TWI567764B - 高分子正溫度係數過電流保護裝置 - Google Patents

高分子正溫度係數過電流保護裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI567764B
TWI567764B TW101134134A TW101134134A TWI567764B TW I567764 B TWI567764 B TW I567764B TW 101134134 A TW101134134 A TW 101134134A TW 101134134 A TW101134134 A TW 101134134A TW I567764 B TWI567764 B TW I567764B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
temperature coefficient
positive temperature
polymer
powder
protection device
Prior art date
Application number
TW101134134A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201413757A (zh
Inventor
陳繼聖
江長鴻
Original Assignee
富致科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 富致科技股份有限公司 filed Critical 富致科技股份有限公司
Priority to TW101134134A priority Critical patent/TWI567764B/zh
Publication of TW201413757A publication Critical patent/TW201413757A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI567764B publication Critical patent/TWI567764B/zh

Links

Landscapes

  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

高分子正溫度係數過電流保護裝置
本發明是有關一種高分子正溫度係數過電流保護裝置，特別是提供一種包含一具有一含有碳粉及陶瓷粉體之導電填充料的正溫度係數元件之高分子正溫度係數過電流保護裝置。
傳統的高分子正溫度係數(polymer positive temperature coefficient,PPTC)過電流保護裝置一般包含一夾置於二電極之間的正溫度係數元件。該正溫度係數元件包括一高分子基質及一分散於該高分子基質中的碳黑粉體。由於碳黑粉體具有較高的電阻率，因此利用碳黑粉體作為導電填充料的傳統過電流保護裝置容易具有較低的導電性，且其應用受限於低電壓及低電流(電流密度不大於0.07 A/mm2)。
美國專利7,382,224號揭示一種包含一正溫度係數元件的高分子正溫度係數過電流保護裝置，是以一導電陶瓷粉體取代上述過電流保護裝置中的碳黑粉體，以提升高分子正溫度係數過電流保護裝置的導電性，適用於高電壓及高電流的應用。該高分子正溫度係數過電流保護裝置在室溫下的電阻率小於0.1 Ω-cm，且能在40 Vdc以內的電壓及50 A以內的電流下運作。然而，為了使該高分子正溫度係數過電流保護裝置能在高電壓及高電流的條件下操作，該正溫度係數元件的組成需要使用阻燃劑及抗電弧劑(anti-arcing agent)。
因此，本發明之目的即在提供一種可以克服上述習知技術缺點的高分子正溫度係數過電流保護裝置。
於是，本發明提供一種高分子正溫度係數過電流保護裝置，包含：第一電極層與第二電極層；及一正溫度係數元件，是設置且層壓於該第一電極層與該第二電極層之間以形成一層板，該正溫度係數元件包括一導電填充料及一高分子材料的高分子層。該導電填充料是分散於該高分子層中，且具有一碳粉及一陶瓷粉體。以該正溫度係數元件的總重為100 wt%，該正溫度係數元件包括11至14 wt%該高分子材料、2至13 wt%該碳粉及73至87 wt%該陶瓷粉體。
參閱圖1，本發明較佳具體實施例的高分子正溫度係數電路保護裝置包含：第一電極層與第二電極層3；及一正溫度係數元件2，是設置且層壓於該第一電極層與該第二電極層3之間以形成一層板，該正溫度係數元件2包括一導電填充料21及一高分子材料的高分子層22。該導電填充料21是分散於該高分子層22中，且具有一碳粉及一導電陶瓷粉體。較佳地，以該正溫度係數元件2的總重為100 wt%，該正溫度係數元件2包括11至14 wt%該高分子材料、2至13 wt%該碳粉及73至87 wt%該陶瓷粉體。更佳地，以該正溫度係數元件2的總重為100 wt%，該正溫度係數元件2包括11至14 wt%該高分子材料、4至10 wt%該碳粉及77至85 wt%該陶瓷粉體。
在本具體實施例中，該第一電極層與該第二電極層3 是以金屬箔(例如：鍍鎳的銅箔)所製成，且該正溫度係數元件2在室溫下的電阻率小於0.2 Ω-cm。
較佳地，該高分子正溫度係數過電流保護裝置在電流密度大於0.08 A/mm2之下的崩壞電壓(breakdown voltage)大於23 Vdc。該電流密度定義為施加於該高分子正溫度係數過電流保護裝置之最大可耐受工作電流(endurable working current)與該高分子正溫度係數過電流保護裝置之表面積的比值。
較佳地，該導電陶瓷粉體是選自於一導電氧化物粉體、一導電碳化物粉體、一導電氮化物粉體、一導電硼化物粉體、一導電硫化物粉體、一導電矽化物粉體或其組合。更佳地，該導電陶瓷粉體是碳化鈦粉體。
較佳地，該碳粉是具有鄰苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)吸收值與粒徑(particle size)之比值(DBP/D)為0.1至3.0的碳黑粉體。
較佳地，該高分子材料具有一接枝的聚烯烴(grafted polyolefin)及一非接枝的聚烯烴。更佳地，該接枝的聚烯烴是不飽和羧酸接枝的高密度聚乙烯，且該非接枝的聚烯烴是非接枝的高密度聚乙烯(重量平均分子量為50,000至300,000 g/mol)。
本發明將就以下實施例作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
<實施例1>E1
將8.05 g高密度聚乙烯(HDPE)(高分子1)、8.05 g不飽 和羧酸接枝的高密度聚乙烯(G-HDPE)(高分子2)、12.65 g碳黑粉體(導電填充料1)(商標名：Raven 430UB，DBP/D=0.95，體密度為0.53 g/cm3，導電率為2.86×104 m-1Ω-1，購自於Columbian化學公司)及17.5 g碳化鈦(導電填充料2)(薄片狀，密度為4.92 g/cm3，殘留氧含量為0.4%，起始氧化溫度為450℃，導電率為164×104 m-1Ω-1)置於一Brabender摻合機中摻合。摻合溫度為200℃，攪拌速率為60 rpm，摻合時間為10分鐘。將摻合所得的混合物置於一模具中，接著以一熱壓機加熱並加壓，以形成一厚度為0.35 mm的正溫度係數(PTC)元件。熱壓溫度為200℃，熱壓時間為4分鐘，熱壓壓力為80 kg/cm2。將兩片鍍鎳的銅箔附著於該正溫度係數元件的兩相反表面，接著以與上述形成該正溫度係數元件相同的條件加熱加壓，得到該正溫度係數元件與該銅箔的三明治層板。將該三明治層板裁切成每一片尺寸為7.6 mm×7.6 mm的正溫度係數小片。以150 kGy的γ射線(Co-60)照射該等正溫度係數小片，並測量其電阻。計算實施例1的該等正溫度係數小片的平均體積電阻率(V-R)及平均電阻，並將結果列於下表1。
<實施例2~11>E2~E11
除改變每一正溫度係數小片之正溫度係數元件的成分含量(如表1)外，實施例2~11的製備步驟及條件與實施例1相同。每一實施例2~11的該等正溫度係數小片的平均體積電阻率(V-R)及平均電阻之結果列於表1。
<比較例1~5>CE1~CE5
除改變每一正溫度係數小片之正溫度係數元件的成分含量(如表1)外，比較例1~5的製備步驟及條件與實施例1相同。每一比較例1~5的該等正溫度係數小片的平均體積電阻率(V-R)及平均電阻之結果列於表1。
[崩壞(Breakdown)測試]
對每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5分別取五片正溫度係數小片進行崩壞電壓測試，以測定每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5之該等正溫度係數小片被燒毀的平均崩壞電壓。此崩壞電壓測試是(在100 A的固定電流下)從8 Vdc的起始電壓，以每步4 Vdc的增加速率逐步提高施加於每一正溫度係數小片的電壓至每一正溫度係數小片的 崩壞電壓。崩壞電壓測試的結果顯示於表2。
[工作電流(Holding current)測試]
對每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5分別取十片正溫度係數小片進行工作電流測試，以測定每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5之該等正溫度係數小片維持在開啟狀態(ON state)15分鐘而不發生跳脫(tripping)的平均最大可耐受工作電流。此工作電流測試是在施加16 Vdc的固定電壓於每一正溫度係數小片下進行。工作電流測試的結果顯示於表2。
比較例1的正溫度係數小片(正溫度係數元件中不含碳化鈦)顯示出32 Vdc的崩壞電壓及0.07 A的最大可耐受工作電流。雖然比較例2的正溫度係數小片(正溫度係數元件中含72 wt%碳化鈦)顯示出60 Vdc的崩壞電壓，仍然只能獲 得0.07 A的最大可耐受工作電流。此外，雖然比較例5的正溫度係數小片(正溫度係數元件中不含碳黑粉體)顯示出0.21 A的最大可耐受工作電流，仍然只能獲得8 Vdc的崩壞電壓。
[耐久性(Endurance)測試]
對每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5分別取十片正溫度係數小片進行耐久性測試，以測定每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5的耐久性通過率(passing rate)(n/10×100%，n表示通過耐久性測試而沒有燒毀的正溫度係數小片數量)。此耐久性測試是(在16 Vdc及100 A下)接通每一正溫度係數小片60秒，接著切斷60秒，如此進行7200次循環。分別測量7200次循環前及循環後的每一正溫度係數小片的電阻(Rei及Ref)，測定每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5的平均電阻變化百分率(Ref/Rei×100%)。耐久性測試的結果顯示於表3。
[老化(Aging)測試]
對每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5分別取十片正溫度係數小片進行老化測試，以測定每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5的老化通過率(passing rate)(n/10×100%，n表示通過老化測試而沒有燒毀的正溫度係數小片數量)。此老化測試是施加16 Vdc的電壓及100 A的電流於每一正溫度係數小片168小時。分別測量施加168小時前及施加後的每一正溫度係數小片的電阻(Rai及Raf)，測定每一實施例E1~E11及比較例CE1~CE5的平均電阻變化百分率(Raf/Rai×100%)。老化測試的結果顯示於表3。
雖然比較例2(正溫度係數元件中含14 wt%碳黑及72 wt%碳化鈦)具有100%的耐久性通過率及100%的老化通過率，該等正溫度係數小片仍然只能獲得0.07 A的最大可耐受工作電流。
綜上所述，本發明高分子正溫度係數過電流保護裝置由於其正溫度係數元件2包括2至13 wt%該碳粉及73至87 wt%該導電陶瓷粉體，相較包括單獨碳黑粉體的傳統過電流保護裝置，可應用於較高的電壓及電流；相較美國專利7,382,224號揭示的傳統過電流保護裝置，能克服需要使用阻燃劑及抗電弧劑的缺點。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例與具體例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修 飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2‧‧‧正溫度係數元件
21‧‧‧導電填充料
22‧‧‧高分子層
3‧‧‧第一電極層與第二電極層
圖1是一立體組合透視圖，說明本發明高分子正溫度係數過電流保護裝置的較佳具體實施例；圖2是一該較佳具體實施例的立體分解透視圖；及圖3是一該較佳具體實施例的剖面圖。
2‧‧‧正溫度係數元件
3‧‧‧第一電極層與第二電極層

Claims (8)

  1. 一種高分子正溫度係數過電流保護裝置，包含：第一電極層與第二電極層；及一正溫度係數元件，是設置且層壓於該第一電極層與該第二電極層之間以形成一層板，該正溫度係數元件包括由一導電填充料及一高分子材料所組成的高分子層，該高分子材料具有一接枝的聚烯烴及一非接枝的聚烯烴，該導電填充料是分散於該高分子層中，且具有一碳粉及一陶瓷粉體；其中，以該正溫度係數元件的總重為100wt%，該正溫度係數元件包括11至14wt%該高分子材料、2至13wt%該碳粉及73至87wt%該陶瓷粉體。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之高分子正溫度係數過電流保護裝置，其中，該第一電極層與該第二電極層是以金屬箔所製成。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之高分子正溫度係數過電流保護裝置，其中，該正溫度係數元件在室溫下的電阻率小於0.2Ω-cm。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之高分子正溫度係數過電流保護裝置，其中，該陶瓷粉體是選自於一導電氧化物粉體、一導電碳化物粉體、一導電氮化物粉體、一導電硼化物粉體、一導電硫化物粉體、一導電矽化物粉體或其組合。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之高分子正溫度係數過電流保護裝置，其中，該陶瓷粉體是碳化鈦粉體。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之高分子正溫度係數過電流 保護裝置，其中，該接枝的聚烯烴是不飽和羧酸接枝的高密度聚乙烯。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之高分子正溫度係數過電流保護裝置，其中，該非接枝的聚烯烴是非接枝的高密度聚乙烯。
  8. 一種高分子正溫度係數過電流保護裝置，包含：第一電極層與第二電極層；及一正溫度係數元件，是設置且層壓於該第一電極層與該第二電極層之間以形成一層板，該正溫度係數元件包括由一導電填充料及一高分子材料所組成的高分子層，該高分子材料具有一接枝的聚烯烴及一非接枝的聚烯烴，該導電填充料是分散於該高分子層中，且具有一碳粉及一陶瓷粉體；其中，以該正溫度係數元件的總重為100wt%，該正溫度係數元件包括11至14wt%該高分子材料、2至13wt%該碳粉及73至87wt%該陶瓷粉體；及其中，該高分子正溫度係數過電流保護裝置在電流密度大於0.08A/mm2之下的崩壞電壓大於23Vdc。
TW101134134A 2012-09-18 2012-09-18 高分子正溫度係數過電流保護裝置 TWI567764B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101134134A TWI567764B (zh) 2012-09-18 2012-09-18 高分子正溫度係數過電流保護裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101134134A TWI567764B (zh) 2012-09-18 2012-09-18 高分子正溫度係數過電流保護裝置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201413757A TW201413757A (zh) 2014-04-01
TWI567764B true TWI567764B (zh) 2017-01-21

Family

ID=55181832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101134134A TWI567764B (zh) 2012-09-18 2012-09-18 高分子正溫度係數過電流保護裝置

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI567764B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9707738B1 (en) * 2016-01-14 2017-07-18 Chang Chun Petrochemical Co., Ltd. Copper foil and methods of use
CN107591228B (zh) * 2016-07-07 2019-02-15 富致科技股份有限公司 正温度系数过电流保护元件

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201306062A (zh) * 2011-07-21 2013-02-01 Polytronics Technology Corp 過電流保護元件

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201306062A (zh) * 2011-07-21 2013-02-01 Polytronics Technology Corp 過電流保護元件

Also Published As

Publication number Publication date
TW201413757A (zh) 2014-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3785415B2 (ja) 導電性ポリマー組成物
JP3560342B2 (ja) 導電性ポリマー組成物
JP6598231B2 (ja) 高分子系導電性複合材料及びｐｔｃ素子
US8558655B1 (en) Positive temperature coefficient polymer composition and positive temperature coefficient circuit protection device
US20120067867A1 (en) Polymer thick film encapsulant and enhanced stability ptc carbon system
TWI536398B (zh) 正溫度係數材料及使用該材料之電阻元件和led照明裝置
JP6412106B2 (ja) ポリマー厚膜正温度係数カーボン組成物
TWI567764B (zh) 高分子正溫度係數過電流保護裝置
JP2013163808A (ja) ポリマー厚膜正温度係数炭素組成物
JP2002241554A (ja) 半導電性混和物
US9455075B1 (en) Over-current protection device
CN105590710B (zh) 正温度系数过电流保护元件
US10147525B1 (en) PTC circuit protection device
CN104425088A (zh) 过电流保护装置及使用该装置的电池组件
KR100224945B1 (ko) 전도성 중합체 조성물을 포함하는 전기장치
TWI634569B (zh) 過電流保護裝置
TW201802836A (zh) 正溫度係數過電流保護元件
CN103730219A (zh) 高分子正温度系数过电流保护装置
CN103531318A (zh) 具有双ptc效应的过电流保护元件
TWI726245B (zh) 過電流保護裝置
TWI779155B (zh) 過電流保護裝置
TWI636467B (zh) 正溫度係數過電流保護元件
CN111029066B (zh) 过电流保护装置
US10325701B1 (en) Over-current protection device
US11264789B2 (en) Over-current protection device