专利名称：过电流保护组件及其导电性聚合物的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种过电流保护组件及其导电性聚合物，尤其是关于一种具有正温度系数特性的过电流保护组件及其导电性聚合物。
背景技术：
现有的正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)组件的电阻值对温度变化的反应相当敏锐。当PTC组件在正常使用状况时，其电阻可维持极低值而使电路得以正常运作。但是当发生过电流或过高温的现象而使温度上升至一临界温度时，其电阻值会瞬间弹跳至一高电阻状态(例如104Ω以上)而将过量的电流反向抵销，以达到保护电池或电路组件的目的。由于PTC组件可有效地保护电子产品，因此该PTC组件已整合于各种电路组件中，以防止过电流的损害。
一般而言，PTC组件中的导电聚合物主要是由聚合物及导电填料(conductive filler)所组成。该导电填料均匀分散于该聚合物之中。该聚合物可选用聚乙烯(polyethylene；PE)，而导电填料则可选用碳黑(carbon black)、金属颗粒或无氧陶瓷粉末，例如碳化钛或碳化钨等。
在实际应用上，过电流保护组件常需面对更严苛的环境，例如位于汽车引擎盖下方的机电组件，该处的组件设计需考虑因引擎的不断运转加上汽车外部的气候使得组件可能长时间曝露于潮湿且高温下的情况。因此，为对抗环境的侵害，过电流保护组件常必须更进一步地提高抗湿度与抗温度变化的能力。
一般而言，低密度聚乙烯具有亲水的特性，在长时间使用下会使得电阻逐渐升高，而限制其于电路组件中的应用。目前的解决方法的是采用高密度聚乙烯(High Density Polyethylene；HDPE)作为聚合物基材，但是当有些应用必须使用低密度聚乙烯时，或有更高功能需求时，HDPE就有不适用的缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种导电性聚合物及由其组成的过电流保护组件，用以提高其抗湿度及耐温的能力。
为了达到上述目的，本发明揭示一具有正温度系数特性的导电性聚合物，其包含非氟化的聚烯类聚合物基材、导电填料及氟聚合物(fluorine polymer)，其中该氟聚合物的重量百分比介于1至40％之间，较佳的重量百分比介于1至30％之间，最佳的重量百分比介于1至20％之间。该导电填料可选用碳黑，该聚烯类聚合物基材可为聚乙烯，该氟聚合物可选用聚(1，1-二氟乙烯)(Poly Vinylidene Fluoride；PVDF)。
若将上述的导电聚合物组成一正温度系数材料层，且将该正温度系数材料层叠设于一第一电极层及一第二电极层之间，即形成本发明的过电流保护组件。其体积电阻率(·)介于0.05至100Ω·cm之间，较佳值是介于0.1至50Ω·cm之间，最佳值是介于0.2至20Ω·cm之间。
氟聚合物因其氟原子可于外围形成庞大的电子云，而可抵挡水份的侵入，即具有非亲水性，故可提供抗老化(aging)的功能。
实际应用上，上述的氟聚合物并不限于使用聚(1，1-二氟乙烯)，其它具类似特性的氟聚合物亦可加以应用。
图1是本发明的过电流保护组件的示意图；图2显示本发明的一实施例的过电流保护组件的电阻值及老化实验时间的关系；图3显示本发明的一实施例的过电流保护组件的电阻值变化倍率及老化实验时间的关系；图4显示本发明的另一实施例的过电流保护组件的电阻值及老化实验时间的关系；图5显示本发明的另一实施例的过电流保护组件的电阻值变化倍率及老化实验时间的关系。
具体实施例方式
以下将就添加不同比例的PVDF为例，藉以说明本发明的导电性聚合物及由其组成的过电流保护组件的抗老化特性。表一显示各实验组的配方成份，其中作为导电填料的碳黑是选用哥伦比亚化学公司(Columbian Chemical Company)所生产的型号RAVEN 430 ULTRA产品，作为聚烯类聚合物基材的聚乙烯选用ATOFINA化学公司(ATOFINA Chemicals，Inc)所生产的型号PF1140产品，PVDF则选自ATOFINA化学公司的型号KYNAR741产品。
表1
上述的各实验组以所示的比例加入HAAKE公司生产的双螺杆混练机中进行混练。混练的温度设定为215℃，预混的时间为1.5分钟，而混练的时间则为15分钟。
经混练完成的导电性聚合物以热压机在210℃以150kg/cm2的压力压成约0.24至0.3毫米(mm)的薄片。之后再将该薄片切成约20公分×20公分的正方形，并由热压机以210℃的温度及150kg/cm2的压力将两镀镍铜箔贴合至该薄片的两面，最后以冲床冲压出如图1所示的PTC组件10。该PTC组件10的面积为5mm×12mm，且包含由该导电性聚合物所组成的正温度系数材料层11及由该镀镍铜箔所组成的一第一电极层12及一第二电极层13。
该第一和第二电极层12、13的材质亦可选自镍、铜或其合金。
该PTC组件10依不同的配方各取15个作为样本进行温度为85℃且相对湿度(Relative Humidity；RH)为85％的材料老化实验(agingtest)，其结果如表二及表三所示。表二显示电阻值的变化，表三则表示电阻值变化的倍率。该材料老化实验是将该PTC组件10置于恒温恒湿的老化试验机中进行。
表2
表3
此外，本发明还将表二及表三的实验结果制成如图2及图3的柱状图，由此可以清楚看出未添加PVDF的导电性聚合物的PTC组件的电阻值及电阻值变化倍率均成指数型上升。即老化实验的持续时间越久，其上升速率越快。
参照图3，以经过老化实验25天为例，未添加PVDF的实验组A的电阻值约为实验前的12倍。添加重量百分比4.4％的PVDF的实验组B的电阻值约为实验前的5.6倍，而添加重量百分比8.8％的PVDF的实验组C的电阻值约为实验前的4.8倍。一般而言，添加PVDF后的实验组经上述条件的老化实验25天后，其电阻值均小于实验前的8倍。显然添加适当比例的PVDF的PTC组件，可大幅减低其电阻在高温高湿环境中上升的速率。
该PVDF的重量百分比以小于20％为佳，若比例太高，将影响导电性聚合物的特性，且所增加的抗老化效果有限。作为导电填料的碳黑的重量百分比一般介于35-60％，而作为聚烯类聚合物基材的聚乙烯的重量百分比则以介于20-50％为佳。
以下的图表是用于说明另一抗老化实验的实验结果。该抗老化实验的导电性聚合物的制作方式相同于上述的实施例，抗老化实验的实施方式亦相同于前述实施例，但天数改为3及7天。如表四所示，本实施例的PVDF的比例范围为0-20％，希望藉此可更加明显看出不同添加比例的效应。表五显示实验后的电阻值变化，其中数值亦绘制如图4所示。表六显示实验后的电阻值倍率变化，其相关图式如图5所示。
表4
表5
表6
由图5可知，即使仅添加1％的PVDF，亦可将该聚烯类聚合物实验后的电阻值大度幅降低，且添加20％的PVDF可得到较佳的效果。
以上实施例仅为说明本发明的原理及功能，并非限制本发明。因此熟悉本技术的人员对上述实施例所做的不违背本发明精神的修改及变化，仍为本发明所涵盖。本发明的权利范围应如本专利申请权利要求所列。
权利要求
1.一种导电性聚合物，其具有正温度系数特性，其特征在于包含非氟化的聚烯类聚合物基材；导电填料；氟聚合物；其中所述氟聚合物的重量百分比在1至40％之间。
2.根据权利要求1所述的导电性聚合物，其特征在于所述氟聚合物为聚(1，1-二氟乙烯)。
3.根据权利要求1所述的导电性聚合物，其特征在于所述非氟化的聚烯类聚合物基材为聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的导电性聚合物，其特征在于所述非氟化的聚烯类聚合物基材的重量百分比是20-50％。
5.根据权利要求1所述的导电性聚合物，其特征在于所述导电填料为碳黑。
6.根据权利要求1所述的导电性聚合物，其特征在于所述导电填料的重量百分比是35-60％。
7.过电流保护组件，其特征在于包含第一电极层；第二电极层；正温度系数材料层，其叠置在所述第一和第二电极层之间，且其包含权利要求1的导电性聚合物。
8.根据权利要求7所述的过电流保护组件，其特征在于所述第一和第二电极层的材质选自镍、铜、镍铜合金及镀镍铜箔。
9.根据权利要求7所述的过电流保护组件，其特征在于其在温度为85℃及相对湿度为85％的环境中经过25日后的电阻值小于原电阻值的8倍。
10.根据权利要求7所述的过电流保护组件，其特征在于其体积电阻率在0.2至20Ω·cm之间。
全文摘要
本发明揭示了一种具有正温度系数特性的过电流保护组件及导电性聚合物，具有较佳的抗环境侵害能力。该导电性聚合物包含聚烯类聚合物基材、导电填料及氟聚合物(例如聚(1，1－二氟乙烯))，其中该氟聚合物的重量百分比介于1至20％之间。若将上述的导电性聚合物组成一正温度系数材料层，且将该正温度系数材料层叠设于一第一电极层及一第二电极层之间，即形成本发明的过电流保护组件。
文档编号H01C7/13GK1770331SQ20041008837
公开日2006年5月10日 申请日期2004年11月3日 优先权日2004年11月3日
发明者王绍裘, 杨恩典 申请人:聚鼎科技股份有限公司