KR960011153B1 - 도전성 중합체를 포함하고 있는 전기장치 - Google Patents

도전성 중합체를 포함하고 있는 전기장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

도전성 중합체를 포함하고 있는 전기장치
본 발명은 도전성 중합체 조성물로 구성된 전기장치에 관한 것이다.
도전성 중합체는 공지되어 있다. 이들 도전성 중합체는 그 내에 분산되어 있거나, 또는 유기 중합체에 의해 함께 결합되어 있는 입자형 도전성 충진재로 구성된다. 이들은 히이터 및 회로보호장치에 사용될 수 있으며 PTC(positive temperature coefficient) 또는 ZTC(zero temperature coefficient) 상태로 알려져 있는 것을 나타낼 것이다.
도전성 중합체 조성물 및 이러한 조성물로 구성된 장치가 기술되어 있는 참고자료는 다음과 같다 : 미합중국 특허 제2,952,761호, 제2,978,665호, 제3,243,753호, 제3,351,882호, 제3,571,777호, 제3,757,086호, 제3,793,76호, 제3,823,217호, 제3,858,144호, 제3,861,029호, 제3,950 604호, 제4,017,715호, 제4,072,848호, 제4,085,286호, 제4,117,312호, 제4,117,376호, 제4,177,446호, 제4,188,276호, 제4,237,441호, 제4,242,573호, 제4,246,468호, 제4,250,400호, 제4,252,692호, 제4,255,698호, 제4,271,350호, 제4,272,474호, 제4,304,987호, 제4,309,596호, 제4,309,597호, 제4,314,230호, 제4,314,231호, 제4,315,237호, 제4,317,027호, 제4,318,881호, 제4,237,231호, 제4,315,237호, 제4,317,027호, 제4,318,881호, 제4,327,351호, 제4,330,704호, 제4,334,351호, 제4,352,083호, 제4,361,799호, 제4,388,607호, 제4,398,084호, 제4,413,301호, 제4,425,397호, 제4,426,339호, 제4,426,633호, 제4,427,877호, 제4,435,639호, 제4,429,216호, 제4,442,139호, 제4,459,473호, 제4,481,498호, 제4,476,450호, 제4,502,929호, 제4,514,620호, 제4,517,449호, 제4,534,889호, 및 제4,560,498호; J. Applied Polymer Science 19, 813-815(1975), Klason and Kubat: Polymer Engineering and Science 18, 649-653(1978), Narkis 등 ; 및 유럽 출원 제38,713호, 제38,714로, 제38,718호, 제74,281호, 제92,406호 제119,807호, 제133,748호, 제134,145호, 제144,187호, 제157,640호, 제158,410호, 제175,550호, 및 제176,284호.
도전성 중합체와 함께 사용되는 전극은 솔리드선 및 연선, 금속박편, 그리고 확장되고 구멍뚫어진 금속시이트를 포함한다. 본 발명에서는 도전성 중합체와 물리적, 전기적으로 직접 접촉하고 있는 마이크로러프(microrough) 표면을 가진 전극을 사용함으로써 개선된 물리적, 전기적 특성이 얻어질 수 있음을 발견하였다. 마이크로러프라는 용어는 (a) 적어도 0.03미크론, 바람직하게는 적어도 0.1미크론, 특별하게는 0.1내지 100미크론만큼 표면으로부터 돌출되어 있고, (b) (i) 최대 500미크론, 바람직하게는 초대 100미크론, 특별하게는 최대 10미크론이며, (ii) 바람직하게는 적어도 0.03미크론, 특별하게는 상기 표면과 평행으로 적어도 0.1미크론인 적어도 하나의 디멘션을 가지고 있는 불규칙한 표면을 말한다. 상기 불규칙한 표면은 전착에 의해 만들어진 형상, 예를 들면 표면으로부터 돌출되어 있는 일반적으로 구형에 소결정(nodule)일 수 있거나, 또는 여러 가지 형상일 수 있다. 따라서, 본 발명은 (1) 도전성 중합체로 이루어진 에리머트와,(2) 상기 도전성중합체 에리먼드와 물리적으로 직접 접촉하고 있는 마이크로러프 표면을 가진 적어도 하나의 전극으로 구성된 전기장치를 제공한다.
마이크로러프 표면을 준비하는 바람직한 방법은 전착에 의한 것이며, 상기 마이크로러프 표면은 전해질에 노출되어 있는 표면이다. 예를 들면, 전착된 박판 및 전착에 의해 동일하거나 또는 다른 금속층이 그 위에 형성되어 있는 박판(특별하게는, 전착된 구리 및 미켈 박판)은 얇은 판 모양의 전극이 필요할 때 매우 유용하며 ; 그리고 전착에 의해 동일하거나 또는 다른 금속층이 그 위에 형성되어 있는 솔리드선이나 연선(특별하게는 전착에 의해 그 위에 니켈 코팅이 형성되어 있는 구리선)은 원주형의 전극이 필요할 때 매우 유용하다. 또한, 다른 공정에 의해 예를 들면, 애칭이나 또는 매끄러운
표면으로부터 다른 방식으로 물질을 제거함으로써 ; 또는, 매끄러운 표면과의 화학반응에 의해 예를 들면 갈바니 용착에 의해 ; 또는, 매끄러운 표면에 동일하거나 또는 다른 물질의 마이크로러프층을 용착시킴으로써 마이크로러프 표면을 만들 수 있다. 마이크로러프 표면은 만일 필요하다면 그 화학적 특성을 변화시키기 위해 처리될 수 있다. 예를 들며, 전착된 금속박편은 적단한 처리, 예를 들면 물에 안정한 산화물(water-stable oxide)의 코팅처리, 특별하게는 전착된 구리박판의 아연-니켈 또는 니켈처리에 의해 표면 안정화(즉, 불활성이나 또는 화학적으로 적은 반응을 나타내는)가 될 수 있다. 이러한 처리는 예를 들어 금속이 도전성 중합체의 기능저하를 촉진시킬 때 바람직할 것이다. 또한, 이러한 처리는 도전성 중합체와의 적당한 산-염기 상호반응을 제공하도록 수행될 수 있다.
전극상에 마이크로러프 표면을 사용함으로써 사용될 수 있는 도전성 중합체의 범위가 증가된다, 예를 들어, 종래의 금속박편을 사용하면 도전성 중합체는 금속박편에 대해 개선된 착력을 제공하는 극성 공중합체나 다른 중합체 성분을 포함해야 할 필요가 있으며, 이러한 성분의 존재는 바람직한 특성에 손상을 입힌다.
이러한 성분은 마이크로러프 전극을 사용할 때는 요구되지 않는다. 따라서, 본 발명은 굴곡(flexing), 상이한 팽창계수, 니켈연료와 같은 용매에 대한 노출 또는 열이나 전기쇼크의 결과로서든 전극과 도전성 중합체의 분리가 예상되는 문제 상태에서 광범위한 도전성 중합체(PTC 및 ZTC 모두)를 사용할 수 있게 해준다. 적절한 도전성 중합체는 여기서 사용되고 있는 참고자료에 기술되어 있다. 바람직한 도전성 중합체은 폴리 올레핀, 특별하게는 고밀도 폴리에틸렌에 근거를 둔 중합체와 플루오로 중합체, 특별하게는 폴리비닐리덴플로라이드에 근거를 둔 중합체를 포함한다.
개선된 착력의 장점은 박판 띠(laminate)로부터 매우 작은 부분을 펀치하는 능력과 사실상 개선된 전기적 안정성(심지어는 고전압에 노출된 경우에도)을 포함하고 있다.
본 발명은 예를 들면 100옴 이하, 특별하게는 25옴 이하, 더 특별하게는 1옴 이하의 저항을 갖는 회로보호장치를 포함해서, 상기된 특허 및 특허출원에 기술되어 있는 어떤 장치에나 사용될 수 있다. 0.2인치 이하, 예를 들면 0.15인치 이하, 그리고 심지어는 0.1인치 이하의 매우 작은, 적어도 하나의 얇은 판 모양의 디멘션을 가진 매우 작은 얇은 판 모양의 laminar)장치는 박판 띠를 펀치함으로써 제공될 수 있다. 다른 유용한 장치는 자체제어 히이터, 특별하게는 적어도 1.0 평방인치, 예를 들면 적어도 5평방인치의 총 표면적을 가진 가용성 시이크 히이터를 포함한다.
본 명은 PTC 도전성 중합체에 박혀 있는 솔리드션이나 연선과 같은 원주형 전극으로 구성된 회로보호 장치에 대해 특별히 유용하다. 상기와 같은 많은 장치에서, 종래의 선을 사용할 때 만족할만한 안정성을 가진 장치를 얻기 위해 용해되어 있는 도전성 중합체와 선이 접촉하기 전에 흑연을 함유하고 있는 조성물로 선을 코팅하는 것이 바람직하였다. 그러나, 본 발명의 마이크로러프 표면을 가진 전극을 사용함으로써 필적할만하고 또는 더 향상된 안정성을 가진 장치가 이러한 코팅을 사용하지 않고도 얻어질 수 있다.
본 발명은 다음 실시예에 의해 설명된다.
실시예 1
6200g의 고밀도 폴리에틸렌(Phillips pertroleum사의 Marlex 6003), 5310g의 카본블랙(Columbian Chemicals사의 Statex G), 7955g의 산화티탄(du Pont사의 TiPure R101), 및 205g의 산화 방지제를 배합하여 벤버리 믹서(Banbury Mixer)에서 혼합하고, 수조로 용융-사출시켜 펠릿(pellet) 형태로 자른다. 건조시킨 후, 펠릿은 8.25인치(21.0cm)폭과 0.030인치(0.076cm)두께의 시이트로서 사출되고, 상기 시이트로부터 6인치(15.3cm) 정방형의 샘플로 전달된다.
각각의 샘플을 260℃에서 2분동안 4,000lb 입력으로, 그리고 3분동안 7,000lb 압력으로 가열압착된 6×6×0.0014인치의 두 금속박편 사이에 적층된다. 상기 금속박편은 샘플에 인접한 표면에서 니켈 및 아연으로 표면안정화된 전착된 구리박편이다. 이러한 박판은 Yates Industries사의 상표면 TEX-1을 사용할 수 있다.
직경이 0.125인치(0.318cm)인 디스크형 장치는 얇은 판으로부터 펀치된다. 각각의 장치에서 각 금속박편에 A24 AWG 니켈-도금된 강철 리드를 부착한다. 그리고나서 장치를 3시간동안 110℃로 경화된 에폭시수지로 캡슐화된다.
실시예 2
8092g의 Marlex 6003, 8071g의 Statex G, 및 276g의 산화방지제를 실시예 1에서 사용된 순서에 의해 펠릿으로 바꾸고, 캡슐화된 디스크형 장치는 실시예1에서 사용된 순서에 의해 이러한 펠릿으로부터 제조된다.
실시예 3
15,701g의 폴리비닐리덴 플로라이드(Kureha사의 KF 1000), 3915g의 카본블랙(Cabot사의 vulcan XC-72), 618g의 탄산칼슘(Oyma Inc. 사의 Oyma BSH), 및 199g의 트리아릴 이소시아누레이트를 혼합해 수조로 용융사출시켜 펠릿형태로 자른다
상기 펠릿은 11인치(27.9cm)폭과 0.020인치(0.051cm)두께의 시이트로 사출되며, 1.5MeV 전자비임을 사용해 20Mard의 조사량에 쬐인다. 시이트로부터 사방 6인치(15.3cm)의 샘플을 절단한다. 중합체 시이트의 두 샘플을 수냉된 압착기에서 20,000lbs 압력으로 냉각되기 전에 200℃에서 4분동안 1,500lbs 압력을 2분동안 20,000lbs 압력을 사용해(1온스)전착된 구리박판(International Foils사)의 두 시이트(6×6인치) 사이에 적층한다. 결과적으로 생긴 시이트는 0.35인치(0.89cm) 두께가 된다. 평평한 0.005인치(0.013cm)구리선을 슬랩으로부터 절단된 1인치(2.54cm)×2인치(5.08×)샘플 위에 납땜한다. 그리고나서, 히이터를 에폭시 수지로 캡슐화된다.
7945g의 고밀도 폴리에틸렌(Phillips Petroleum사의 Marlex 6003)의, 720g의 카본블랙(Columbian Chemicals사의 Statex G), 및 263g의 산화방지제를 함께 혼합해 수조로 용융-사출시켜 펠릿형태로 절단한다. 건조시킨 후, 니켈에 의해서 300 내지 500마이크로인치(0.762-1.27mm)의 공칭 두께로 전기 도금된 두 개의 미리 예열된 22AWG 솔리드 구리선 둘레에 크로스헤드 다이를 통해 펠릿을 용융-사출시킨다. 결과적으로 생긴 스트립(약 0.58×0.25cm)에 1MeV 전자비임을 사용해 75Mrad로 약 1cm 길이로 자르고, 이로부터 회로보호장치가 제조되며, 상기 회로보호장치에서 도전성 중합체 엘리먼트는 약 0.76cm 길이이고, 전극은 약 0.25cm 정도 PTC 엘리 먼트의 한쪽으로부터 뻗어있다.

Claims (4)

  1. 23℃에서 100옴 이하의 저항을 가지며, (1) 두 개 이상의 금속박편 전극 및 (2) PTC 작용을 나타내는 도전성 중합체로 이루어진 엘리먼트를 포함하는 회로보호장치에 있어서, 상기 각각의 금속박편 전극은 마이크로러프 표면을 가지며, 상기 마이크로러프 표면은; (a) 상기 도전성 중합체와 물리적으로 직접 접촉하고 있으며, (b) 전착 공정에 의하여 형성되며, 그리고 (c) 표면으로부터 0.1 내지 100미크론만큼 돌출되어 있으며, 상기 표면과 평행으로 최대 500미크론인 적어도 하나의 디멘션을 가진 불규칙성을 포함하는 것을 특징으로 하는 회로보호장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로러프 표면은 0.1 내지 10미크론의 직경을 가진 소결절로 구성되는 것을 특징으로 하는 회로보호장치.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 각각의 전극은 전착된 니켈 박편인 것을 특징으로 하는 회로보호장치.
  4. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 각각의 전극은 그 위에 전착된 다른 금속 코팅을 가진 금속박편인 것을 특징으로 하는 회로보호장치.
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