KR19980016631A - 비선형 정저항 소재의 조성물 및 제조공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명품은 비선형저항 특성을 갖는 조성물에 관한 것으로 상온에서 낮은 비저항값을 유지하고 특정온도에서 급격한 저항상승을 갖는 반도전성 물질에 관한 것이다. 이러한 특성을 PTC(Positive Temperature of Coefficient) 현상이라 하고 도전성 물질과 플라스틱의 물리적 특성을 적절히 조절한 조성물이다.
일반적으로 반도전성 물질을 제조하는데는 여러가지 방법이 소개되고 있지만 본 발명품은 폴리올레핀계열의 폴리머들을 일정 비율로 혼련하므로서 온도 전이점을 조절하고, 동시에 β-선가교를 폴리올렌핀계 폴리머에 조사하므로 PTC효과를 극대화시켰다. 여기서 온도전이점의 조절은 각 전자 회로에 응용방법에 따라 그 중요성이 변화 하게 된다. 특히 상온으로부터 온도 전이점까지의 비저항값의 안정을 위해 열처리공정과 β-선가교는 본 발명에서 중요한 점이다.
상기 재료는 절연 고전압 피복재로 사용되는 폴리올레핀계열의 결정성 수지와 전도성 원료을 주성분으로 사용하기 때문에 내전압이 우수하고, 고분자 고유특성인 외부환경변화에 견디는 능력이 우수한 소재와 10∼20Ω-cm 이하의 비저항소재를 제조할 수 있기 때문에 세라믹스PTC의 문제점을 해소할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 고분자의 연화점과 녹는점은 PTC 현상이 나타나는 온도 전이점을 결정하는데 중요한 요소이다. 따라서 이들 각 폴리머의 기초물리적 성질을 응용하고 폴리머의 종류를 적합한 방법으로 혼합, 혼련하므로서 비선형고분자PTC의 온도 전이점 범위가 70∼130℃ 사이을 이동할 수 있다. 또한 폴리올레핀계 결정성 수지에 전자선인 β-선을 5∼50Mrad의 량을 조사하여 선형구조를 망상구조로 변형시키므로서 상온에서 50Ω-cm 이하의 낮은 비저항값을 유지하고 저항변화가 104∼106Ω-cm 이상인 비선형고분자PTC을 제작할 수 있으며, 상온에서의 비저항변화율, 저항변화율등의 전기적 재현성이 우수하고 열 안정성이 우수한 비선형 저항체를 조성물과 이를 이용한 온도센서, 전류제한소자, 저온히-터소재를 제공한다.
Description
제1도는 본 발명의 저항-온도곡선 도표
본 발명품은 비선형저항 특성을 갖는 조성물에 관한 것으로 상온에서 낮은 비저항값을 유지하고 특정 온도에서 급격한 저항상승을 갖는 반도전성 물질에 관한 것이다. 이러한 특성을 PTC(Positive Temperature of Coefficient) 현상이라 하고 도전성 물질과 플라스틱의 물리적 특성을 적절히 조절한 조성물과 제조 공정이다.
일반적으로 반도전성물질을 제조하는데는 여러가지 방법이 소개되고 있지만 본 발명품은 폴리올레핀계열의 폴리머들을 일정 비율로 혼련하므로서 온도 전이점을 조절하고, 동시에 β-선가교를 폴리올렌핀계 폴리머에 조사하므로 PTC효과를 극대화시켰다. 여기서 온도전이점의 조절은 각 전자 회로에 응용방법에 따라 그 중요성이 변화 하게 된다. 특히 상온으로부터 온도 전이점까지의 비저항값의 안정을 위해 열처리공정과 β-선가교는 본 발명에서 중요한 점이다.
종래에 사용하던 세라믹 PTC 소자는 순수한 BaTiO3세라믹스 원료에 원자가가 +3, +5인 Y2O3, Nb2O5를 혼합, 합성하여 반도성 세라믹스 소자를 제조하는데, 온도 전이를 위하여 Ba자리에 Pb, Sr 원소를 치환하므로 온도 전이점을 (60℃∼250℃)이동 하여 사용 목적에 따라 선택하여 전자기기에 이용한다. 특히, 반도성 세라믹스의 경우 소결체의 전기적 비저항이 비교적 높은 100Ω-cm 이상이고, PTC효과는 고온에서 소결된 입자와 입자 사이의 입계면에서 전자이동의 흐름이 온도에 의존하는 현상을 이용한 것이다. 그러므로 높은전압에 견디기 어려운 점들이 대전력 용도에 사용하기에 곤란한 이유들이다. 그러나 상기 재료는 절연 고전압 피복재로 사용되는 폴리올레핀계열의 결정성 수지와 전도성 원료를 주성분으로 사용하기 때문에 내전압이 우수하고, 고분자 고유 특성인 외부환경변화에 견디는 능력이 우수한 소재와 10∼20Ω-cm 이하의 비저항소재를 제조할 수 있기 때문에 세라믹스PTC의 문제점을 해소할 수 있다. 특히, 본 발며에서는 고분자의 연화점과 녹는점은 PTC 현상이 나타나는 온도 전이점을 결정하는데 중요한 요소이다. 따라서 이들 각 폴리머의 기초물리적 성질을 응용하고 폴리머의 종류를 적합한 방법으로 혼합, 혼련하므로서 고분자PTC의 온도 전이점을 이동할 수 있다. 또한 폴리올레핀계 결정성 수지에 전자선인 β-선을 조사하여 선형구조를 망상구조로 변형시키므로서 전기적 특성의 재현성이 우수하고 열 안정성이 우수한 비선형 저항체 조성물과 이를 이용한 온도센서, 전류제한소자, 저온히-터소재를 제공한다.
제조 방법으로는 일반적인 폴리머복합 소재를 만들 듯이 에틸렌공중합체, 에틸렌수지등의 결정성수지 100중량부에 금속분말, 도전성 카본, 카본화이바 등을 10 내지 35중량부을 니-더에서 혼합하고, 보조재료로 산화방지제를 1∼3중량부, 윤활제를 2∼5중량부, 가교제를 1∼3중량부, 결합제를 1∼3중량부을 첨가 혼합한다. 혼합이 잘되도록 충분한 혼합시간을 거친 복합체를 성형하기 쉽게 과립장치를 사용하였고, 압출기의 온도를 140∼190℃로 유지한 후 복합체의 두께가 1㎜, 0.5㎜ 되도록 T금형을 이용하여 성형하였다. 이때 표면과 폴리머내부의 결정 변형을 제거하기 위하여 냉각 온도를 1℃/min의 속도로 유지하도록 하였다. 그리고 100∼150℃ 사이에서 열처리가 끝난 비선형 저항복합체를 300KV 이상의 힘을 갖춘 전자선(β-선)으로 5∼20Mrad을 전자선 가교를 함으로 기초소재를 완성한다. 이렇게 만들어진 비성형전도성 폴리머 양면에 구리박판 또는 닉켈박판(50∼100㎛)을 접합시켜 전극을 형성하고 전기적인 특성을 조사 검토한다.
폴리머 : 에틸렌비닐아세테이트, 폴리에틸렌(고밀도/저밀도), 폴리왁스
도전성분말 : 그량이트(Graphite), 카본블렉(아세틸렌/퍼네스)
산화방지제 : 4,4-티오비스(6-t-부틸-크레졸)특히, 화학적으로 입체결함을 갖는 페놀계화합물
윤활제 : Zn, Ca-스테아릭산 또는 PVA(폴리비닐알콜)
결합제 : HO-M-(C2H4)2COOH M=Zr, Al, Ti
가교제 : di-Cumylperoxide
[실시예 1]
(공통사항) 각 조성물은 실험전에 공통으로 50∼60℃의 건조기에서 5시간 이상 건조함으로 내부에 함유된 수분을 제거한 후 실시1∼실시4와 같은 조성으로 제조하였다.
폴리에틸렌(밀도 : 0.93) 100중량부, 그라화이트(Graphite) 40중량부, 산화방지제 1.5중량부, 윤활제 2중량부, 결합제 2중량부을 가압니더에 넣고 온도를 150∼170℃로 유지하면서 혼합하였다. 그리고 복하체의 두께를 1㎜, 0.5㎜에 맞게 압출 성형한 다음 100℃에서 30분간 열처리 후 β-전자선을 앞면과 뒤면을 각각 20Mrad 조사하였다.
[실시예 2]
폴리에틸렌(밀도 : 0.96) 100중량부, 그라화이트(Graphite) 40중량부, 산화방지제 1.5중량부, 윤활제 2중량부, 결합제 2중량부을 실시예1과 같이 제조하였다.
[실시예 3]
폴리에틸렌(밀도 0.93 : 밀도 0.96=1:1) 100중량부, 그라화이트(Graphite) 40중량부, 산화방지제 1.5중량부, 윤활제 2중량부, 결합제 2중량부을 실시예1과 같이 제조하였다.
[실시예 4]
폴리에틸렌(밀도 0.96) 100중량부, 에틸렌비닐아세테이트 50중량부, 그라하이트(Graphite) 40중량부, 산화방지제 1.5중량부, 윤활제 2중량부, 결합제 2중량부을 실시예1과 같이 제조하였다.
[비교예 1]
폴리에틸렌(밀도 : 0.93) 100중량부, 그라화이트(Graphite) 40중량부, 산화방지제 1.5중량부, 윤활제 2중량부을 가압니더에서 혼합하고, 과립화된 재료를 헨셸(Henshel) 믹서에서 화학가교제 2중량부을 함침시킨 후 압축성형기로 입력 100Kg/㎠의 힘으로 성형하였다. 이때 가교제의 분해을 위하여 170℃에서 30분간 유지하였다.
비선형 정저항 소자는 위 실시예 및 비교예와 같이 준비된 소재를 전지적 특성을 측정하기 위하여 소재양면에 금속전극을 형한다음 비선형 정저항 소자의 저항-온도곡선과 상온비저항을 측정 하므로 본 발명품의 최종적인 전기적결과을 얻을 수 있다.
결과
ρ25℃(Ω-cm):상온비저항 ρmax(Ω-cm):최대비저항 Tc:온도전이점
Claims (4)
- 결정성수지이 밀도가 0.93∼0.97 사이의 폴리올레핀계열 수지에 그라화이트(Graphite)물질이 25∼45중량부가 호합된 물질에 결합제 HO-M-(C2H4)2COOH(M=Zr, Al, Ti)가 1∼3중량부가 혼합된 전도성 폴리머 조성물이 50Ω-cm 이하의 비저항을 갖는 조성물 및 공정.
- 1항의 조성물에 폴리올레핀계열의 결정성 수지의 밀도 또는 평균 분자량에 차이를 이용하여 온도전이점을 고온(125℃)에서 저온으로 이동할 때 밀도나 평균 분자량이 낮은 폴리올레핀계열의 결정성 수지를 0∼100퍼센트 혼합 블렌딩 하는 공정과 조성물이 50Ω-cm 이하의 비저항을 갖는 조성물.
- 1, 2항의 전도성 폴리머에 전자 가속에서 발진된 전자선(β-선)이 10∼50Mrad의 량이 폴리올레핀 폴리머에 조사딘 비선형저항체의 공정.
- 1, 2, 항의 공정으로 재조된 전도성 폴리머양면에 금속판(구리 또는 닉켈)이 센드위치 형태로 제작된 시편의 비저항이 50Ω-cm 이하의 전자 부품 소자.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019960036299A KR19980016631A (ko) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | 비선형 정저항 소재의 조성물 및 제조공정 |
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| KR (1) | KR19980016631A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6828362B1 (en) | 2000-10-28 | 2004-12-07 | Shinwha Intertek Corp. | PTC composition and PTC device comprising it |
-
1996
- 1996-08-29 KR KR1019960036299A patent/KR19980016631A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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| US6828362B1 (en) | 2000-10-28 | 2004-12-07 | Shinwha Intertek Corp. | PTC composition and PTC device comprising it |
| CN1296421C (zh) * | 2000-10-28 | 2007-01-24 | 新和化学用品有限公司 | 正温度系数组合物和包含该组合物的ptc器件 |
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