专利名称：过电流保护装置及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种过电流保护装置及其制备方法。
背景技术：
具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient ；PTC)特性的导电复合材料在一触发温度(switching temperature)上时,会从一低电阻状态跃升至一高电阻状态。以前述导电复合材料制作的过电流保护装置串联电路上的负载时，在正常操作条件下，过电流保护装置具有低电阻，而当异常高的电流流经过电流保护装置或过电流保护装置处在高温下时，其电阻值会瞬间提高，将流经过电流保护装置的电流降低，以保护电路中的电子元件。一种常见的PTC导电复合材料由一种或一种以上的聚烯烃类聚合物及导电填料所组成，其中该聚合物一般可为聚乙烯、聚丙烯与或聚甲基丙烯酸甲酯。导电填料一般为碳黑、金属粒子(例如镍、金或银等)或无氧陶瓷粉末(例如碳化钛或碳化钨或其共熔材料等)。然而，由于聚烯烃类聚合物的结晶熔融温度小于130°C，因此当外界温度改变剧烈时，容易造成使用聚烯烃类聚合物的装置动作异常。美国专利第485983号与第5317061号揭不一种导电复合材料,其由四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer ;FEP)、四氟乙烯和全氟丙基乙烯醚的共聚物(tetraf luoroethylene and perf luoro (propylvinyl ether)copolymer ；PFA)、经过福射照射后的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene ；PTFE),以及碳黑等混合而成。由于，FEP和PFA的结晶熔融温度高达270 340°C，因此造成前述的导电复合材料具有不易工艺加工的缺点。并且，前述的导电复合材料在高温度加工时，容易造成材料裂解，从而产生腐蚀性气体。另外，由于FEP、PFA及PTFE熔融温度高，因此在装置动作时，容易产生极高的温度，而使接线焊点处的焊锡融化，造成接点损坏或塑胶治具变形。美国专利第5451919号揭示另一种导电复合材料，其主要由聚偏二氟乙烯(polyvinlidene fluoride ；PVDF)与乙烯四氟乙烯(ethylene/tetraf luoroethylene ；ETFE)，以及碳黑混合而成。在部分实施例中，导电复合材料可另添加照光交联剂-异三聚氰酸三烯丙酯(triallyl isocyanurate ；TAIC),以及碳酸I丐(CaCO3)，其中TAIC在放射线的照射下，能促进高分子材料进行交联反应，借此提升尺寸与温度的安定性。从实验结果可得知，通过添加ETFE材料可改进过电流保护装置的稳定性。但是，由于使用ETFE材料的缘故，在制备导电复合材料时需使用260°C以上的高工艺温度。高工艺温度会让少量的PVDF材料发生裂解，因而产生氢氟酸等具有腐蚀性的气体。虽然添加碳酸钙等弱碱性填料可帮助进行酸碱中和，但用于制备前述导电复合材料的加工设备，需配备特殊合金材料，也因此造成制造成本的上升。除上述缺点外，过电流保护装置安装于严苛的环境下所发生的问题，也是值得注意。例如安装在汽车引擎盖下方的过电流保护装置不仅会受到引擎运转时产生的高温的影响，而且也需面临汽车外部的冷、热、干、湿等气候上剧烈的变化。由于公知的过电流保护装置多只能在控制良好的环境下使用。因此，一种长期在高温环境下能稳定操作，且能面临剧烈气候变化的过电流保护装置亦被期待中
发明内容
本发明的一目的为提供一种过电流保护装置，其中该过电流保护装置所包含的导电高分子材料在过电流保护装置触发前、后，其电阻值差异小。本发明的另一目的为提供一种过电流保护装置，其中该过电流保护装置所包含的导电高分子材料在制备时，所需的エ艺温度低，故可减少在制备中造成环境的危害。本发明的又一目的为提供一种过电流保护装置，该过电流保护装置具较高的动作温度、较佳电阻值回复性，以及具有良好的抗湿度与抗温度变化能力。根据上述目的，本发明ー实施例提供一种过电流保护装置，其包含ー导电高分子材料。导电高分子材料包含一第一结晶型氟化聚合材料、多个第二结晶型氟化聚合物的颗粒、一导电填料，以及ー非导电填料。第一结晶型氟化聚合材料的结晶熔融温度介于摄氏150至190度之间。多个第二结晶型氟化聚合物的颗粒散布于该导电高分子材料内，且其结晶熔融温度介于摄氏320至390度之间。所述多个颗粒的粒径可介于I至50微米间。导电填料与非导电填料散布于导电高分子材料。本发明ー实施例提供一种过电流保护装置的制备方法，包含下列步骤于ー温度下，混合第一结晶型氟化聚合材料的粉末、第二结晶型氟化聚合物的粉末、一导电填料和一非导电填料，以获得一导电复合材料，其中该第一结晶型氟化聚合材料的粉末的结晶熔融温度介于摄氏150至190度之间，该第二结晶型氟化聚合物的粉末的结晶熔融温度介于摄氏320至390度之间，而该温度介于该第一结晶型氟化聚合材料的粉末的该结晶熔融温度与该第二结晶型氟化聚合物的粉末的该结晶熔融温度之间；以及于该温度，压合该导电复合材料，以获得ー导电高分子材料。本发明的有益效果在于，在过电流保护装置中的导电高分子材料内，加入具有特定MFR值的聚偏ニ氟こ烯、具有特定粒径分布的聚四氟こ烯粉末、导电填料及非导电填料可让过电流保护装置具有优异的过电流与过温保护功能，同时兼具有良好耐电压特性、电阻回复性以及可靠性。而且，通过调整导电高分子材料的MFR数值，可使元件在所欲动作时间范围内动作。
图I为本发明一实施例的导电高分子材料的示意图；以及图2为本发明一实施例的过电流保护装置的示意图。其中，附图标记说明如下I过电流保护芯片2过电流保护装置11导电高分子材料12金属箔片22金属电极片111第一结晶型氟化聚合材料
112第二结晶型氟化聚合物113导电填料114非导电填料
具体实施例方式如图I所示，本发明ー实施例的导电高分子材料11可具有正温度系数特性，其包含一第一结晶型氟化聚合材料111、一第二结晶型氟化聚合物112、一导电填料113及一非导电填料114。由于第一结晶型氟化聚合材料111具有低的结晶熔融温度，且第二结晶型氟化聚合物112以颗粒的型态混合于导电高分子材料11，如此使导电高分子材料11可利用较低的エ艺温度制作，从而避免导电高分子材料11在制备时，产生腐蚀性气体，危害环境。第一结晶型氟化聚合材料111的结晶熔融温度为小于摄氏200度，而第二结晶型氟化聚合物112的结晶熔融温度则大于摄氏300度。第一结晶型氟化聚合材料111的粉末、第二结晶型氟化聚合物112的粉末、导电填料113及非导电填料114在ーエ艺温度下混合，以形成一导电复合材料，其中该エ艺温度介于第一结晶型氟化聚合材料111的结晶熔融温度与第二结晶型氟化聚合物112的结晶熔融温度之间。该第一结晶型氟化聚合材料111与该导电高分子材料11的体积比可介于30%至65%，而该第二结晶型氟化聚合物112与该导电高分子材料11的体积比可介于1%至15%。由于第一结晶型氟化聚合材料111的结晶熔融温度低于该エ艺温度，以及第二结晶型氟化聚合物112的结晶熔融温度高于该エ艺温度，使得第二结晶型氟化聚合物112以颗粒型态嵌置在第一结晶型氟化聚合材料111/导电高分子材料11内。第一结晶型氟化聚合材料111可具有两种不同熔融指数的氟化聚合物。改变两种不同熔融指数的氟化聚合物间的混合比例，可调整过电流保护装置的应答时间。在一实施例中，第一结晶型氟化聚合材料111可为聚偏ニ氟こ烯(polyvinlidenefluoride ;PVDF)，其结晶熔融温度可介于摄氏150至190度之间，较佳地可介于摄氏170至175度之间。使用聚偏ニ氟こ烯,可有效地提升导电高分子材料11的动作温度。聚偏ニ氟乙烯与导电高分子材料11体积比可介于30%至65%之间,较佳地可介于45%至63%之间。第一结晶型氟化聚合材料111还可包含两种聚偏ニ氟こ烯，其中该两种聚偏ニ氟こ烯各具有不同熔融指数。在一实施例中，两种聚偏ニ氟こ烯之一者的熔融指数(MeltFlow Rate ；MFR)介于0. 6至18g/10min,而另ー者的熔融指数介于7至35g/10min。在一实施例中，第二结晶型氟化聚合物112可包含多个聚四氟こ烯(polytetraf luoroethylene ；PTFE)颗粒，其结晶熔融温度可介于摄氏320至390度之间，较佳地可介于摄氏321至335度之间。聚四氟こ烯颗粒的粒径可介于I至50微米间，较佳地可介于3至25微米间。聚四氟こ烯颗粒与导电高分子材料11的体积比可介于1%至15%。聚四氟こ烯颗粒可由研磨或粉碎聚四氟こ烯材料而制作，或由乳化聚合法或悬浮聚合法来制作。聚四氟こ烯颗粒可运用在低温エ艺中，且在混合时容易分散于材料系统中。再者，在导电高分子材料11中加入聚四氟こ烯颗粒，可协助其他氟系高分子材料结晶，并 防止导电高分子材料11收缩形变。此外，由于具结晶度的聚四氟こ烯熔融温度极高(大于摄氏300度)，故当导电复合材料在较低的エ艺温度(例如摄氏250度以下)下制备时，聚四氟こ烯不会熔融。在此情况下，聚四氟こ烯在导电高分子材料11中，可以视为有机分子填充物。而且在导电高分子材料11制作时，聚四氟乙烯不易与其他高分子(例如=PVDF)熔融混合，而是以颗粒型态均匀地分散。又，由于聚四氟乙烯与聚偏二氟乙烯的分子结构相近，因此在装置动作后，聚四氟乙烯可成为聚偏二氟乙烯熔融后再结晶时的结晶起始点，使堆叠的聚偏二氟乙烯分子链能够很快地进行高分子松弛行为，而回复到原有的高分子形态与体积。是故，聚四氟乙烯粉末能有效减少保护装置在多次动作后的体积或尺寸的变化，同时大幅度降低保护装置于触发前、后的电阻值差距。此外，导电高分子材料11可经过2. 5至40Mrad的辐射线照射，以降低聚四氟乙烯的分子量。
导电填料113亦散布于导电高分子材料11内，其可为碳黑、镍粉、碳化钛、碳化钨或前述材料的混合物。导电高分子材料11可包含体积比介于20 %至50%的导电填料113。非导电填料114同样地散布于导电高分子材料11。非导电填料114可为陶瓷材料，例如氢氧化镁或是氢氧化铝，其与导电高分子材料11的体积比可介于2%至15%。以下以数个实施范例说明本发明的导电高分子材料11。数个实施范例的导电高分子材料11的成份如表I所示。
权利要求
1.一种过电流保护装置，包含 一导电高分子材料，包含 一第一结晶型氟化聚合材料，该第一结晶型氟化聚合材料的结晶熔 融温度介于摄氏150至190度之间； 多个第二结晶型氟化聚合物的颗粒，散布于该导电高分子材料内， 所述多个颗粒的结晶熔融温度介于摄氏320至390度之间，且所述多个 颗粒的粒径介于I至50微米间； 一导电填料，散布于该导电高分子材料；以及 一非导电填料，散布于该导电高分子材料。
2.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该第一结晶型氟化聚合材料为聚偏二氟乙烯，而该第二结晶型氟化聚合物为聚四氟乙烯。
3.根据权利要求2所述的过电流保护装置，其特征在于，该导电高分子材料包含体积比介于30%至65%的聚偏二氟乙烯。
4.根据权利要求3所述的过电流保护装置，其特征在于，所述多个颗粒是研磨或粉碎聚四氟乙烯材料而制作，或由乳化聚合法或悬浮聚合法所制作。
5.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该第一结晶型氟化聚合材料包含两种聚偏二氟乙烯，其中该两种聚偏二氟乙烯各具有不同熔融指数。
6.根据权利要求5所述的过电流保护装置，其特征在于，一该聚偏二氟乙烯的熔融指数介于0. 6至18g/10min,而另一该聚偏二氟乙烯的熔融指数介于7至35g/10min。
7.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该导电高分子材料包含体积比介于1%至15%的所述多个颗粒。
8.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，所述多个颗粒的粒径介于3至25微米间。
9.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，所述多个颗粒的该结晶熔融温度介于摄氏321至335度之间。
10.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该导电填料为碳黑、镍粉、碳化钛、碳化钨或其混合物。
11.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该导电高分子材料包含体积比介于20%至50%的该导电填料。
12.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该非导电填料为氢氧化镁或氢氧化招。
13.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该导电高分子材料包含体积比介于2%至15%的该非导电填料。
14.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该导电高分子材料还包含一光交联化合物。
15.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该导电高分子材料经过2.5至40Mrad的福射线照射。
16.根据权利要求I所述的过电流保护装置，其特征在于，该过电流保护装置还包含两金属箔片，其中该导电高分子材料位于该两金属箔片之间。
17.—种过电流保护装置的制备方法，包含下列步骤 于一温度下，混合第一结晶型氟化聚合材料的粉末、第二结晶型氟化聚合物的粉末、一导电填料和一非导电填料，以获得一导电复合材料，其中该第一结晶型氟化聚合材料的粉末的结晶熔融温度介于摄氏150至190度之间，该第二结晶型氟化聚合物的粉末的结晶熔融温度介于摄氏320至390度之间，而该温度介于该第一结晶型氟化聚合材料粉末的结晶熔融温度与该第二结晶型氟化聚合物粉末的结晶熔融温度之间；以及 于该温度压合该导电复合材料，以获得一导电高分子材料。
18.根据权利要求17所述的过电流保护装置的制备方法，其特征在于，该制备方法还包含下列步骤 分别压合两金属箔片于导电高分子材料的相对两表面；以及 以2. 5至40Mrad的辐射线照射该导电高分子材料。
19.根据权利要求17所述的过电流保护装置的制备方法，其特征在于，该温度为摄氏200 度。
20.根据权利要求17所述的过电流保护装置的制备方法，其特征在于，该第一结晶型氟化聚合材料为聚偏二氟乙烯，而该第二结晶型氟化聚合物为聚四氟乙烯。
21.根据权利要求17所述的过电流保护装置的制备方法，其特征在于，该第一结晶型氟化聚合材料的粉末包含两种的聚偏二氟乙烯粉末，其中一该聚偏二氟乙烯粉末的熔融指数介于0. 6至18g/10min,而另一该聚偏二氟乙烯粉末的熔融指数介于7至35g/10min。
全文摘要
本发明公开了一种过电流保护装置及其制备方法，该过电流保护装置包含一导电高分子材料，其包含一第一结晶型氟化聚合材料、多个第二结晶型氟化聚合物的颗粒、一导电填料，以及一非导电填料。第一结晶型氟化聚合材料具结晶熔融温度介于摄氏150至190度之间。多个第二结晶型氟化聚合物的颗粒散布于该导电高分子材料内，所述多个颗粒的结晶熔融温度介于摄氏320至390度之间，且所述多个颗粒的粒径介于1至50微米间。导电填料散布于该导电高分子材料内。非导电填料亦散布于该导电高分子材料内。本发明过电流保护装置所包含的导电高分子材料在过电流保护装置触发前、后，其电阻值差异小。
文档编号C08L27/18GK102617955SQ20111002766
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月26日 优先权日2011年1月26日
发明者朱复华, 沙益安, 王绍裘, 蔡东成 申请人:聚鼎科技股份有限公司