮은 온도에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 저항력은 낮고 폴리머 조성물을 통해 흐르는 전류의 양을 크게 한다. 온도가 어떤 점까지 상승할수록, 폴리머 조성물의 전기 저항력은 증가한다. 온도에 따른 전기 저항력의 함수/곡선은 양의 기울기를 가지고 이 온도 범위 내에서 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 양성 온도 저항 계수(PTCR)을 가지는 것으로 언급된다.
일 이론에 따르면, 상기 폴리머와 전기적으로 전도성인 필러 간의 열 팽창 계수 사이의 미스매치(mismatch)는 전기적으로 전도성인 네트워크에 부분적인 혼란을 야기하고 조성물의 전기 저항력 증가를 유도한다. 대부분의 경우, 상기 필수적인 열 팽창은, 용융과 같이, 트립 온도 근처에서 PTCR을 유도하는 폴리머의 상 전이에 의해 야기된다. 그러나 이는 트립 온도 근처에서 조성물의 기계적 특성 악화를 종종 불러오고, 예처럼, 폴리머 매트릭스의 용융으로부터 예상될 것이다. 그러므로 그러한 기계적 특성의 왜곡이 일어나지 않는 온도 아래에서 PTCR 트립 거동을 나타내는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이 유리하다. 또 다른 이론에서, 전기적으로 전도성인 필러의 물리적 및 전기적 특성은 폴리머 조성물의 전기 저항력의 변화를 야기하는 온도와 함께 변한다고 여겨진다.
온도가 더 상승됨에 따라, 그러나, 종종 폴리머 조성물의 전기 저항력은 온도와 관련해서 하강한다. 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 지금 음성 온도 저항 계수(NTCR)를 나타낸다. PTCR 거동에서부터 강한 NTCR 거동에 이르는 이 변화는 종종 바람직하지 않다. 이 거동을 설명하기 위해 발표된 몇 가지 이론이 있어왔다.
상기 언급한 이론들이 전기 저항력에서 이 거동을 설명하기 위해 주장됨과 동시에, 이러한 거동이 바람직하지 않은 몇 가지 용도가 있다. 그러므로 어떤 용도를 위한 폴리머 조성물은 PTCR 폴리머 조성물에서부터 NTCR 폴리머 조성물에 이르는 거동의 변화를 최소화하는 것이 유리하다. 즉, 의도된 용도의 온도 범위를 넘어 서만 오직 PTCR 거동을 나타내는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이 유리하다.
양성 온도 저항 계수(PTCR) 효과를 얻기 위해서 합성물질은 전도적이어야만 한다. 조성물을 전도성으로 만들기 위해서, 선행 기술은 퍼콜레이션 역치(percolation threshold) 넘게 전도성 필러 입자를 부가하였다. 상기 퍼콜레이션 역치는 랜덤 시스템에서 긴-범위의 접속 가능성을 형성하는 점이다. 상기 퍼콜레이션 역치 미만에서, 합성물은 비-전도성이 될 것이다. 그러나, 금속과 같이, 높은 특정 중량 필러의 높은 퍼센트 로딩은, 합성물의 특정 중량을 상당히 증가시킨다.
따라서, 조성물의 특정 중량을 감소시키고, PTCR 제형의 트립 특성을 조정함에 있어 낮은 특정 중량의 제 2 필러를 부가하는 비율을 정하는 성과를 올리는 방법을 제공하는 것이 유익할 것이다.
[발명의 요약]
본 명세서에 개시된 것은 유기 폴리머; 및 제 1 필러를 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이다. 제 1 필러는 전기적으로 전도성인 물질일 수 있고 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 전기적으로 전도성인 조성물은 조성물이 실온과 트립 온도 사이에서 100번 사이클 되었을 때 두 번째 및 백 번째 사이클 상 취한 측정값을 기초로 ±10℃ 이상의 양까지 변하지 않는 트립 온도를 가진다.
본 명세서에 역시 개시된 것은 유기 폴리머와 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러를 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하기 위해 블렌딩하는 것을 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 제조하는 방법이고, 상기에서 제 1 필러는 500 빅커(Vickers) 이상의 경도(hardness)를 가지며; 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 몰딩하는 필러를 포함한다.
본 명세서에 또한 개시된 것은 유기 폴리머; 및 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러를 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이고, 상기에서 조성물은 0.45 MPa에서 조성물의 열 변형 온도(HDT)보다 작은 트립 온도를 가지고 상기에서 트립 온도와 열 변형 온도 간 차이는 10℃보다 크다. 이처럼, 본 발명의 조성물은 플라스틱이 재형성되기 시작하는 점 아래 온도에서 "트립"한다.
본 명세서의 다른 실시예에서 개시된 것은 유기 폴리머와 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러 및 연속적인 네트워크를 생성하기 위한 전도성 필러, 비-전도성 필러, 또는 이들의 조합으로부터 선택된 제 2 필러를 블렌딩하고; 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 몰딩하는 단계를 포함하는 조성물을 제조하는 방법이고, 상기에서 하나 이상의 세라믹 필러, 금속 필러, 또는 양자는 500 빅커 이상의 경도를 가진다.
본 명세서의 또 다른 실시예에 개시된 것은 유기 폴리머; 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러, 및 전도성 필러, 비-전도성 필러, 또는 이들의 조합을 포함하고 PTCR 제형의 트립 특성을 조정하기 위해 사용되는 제 2 필러를 포함하는 전기적으로 전도성인 조성물이다.
역시 본 명세서에 개시된 것은 유기 폴리머; 및 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러를 포함하고, 상기에서 폴리머 조성물의 트립 특성은 하나 이상의 처리 기술(주입, 압축, 주입-압축, 열 성형과 같은), 하나 이상의 후 처리 기술, 또는 상기 기술 중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 변경된다.
본 명세서에 또한 개시된 것은 유기 폴리머; 및 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러를 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이고, 상기에서 트립 온도의 개시는 온도의 함수로서 일어나는 특정 부피 변화에 의해 결정된다. 일실시예에서, 합성물의 퍼센트 특정 부피 변화는 실온에서부터 측정하였을 때 트립 온도에서 0.5-5% 사이이다. 다른 실시예에서, 퍼센트 특정 부피 확장은 트립 온도에서 1-2% 범위이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 하기 설명과 본 명세서 내 다양한 변경과 변화가 당업자에게 명백한 이상 예시적인 것으로만 의도되는 실시예에서 더욱 구체적으로 설명된다. 상세한 설명과 청구항에서 사용되는 것처럼, 용어 "포함한다"는 상기 실시예를 "구성한다" 및 "필수적으로 구성한다"를 포함할 수 있다. 본 명세서에 개시된 모든 범위는 종말점을 포괄하고 독립적으로 조합될 수 있다. 범위의 종말점과 본 명세서에 개시된 어떤 수치라도 정확한 범위 또는 수치로 제한되지 않고; 그들은 충분히 애매하여 이러한 범위 및/또는 수치에 근접한 수치를 포함한다.
본 명세서에 사용된 것처럼, 대략적인 언어는 관련된 기본 작용의 변화를 일으키지 않고 다양할 수 있는 어떤 정량적인 표현을 수정하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, "약" 및 "실질적으로"와 같은, 용어 또는 용어들에 의해 수정된 수치는 몇몇 경우에서 특정된 명확한 수치로 제한되지 않을 수 있다. 몇몇 이상의 예에서, 대략적인 언어는 수치를 측정하는 기구 정밀도에 상응할 수 있다.
본 명세서에 개시된 것은 실온에서 1 × 104 옴-센티미터 이하의 실온 부피 저항력 및 5 이상 강도의 양성 온도 저항 계수(PTCR)를 가지는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이다. 일실시예에서, 폴리머 조성물은 PTCR에서 NTCR로 전이를 겪지 않는다. 다른 실시예에서, 폴리머 조성물은 PTCR에서 NTCR로 전이를 나타낸다.
도면은 온도를 변화시킬 때 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 거동에 대한 예시적인 묘사이다. 도면은 물질의 온도를 변화시킬 때 전기 저항력의 변화를 묘사한다. 트립 점에서 볼 수 있는 바와 같이, 수치에서 몇십 배의 저항력 변화가 있다. 도면에서 대문자 (A)는 트립 점을 가리킨다. 트립 점 이전에 폴리머 조성물의 저항력은 온도의 변화에 따라 그다지 변화하지 않는다. 트립 점 이전의 저항력 곡선의 기울기는 도면에서 제 1 기울기로 언급된다. 트립 점 이후에, 온도에 따라 몇십 배의 저항력 증가가 있다. 이는 제 2 기울기로서 언급된다. 트립 점 (A)는 제 1 기울기의 탄젠트와 제 2 기울기의 탄젠트의 교차점으로 정의된다. 저항력이 온도와 함께 빠르게 증가한 후에 수평화되기 시작하고 꽤 안정한 수치에 도달한다. 저항력 곡선의 이 부분은 제 3 기울기로 언급된다. 도면에서 보이는 바와 같이, 점 (B)에서 제 2 기울기의 탄젠트는 제 3 기울기의 탄젠트와 교차된다. PTCR 강도는 제 2 기울기와 제 3 기울기의 교차점으로 표현되는 온도에서의 전기 저항력과 실온(RT)에서 전기 저항력의 비율로 정의된다.
조성물의 트립 온도는 나아가 조성물이 두 번째와 백 번째 사이클에서 측정된 것을 기초로 실온과 트립 온도 사이에서 100번 사이클 되었을 때 실질적으로 변하지 않는다. 일실시예에서, 조성물의 트립 온도는 조성물이 실온과 트립 온도 사이에서 100번 사이클 되었을 때 두 번째와 백 번째 사이클에서 측정된 것을 기초로 ±10℃ 이상의 양까지 변하지 않는다. 다른 실시예에서, 조성물의 트립 온도는 실온과 트립 온도 사이에서 100번 사이클 되었을 때 두 번째와 백 번째 사이클에서 측정된 것을 기초로 ±5℃ 이상의 양까지 변하지 않는다. 또 다른 실시예에서, 조성물의 트립 온도는 실온과 트립 온도 사이에서 100번 사이클 되었을 때 두 번째와 백 번째 사이클에서 측정된 것을 기초로 ±2℃ 이상의 양까지 변하지 않는다.
조성물은 실온과 트립 온도 사이에서 사이클 되었을 때 두 번째와 백 번째 사이클에서 측정된 것을 기초로 100 사이클 이상의 PTCR 반복 가능성을 유리하게 가진다. 즉, 일실시예에서, 두 번째 사이클과 백 번째 사이클 사이의 실온 저항력 차이는 5 계수 이하이다. 다른 실시예에서 두 번째 사이클과 백 번째 사이클 사이의 실온 저항력 차이는 4 계수 이하이다.
전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 유리하게 유기 폴리머, 및 1 내지 95 중량 퍼센트(wt%)의 전기적으로 전도성인 제1 필러를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "제 1 필러"는 상기 조성물이 하나의 필러만 포함하고 하나 이상의 필러를 포함하는 본 발명의 조성물이 필수적이지 않은 실시예들을 포함하여 사용된다. 전기적으로 전도성인 필러는 금속 필러 및 일반적으로 500 빅커 이상의 경도를 가지는 세라믹으로부터 선택될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "금속 필러"는 금속 파우더, 금속-코팅된 입자 또는 어떤 다른 전도성, 금속-포함 입자를 포함한다. 일실시예에서, 전기적으로 전도성인 필러는 조성물 총 중량을 기초로 5 내지 65 wt%의 양으로 조성물에 존재한다. 다른 실시예에서 전기적으로 전도성인 필러는 조성물 총 중량을 기초로 10 내지 40 wt%의 양으로 조성물에 존재한다. 대안적인 실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 20 wt% 이하의 전기적으로 전도성인 제 2 필러 조성물과 20 wt% 이하의 강화 파이버(fiber) 및 5 wt% 이하의 유동 촉진제, 열 안정제, 이형제, 또는 이와 같은 것의 다른 첨가제를 역시 포함할 수 있다.
일실시예에서, 조성물을 전도성으로 만들기 위해서, 전도성 필러 입자를 퍼콜레이션 역치 넘게 부가할 수 있다. 퍼콜레이션 역치 미만으로 로딩될 때, 필러 입자 사이의 거리는 크다. 필러 내용이 증가하면 필러 입자 사이의 거리가 감소한다. 퍼콜레이션 역치 근처에서, 필러 입자들은 서로 접촉하거나 서로 충분히 가까이 있게 되어 계속적인 또는 실질적으로 계속적인 전도성 통로 또는 네트워크를 형성한다. 일단 퍼콜레이션에 도달하면, 전도성 네트워크가 이미 확립되었기 때문에 부가적인 필러 로딩이 저항력을 크게 변하게 하지 않는다.
그러나, 많은 양의 금속 및/또는 세라믹 필러의 부가는 높은 특정 중량의 합성물을 유도할 수 있다. 게다가, 많은 양의 필러를 사용하면 이러한 필러는 예를 들어 툴 스틸 파우더(tool seel powder)와 같이 고가일 수 있으므로 합성물의 비용이 급격하게 증가할 수 있다. 이처럼, 더 낮은 퍼콜레이션 레벨(percolation level)의 필러에서 전도성과 PTCR 트립 특성을 얻기 위해서, 본 발명은, 대안적인 실시예로, 하나 이상의 제 2 필러를 사용할 수 있다. 제 2 필러는 전도성 필러, 비-전도성 필러, 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 전도성 필러(카본 블랙(carbon black), 카본 나노튜브(carbon nanotubes) 등과 같은) 또는 비-전도성 필러(그라스 입자(grass particles), 그라스 파이버(grass fibers), 나노클레이(nanoclays) 등과 같은)의 제 1 전도성 필러 입자에 부가하는 것은 제 1 입자 사이의 간격을 연결해 주고 전도성 네트워크를 형성하거나 제 1 전도성 필러의 효과적인 분산을 조정해 주는 것에 의해 PTCR 제형의 트립 특성 조정을 도와준다. 이와 같이, 제 2 전도성 필러를 사용하는 것에 의해, 트립 온도는 아래로 조정되거나 조절될 수 있다. 역으로, 비-전도성 필러를 사용하는 것에 의해, 트립 온도는 제 2 필러를 포함하지 않는 제형과 비교할 때 위로 조정/조절될 수 있다.
제 2 필러의 부가와 함께, 합성물 내 효과적인 양의 제 1 필러는 전도성과 트립 특성 달성을 증대시킨다. 논의한 바와 같이, 전도성 필러의 부가는 합성물의 전도성 증가의 시너지로 작용할 수 있다. 주어진 제 1 필러 로딩에서, 더 높은 퍼센트의 비-전도성 제 2 필러는 제 1 필러의 양을 효과적으로 하고, 상기 합성물에 의해 나타나는 트립 특성은 제 1 필러의 더 높은 필러 로딩을 가진 합성물에서 나타나는 트립 특성과 대적될 수 있다.
일실시예에서, 제 2 필러는 제 1 필러의 퍼콜레이션 레벨 미만으로 부가된다. 다른 실시예에서, 제 2 필러는 제 1 필러의 퍼콜레이션 레벨 위로 부가된다. 일면에서, 제 1 필러가 퍼콜레이션 역치 미만으로 부가되었을 때, 전도성 제 2 필러의 부가(폴리머 내 제 2 필러의 퍼콜레이션 역치 미만)는 합성물을 전도성으로 만들 수 있고/있거나 PTCR 특성을 나타내는 합성물을 만들 수 있다.
일면에서, 비-전도성 제 2 필러의 부가는 수지 매개물 내 제 1 필러의 로딩을 효과적으로 한다. 이는 합성물의 트립 온도를 증가시킨다. 논의한 바와 같이, 더 높은 농도의 비-전도성 필러가 부가되었을 때, 트립 온도는 더 증가한다. 그러나, 주어진 점에서, 트립 온도 조절과 관련되는 것으로서 부가되는 부가적인 필러의 어떤 유익한 효과는 감소한다. 일반적으로, 만일 제 1 전도성 필러가 65 wt% 이상으로 부가된다면, 트립 온도는 일정하게 남아 있다. 그러므로, 만일 더 높은 트립 온도를 의도한다면, 일실시예에서, 제 1 필러는 툴 스틸 파우더이고 제 2 필러는 그라스 파우더이다. 만일 낮은 트립 온도를 의도한다면, 그 때 일실시예에서, 제 1 필러는 툴 스틸 파우더이고 제 2 필러는 카본 블랙이다.
일반적으로, 제 2 필러는 조성물의 총 중량을 기초로 70 wt% 까지의 양으로 조성물 내 존재한다. 다른 실시예에서, 제 2 필러는 조성물의 총 중량을 기초로 5 내지 65 wt%의 양으로 조성물 내 존재한다. 또 다른 실시예에서 제 2 필러는 조성물의 총 중량을 기초로 10 내지 30 wt%의 양으로 조성물 내 존재한다. 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 역시 유동 촉진제, 열 안정제, 난연제, 이형제, 실란, 티타네이트, 지르코네이트, 또는 이와 같은 것의 접착 촉진제와 같은 다른 첨가제를 5 wt%까지 포함할 수 있다.
본 발명의 열가소성 조성물의 PTC 특성을 조절하기 위한 하나 이상의 필러의 사용에 더하여, 처리 기술을 다양하게 하고/하거나 조성물이 제조되는 처리 단계에서 변화를 사용함에 의해 PTC 특성을 조절하는 것도 역시 가능하다.
따라서, 일실시예에서, 열가소성 조성물의 트립 온도는 주입 몰딩, 압축 몰딩 또는 양자의 조합과 같은 다른 처리 상태를 사용함에 의해 다양해질 수 있다. 주입 몰딩 처리가 관여한 형성에 의해 트립 온도는 압축 몰딩에서 관찰되는 것보다 더 낮아진다. 더욱이 몰드 온도와 같은 처리 상태를 변경함에 의해 결과 합성물의 트립 온도는 조정될 수 있다.
따라서, 일실시예에서, 열가소성 조성물의 트립 온도는 부가적인 처리 단계를 사용하여 조절된다. 부가적인 처리 단계는 인-라인(in-line)(예를 들어 폴리머 부분을 형성하는 동안) 및/또는 후-처리 단계로서 폴리머가 물품 내로 몰드 되어진 후에 수행될 수 있다. 부가적인 처리 단계는 조성물의 트립 온도를 조정하기 위해 냉각 또는 가열 단계로부터 선택되어질 수 있다. 일실시예에서, 냉각 처리는 처리되어진 후 조성물을 냉각하는데 사용되어진다. 이 냉각 처리는 조성물의 트립 온도가 감소 되도록 할 것이다. 역으로, 처리 후 가열 단계의 사용은 더 높은 트립 온도를 가지는 조성물을 유발한다. 일반적으로, 더 낮은 트립 온도를 형성하는 마지막 부분에서의 용융 중 더 극도의/급속한 냉각 단계는 조정되거나 조절될 수 있다. 따라서, 일실시예에서, 그 이후에 또는 형성된 즉시, 상기 부분이 액체 질소 배쓰 내에서 퀀치(quench)되도록 한다. 이러한 실시예에서, 빠른 냉각은 트립 온도의 실질적인 하강을 야기할 것이다. 다른 실시예에서, 상기 조성물은 워터 퀀치되도록 한다. 이 실시예에서, 냉각은 트립 온도의 하강을 야기할 수 있지만, 액체 질소 배쓰만큼이나 실질적인 것은 아니다. 만일 더 높은 트립 온도가 의도된다면, 이후 조성물을 어닐링(annealing)하는 것 같은, 후-처리 가열 단계가 주어진 조성물의 "정상" 트립 온도 위로 트립 온도를 높이도록 사용될 수 있다.
어떤 후 처리 및/또는 몰딩 단계에 부가하여, PTC 조성물의 특성은 조성물의 특정 부피 변화를 사용하여 역시 다양해질 수 있다. 백본(backbone) 구조에 기초한 다른 폴리머는 다른 특정 부피를 차지할 것이다. 트립 온도에 가깝게, 다른 폴리머 합성물의 특정 부피 확장은 실온 특정 부피와 비교할 때 약 0.5-5%이다.
전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에 사용되는 유기 폴리머는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지의 블렌드, 열경화성 수지의 블렌드, 또는 열경화성 수지, 열가소성 엘라스토머 또는 열가소성 엘라스토머의 블렌드와 열가소성 수지의 블렌드의 넓은 종류로부터 선택되어질 수 있다. 유기 폴리머는 폴리머의 블렌드, 공중합체, 삼중합체, 이오노머(ionomer), 또는 상기 유기 폴리머 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다.
유기 폴리머는 세미-크리스탈 폴리머 또는 무정형 폴리머를 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 유기 폴리머의 예는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀; 나일론 4,6, 나일론 6, 나일론 6,6, 나일론 6, 10, 나일론 6, 12와 같은 폴리아마이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리(1,4-사이클로헥산-디메탄올-1,4-사이클로헥산디카르복실레이트)(PCCD), 폴리(트리메틸렌 테레프탈레이트)(PTT), 폴리(사이클로헥산디메탄올-코-에틸렌 테레프탈레이트)(PETG), 폴리(에틸렌 나프탈레이트)(PEN), 폴리(부틸렌 나프탈레이트)(PBN)와 같은 폴리에스터; 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리아세탈, 폴리아크릭, 폴리카르보네이트(PC), 폴리스티렌, 폴리아미드이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 폴리메타크릴레이트; 폴리아크릴설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리벤즈옥사졸, 폴리옥사디아졸, 폴리벤조티아지노페노티아진, 폴리벤조티아졸, 폴리피라지노퀸옥살린, 폴리피로멜리티미드, 폴리퀸옥살린, 폴리벤즈이미다졸, 폴리옥스인돌, 폴리옥소이소인돌린, 폴리디옥소이소인돌린, 폴리트리아진, 폴리피리다진, 폴리피페라진, 폴리피리딘, 폴리피페리딘, 폴리트리아졸, 폴리피라졸, 폴리피롤리딘, 폴리카보란, 폴리옥사바이사이클로노난, 폴리디벤조퓨란, 폴리프탈라이드, 폴리아세탈, 폴리안하이드라이드, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 티오에테르, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 케톤, 폴리비닐 할라이드, 폴리비닐 니트릴, 폴리비닐 에스터, 폴리설포네이트, 폴리설파이드, 폴리티오에스터, 폴리설폰, 폴리설폰아마이드, 폴리우레아, 폴리포스파젠, 폴리실라잔, 폴리실록산, 폴리올레핀, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 유기 폴리머 중 하나 이상을 포함하는 조합이다. 예시적인 유기 폴리머는 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리아마이드, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌 또는 폴리아크릴레이트이다.
부가적인 실시예에서, 에폭시 또는 안하이드라이드 변형된 폴리올레핀, 에틸렌-아크릴레이트 및 스티레닉, 또는 이들의 조합은 주요한 수지로서, 또는 대안적인 실시예에서, 기본 수지 및 제 1 및/또는 제 2 필러로 사용되는 유기 폴리머 간 부착을 향상시키기 위해 10 wt% 이하의 양으로 사용될 수 있다.
사용될 수 있는 유기 폴리머 블렌드의 예는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌/나일론, 폴리카보네이트/아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌, 폴리페닐렌 에테르/폴리스티렌, 폴리페닐렌 에테르/폴리아마이드, 폴리카보네이트/폴리에스터 블렌드, 예를 들어 PC-PCCD, PC-PETG, PC-PET, PC-PBT, PC-PCT, PC-PPC, PC-PCCD-PETG, PC-PCCD-PCT, PC-폴리아크릴레이트, 폴리아마이드-폴리올레핀, 폴리카보네이트/폴리에테르이미드, 폴리페닐렌 에테르/폴리올레핀, 또는 등등, 또는 상기 유기 폴리머 블렌드 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 것을 포함한다.
조성물 내 사용될 수 있는 공중합체의 예는 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 비닐 알코올, 에틸렌 에틸 아크릴레이트, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 부틸 아크릴레이트, 에탄-옥텐 공중합체, MAH-그래프트된(grafted) 공중합체, GMA-그래프트된 공중합체, 코폴리에스터카보네이트, 폴리에테르이미드-폴리실록산, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 폴리머 중 하나 이상을 포함하는 조합이다.
일실시예에서, 유기 폴리머는 열경화성 유기 폴리머가 될 수 있다. 열경화성 유기 폴리머의 예는 에폭시, 페놀릭, 폴리우레탄, 폴리실록산, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 열경화성 유기 폴리머 중 하나 이상을 포함하는 조합이다. 또 다른 실시예에서, 유기 폴리머는 크로스-링크된 열가소성 폴리머가 될 수 있다.
유기 폴리머는 일반적으로 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 5 내지 95 중량 퍼센트(wt%)의 양으로 사용된다. 일실시예에서, 유기 폴리머는 일반적으로 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 10 내지 65 wt%의 양으로 사용된다. 다른 실시예에서, 유기 폴리머는 일반적으로 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 15 내지 60 wt%의 양으로 사용된다. 또 다른 실시예에서, 유기 폴리머는 일반적으로 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 20 내지 55 wt%의 양으로 사용된다.
상기 언급한 바와 같이, 제 1 필러는 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 일실시예에서, 일반적으로 500 빅커 이상의 경도를 가지는 제 1 필러가 유리하다. 제 1 필러는 구, 플레이크(flakes), 파이버, 휘스커(whiskers), 또는 이와 같은 것, 또는 상기 형태 중 하나 이상을 포함하는 조합의 형태로 존재할 수 있다. 이러한 제 1 필러는 원형, 타원형, 삼각형, 직사각형, 다각형, 또는 상기 기하학적 배열 중 하나 이상을 포함하는 조합일 수 있는 횡단면의 배열을 가질 수 있다. 상기 제 1 필러는 상업적으로 이용가능한 것으로, 분리 층으로 도입 이전 또는 분리 층으로 도입 이후라도 집합(aggregates) 혹은 덩어리(agglomerates) 형태로 존재할 수 있다. 집합은 서로 물리적 접촉을 하는 하나 이상의 필러 입자를 포함하고, 반면 덩어리는 서로 물리적 접촉을 하는 하나 이상의 집합을 포함한다.
일실시예에서, 제 1 필러는 전기적으로 전도성이다. 일실시예에서, 제 1 필러는 1 내지 1 × 107 마이크로옴-센티미터의 전기 저항력을 가진다. 다른 실시예에서, 제 1 필러는 5 내지 50 마이크로옴-센티미터의 전기 저항력을 가진다. 또 다른 실시예에서, 제 1 필러는 15 내지 30 마이크로옴-센티미터의 전기 저항력을 가진다. 일실시예에서, 전도성 필러(세라믹 및/또는 금속 필러) 중 적어도 일부(예를 들어, 하나 이상)는 500 빅커 이상의 경도를 가진다. 다른 실시예에서, 전도성 필러 중 적어도 일부는 550 빅커 이상의 경도를 가진다. 또 다른 실시에에서, 전도성 필러 중 적어도 일부는 600 빅커 이상의 경도를 가진다. 또 다른 실시예에서, 전도성 필러 중 적어도 일부는 700 빅커 이상의 경도를 가진다.
게다가, 본 발명에 사용되는 필러는 조성물의 HDT 보다 작은 PTC 트립 온도를 가지는 결과 조성물 같은 것에서 선택된다. 그 결과, 본 발명의 조성물은 어떤 점까지 가열될 것이나, 조성물이 로드 하에 부드러워지고 변형되기 시작할 점 이전에 저항력이 크게 증가(그 때문에 더 가열하는 것을 예방함)할 것이다. 일실시예에서, 본 발명의 조성물은 조성물의 HDT 보다 작은 트립 온도를 가지고, 트립 온도와 열 변형 온도 사이의 차이는 5℃ 이상이다. 다른 실시예에서, 트립 온도와 열 변형 온도 간 차이는 10℃ 이상이다. 또 다른 실시예에서, 트립 온도와 열 변형 온도 간 차이는 20℃ 이상이다.
적합한 세라믹 필러의 예는 금속 옥사이드, 금속 카바이드, 금속 니트라이드, 금속 하이드록사이드, 하이드록사이드 코팅을 가지는 금속 옥사이드, 금속 카보니트라이드, 금속 옥시니트라이드, 금속 보라이드, 금속 보로카바이드, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 무기 금속 중 하나 이상을 포함하는 조합이다. 상기 세라믹 필러 내 금속 양이온은 전이 금속, 알칼리 금속, 알칼라인 토금속, 희금속(rare earth metals), 또는 이와 같은 것, 또는 상기 금속 양이온 중 하나 이상을 포함하는 조합이 될 수 있다.
적합한 전기적으로 전도성인 세라믹 필러의 예는 티타늄 디보라이드(TiB2) 텅스텐 카바이드(WC), 틴 옥사이드, 이듐 틴 옥사이드(ITO), 안티모니 틴 옥사이드, 티타늄 니트라이드(TiN), 지르코늄 니트라이드(ZrN), 티타늄 카바이드(TiC), 마르텐사이트(martensitic) 스테인레스 스틸, 하이-스피드 툴 스틸, 스테인레스 스몰리브데넘 실리사이드(MoSi2), 포타슘 티타네이트 휘스커스, 바나듐 옥사이드(V2O3), 또는 상기 세라믹 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합이다.
논의한 바와 같이, "금속 필러"는 금속 파우더, 금속-코팅된 입자, 또는 어떤 다른 전도성, 금속-포함 입자를 포함한다. 적합한 금속 파우더의 예는 툴 스틸, 틸, 철, 실리콘 크로뮴, 은, 바나듐, 텅스텐, 니켈, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 금속 합금 역시 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에 부가될 수 있다. 금속 합금의 예는 툴 스틸, 마르텐사이트 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸, 네오디뮴 아이런 보론(NdFeB), 사마리움 코발트(SmCo), 알루미늄 니켈 코발트(AlNiCo), 또는 이와 같은 것, 또는 상기 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 금속-코팅된 입자의 예는 기질을 코팅하는데 사용될 수 있는 알루미늄, 구리, 마그네슘, 크로뮴, 주석, 니켈, 은, 철, 티타늄, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 고체 전도성 금속 층으로 코팅된 전도성 또는 비-전도성 기질을 포함한다.
세라믹 필러 및/또는 금속 필러는 나노입자 또는 마이크로미터 크기의 입자가 될 수 있다. 나노입자는 나노미터 범위(예를 들어 10-9 미터)에서 1 이상의 치수를 가지는 것들이다. 1,000 나노미터(nm) 이하인 1 이상의 치수를 가지는 입자는 나노입자라고 간주되고, 반면 1,000 나노미터 보다 큰 1 이상의 치수를 가지는 입자는 마이크로미터 크기의 입자로 간주된다.
세라믹 필러 및/또는 금속 필러가 나노입자일 때, 500 nm이하의 평균 입자 크기를 가지는 것이 유리하다. 일실시예에서, 200 nm 이하가 되는 평균 입자 크기를 가지는 것이 유리하다. 다른 실시예에서, 100 nm 이하가 되는 평균 입자 크기를 가지는 것이 유리하다. 또 다른 실시예에서, 50 nm 이하가 되는 평균 입자 크기를 가지는 것이 유리하다.
세라믹 필러와 금속 필러는 나노-크기 또는 마이크론 크기 입자일 수 있다. 만일 세라믹 필러 및/또는 금속 필러가 마이크로미터-크기 입자라면 그 때 1 마이크로미터(μm) 이상의 평균 입자 크기를 가지는 것이 유리하다. 다른 실시예에서, 5 μm 이상이 되는 평균 입자 크기를 가지는 것이 유리하다. 또 다른 실시예에서, 10μm 이상이 되는 평균 입자 크기를 가지는 것이 유리하다. 다른 실시예에서, 100 μm 이상이 되는 평균 입자 크기를 가지는 것이 유리하다.
제 1 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량을 기초로 1 내지 95 wt%의 양으로 사용된다. 일실시예에서, 제 1 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량을 기초로 35 내지 95 wt%의 양으로 사용된다. 또 다른 실시예에서, 제 1 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량을 기초로 45 내지 95 wt%의 양으로 사용된다. 예시적인 실시예에서, 제 1 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량을 기초로 55 내지 95 wt%의 양으로 사용된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 제 1 필러는 툴 스틸 파우더이다.
이러한 실시예에서 상기 제 1 필러는 하나 이상의 세라믹 필러를 포함하고, 세라믹 필러는 일반적으로 제 1 필러의 총 중량 중 1 내지 90 wt%의 양으로 존재한다. 다른 실시예에서, 세라믹 필러는 제 1 필러의 총 중량 중 10 내지 70 wt%의 양으로 존재한다. 다른 실시예에서, 세라믹 필러는 제 1 필러의 총 중량 중 30 내지 60 wt%의 양으로 존재한다. 또 다른 실시예에서, 세라믹 필러는 제 1 필러의 총 중량 중 35 내지 55 wt%의 양으로 존재한다.
이러한 실시예에서 상기 제 1 필러는 하나 이상의 금속 필러를 포함하고, 상기 금속 필러는 제 1 필러의 총 중량 중 90 wt% 까지의 양으로 사용된다. 다른 실시예에서, 금속 필러는 제 1 필러의 총 중량 중 15 내지 80 wt%까지의 양으로 사용된다. 다른 실시예에서, 금속 필러는 제 1 필러의 총 중량 중 25 내지 70 wt%까지의 양으로 사용된다. 또 다른 실시예에서, 금속 필러는 제 1 필러의 총 중량 중 35 내지 60 wt%의 양으로 존재한다.
제 2 필러는, 사용될 때, 전도성 필러, 비-전도성 필러, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전도성 필러는 예를 들어 카본 블랙, 카본 나노튜브 및 흑연과 같은 탄소 포함 필러, 금속 필러, 금속 코팅된 필러, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 탄소 포함 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 비-전도성 필러는 퓨즈된(fused) 실리카 및 크리스탈린 실리카와 같은 실리카 파우더, 보론-니트라이드 파우더, 보론-실리케이트 파우더, 알루미나, 마그네슘 옥사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 표면 처리된 규회석(wollastonite)을 포함하는 규회석, 칼슘 설페이트, 초크(chalk), 라임스톤(limestone), 대리석 및 합성되고 침전된 칼슘 카보네이트를 포함하는 일반적으로 연마한 입자 형태의 칼슘 카보네이트, 섬유 모양, 모듈(modular), 바늘 모양 및, 라멜라(lamellar) 탈크를 포함하는 탈크, 속이 비고 고체인 그라스 구, 단단한, 부드러운, 하소된 카올린, 및 폴리머 매트릭스 수지와의 조화를 용이하게 하는 다양한 코팅을 포함하는 카올린을 포함하는 카올린, 운모(mica), 장석(feldspar), 실리케이트 구, 그을음, 세노스피어(cenosphere), 필라이트(fillite), 알루미노실리케이트, 나노클레이, 천연 실리카 샌드(sand), 석영(quartz), 규암(quartzite), 펄라이트(perlite), 트리폴리(tripoli), 규조토(diatomaceous earth), 합성 실리카, 및 상기 중 어떤 하나를 포함하는 혼합물을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
200 nm 이하의 평균 입자 크기를 가진 카본 블랙이 유리하다. 일실시예에서, 100 nm 이하의 평균 입자 크기를 가진 카본 블랙이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 50 nm 이하의 평균 입자 크기를 가진 카본 블랙이 사용될 수 있다. 예시적인 카본 블랙은 그램당 200 평방 미터(m2/g) 이상의 표면적을 가진다. 예시적인 카본 블랙은 상표명 CONDUCTEX?과 RAVEN으로 콜럼비안 케미칼에서 상업적으로 입수 가능한 카본 블랙; 상표명 S.C.F.(Super Conductive Furnace) 및 E.C.F.?(Electric Conductive Furnace)로 쉐브론 케미칼에서 입수 가능한 아세틸렌 블랙; 상표명 VULCAN? 및 BLACK PEARLS?로 카봇 주식회사로부터 입수 가능한 카본 블랙; 각각 상표명 KETJEN BLACK EC 300? 및 EC 600?로 아크조 주식회사로부터 상업적으로 입수 가능한 카본 블랙; ENSACO™&SUPER P™으로 팀칼로부터 입수 가능한 카본 블랙뿐만 아니라 상표명 PRINTEX로 데구사로부터 입수 가능한 카본 블랙을 포함한다.
고체 전도성 금속의 밀착 층으로 그들의 표면의 실질적인 부분 이상이 코팅되어 있는 비-전도성, 비-금속 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에 역시 사용될 수 있다. 비-전도성, 비-금속 필러는 일반적으로 기질, 및 "금속 코팅된 필러"로 언급될 수 있는 고체 전도성 필러의 층으로 코팅된 기질을 의미한다. 알루미늄, 구리, 마그네슘, 크로늄, 주석, 니켈, 은, 철, 티타늄, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 금속 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 예시적인 전도성 금속은 기질을 코팅하는데 사용될 수 있다. 예시적인 기질은 당업자에게 잘 알려져 있고 "플라스틱 첨가제 핸드북, 5판" Hans Zweifel, Ed, Carl Hanser Verlag 출판, 뭔헨 2001에 설명된 것을 포함한다. 퓨즈된 실리카 및 크리스탈린 실리카와 같은 실리카 파우더, 보론-니트라이드 파우더, 보론-실리케이트 파우더, 알루미나, 마그네슘 옥사이드(혹은 마그네시아), 표면 처리된 규회석을 포함하는 규회석, 칼슘 설페이트(이것의 안하이드라이드, 디하이드레이트 또는 트리하이드레이트 같은 것), 초크, 라임스톤, 대리석 및 합성되고 침전된 칼슘 카보네이트를 포함하는 일반적으로 연마한 입자 형태의 칼슘 카보네이트, 섬유 모양, 모듈, 바늘 모양 및, 라멜라 탈크를 포함하는 탈크, 속이 비고 고체인 그라스 구, 단단한, 부드러운, 하소된 카올린을 포함하는 카올린, 운모, 장석, 실리케이트 구, 그을음, 세노스피어, 필라이트, 알루미노실리케이트(코팅된 구), 천연 실리카 샌드, 석영, 규암, 펄라이트, 트리폴리, 규조토, 합성 실리카, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 기질 중 어떤 하나를 포함하는 조합을 포함한다. 상기 언급한 모든 기질은 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에 사용하기 위해 금속 물질층으로 코팅될 수 있다.
카본 나노 튜브는 단일 벽 카본 나노튜브, 다중벽 카본 나노튜브, 또는 이와 같은 것을 포함할 수 있다, 카본 나노튜브는 일반적으로 2 이상의 가로세로 비율을 가진다. 일실시예에서, 카본 나노튜브는 100 이상의 가로세로 비율을 가진다. 다른 실시예에서, 카본 나노튜브는 1,000 이상의 가로세로 비율을 가진다. 카본 나노튜브는 2 nm 내지 500 nm의 직경을 가진다. 일실시예에서, 카본 나노튜브는 5 nm 내지 100 nm의 직경을 가진다. 일실시예에서, 카본 나노튜브는 10 nm 내지 70 nm의 직경을 가진다.
흑연 파이버는 일반적으로 피치(pitch) 또는 파이버에 기초한 폴리아크릴로니트릴(PAN)의 열분해로부터 얻을 수 있다. 1 마이크로미터 내지 30 마이크로미터의 직경과 0.5 밀리미터 내지 2 센티미터의 길이를 가지는 흑연 파이버는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에 사용될 수 있다.
정확한 크기, 모양에 관계없이, 제 2 전기적으로 전도성인 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 80wt% 이하의 양으로 유기 폴리머내로 분산될 수 있다. 일실시예에서, 제 2 전기적으로 전도성인 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 1 내지 50 wt%의 양으로 유기 폴리머 내로 분산되었다. 다른 실시예에서, 제 2 전기적으로 전도성인 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 5 내지 30 wt%의 양으로 유기 폴리머 내로 분산되었다. 또 다른 실시예에서, 제 2 전기적으로 전도성인 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 5 내지 20 wt%의 양으로 유기 폴리머 내로 분산되었다.
다른 실시예에서, 섬유형의 강화 필러가 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물로 부가될 수 있다. 이러한 섬유형 필러는 전기적으로 전도성이거나 전기적으로 전도성이 아닐 수 있다. 존재하는 경우, 상기 섬유형의 강화 필러는 폴리머 조성물에 향상된 특성을 부가할 것과 1 이상의 가로세로 비율을 가지는 것으로부터 선택된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 그러므로 "섬유형" 필러는 휘스커스, 바늘, 막대(rods), 튜브, 끈(strands), 연장된 판, 라멜라 판, 타원, 마이크로 파이버, 나노파이버와 나노튜브, 연장된 플러린(fullerenes), 또는 이와 같은 것의 형태로 존재할 수 있다. 이러한 필러가 집합 형태로 존재하는 경우, 1 이상의 가로세로 비율을 가지는 집합은 본 발명의 목적을 만족시키기에 역시 충분할 것이다. 이러한 필러의 예시는 "플라스틱 첨가제 핸드북, 5판" Hans Zweifel, Ed, Carl Hanser Verlag 출판, 뭔헨 2001에 설명된 것을 포함하여 당업계에 널리 알려져 있다. 적합한 섬유형 필러의 예는 알루미늄 실리케이트, 알루미늄 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 및 칼슘 설페이트 헤미하이드레이트 중 하나 이상을 포함하는 블렌드, 보론 파이버, 실리콘 카바이드와 같은 세라믹 파이버, 및 알루미늄, 보론 및 미국, 미네소타주, 세인트 폴, 3M 주식회사에서 상표명 NEXTEL?로 판매되는 실리콘의 혼합된 산화물로부터의 파이버에서 파생된 것과 같은 처리된 미네랄 파이버를 포함하는 짧은 무기 파이버를 포함한다. 섬유형 필러 중에 역시 포함되는 것은 단일 크리스탈 파이버 또는 실리콘 카바이드, 알루미나, 보론 카바이드, 철, 니켈, 구리를 포함하는 "휘스커스"이다. 그라스 파이버, 방직(texture) 그라스 파이버를 포함하는 버설트(basalt) 파이버 및 석영과 같은 섬유형 필러 역시 포함될 수 있다.
또한 포함되는 것은 분쇄된 나무 및 셀룰로오스, 면, 사이잘초(sisal), 쥬트 섬유(jute), 천, 마직물, 펠트, 및 크라프트(Kraft) 종이, 면 종이, 전분, 코르크 분말, 리그닌, 연마된 견과류 껍질, 옥수수, 쌀겨 껍질 및 상기 중 하나 이상을 포함하는 혼합물과 같은 천연 셀룰로직 패브릭과 같은 섬유형 산물로부터 얻어진 목분(wood flour)을 포함하는 천연 유기 파이버이다.
합성 강화 파이버도 사용될 수 있다. 이는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부티렌 테레프탈레이트 및 다른 폴리에스터와 같은 파이버를 형성 가능한 유기 폴리머, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리비닐알코올, 폴리테트라플루오로에틸렌, 아크릭 수지, 방향족 폴리아마이드, 상표명 KEVLAR?로 Du Pont de Nemours로부터 상업적으로 입수 가능한 것과 같은 폴리아라미드 파이버, 폴리벤즈이미다졸, 상표명 폴리이미드 2080과 PBZ 파이버로 Dow 케미칼 주식회사로부터 입수 가능한 것과 같은 폴리이미드 파이버를 포함하는 고열 안정성을 가진 고점성 파이버, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리이미드, 폴리벤즈옥사졸, 방향족 폴리이미드 또는 폴리에테르이미드, 및 등등을 포함한다. 상기 합성 강화 파이버 중 어떤 것의 조합도 역시 사용될 수 있다.
이러한 강화성 파이버는 모노필라멘트 또는 다중필라멘트 파이버의 형태로 제공될 수 있고, 단독 또는 다른 종류의 파이버, 예를 들어, 동시-직조(co-weaving) 또는 코어/덮개(core/sheath), 사이드-바이-사이드(side-by-side), 오렌지-타입, 또는 매트릭스와 피브릴 구성 또는 이와 같은 것 등을 통해, 다른 유형의 파이버와 조합하여 사용될 수 있다. 예시적인 동시-직조 구조는 글라스 파이버-카본 파이버, 카본 파이버, 방향족 폴리이미드(아라미드) 파이버 및 방향족 폴리이미드 파이버-글라스 파이버 구조를 포함한다. 섬유형 필러는 예를 들어, 러빙(roving), 0-90도 패브릭(fabric) 등과 같은 직물성 섬유형 강화제(woven fibrous reinforcements), 연속적 스트랜드 매트(continuous strand mat), 절단 스트랜드 매트(chopped strand mat), 티슈(tissue), 종이 및 펠트(felts) 등과 같은 부직 섬유형 강화제(non-woven fibrous reinforcement) 및 3차원 직물성 강화제(three-dimensional woven reinforcements)로 작동하는 브레이드(braid)의 형태로 공급될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 그라스 파이버는 이러한 용도의 전도성을 향상시키기 위한 비-전도성 섬유형 필러로 사용된다. 유용한 그라스 파이버는 "E-그라스", "A-그라스", "C-그라스", "D-그라스", "R-그라스", "S-그라스"뿐만 아니라 플루오린이 없고/없거나 보론이 없는 "E-그라스" 파생체로 알려진 섬유화될 수 있는 그라스 조성물로부터 제조되는 것을 포함하는 섬유화될 수 있는 그라스 조성물의 어떤 유형으로부터 형성될 수 있다. 대부분의 강화 매트는 E-그라스로부터 형성된 그라스 파이버를 포함한다.
일반적으로 4.0 내지 35.0 마이크로미터의 필라멘트 직경을 가지는 상업적으로 생산된 그라스 파이버는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에 포함될 수 있다. 필라멘트는 표준 과정, 예를 들어, 증기나 에어 브로잉(air blowing), 플레임 브로잉(flame blowing), 및 기계적 풀링(pulling)에 의해 제조될 수 있다. 플라스틱 강화제를 위한 예시적인 필라멘트는 기계적 풀링에 의해 제조된다. 그라스 파이버는 사이즈(size)되거나 사이즈되지 않을 수 있다. 사이즈된 그라스 파이버는 일반적으로 폴리머 매트릭스 물질과의 조화를 위해 선택된 사이즈 조성물로 그들의 표면 중 적어도 일부가 코팅된다. 사이즈 조성물은 파이버 스트랜드(strands) 위에서 유기 폴리머를 물에 담그고(wet-out) 물에 완전히 젖게 하는 것(wet-through)을 용이하게 하고 조성물 내 선택된 물리적 특성을 획득하는 것을 돕는다.
그라스 파이버는 유익하게 사이즈된 그라스 스트랜드이다. 그라스 파이버의 제조에서, 수많은 필라멘트가 일제히 형성되고, 코팅제로 사이즈 되고, 이후 스트랜드라고 불리는 것 내로 번들(bundle)된다. 대안적으로 스트랜드 그 자체가 먼저 필라멘트를 형성하고 이후 사이즈될 수 있다. 전기적으로 비-전도성이고, 섬유형, 강화 필러는 0.5 밀리미터 내지 2 센티미터의 길이로 사용될 수 있다. 일실시예에서, 전기적으로 비-전도성, 섬유형, 강화 필러는 1 밀리미터 내지 1 센티미터의 길이로 사용될 수 있다.
유기 폴리머는 제 1 전기적으로 전도성인 필러 및 다른 부가적인 필러와 함께 일반적으로 용융 블렌딩, 용액 블렌딩, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 블렌딩 방법 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 몇 가지 다른 방법으로 처리될 수 있다. 조성물의 용융 블렌딩은 전단(shear) 힘, 신장(extensional) 힘, 압축(compressive) 힘, 초음파 에너지, 전자기 에너지, 열 에너지 또는 상기 힘이나 에너지 형태 중 하나 이상을 포함하는 조합의 사용을 포함하고 처리 장비에서 행해지며 상기 언급한 힘은 단일 스크류(screw), 다중 스크류, 맞물린 공-회전(intermeshing co-rotating) 또는 카운터 회전 스크류, 맞물리지 않은 공-회전 또는 카운터 회전 스크류, 왕복(recipating) 스크류, 핀 있는 스크류, 핀 있는 배럴(barrel), 롤(rolls), 램(rams), 나선형 로터(rotors), 또는 상기 중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 수행된다.
상기 언급한 힘을 포함하는 용융 블렌딩은 단일 혹은 다중 스크류 압출기, 부스니더(Buss kneader), 헨셀(Henschel), 헬리콘(helicones), 로스 믹서(Ross mixer), 밴버리(Banbury), 롤 밀(roll mills), 주입 몰딩 기계와 같은 몰딩 기계, 진공 형성 기계, 블로우(blow) 몰딩 기계, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 기계 중 하나 이상을 포함하는 조합에서 수행될 수 있다. 이는 일반적으로 유기 폴리머 및 전기적으로 전도성인 필러의 용융 또는 용액 블렌딩 동안 조성물에 0.01 내지 10 킬로와트-시/킬로그램(kwhr/kg)의 특정 에너지를 전달하기에 유익하다.
일실시예에서, 유기 폴리머는 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러 및 연속적인 네트워크를 생성하기 위한 하나 이상의 전도성 필러, 하나 이상의 비-전도성 필러, 또는 이들의 조합을 포함하는 제 2 필러와 블렌드된다. 다른 실시예에서, 유기 폴리머는 하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합과 블렌드 되고 결과 블렌드는 하나 이상의 전도성 및/혹은 비-전도성 필러를 포함하는 제 2 필러와 혼합된다.
일실시예에서, 파우더 형태, 펠렛(pellet) 형태, 시트(sheet) 형태, 또는 이와 같은 것의 유기 폴리머는 압출기나 부스니더와 같은 장치 내로 공급되기 이전에, 먼저 제 1 필러 및 제 2 필러와 헨셀 또는 롤 밀에서 드라이 블렌드 될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 폴리머, 제 1 필러 및 제 2 필러는 마스터배치(masterbatch)의 형태로 용융-블렌딩 장치 내로 도입된다. 이러한 처리에서, 마스터배치는 유기 폴리머의 용융-블렌딩 장치 아래 내로 선택적으로 도입될 수 있다.
마스터배치가 사용될 때, 제 1 필러는 마스터배치에 존재할 수 있고 상기 마스터배치는 최종 조성물의 총 중량 중 1 내지 50 wt%의 양으로 사용될 수 있다. 일실시예에서, 제 1 필러 마스터배치는 최종 조성물의 총 중량 중 5 내지 45 wt%의 양으로 사용된다. 다른 실시예에서, 제 1 필러 마스터배치는 최종 조성물의 총 중량 중 8 내지 40 wt%의 양으로 사용된다. 또 다른 실시예에서, 제 1 필러 마스터배치는 최종 조성물의 총 중량 중 10 내지 30 wt%의 양으로 사용된다. 제 2 필러도 역시 마스터배치 형태로 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에 부가될 수 있다.
폴리머 블렌드에서 마스터배치의 사용과 관련된 다른 실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 연속 상을 형성하는 조성물과 화학적으로 동일한 유기 폴리머를 포함하는 마스터배치를 가지는 것이 때때로 유익하다. 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에서 마스터배치의 사용과 관련된 또 다른 실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물에서 사용되는 다른 유기 폴리머와 화학적으로 다른 유기 폴리머를 포함하는 마스터배치를 가지는 것이 유익할 수 있다.
유기 폴리머와 제 1 전기적으로 전도성인 필러를 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 대안적인 실시예에서 여러 블렌딩 및 형성 단계를 수행하게 될 수 있다. 예를 들어, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 먼저 압출되고 펠렛 내로 형성될 수 있다. 상기 펠렛은 이후 다른 선택된 모양 내로 형성될 수 있는 몰딩 기계 내로 공급될 수 있다. 대안적으로, 용융 블렌더로부터 나온 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 시트나 스트랜드 내로 형성될 수 있고 어닐링, 단축 또는 쌍축 배향(orientation)과 같은 후-압출 처리를 수행하게 될 수 있다.
일실시예에서, 용액 블렌딩 역시 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 제조에 사용될 수 있다. 용액 블렌딩은 전기적으로 전도성인 필러와 유기 폴리머의 조화를 촉진하기 위한 전단, 압축, 초음파 진동, 또는 이와 같은 부가적인 에너지를 사용할 수 있다. 일실시예에서, 유기 폴리머는 유동체에 현탁될 수 있고 이후 혼합물을 형성하기 위해 전기적으로 전도성인 필러와 함께 초음파 분쇄기(ultrasonic sonicator) 내로 도입될 수 있다. 상기 혼합물은 유기 폴리머 내로 전기적으로 전도성인 필러 입자를 분산시키기에 효과적인 시간 동안 분쇄에 의해 용액 블렌드될 수 있다. 상기 혼합물은 대안적인 실시예에서 이후 건조되고, 압출되고 몰드될 수 있다. 일반적으로 분쇄 과정 동안 유기 폴리머를 팽창시키기 위해 유동체가 유익하다. 유기 폴리머의 팽창은 일반적으로 용액 블렌딩 과정 동안 무정형 유기 필러를 포화시키는 전기적으로 전도성인 필러의 능력을 향상시키고 결과적으로 분산이 향상된다.
용액 블렌딩과 관련된 다른 실시예에서, 선택적인 필러와 함께 제 1 전기적으로 전도성인 필러가 유기 폴리머 전구체와 같이 분쇄될 수 있다. 유기 폴리머 전구체는 일반적으로 모노머, 다이머, 트리머, 또는 이와 같은 것으로 유기 폴리머로 반응될 수 있다. 용매와 같은 유동체는 전기적으로 전도성인 필러 및 유기 폴리머 전구체와 함께 분쇄기 내로 도입될 수 있다. 분쇄 시간은 일반적으로 유기 폴리머 전구체에 의해 전기적으로 전도성인 필러의 봉입을 촉진하기에 효과적인 정도이다. 봉입 후에 유기 폴리머 전구체는 이후 분산된 전기적으로 전도성인 필러 내에 유기 폴리머를 형성하기 위해 중합된다.
본 발명의 선택 실시예에서, 하나 이상의 용매가 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 용액 블렌딩에 사용된다. 용매는 점도 변경제로, 또는 전기적으로 전도성인 필러의 분산 및/또는 현탁을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부티로락톤, 아세토니트릴, 벤조니트릴, 니트로메탄, 니트로벤젠, 설포래인, 디메틸포름아마이드, N-메틸피롤리돈, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 용매 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 액체 비양성자성 극성 용매가 사용될 수 있다. 물, 메탄올, 아세토니트릴, 니트로메탄, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 극성 양성자성 용매 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 극성 양성자성 용매가 사용될 수 있다. 벤젠, 톨루엔, 메틸렌 클로라이드, 카본 테트라클로라이드, 헥산, 디에틸 에테르, 테트라하이드로퓨란, 또는 이와 같은 것, 또는 상기 용매 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 다른 비-극성 용매도 대안적인 실시예에서 역시 사용될 수 있다, 하나 이상의 비양성자성 극성 용매 및 하나 이상의 비-극성 용매를 포함하는 공-용매 역시 사용될 수 있다. 일실시예에서, 상기 용매는 자일렌 또는 N-메틸피롤리돈이다.
용매가 사용되면, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 1 내지 50 wt%의 양으로 이용될 수 있다. 일실시예에서, 만일 용매가 사용되면, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 3 내지 30 wt%의 양으로 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 만일 용매가 사용되면, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 5 내지 20 wt%의 양으로 사용될 수 있다. 일반적으로 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 블렌딩 전, 동안 및/혹은 후에 용매가 증발되는 것이 유리하다.
이러한 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 일반적으로 일실시예에서 1 × 104 옴-센티미터 이하, 다른 실시예에서 1 × 104 옴-센티미터 이하, 또 다른 실시예에서 1 × 103 옴-센티미터 이하, 그리고 또 다른 실시예에서 1 × 102 옴-센티미터 이하의 실온에서의 전기 부피 저항력을 가진다.
일실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 1 × 104 옴-센티미터 이하의 실온 부피 저항력을 가지는 조성물 이하의 실온 부피 저항력 및 5 이상 강도의 양성 온도 저항 계수(PTCR)를 갖는다. 다른 실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 10 이상 강도의 온도 저항 양성 계수(PTCR)를 가진다. 또 다른 실시예에서 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 20 이상 강도의 온도 저항 양성 계수(PTCR)를 가진다. 또 다른 실시예에서 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 30 이상 강도의 온도 저항 양성 계수(PTCR)를 가진다. 또 다른 실시예에서 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 100 이상 강도의 온도 저항 양성 계수(PTCR)를 가진다. 또 다른 실시예에서 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 1,000 이상 강도의 온도 저항 양성 계수(PTCR)를 가진다.
상기 언급한 바와 같이, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 유리하게 두 번째 사이클과 백 번째 사이클에서 측정된 값을 기초로 실온과 트립 온도 사이에서 사이클 되었을 때 100 사이클 이상의 PTCR 반복성이 나타난다. 즉, 두 번째 사이클과 백 번째 사이클 사이에 실온 저항력의 차이는 5 계수 이하이다. 일실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 실온과 트립 온도 사이에서 사이클 되었을 때 200 사이클 이상의 PTCR 반복성을 나타낸다. 다른 실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 실온과 트립 온도 사이에서 사이클 되었을 때 500 사이클 이상의 PTCR 반복성을 나타낸다. 또 다른 실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 실온과 트립 온도 사이에서 사이클 되었을 때 1,000 이상의 PTCR 반복성을 나타낸다.
또 다른 실시예에서, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물도 몰드되었을 때 클래스 A 표면 피니쉬를 역시 가진다. 몰드된 물품은 주입 몰딩, 주입-압축 몰딩, 화합-주입 몰딩, 브로우 몰딩, 압축 몰딩, 열성형 또는 이와 같은 것, 또는 상기 몰딩 처리 중 하나 이상을 포함하는 조합에 의해 제조될 수 있다.
앞서 논의한 바와 같이, 본 발명의 조성물은 적어도 5℃ 더 낮은 트립 온도를 가질 수 있고, 많은 실시예에서, 기초 염기 수지의 HDT 보다 적어도 10℃ 더 낮은 트립 온도를 가질 수 있다. 그 결과, 본 발명의 조성물은 조성물의 HDT에 도달하기 전에 온도까지 가열되고 트립될 것이다. HDT에 도달하기 전의 조성물 트립으로 인해, 상기 조성물은 이 온도 레벨에서 압력 혹은 충격 힘이 그들에게 가해지면 변형하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 조성물은 물질의 HDT에서 혹은 위에서 트립하는 선행 PTC 물질과는 달리 구조성인 용도로 사용될 수 있다. HDT에서 혹은 위에서 트립하는 물질은 만일 구조성 용도로 사용된다면 변형할 것이기 때문이다.
그 결과, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 넓고 다양한 용도로 물품에서 유리하게 사용될 수 있다. 이러한 용도의 예는 히터를 위한 가열 성분, 자동온도조절장치, 가역적 전기 퓨즈를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 조성물은 내구성 물품, 구조성 생산품, 및 자기-조절 히터, 과-전류 보호 장치, 에어컨디셔닝 설비, 열 시트, 열 거울, 열 창문, 열 핸들, 등등과 같은 자동차에의 응용, 순화 보호 장치, 향수 분배기 및 열가소성 혹은 열경화성 PTC 물질이 사용될 수 있는 어떤 다른 응용과 같은 구체적으로 물품에서 몰드된 제조물을 제조하는데 사용될 수 있다.
하기의 실시예는, 본 명세서에 설명된 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물과 제조 방법의 다양한 실시예의 일부 중 조성물과 제조 방법의 예시적인 설명이 되는 것을 의미하고, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 온도를 변화시킬 때 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 거동에 대한 예시적인 묘사이다.
본 실시예는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 PTCR 능력 및 PTCR 특성에서 제 2 필러의 효과를 나타내고 비교하기 위해 수행되었다. 제 1 필러(M1)은 500 빅커 이상의 경도를 가진 필러를 포함하고 제 2 필러는 전도성 혹은 비-전도성 필러를 포함한다. 표 1과 2는 500 빅커 이상의 경도를 가진 필러를 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 상술하는 반면, 표 3은 대비적인 500 빅커 이하의 경도를 가진 필러를 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 상술한다. 표 4는 필러 내용의 작용에 따른 폴리머 조성물의 전기 저항력을 상술한다. 표 5와 6은 전도성 폴리머 조성물의 트립 온도를 조정에 있어 제 1 및 제 2 필러 간의 시너지를 상술한다. 제 1 필러를 일정하게 유지하는 경우, 퍼콜레이션 레벨 위로 혹은 미만으로, 조정 가능한 트립 온도는 제 2 필러의 퍼센트를 변화시키는 것에 의 해 달성될 수 있다는 것을 보여줄 수 있다.
모든 제형은 웨너 앤드 프레이데렐(Werner and pfleiderer) 25mm 공-회전 10-베럴 이중-스크류 압출기에서 합성되었다. 나일론 6 조성물에서 사용된 온도 프로파일은 270℃의 다이(die) 온도를 가진, 220 내지 270℃(예를 들어, 가장 낮은 온도인 220℃는 압출기 입구에서 사용되었고 가장 높은 온도인 270℃는 압출기 다이 근처에서 사용되어, 배럴 온도는 220 내지 270℃ 범위에서 조절되었다.)였다. 유사한 방법으로, PBT 조성물의 온도 프로파일은 270℃의 다이 온도를 가진 200 내지 260℃였다. 유사하게, PEI 조성물의 온도 프로파일은 345℃의 다이 온도를 가진 300 내지 345℃였다. 유사하게, 폴리프로필렌 조성물의 온도 프로파일은 240℃의 다이 온도를 가진 190 내지 240℃였다. 상기 설명된 모든 온도 프로파일에서, 주어진 조성물의 가장 낮은 온도는 압출기 입구 근처에서 유지된 반면, 가장 높은 온도는 다이 근처에서 유지되었다.
모든 PTCR 제형은 300 rpm의 연속 스크류 속도로 압출되었고 미립으로 제조하기 위해 펠렛화되었다. 제형은 나일론 6 조성물의 몰드 온도는 70℃, PBT 조성물의 몰드 온도는 60℃, PEI 조성물의 몰드 온도는 110℃, 그리고 폴리프로필렌 조성물의 몰드 온도는 40℃로 하여 ISO 규격 180 충격 바 샘플을 위한 라센 앤드 토루브로(Larsen and Toubro)(L&T)의 85T 몰딩 기계에서 주입 몰드되었다.
PTCR 트립 온도는 제 1 기울기와 제 2 기울기의 탄젠트를 계산함에 의해 결정되는 교차점이다. PTCR 사이클 능력은 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이 실온과 10℃ 이하의 트립 온도 차이(델타 T)를 가진 트립 온도 사이에서 100 사이클 이상을 겪는지 여부에 따라 결정된다. 표 1, 2 및 3에서, RT2는 2 사이클 후 옴-센티미터(ohm-cm) 단위의 실온 저항력을 가리키는 반면, RT100은 100 사이클 후 옴-센티미터 단위의 실온 저항력을 가리킨다. 델타 RT는 2와 100 사이클 사이에서 각 샘플의 옴-센티미터로 측정된 실온 저항력의 변화를 가리킨다. 델타 T는 (℃) 단위의 트립 온도 변화를 가리킨다. 사이클 동안 온도의 증가 속도는 분당 1.25℃였다. 샘플의 냉각은 자연 대류를 통해 수행되었다.
크리스탈화 가열은 펄킨 엘머 디퍼렌셜 스캐닝(Perkin Elmer Differential Scanning) 열량계를 사용하여 측정되었고 가열 속도는 질소 환경에서 약 20℃/분이었으며 에어-냉각되었다.
폴리머 조성물에 대한 특정 부피 확장 연구는 GNOMIX PVT 기구를 사용하여 연구되었다. 상기 연구는 10Mpa의 등압 하에서 행해졌으며 cc/g 단위의 특정 부피 온도(PA6는 실온에서부터 200C까지, PPS는 실온에서부터 290C까지, PP는 실온에서부터 180C까지)의 함수로 조사되었다.
샘플# 1 2 3 4 5 6 7
조성물
폴리머 나일론 6 나일론 6 나일론 6 나일론 6 폴리프로필렌 PBT* PEI**
필러 유형 스테인레스 스틸 Tib2 NdFeB NdFeB 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸
필러등급/상표명 CPM 9V HCT 30 MQP-13-9 NQP-L CPM 9V CPM 9V CPM 9V
필러 모양 구 조각(flaky) 구 조각(flaky) 구 구 구
특성
필러 경도(빅커) 576 3000 1000 1000 576 576 576
필러 로딩(wt%) 86.3 75.5 81.2 81.2 89 83 85.3
전도성(ohm-cm) 1.3 32 12.5 33,000 13.9 2.6 10.5
PTC 트립 온도(℃) 165 125 125 125 105 130 215
PTCR 효과 예 예 예 예 예 예 예
PTCR 사이클능력 예 예 예 예 예 예 예
RT2(ohm-cm) 1.3 67 12.5 33,000 13.9 4.2 10.5
RT100(ohm-cm) 1.6 70 30.5 31,000 8.8 9.0 18.6
델타 RT(ohm-cm) 0.3 3 18 -2,000 5.1 4.8 8.1
T2(℃) 165 45 125 125 105 117 215
T100(℃) 164 52 130 126 100 115 210
델타T(℃) 1 7 5 1 5 2 5
*PBT=폴리부틸렌 테레프탈레이트; **PEI=폴리에테르이미드
샘플# 8 9 10 11 12 13
조성물
폴리머 나일론 6 나일론 6 나일론 6 나일론 6 나일론 6 나일론 6
필러 유형 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸
필러 등급/상표명 M2 M15 M42 A11 150mu A11 500mu A11 500mu+
A11 150mu
필러 모양 불규칙 불규칙 불규칙 구 구 구
특성
필러 경도(빅커) 723 800 971 576 576 576
필러 로딩(wt%) 82 82 82 90 90 90
전도성(ohm-cm) 0.16 0.08 1.2 3.9 63.2 0.66
PTC 트립 온도(℃) 145 140 137 165 145 113
PTCR 효과 예 예 예 예 예 예
PTCR 사이클능력 예 예 예 예 예 예
RT2(ohm-cm) 0.16 0.08 0.15 44.3 66.9 1.39
RT100(ohm-cm) 0.27 0.15 0.51 49 69 1.6
델타 RT(ohm-cm) 0.11 0.07 0.36 4.7 2.1 0.21
T2(℃) 145 140 137 143 145 158
T100(℃) 145 137 139 147 147 160
델타T(℃) 0 3 2 4 2 2
샘플# 조성물 1 조성물 2 조성물 3
조성물
폴리머 나일론 6 나일론 6 PC
필러 유형 구리 스테인레스 스틸 스테인레스 스틸
필러 등급 CP 154 SS 410L SS 410L
필러 모양 구 불규칙 불규칙
특성
필러 경도(빅커) 90 250 250
필러 로딩(wt%) 89.3 78.4 78.4
전도성(ohm-cm) 35,000 0.42 1,500
PCTR 트립 온도(℃) 130 107 90
PTCR 효과 예 예 예
PTCR 사이클능력 아니오 아니오 아니오
RT2(ohm-cm) 65k* 2 1,500
RT100(ohm-cm) 비전도 43.5 35,000
델타 RT(ohm-cm) 41.5 33,500
T2(℃) 무반응 110 90
T100(℃) 무반응 122 135
델타T(℃) 12 45
*k=킬로
표 4는 필러 로딩의 트립 특성에 대한 효과를 나타낸다.
배치(batch) 1 배치 2 배치 3
물질
PA6(vol%) 74.60 73.25 67.10
M2(vol%) 25.40 26.75 32.90
트립(dec C) 76 76 105
저항력(ohm-cm) 3.93 3.88 0.95
비중 2.74 2.83 3.22
PTCR 효과 예 예 예
PTCR 사이클능력 예 예 예
RT2(ohm-cm) 3.93 3.88 0.95
델타 RT(ohm-cm) 1.68 0.07 0.27
T2(℃) 76 77 105
*M2=툴 스테인레스 스틸 파우더, *PA6=나일론 6
표 5는 전도성 카본 블랙의 시너지를 나타낸다.
배치 4 배치 5 배치 6 배치 7 배치 8 배치 9 배치 10
PA6(vol%) 79.00 73.99 71.10 64.65 68.60 55.8 77.86
M2(vol%) 20.18 20.2 22.45 22.40 18.93 30.25 12.23
프린텍스(Printex)G(vol%) 0.82 5.81 6.45 12.95 12.47 13.95 9.91
특성
트립 비전도 65 90 트립없음 트립없음 트립없음 비전도
저항력 비전도 31.35 11.4 11.13 114230 0.45 비전도
비중 2.42 2.48 2.62 2.69 2.47 3.2 2.02
PTCR 효과 아니오 예 예 아니오 아니오 아니오 아니오
PTCR 사이클 능력 아니오 예 예 아니오 아니오 아니오 아니오
RT2(ohm-cm) 무반응 32.81 5.45 무반응 무반응 무반응 무반응
RT100(ohm-cm) 무반응 34.12 13.9 무반응 무반응 무반응 무반응
델타RT(ohm-cm) 무반응 1.31 8.45 무반응 무반응 무반응 무반응
T2(℃) 무반응 65 85 무반응 무반응 무반응 무반응
T100(℃) 무반응 70 85 무반응 무반응 무반응 무반응
델타T(℃) 무반응 5 0 무반응 무반응 무반응 무반응
*비전도-전도성 없음-전도성 입자 농도(스틸이나 카본)가 전도 연쇄를 형성하기에 너무 낮음
*트립없음-전도성 있으나 트립이 없음(저항력에 스파이크가 없음, 오직 저항력의 점진적 증가만 있음.)
표 6은 비-전도성 필러의 시너지를 나타낸다.
배치 11 배치 12 배치 13 배치 14 배치 15 배치 16 배치 17 배치 18
PA6(vol%) 73.50 70.00 65.00 60.00 50.00 35.00 30.00 69.00
M2(vol%) 24.50 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 25.00 24.00
크로사이트(closite)93A(vol%) 2.00
그라스 파우더(vol%) 5.00 10.00 15.00 25.00 40 45 5.75
KjB(vol%) 1.25
특성
트립 66 60 85 100 120 160 170 73
저항력 5.55 2.78 2.95 2.02 0.72 0.17 0.17 2.94
비중 2.7 2.78 2.84 2.91 3.03 3.22 3.28 2.74
PTCR 효과 예 예 예 예 예 예 예 예
PTCR 사이클 능력 예 예 예 예 예 예 예 예
RT2(ohm-cm) 9.86 3.48 3.99 1.25 1.61 1.94 7.29
RT100(ohm-cm) 24.98 17.52 1.87 1.42
델타RT(ohm-cm) 4.31 0.70 1.04 -0.77 0.7 1.44 1.77 4.35
T2(℃) 65 77 77 105 165 170 77
T100(℃) 75 80 100 120
델타T(℃) -1 -2 3 -5 0 5 0 4
표 1과 2에서부터, 구 모양을 가지는 필러뿐만 아니라 불규칙한 모양을 가진 것들도 500 이상의 빅커 경도를 가질 만큼 충분히 길게 재생산 가능한 PTCR 효과를 만들어 낼 수 있다는 것을 볼 수 있다. 표 1과 2의 샘플 특성과 표 3의 샘플 특성을 비교하면, 표 3의 샘플 특성은 PTCR 효과의 사이클 능력을 보여 주지 않는다. 더욱 구체적으로, 표 1과 2에서부터(500 이상의 경도를 가지는 필러를 예시함) 100번 사이클 되었을 때 트립 온도의 차이(델타 T)가 10℃ 이하인 반면, 100번 사이클되었을 때 실온 저항력 차이(델타 RT)는 일반적으로 20 미만이라는 것을 볼 수 있다. 한편, 표 3으로부터, 트립 온도의 차이(델타 T)가 10℃보다 큰 반면, 실온 저항력의 차이(델타 RT)는 일반적으로 20보다 크다는 것을 볼 수 있다.
표 4로부터, 105℃의 트립 온도를 얻기 위해서, 약 33 vol% 금속 파우더가 부가되었고 이는 비중 3.22를 유도한다. 동일한 트립 온도는 비중 2.91의 25 vol% 스테인레스 스틸 파우더 내로 15 vol% 그라스 파우더를 부가하는 것에 의해 달성되었다(표 6, 배치#14). 표 5 & 6으로부터, 제 2 필러를 다양하게 하고 제 1 필러를 일정하게 유지함에 의해 트립 온도를 조정하는 것이 가능하다는 것을 명확하게 볼 수 있다.
하기의 실시예에서, 하나 이상의 처리 요소를 어떻게 다양하게 하는가가 트립 온도도 역시 다양하게 할 수 있고, 그 때문에 트립 온도를 선택된 숫자로 조정되는 것이 가능하다는 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 표 7은 트립 온도에서의 폴리머 합성물의 델타 부피 확장을 나타낸다. 합성물에 존재하는 폴리머의 선택에 따라 차지된 최초 특정 부피가 달라질 것이다. 그러나 퍼센트 부피 확장은 실온 특정 부피로부터 트립 온도에 오직 1-2%만 근접하다.
표 7은 델타 부피 확장- 트립 온도에서의 특정 부피 변화를 나타낸다.
조성물
폴리머 유형 PP PA6 PA6 PPS PEI
필러 유형 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸
필러 로딩 wt% 84.69 81.25 81.25 81.25
필러 등급 M2 M2 M2 M2 M2
필러 모양 불규칙 불규칙 불규칙 불규칙 불규칙
처리 주입 몰딩 주입 몰딩 주입 몰딩 주입 몰딩 주입 몰딩
후 처리 없음 없음 액체 N2에서 퀀치 없음 없음
PTCR 효과 예 예 예 예 예
PTCR 사이클능력 예 예 예 예 예
트립 온도 C 82.6 102.4 88.2 144.2 188.8
RT 저항력 ohm-cm 1 0.229 7.1 1.6 2.73
델타 부피/V% 0.99 1.71 1.54 1.76 1.82
표 8과 9는 다양한 후-처리 냉각 단계의 효과의 그들의 트립 온도에 대한 효과를 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 더 낮은 트립 온도는 냉각 단계를 사용하여 성취될 수 있고, 더 빠른 냉각은 조성물의 더 낮은 트립 온도를 낳는다. 액체 질소로 퀀치하는 것은 단순히 워터 배쓰를 사용하는 것보다 더 낮은 트립 온도를 이끌고, 이는 자연 냉각 단계를 사용하는 것보다 더 낮다. 조성물의 어닐링은 더 높은 트립 온도를 야기한다. 표 10은, 냉각 속도가 어떻게 트립 온도를 조정할 수 있는지를 다시 나타냈다. 따라서, 연속적인 냉각 혹은 가열 단계를 사용하는 것은 조성물 제조에서 나온 트립 온도와 대비했을 때, 트립 온도를 조절할 수 있었다.
표 8은 냉각 속도의 트립 온도 거동에 대한 효과를 나타낸다.
폴리머 유형 PA6 PA6 PA6 PA6
필러 유형 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸
필러 로딩 wt% 81.25 81.25 81.25 81.25
필러 등급 M2 M2 M2 M2
필러 모양 불규칙 불규칙 불규칙 불규칙
처리 주입 몰딩 주입 몰딩 주입 몰딩 주입 몰딩
후 처리 액체 N2 퀀치 워터 냉각 몰드된 대로 180C로 어닐링
PTCR 효과 예 예 예 예
PTCR 사이클 능력 예 예 예 예
트립 온도 C 88.7 99.8 102.4 123.5
RT 저항력 ohm-cm 7.1 0.641 0.364 0.5252
델타 Hcrys. 2.3 11.5 12.7
표 9는 냉각 속도의 트립 온도에 대한 효과를 나타낸다.
조성물
폴리머 유형 PA6 PA6 PA6
필러 유형 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸
필러 로딩 wt% 81.25 81.25 81.25
필러 등급 M2 M2 M2
필러 모양 불규칙 불규칙 불규칙
처리 주입 몰딩 주입 몰딩 주입 몰딩
290C 용융 후 냉각처리 액체 N2 퀀치 10도/분 하지 않음
PTCR 효과 예 예 예
PTCR 사이클 능력 예 예 예
트립 온도 C 68.3 88.2 90
RT 저항력 ohm-cm 5.56 4.31 1.64
표 10은 조성물의 몰딩 방법도 역시 트립 온도를 조정하는데 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 이러한 실시예에서, 조성물의 주입 몰딩은 압축 몰딩보다 더 낮은 트립 온도를 낳는다.
표 10은 몰딩의 트립 온도에 대한 효과를 나타낸다.
1 2 3 4
조성물
폴리머 유형 PA6 PA6 PP PP
필러 유형 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸 하이 스피드 스틸
필러 로딩 wt% 81.25 81.25 84.69 84.69
필러 등급 M2 M2 M2 M2
필러 모양 불규칙 불규칙 불규칙 불규칙
처리 주입 몰딩 압축 몰딩 주입 몰딩 압축 몰딩
PTCR 효과 예 예 예 예
PTCR 사이클 능력 예 예 예 예
트립 온도 C 102.4 116.3 82.8 101.7
RT 저항력 ohm-cm 0.364 7.85 1 8.62
델타 Hcrys. 11.5 13.5 12.7
따라서 명백하게 필러의 경도는 PTCR 효과 생성 및 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물이 실온(25℃)과 트립 온도 사이에서 반복적으로 사이클 되는 능력에도 중요한 역할을 한다.
본 명세서에서 설명한 바와 같이, 합성물은 표준 명명법을 사용하여 설명되었다. 예를 들어, 어떤 지적된 기에 의해 치환되지 않는 어떤 위치는 지적된 결합, 혹은 수소 원자에 의해 채워진 원자가를 가지는 것으로 이해된다. 두 글자나 심볼 사이에 있지 않은 대시("-")는 치환체의 부착점을 지시하기 위해 사용된다. 예를 들어, -CHO는 카보닐 기의 탄소를 통해 부착된다. 다르게 정의되지 않았다면, 본 명세서에 사용된 기술적 및 과학적 용어는 본 발명에 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해될 수 있는 것과 동일한 의미를 가진다. 측정값이 "(±10%)" 또는 "(±3%)" 표시에 따르는 경우, 상기 측정값은 지시된 퍼센트 범위 내에서 양성적으로나 음성적으로 다양할 수 있다. 이러한 다양성은 샘플 내 전체로서(예를 들어, 일정한 폭을 가지는 샘플은 언급된 수치의 나타낸 퍼센트 내에 있다.), 혹은 샘플 내에서의 변동으로(예를 들어, 다양한 폭을 가지는 샘플은, 모든 그러한 변동이 언급된 수치의 나타낸 퍼센트 내에 있다.) 명시되어 있을 수 있다.
대표적인 실시예는 예시의 목적으로 설명 되어짐과 동시에, 상기 설명은 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주 되어서는 안된다. 따라서, 다양한 변화, 적응, 및 대체가 본 발명의 본질 및 범위를 벗어나지 않는 한 당업자에 의해 이루어질 수 있다.
청구 범위는 다음과 같다.

Claims (35)

  1. 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물로서,
    유기 폴리머; 및
    하나 이상의 세라믹 필러(filler), 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러를 포함하고;
    제 1 필러의 적어도 일부는 500 빅커(Vickers) 이상의 경도를 가지며;
    나아가 상기 조성물은 0.45 MPa에서 조성물의 열 변형 온도보다 낮은 트립 온도(trip temperature)를 가지고, 상기 트립 온도와 열 변형 온도 간 차이는 10℃ 이상인 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    1×104 옴-센티미터 이하의 실온 부피 저항력(room temperature volume resistivity) 및 5 이상 강도의 양성 온도 저항 계수(positive temperature coefficient of resistance)를 가지는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    2번째 사이클과 100번째 사이클 간 조성물의 트립 온도 사이의 차이가 10℃이하인 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 필러는
    전기적으로 전도성이고, 티타늄 디보라이드, 틴 옥사이드, 인듐 틴 옥사이드, 안티모니 틴 옥사이드, 텅스텐 카르바이드, 티타늄 니트라이드, 지르코늄 니트라이드, 티타늄 카바이드, 몰리브데넘 실리사이드, 포타슘 티타네이트 휘스커스, 바나듐 옥사이드 또는 상기 세라믹 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 세라믹 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 필러는 은, 바나듐, 텅스텐, 니켈, 스테인레스 스틸, 툴 스틸(tool steel), 네오디뮴 아이런 보론(NdFeB), 사마륨 코발트(SmCo), 알루미늄 니켈 코발트(AlNiCo), 또는 상기 금속 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 금속 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 필러는 1,000 마이크론 이하의 평균 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    제 1 필러는 250 마이크론 이하의 평균 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 필러는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 총 중량 중 20 내지 95 wt%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유기 폴리머는 무정형 폴리머 또는 세미-크리스탈 폴리머인 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물로부터 형성된 몰드된 제조물은 클래스 A 표면 피니쉬(class A surface finish)를 가지는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물은 1×104 옴-센티미터 이하의 전기 부피 저항력을 가지는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 트립 온도에서 0.5 - 5% 사이의 특정 부피 변화를 가지는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 제조물.
  14. 양성 온도 계수 폴리머 조성물로서,
    유기 폴리머;
    하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러; 및
    제 2 필러를 포함하고;
    상기에서 제 1 필러의 적어도 일부는 500 빅커 이상의 경도를 가지며;
    상기 조성물은 조정 가능한 트립 온도를 가지는 양성 온도 계수 폴리머 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제 2 필러는 전도성 필러, 비-전도성 필러, 또는 상기 제 2 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 양성 온도 계수 폴리머 조성물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제 2 필러는 탄소성 필러 또는 비-탄소성 필러 또는 상기 전도성 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 양성 온도 계수 폴리머 조성물.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제 2 필러는 제 1 필러의 퍼콜레이션 레벨(percolation level) 이상의 양으로 부가되는 것을 특징으로 하는 양성 온도 계수 폴리머 조성물.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제 2 필러는 제 1 필러의 퍼콜레이션 레벨 미만의 양으로 부가되는 것을 특징으로 하는 양성 온도 계수 폴리머 조성물.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제 2 필러는 파이버(fibers), 로빙(rovings), 조각(particle), 구(spheres), 바늘(needles), 플레이트릿(platelets), 또는 상기 필러의 형태 중 하나 이상을 포함하는 조합의 형태인 것을 특징으로 하는 양성 온도 계수 폴리머 조성물.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 조성물은 트립 온도에서 0.5 - 5% 사이의 특정 부피 변화를 가지는 것을 특징으로 하는 양성 온도 계수 폴리머 조성물.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 제조물.
  22. 유기 폴리머와
    하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러를 블렌딩하여 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하고,
    여기서 상기 제 1 필러의 적어도 일부는 500 빅커 이상의 강도를 가지며,
    상기 조성물은 0.45 MPa에서 조성물의 열 변형 온도보다 낮은 트립 온도(trip temperature)를 가지고, 상기 트립 온도와 열 변형 온도 간 차이는 10℃ 이상이며;
    전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 몰딩하는 것을 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  23. 제22항의 방법에 있어서,
    조성물 내 연속적인 전도성 네트워크를 생성하기에 충분한 양으로 몰딩하기 이전에 제 2 필러를 부가하는 단계를 포함하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 블렌딩 단계는 용액 블렌딩(solution blending), 용융 블렌딩(melt blending), 또는 상기 블렌딩 단계 중 하나 이상을 포함하는 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    부가적인 처리 단계를 사용하여 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물의 트립 온도 조정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 부가적인 처리 단계는 형성 단계 부분에서 냉각 속도를 조절하여 트립 온도를 조정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 냉각 처리는 1℃/분 내지 1,500℃/분의 냉각 속도를 가지도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 부가적인 처리 단계는 트립 온도를 조정하기 위한 열 처리인 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 열 처리는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 어닐링(annealing)하는 단계로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 부가적인 처리 단계는 주입 몰딩(injection molding), 압축 몰딩(compression molding), 주입-압축 몰딩(injection-compression molding), 열 성형(thermoforming), 또는 상기 처리 중 하나 이상을 포함하는 조합으로부터 선택되 는 몰딩 처리인 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  31. 제22항 내지 제30항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 조성물을 포함하는 제조물.
  32. 유기 폴리머와
    하나 이상의 세라믹 필러, 하나 이상의 금속 필러, 또는 상기 필러 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함하는 제 1 필러를 블렌딩하여, 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하고,
    조정 가능한 트립 온도 및 저항력을 가지도록 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 몰딩하는 것을 포함하는 방법.
  33. 제32항의 방법에 의해 만들어진 조성물로서,
    상기 조성물은 트립 온도에서 0.5 - 5% 사이의 특정 부피 변화를 가지는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 몰딩 단계는 주입 몰딩, 압축 몰딩, 주입-압축 몰딩, 열 성형, 또는 상기 몰딩들 및 성형 중 하나 이상을 포함하는 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기적으로 전도성인 폴리머 조성물을 형성하는 방법.
  35. 제32항 내지 제34항 중 어느 한 항의 방법에 의해 만들어진 조성물을 포함하는 제조물.
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