专利名称：包含ptc导电液晶聚合物组合物的电路保护器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路保护器件领域，尤其涉其包含由PTC导电聚合物组合物组成的PTC元件的电路保护器件。本发明还涉及导电PTC聚合物组合物领域，PTC聚合物组合物的特点是在稳态条件下具有较低的电阻而容易使电流通过，但当处于过流条件下时，它呈现了公知的PTC特性(正温度电阻系数)，即由于PTC聚合物的自加热而使它超过开关温度时，它迅速地转换到较高的电阻态以使流过的电流限制在安全值。此外，在过流条件消除后，PTC聚合物组合物冷却，自动回复到低电阻态以恢复导通电流。本发明可用作过流保护自恢复熔丝或限流器。
具有正温度电阻系数(PTC)特性的导电聚合物组合物以及包含PTC导电聚合物组合物的电气器件已得到广泛应用。PTC导电聚合物组合物常包括导电粒子，如炭黑、石黑或金属粒子，这些粒子分散在聚合物基体中，如结晶性或非结晶性热塑性聚合物，弹性体聚合物或热固性聚合物基体。导电聚合物组合物的PTC特点是当它的温度超过一个特定值即已知为异常或开关温度Ts时，该材料的电阻率急剧升高。在正常温度下，聚合物基体中的导电粒子形成通路，从而构成了具有高电导率的聚合物组合物。当温度在开关温度Ts以下时，PTC导电聚合物典型的初始电阻率是大约25到100000欧姆-厘米(Ω-cm)，上限是由在温度高于Ts时PTC材料应是绝缘体的要求决定的，而下限是由在温度低于Ts时PTC材料应是导体的要求决定的。具有PTC特性的材料具有许多用途，包括在电路保护器件中的应用，这种情形中可以由作为电路一部分的PTC元件的温度来控制流过电路电流的大小。
包含PTC导电聚合物的极为有用的器件是电路保护器件。这样的电路保护器件通常包括一个PTC元件，它由两个埋在PTC导电聚合物中的电极组成。电路保护器件接到电路中后，在电路的正常工作条件下，它呈现较低的电阻，但是若出现诸如过流或温度过高等故障条件，它马上断开，也就是说，转换为高阻态。当电路保护器件中出现过电流，该流过PTC元件的电流将导致PTC元件自加热到转换温度或开关温度Ts，这时它的电阻迅速上升，从而转换为高阻态。开关温度Ts与导电聚合物的玻璃化转变温度Tg或结晶熔化温度Tm有关。
当温度上升到通过聚合物玻璃化转变温度(Tg)时，电阻的增大伴随着PTC元件沿着膨胀轴膨胀。当温度上升到超过Ts时，PTC元件的电阻继续增大，直到它达到峰值电阻温度下的最大电阻，接着电阻便更迅速或较慢地下降。过电流消除后，PTC元件因热循环而自冷却，从而回复到低电阻态，这时导电粒子重组形成导电通路并恢复电流导通。
在美国专利号4545926(Fouts，Jr，等)，4647894(Ratell)，4685025(carlomagno)，4724417(Au，等)，4774024(Deep，等)，4775778(Vankonynenburg，等)，4857880(Au，等)，4910389(Sherman，等)，5049850(Evans)，和5195013(Jocobs，等)中描述了有代表性的电路保护器件以及器件中所用的PTC导电聚合物组合物。
在许多电气器件中，特别是在电路保护器件中，常对PTC导电聚合物组合物实施交联，例如一般优选通过辐射，或者通过化学方法进行交联，以提高具有PTC特性的组合物的物理和/或电气性能。交联可用来保证在组合物的温度超过它的开关温度时其电阻率保持在较高水平。通过PTC导电聚合物的交联，可以获得所需要的电阻/温度特性。PTC聚合物的交联除提高电气性能外通常还提高了电阻率。关于PTC导电聚合物交联的详细描述可以参考美国专利4724417(Au，等)，4775778(Vankonynenburg，等)，和5195013(Jacobs，等)。
据美国专利4775778(Van konynenburg，等)介绍，在从玻璃化转变温度(软化)到结晶熔点之间这样一个窄的温度范围内具有电阻迅速增大特征的非结晶性聚合物和结晶性聚合物(由于聚合物的结晶度它已经明显地表现出PTC特性)，例如其中分散有炭黑颗粒的热塑性，弹性或热固性聚合物，可以通过辐射或化学方法进行交联以产生PTC特性或改进已有的PTC特性，以及改进PTC聚合物的结构性能。
在美国专利号4724417(Au，等)中，电路保护器件由包含聚合物组分和粒状导电填充物的PTC导电聚合物做成，它分两步交联并在这两步之间加热到高于聚合物的玻璃化转变温度(软化温度)并且最好是高于结晶熔化温度，以改善PTC导电聚合物的电气性能，特别是经受大约600伏高压电流的能力。
据美国专利5195013(Jacobs等)介绍，在至少50兆拉德(Mrads)，优选120至600Mrads的辐射剂量下，对PTC导电聚合物如其中分散有炭黑的结晶性热塑性聚合物进行辐射交联，可改善PTC聚合物对从低电阻态到高电阻态(由电阻加热升温所致)再回复到低电阻态的多次热循环的承受力。
因此希望提供包含PTC导电聚合物组合物的电路保护器件，其中的PTC导电聚合物组合物是高结晶性和高度有序的可被交联的聚合物组分中分散了导电粒子，并具有优异的PTC特性。
真正需要的是PTC导电聚合物组合物和包含以液晶聚合物为基础的PTC导电聚合物组合物的电路保护器件。
现在我们已发现基于液晶聚合物或交联液晶聚合物的PTC导电聚合物具有有用的PTC特性，并可应用于电气器件中，例如电路保护器件中，以改善器件中PTC元件的电气和物理性能。
本发明的一个目的是提供包含基于本征高结晶性液晶聚合物的PTC元件的电气器件，例如电路保护器件。
本发明的一个目的是提供基于本征高结晶性液晶聚合物的PTC导电聚合物组合物。
本发明的一个特点是提供一种在关断时更具可控性开关性能的PTC导电聚合物。
本发明的一个特点是提供一种对交联时的辐射破坏更具承受力的PTC导电聚合物。
一方面，本发明涉及PTC导电聚合物组合物，该组合物包括分散于聚合物基体(2)中的导电性填充粒子(1)，这里聚合物基体包括液晶聚合物，它最好经过辐射交联，以提供一种与该技术的现有状况相比具有许多技术优点的PTC组合物。在这些PTC导电聚合物组合物中，液晶聚合物的聚合物基体可以包括一种或多种液晶聚合物。液晶聚合物最好是可熔化加工的热致液晶聚合物。这些液晶聚合物的特点是在介晶态下具有高的结晶度，从而在其内部分散了导电性填充粒子时呈现出固有的高度PTC特性。优选地，液晶聚合物包括芳族聚酯如某种芳族共聚多酯，如聚(对羟基苯甲酸酯-共聚-2，6-羟基萘甲酸酯)，这种共聚多酯可以羟基苯甲酸和羟基萘甲酸的缩合(酯交换)产物形成，或者某种芳族聚酯酰胺如芳族共聚多酯酰胺，如聚(2，6-羟基萘甲酸酯-苯氧基氨基对苯二甲酸酯)，它可以为羟基萘甲酸、对苯二甲酸，和4′-羟基-N-乙酰替苯胺的缩合(酯交换)产物形成。还可使用下文所述的其他液晶聚合物。另外，在该PTC导电聚合物组合物中，掺入聚合物基体中的导电性填充粒子可以包括炭黑、石墨、金属粉末、金属盐和导电性金属氧化物。这种PTC导电聚合物组合物还可包括非导电性填充物如阻燃剂、消弧剂、辐射交联剂、增塑剂、抗氧剂、和其他助剂。这些PTC导电聚合物组合物还可通过辐射交联以改善电气性能。
另一方面，本发明涉及电气器件，特别是电路保护器件，它通常包括两个与PTC元件接触并电连接的电极，该PTC元件包括液晶聚合物，最好是交联的，在聚合物中分散有颗粒状导电填充物，并且最好有足够的交联以获得所需要的PTC特性。该器件可与带负载和电源的电路进行电连接以在正常条件下能让电流通过PTC元件。但是当有过电流通过PTC元件时，该电流使PTC元件自加热到开关温度Ts，并沿着膨胀轴膨胀，这样PTC元件的电阻就迅速增大，从而将流过PTC元件的电流限制在一个安全值。一旦故障电流被清除，PTC元件将自冷却并自动回复到低电阻态。
附图中示出了几个本发明的优选实施例。这里应该理解的是本发明并不限于以实例方式所披露的方案，它能在所附权利要求书的实质和范围内变化。在附图中，
图1是本发明电路保护器的正视横截面图，其中基于液晶聚合物并有导电粒子分散于其中的PTC元件中埋有两个可与电路连接的平行电极；图2是沿着图1的2-2线的侧视横截面图；图3是沿着图1的3-3线的俯视横截面图；以及图4是本发明的电路，它包括一个与负载和电源串接的如图1所示的电路保护器件。
本发明的新的PTC液晶聚合组合物具有PTC特性。通常，这些组合物的PTC特性的特点是当用作承载正常电流的电路部件时具有相对的导电性，但当这些组合物的温度由于故障电流产生的电阻加热(I2R)而升高到超过开关温度或开关温度范围Ts时，它的电阻率急剧升高并可逆地转换为相对的不导电性。本发明的PTC液晶聚合物组合物作为一种PTC元件在电路保护器件中特别有用。
本发明的液晶聚合物组合物包括(a)基于一种或多种液晶聚合物的聚合物组分和(b)颗粒状导电填充物组分，该导电填充物组分分散到或合并入聚合物组分中以在聚合物中形成用于在正常温度和电流条件下导电的导电通路。
适于本发明使用的液晶聚合物包括可熔化加工的热致(热激活中间相)液晶聚合物，和溶致(溶剂激活中间相)液晶聚合物，尽管最好是用热致液晶聚合物。这种热致液晶聚合物的特点是在一定温度范围内出现的介晶态时有异常高的结晶度和长程有序性，这就使得聚合物中分散了颗粒状导电填充物后具有高度的PTC特性。热致液晶聚合物有独一无二的综合性能优良的机械性能，与其它高加工性能的工程塑料相比熔融粘度很低，优良的电气性能，良好的耐溶剂性，高的连续使用温度，优良的尺寸稳定性(很低的成型收缩和低的热膨胀系数)，高的阻燃性，低的气体和液体渗透性，和低的吸湿性。
适于用作PTC聚合物组合物中聚合物组分的液晶聚合物可包括一系列化合物的液晶聚合物(1)芳族聚酯，(2)芳族共聚多酯，(3)芳族共聚多酯酰胺，(4)芳族聚酰胺，和(5)芳族聚甲亚胺和它们的掺混物。适宜的芳族聚酯液晶聚合物的示例包括(不局限于)聚(对苯撑对苯二甲酸酯)，聚(对羟基苯甲酸酯)及其类似物。适宜的芳族共聚多酯液晶聚合物的示例包括(不局限于)聚(对羟基苯甲酸酯-共聚-2，6-羟基萘甲酸酯)，聚(十亚甲基对苯二甲酰二-对羟基苯甲酸酯)，聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共聚-氧基苯甲酸酯)，及其类似物。适宜的芳族共聚多酯酰胺液晶聚合物的示例包括(不局限于)聚(2，6-羟基-萘甲酸酯-苯氧氨基对苯二甲酸酯)，及其类似物。适宜的芳族聚酰胺液晶聚合物的示例包括(不局限于)聚(对苯撑对苯二甲酰胺)，Kevlar，聚(对苯甲酰胺)，聚(2-氯-1，4-苯撑对苯二甲酰胺)，聚(P，P′-联苯基酰胺)，聚(2，6-萘甲酰胺)，及其类似物。适宜的芳族聚甲亚胺液晶聚合物的示例包括(不局限于)聚(硝基-2-甲基-1，4-苯撑次氮基次乙基-1，4-苯撑次乙基)，聚(次氮基-2-甲基-1，4-苯撑次氮基次甲基-1，4-苯撑次甲基)，聚(次氮基(nitrolo)-2-氯-1，4-苯撑次氮基次甲基-1，4-苯撑次甲基)，及其类似物。这些液晶聚合物既可按惯用工艺制备也可从生产厂家购得。
适于本发明使用的包含聚(对羟基苯甲酸酯-共聚-2，6-羟基萘甲酸酯)的一种优选的芳族共聚多酯的一个例子是由Hoechst-CelaneseCorporation以商品名Vectra A950销售。这种芳族共聚多酯是由大约70％(摩尔)羟基苯甲酸(HBA)和大约30％(摩尔)2，6-羟基萘甲酸(HNA)的酯化反应产物组成的，其聚合反应可用式(1)所示的化学反应表示 适于本发明使用的、包含聚(2，6-羟基萘甲酸酯-苯氧基氨基对苯二甲酸酯)的一种优选的芳族共聚多酯酰胺的一个例子是由Hoechst-Celanese Corporation以商品名Vectra B950销售的产品。这种芳族共聚多酯酰胺是由大约58％(摩尔)2，6-羟基萘甲酸(HNA)、大约21％(摩尔)对苯二甲酸(TPA)，和大约21％(摩尔)4′-羟基N-乙酰苯胺的酯化反应产物组成的，其聚合反应可用式(2)所示的化学反应表示 适于本发明使用的粒状导电填充的包括，例如，导电炭黑，石墨，碳纤维，金属粉末如镍、钨、铁、铜等，或合金粉末如镍铬合金、黄铜，导电性金属盐，和导电性金属氧化物，优选炭黑、石墨和碳纤维。将导电填充物粒子分布于或分散于液晶聚合物基体中，以在聚合物中形成在正常温度条件下的导电性通路。在聚合物基体中分散的导电粒子量优选为PTC聚合物总重量的5％到80％(重量)，更优选为10％到60％(重量)，和更优选为大约30％到55％(重量)。导电性粒子的颗粒大小优选为从大约0.01到200微米，更优选为从大约0.02到25微米。粒子可以是任意形状，如片状、棒状、球状等，优选球状粒子。与聚合物基体混合的导电粒子的量取决于所需要的PTC导电聚合物组合物的电阻率大小。一般地，聚合物基体中导电粒子的量越大，对于特定聚合物材料所产生的电阻就越低。碳纤维填充的液晶聚合物由Hoechst-Celanese以商品名Vectra A230(掺混70％的Vectra A950和30％的碳纤维)和Vectra B230(掺混70％的Vectra B950和30％的碳纤维)销售。
这种组合物还可含有非导电性填充物，包括消弧剂如三水合氧化铝，辐射交联剂，抗氧剂，阻燃剂，无机填料如二氧化硅，增塑剂，和其他助剂。
本发明的PTC液晶聚合物组合物最好通过交联固化以赋予组合物以所需要的电阻-温度特性。PTC液晶聚合物组合物最好通过辐射来交联，虽然也可以采用化学交联法(即使用过氧化物)。用于辐射的辐射源可以是钴(60Co)源。辐射固化包括将已成塑的PTC液晶组合物用辐射源照射，而且可以包括对PTC元件实施多通道照射。优选地，辐射剂量为大约15到800Mrads，优选为大约20到500Mrads，更优选为100到300Mrads，最优选为大约150到250Mrads。PTC元件的所有有效部分最好都获得指定范围内的照射剂量。辐射暴露时间可以为30分钟到30天，一般为3天到15天，但最好是1天到3天或更短。应该清楚，一个专业人员可以使用任意的适宜辐射剂量和暴露时间以获得所需要的PTC特性。所形成的交联应该在PTC组合物已设定的工作温度范围内保持稳定并使液晶聚合物具有所需要的PTC特性。适宜的共价键交联结构可以包括一种或多种连接结构C-C-、-C-N-、-C-O-、-C-S-C-、C-SO2-、-Si-、-C-CO-、-C-CO-O-、-CONR2-和-COS-。也可以使用离子型交联。导电粒子也可能通过辐射作用与液晶聚合物链形成化学连接，即接枝，从而强化并稳定PTC效应。交联密度应能达到所要求的电阻/温度特性而又不导致PTC组合物的物理性能的损害。
本发明的PTC液晶聚合物组合物可用常规的塑料加工技术来制作，如将聚合物液晶组分与粒状导电填充物组分和可能的话还有其他助剂进行熔融掺混，然后模塑，例如对未交联的聚合物进行注射或吹塑成型，或挤出成型，然后使聚合物交联成为模塑和PTC块。
尽管在理论上还不完全清楚，但一般认为液晶聚合物是用于PTC聚合物的理想聚合物，其原因是这种聚合物具有下列基本特性1.在液晶相中保持长程取向有序。这使这些材料象晶态固体一样呈各向异性。形成各向异性熔融相的聚合物具有这样的性能，即当它处于熔融态时聚合物链互相平行地定向有序排列。这种性能对于改善导电粒子的成行排列，即导电通路，进而提高电气性能是理想的。
2.热致液晶聚合物的低熔融粘度是将聚合物与更高含量的导电填充物混合以使PTC聚合物具有更低的电阻率的理想特性。
3.液晶聚合物更高的熔化/转变温度对于高电流条件下的温度稳定性和高能量吸收容量是理想的。
而且，还认为包含(a)液晶聚合物和在聚合物中均匀分散的(b)导电粒子的PTC导电聚合物的交联，使聚合物自由基和导电粒子如炭黑的化学官能基团之间形成附加的共价键。这种交联有助于改善PTC强度和电气再现性，特别是热循环稳定性。交联还可改善聚合物的热氧化稳定性，这是因为聚合物自由基团例如炭黑形成键接，而未形成这种键接的自由基是对氧敏感的化学点。交联还有助于降低熔融温度时的聚合物粘度。
此外，在导电粒子和交联网络之间形成的较强连接有助于减少在包括熔融区的高温下导电粒子的自由运动。这种交联网络的限制作用联同聚合物的长程结晶序列不但可以使导电粒子在聚合物移动和热膨胀时能重新分布，而且有助于材料冷却时使粒子回复到它们原先的位置以重新产生与其原有电阻率接近的导电通路。最后，液晶聚合物的交联有助于减少在熔融区的任何NTC效应。
与市售交联PTC聚烯烃导电聚合物，如聚乙烯和聚丙烯等相比，交联的PTC液晶导电聚合物组合物的性能改进表现为.更高的热稳定性；.更高的氧化稳定性；.更高的机械和抗张强度；.更高的回弹性和冲击强度；.更高的辐射稳定性(将辐射加工时的不良降解副反应减到最小)；.更长的使用寿命(即，更多的PTC热跳闸循环次数和重现性)；.更高的电流率；.更高的导电粒子堆积密度；和.更好的有序性(即，具有更有序的PTC响应和更具有可控性的导电粒子通路从更有序的结晶聚合物主链的可逆分离。
现在参阅附图，图1、2和3分别表示本发明的电路保护器件的正视图、侧视图和俯视图，该保护器件包含基于其中分散有导电粒子的交联液晶聚合物的PTC元件。如图1、2和3所示，电路保护器件(1)包含由具有PTC特性的交联液晶导电聚合物组合物(3)组成的PTC元件(2)。该器件使用的PTC导电聚合物(3)包含(a)含有液晶聚合物的聚合物基体组分(3.1)，和分散于该聚合物组分中的(b)粒状导电填充物(3.2)。
电路保护器件(1)还包括二个纵向延伸、最好是相互平行的有一定间距的电极(4)和(5)，每个电极的一端(6)与PTC元件之间呈电连接，最好是直接的物理接触，如埋置于PTC导电聚合物中，且每个电极的另一端(7)可与带电源的电路电连接，使得电流(I)通过PTC元件(2)。电极一般是用金属做的，通常制成线状或编带状，并且最好基本相同。电极的首端(6)可以是任意适宜的构造，如平面状电极，这种电极仅在一个表面与PTC元件连接，或圆柱状电极，这种电极既可以被PTC元件包绕也可以包绕PTC元件。应当理解，一个专业人员可以任意适宜的构造制作PTC元件和电极部件。
器件(1)还可以包含一个PTC元件的外壳(8)，它有二个出口(9)和(10)，二个电极的第二端(7)分别经这二个出口伸出壳外。外壳可用电绝缘和绝热材料制造。自加热到高于它的开关温度Ts时，PTC元件的膨胀轴方向如线(11)所示。制造这样的电路保护器件(1)可以通过将熔化的未交联PTC导电聚合物组合物(3)在电极(4)和(5)的一端挤压成型或压制成型，并在它与电极接触的同时用辐射使PTC组合物交联。
再参照附图，图4表示本发明的电路(12)，该电路包含一电源(13)，一个负载(14)，和一个电路保护器(1)，该电路保护器件包含由二个电极(4)和(5)所构成的PTC元件(2)，这二个电极的第一端(6)与基于液晶聚合物和分散在其中的导电粒子的PTC导电聚合物(3)之间连接，而第二端(7)与电路电连接。PTC元件一般与电源和负载串接。电源可以是低电压(600伏交流电或更低)或高电压(600伏交流电或更高)的电源，这取决于PTC导电聚合物组合物的温度-电阻特性。本发明优选的保护器件的额定破坏电压为100到500伏交流电并具有至少100次热循环的寿命，优选为至少500次热循环。
如前所述，本发明的PTC组合物一般具有特殊的PTC特性，即当温度升高超过一个特定临界温度时，它们的电阻率会突变。这种电阻率的快速和很大的变化使该组合物在电流限制器件中十分有用。在正常工作温度下，该器件中PTC元件液晶聚合物中的导电粒子形成导电连接或通路。
在故障条件下，当这种器件的温度升高超过开关温度Ts时，组合物的电阻率迅速增大并减小通过该器件的电流。随着PTC元件的温度升高到接近并达到聚合物的熔点，聚合物体积迅速增大，减小了导电粒子与聚合物的体积比率。由聚合物膨胀引起的体积变化打断或断开了许多导电通路，使器件中的电阻成几倍增大，从而将电流急剧减小到安全值。过电流产生的电阻加热效应或环境温度的升温都可使器件的温度升至开关温度以上。故障解除且器件冷却后，由于PTC导电聚合物再一次形成导电连接，器件自动恢复到低电阻状态。
在大约20℃或室温下PTC器件的典型电阻率小于大约10hm-cm。PTC器件的典型工作温度范围是大约-40℃到120℃之间。典型的转变温度高于大约150℃且响应时间一般小于大约100毫秒。PTC器件的连续电流最好额定为大于约100安培且额定工作电压最好高于约500伏交流电。PTC器件的最大故障电流优选为大约600KA。
本发明的PTC电流限制器可用于保护电机，电磁线圈，电话线和电池组。这些保护器件可以象保险丝或断路器一样使用，但其优点是在经历一次故障条件后不需要更换或人工重新设置，因为它们可自动重置。另外，PTC器件可与断路器和接触器连接使用，如串联，以强化电路保护。
现在通过以下实施例来阐明本发明，这些实施例仅做为举例说明而不限制本发明的范围。
实施例1将一个厚度为八分之一英寸的碳纤维填充的液晶聚合物(由Hoechst-Celanese Corporation以商品名Vectra A230销售，系大约70％的Vectra A950(聚(对羟基-苯甲酸酯-共聚-2，6-羟基萘甲酸酯)和大约30％的碳纤维的共混物)，用60Co辐射源在150Mrads的辐射剂量下照射大约7天。然后在大约室温和180℃之间的热循环中测定交联液晶聚合物的电阻对温度的PTC响应。交联的碳纤维填充聚(对羟基苯甲酸酯-共聚-2，6-羟基萘甲酸酯)液晶聚合物在每次热循环中均显示PTC效应而电阻无显著改变。然后，用60Co辐射源于265Mrads的辐射剂量下，将液晶聚合物再照射7天。再次测定交联聚合物的PTC特性。再次照射并不显著增加PTC效应的大小。
业已发现辐射增加了聚合物的电阻率并改变了电阻-温度特性。辐射还增加了热循环时聚合物的电气稳定性，从而使聚合物可经受反复断路。
本发明说明书将上述所有美国专利和出版物及其全部内容在此处引作参考文献。
本发明已按前述实施方案和实施例作了公开，其它实施方案对于专业人员来说是显而易见的。本发明并不限于具体说明的实施方案和实施例，因此应该根据所附的权利要求而不是前述的论述来评价本发明的实质和范围，并规定了本发明的专有权利。
权利要求
1.一种电路保护器件(1)，它包括(a)一个由具有PTC特性的交联导电聚合物组合物(3)组成的PTC元件，其中交联导电聚合物包括液晶聚合物的聚合物组分(3.1)，和分散于聚合物组分中的粒状导电填充物(3.2)；(b)二个细长的电极(4，5)，它们的第一端(6)与PTC元件电连接，而第二端(7)可与电源进行电连接，以使电流通过PTC元件。
2.权利要求1的保护器件(1)，其中两个电极(4，5)中每个的第一端(6)与PTC元件(2)为物理接触。
3.权利要求1的保护器件(1)，其中电极(4，5)是分开安装而且在纵向延伸方向互相平行，并且是其第一端(6)埋入PTC元件(2)中。
4.权利要求1的保护器件(1)，其中电极(4，5)是单片固体金属。
5.权利要求1的保护器件(1)，其中液晶聚合物(3.1)包含热致液晶聚合物。
6.权利要求1的保护器件(1)，其中液晶聚合物(3.1)选自芳族聚酯，芳族共聚多酯，芳族共聚多酯酰胺，芳族聚酰胺，和芳族聚甲亚胺，及其它们的混合物。
7.权利要求6的保护器件(1)，其中液晶聚合物(3.1)包含选自聚(对苯撑对苯二甲酸酯)，聚(对羟基苯甲酸酯)和它们的混和物的芳族聚酯。
8.权利要求6的保护器件(1)，其中液晶聚合物(3.1)包含选自聚(对羟基苯甲酸酯-共聚-2，6-羟基萘甲酸酯)，聚(十亚甲基对苯二甲酰二-对-羟基苯甲酸酯)，聚(对苯二甲酸乙二醇酯-共聚-氧基苯甲酸酯)和它们的混合物的芳族共聚多酯。
9.权利要求6的保护器件(1)，其中液晶聚合物(3.1)包括含聚(2，6-羟基-萘甲酸酯-苯氧基氨基对苯二甲酸酯)的一种芳族共聚多酯酰胺。
10.权利要求6的保护器件(1)，其中液晶聚合物(3.1)包含选自聚(对苯撑对苯二甲酰胺)、Kevlar，聚(对苯甲酰胺)，聚(2-氯-1，4-苯撑对苯二甲酰胺)，聚(P，P′-联苯基酰胺)，聚(2，6-萘甲酰胺)和它们的掺混物。
11.权利要求6的保护器件(1)，其中液晶聚合物(3.1)包含选自聚(硝基-2-甲基-1，4-苯撑次氮基次乙基-1，4-苯撑次乙基)，聚(次氮基-2-甲基-1，4-苯撑次氮基次甲基-1，4-苯撑次甲基)聚(次氮基-2-甲基-1，4-苯撑次氮基次甲基-1，4-苯撑次甲基)，聚(次氮基(nitrolo)-2-氯-1，4-苯撑次氮基次甲基-1，4-苯撑次甲基)和它们的掺混物的芳族聚甲亚胺。
12.权利要求1的保护器件(1)，其中粒状导电填充物(3.2)选自导电性炭黑，石墨，碳纤维，金属，合金，金属盐，和金属氧化物。
13.权利要求1的保护器件(1)，其中粒状导电填充物(3.2)包括炭黑。
14.权利要求1的保护器件(1)，它还包括(c)环绕PTC元件(2)和电极(4，5)的刚性外壳(8)，该外壳与PTC元件分离安装并具有二个出口(9，10)，二个电极分别经二个出口3引出壳外。
15.权利要求1的保护器件(1)，其中PTC元件(2)在室温下的电阻率小于1ohm-cm。
16.权利要求1的保护器件(1)，其中PTC元件(2)用辐射方法交联。
17.权利要求11的保护器件(1)，其中PTC元件(2)在大约15到800Mrads的辐射剂量下交联。
18.权利要求1的保护器件(1)，其中粒状导电填充物(3.2)以PTC元件总重量的10％到60％的量分散于聚合物组分(3.2)中。
19.一种电路(12)，它包括(a)电压为V的电源(13)；(b)电载荷(14)；和(c)电路保护器件(1)，它包含一个由一种或多种具有PTC特性的交联导电聚合物组合物(3)组成的PTC元件(2)，该元件中的一种或多种交联导电聚合物包含一个由一种或多种液晶聚合物组成的聚合物组分(3.1)和在聚合物组分中分散的粒状导电填充物(3.2)，以及二个细长电极(4，5)，这二个电极的第一端(6)与PTC元件电连接，而第二端(7)与负载和电源为导电性串接以使电流流过PTC元件，因而，如果在电路中接入外部电源并使流过电路保护器件的电流增大超过预定的故障值，PTC元件自加热到开关温度并沿膨胀轴方向膨胀以使所通过的电流限制在安全值。
20.权利要求19的电路(12)，其中电路保护器件(1)额定故障电压为大约600伏交流电或更高。
21.权利要求19的电路(12)，其中液晶聚合物(3.1)选自芳族聚酯，芳族共聚多酯，芳族共聚多酯酰胺，芳族聚酰胺，和芳族聚甲亚胺，和它们的混合物。
22.权利要求19的电路(12)，其中粒状导电填充物(3.2)选自导电炭黑，石墨，碳纤维，金属，合金，金属盐，和金属氧化物。
23.权利要求19的电路(12)，其中液晶聚合物(3.1)包括聚(2，6-羟基-萘甲酸酯-苯氧基-氨基对苯二甲酸酯)，粒状导电填充物(3.2)包括炭黑，碳纤维或石墨。
24.权利要求19的电路(12)，其中液晶聚合物(3.1)包括聚(2，6-羟基萘甲酸酯-苯氧基氨基对苯二甲酸酯)以及粒状导电填充物(3.2)包括炭黑，碳纤维或石墨。
全文摘要
包含由具有PTC特性的导电聚合物(3)组成的PTC元件(2)的电路保护器件(1)，其中的PTC聚合物基于高结晶度和高有序的液晶聚合物(3.1)和分散于其中的粒状导电填充物(3.2)，并通过辐射进行交联。这种电路保护器件(1)对保护电机，电话线和电池组，和在与断路器联接时强化断路能力方面很有用。液晶聚合物(3.1)包括芳族聚酯，芳族共聚多酯，芳族共聚多脂酰胺，芳族聚酰胺和芳族聚甲亚胺。粒状导电填充物(3.2)包括炭黑、碳纤维等。
文档编号H01G4/12GK1149746SQ9610939
公开日1997年5月14日 申请日期1996年8月8日 优先权日1995年8月11日
发明者詹姆斯·戴维德·布莱克豪·史密斯, 小卡尔·弗雷德里克·斯考奇, 塞拉密·普塞乔格鲁, 赖晓云 申请人:尹顿公司