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1. (WO2017000899) CONDUCTIVE POLYMER COMPOSITION, CONDUCTIVE POLYMER SHEET, ELECTRICAL DEVICE AND PREPARATION METHODS THEREFOR
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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28  

附图

0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012  

说明书

发明名称 : 导电聚合物组合物、导电聚合物片材、电气器件以及它们的制备方法

技术领域

[0001]
本发明涉及导电聚合物组合物、导电聚合物片材、电气器件以及它们的制备方法,尤其涉及可用于制备具有空气稳定性、超低电阻、聚合物正温度系数(Polymer Positive Temperature Coefficient,PPTC)特征的器件的导电聚合物组合物,以及由其形成的导电聚合物片材和电气器件。

背景技术

[0002]
PPTC是具有正温度系数特征的过流保护器件,其作用为串联在电路中,当电路电流正常时,PPTC处于低阻状态,当电路发生短路或者过载时,PPTC跃迁至高阻状态,从而对电路进行快速,准确的限制和保护,当故障排除后,PPTC自动恢复至低阻状态。
[0003]
现代电子产业的发展,对PPTC元器件的要求也越来越高,小型化、低电阻化、性能稳定化是PPTC元器件发展的趋势。对于低电阻PPTC元器件,目前使用的PPTC材料主要有两大类。第一类为金属基(如镍粉,铜粉等)PPTC材料,金属基PPTC元器件具有低电阻,易加工等优点,但金属基PPTC材料在生产加工以及后续使用过程中易发生氧化,导致PPTC元器件电阻升高造成PPTC元器件失效(保持电流降低)。第二类为碳化物基(如碳化钛,碳化钨等)PPTC材料,金属碳化物基PPTC元器件具有低电阻,在空气中稳定(在空气中不易氧化)的优点,但碳化物基PPTC材料加工性能差,生产出质量稳定且超低电阻(电阻率低于200uΩ·cm)的PPTC仍具有较大的挑战。
[0004]
发明内容
[0005]
本发明旨在解决碳化物基PPTC材料存在的问题,从而在获得超低电阻,加工性能优异,电性能稳定的PPTC器件。
[0006]
为了实现本发明的上述目的,本发明的一个方面提供一种导电聚合物组合物,其包含体积比为65∶35至35∶65的聚合物和导电粉末,其中所述聚合物包括至少一种选自聚烯烃类、至少一种烯烃与至少一种可与其共聚合的非烯烃单体的共聚物和可热成型含氟聚合物的半结晶聚合物,所述导电粉末包括过渡金属碳化物、过渡金属碳硅化物、过渡金属碳铝化物和过渡金属碳锡化物中的至少一种粉末,并且所述导电粉末的尺寸分布满足:20>D 100/D 50>6,其中D 50表示导电粉末中的累计粒度分布百分比达到50%时所对应的粒径,D 100表示最大粒径。
[0007]
本发明还提供一种导电聚合物片材,其通过本发明的导电聚合物组合物熔融挤出成型而获得。
[0008]
本发明还提供一种电气器件,其包括第一电极、第二电极和夹在第一、第二电极之间的导电聚合物层,所述导电聚合物层由本发明的导电聚合物组合物形成。
[0009]
本发明的另一个方面提供一种用于获得空气稳定性超低电阻的正温度系数聚合物材料的方法,所述方法包括将体积比为65∶35至35∶65的聚合物和导电粉末共混,所述聚合物包括至少一种选自聚烯烃类、至少一种烯烃与至少一种可与其共聚合的非烯烃单体的共聚物和可热成型含氟聚合物的半结晶聚合物,所述导电粉末包括过渡金属碳化物、过渡金属碳硅化物、过渡金属碳铝化物和过渡金属碳锡化物中的至少一种粉末,并且所述导电粉末的尺寸分布满足:20>D 100/D 50>6,其中D 50表示粒径分布中占50%所对应的粒径,D 100表示最大粒径。
[0010]
本发明还涉及一种制备具有正温度系数特征的空气稳定性过电流保护器件的方法,所述方法包括将通过上述方法获得的正温度系数聚合物材料挤出成型,并且与第一电极和第二电极层压。
[0011]
根据本发明,可以解决碳化物PPTC加工性能差,电阻偏高的问题,并且能够制备无需氧气阻隔涂层就可在空气中稳定的超低电阻PPTC器件。

附图说明

[0012]
参考以下附图对本发明的多个实施例进行详细说明,以便于更全面地理解本发明,其中:
[0013]
图1显示了三种导电粉末的SEM图。
[0014]
图2为图1所示的三种导电粉末与聚乙烯复合材料的流变曲线图。
[0015]
图3显示了6种碳化钨粉的电阻率及尺寸分布。
[0016]
图4显示了两批次碳化钨粉经分选后D 100/D 50与电阻率关系图。
[0017]
图5显示了同一厂家两种不同规格碳化钨粉复配率与电阻率间的关系。
[0018]
图6显示了尺寸分布相同但总碳(C.T.)含量不同对电阻率的影响。
[0019]
图7为制备PPTC器件的一般工艺流程的示意图。
[0020]
图8显示了根据本发明的一种PPTC器件及其电阻-温度(RT)曲线图。

具体实施方式

[0021]
如上所述,本发明旨在提供加工性能优异的、具有空气稳定性的超低电阻PPTC材料,及其制备方法,以及用其制备的PPTC片材和PPTC器件。
[0022]
PPTC器件是将PPTC片材(通过导电粉与半结晶聚合物复合共混,造粒,挤出加工获得)在辐照后冲片,焊接组装而成。为了获得低电阻PPTC器件,导电粉末的选择非常关键。
[0023]
导电炭黑,碳化物粉及金属粉是PPTC的常用导电粉末,他们的粉末电阻率分别为~1.0×10 -3ohm·cm~1.0×10 -5ohm·cm和~1.0×10 -6ohm·cm。基于电阻率数据,碳化物和金属粉作为导电材料可以获得低电阻。以金属粉作为导电粉末可以获得超低的初始电阻。
[0024]
以镍粉Inco255为导电粉末(镍粉体积比40%)和聚乙烯共混可以获得超低电阻率的PPTC片材(电阻率低于200μΩ·cm),其加工性能优异。在挤出加工过程中,粉末的尺寸及形貌会发生较大的改变。镍粉Inco255在加工前为树 枝状结构,因镍粉软而加工后成为类球形结构。镍粉在加工、储存及使用过程中可能会氧化,从而导致PPTC器件电阻升高。虽然采用氧气阻隔优异的涂料对芯片暴露区域进行涂覆以隔绝氧气,可以防止金属粉体氧化,但涂料涂覆的工艺复杂,未能完美包覆的器件难以检测。
[0025]
过渡金属碳化物具有极高的熔点,低的摩擦系数,化学惰性,抗氧化和良好的导热和导电性,其在电子工业的应用越来越广泛,并逐渐体现其重要的作用。采用碳化物材料(如碳化钛,碳化钨等)与通用聚烯烃(如高密度聚乙烯HDPE、低密度聚乙烯LDPE,乙烯乙烯乙酸酯EVA等)复合,可以得到在空气中稳定的PPTC。但普通碳化物为多角状(如碳化钛),其硬度高(碳化物的硬度大约为镍材的10倍),在干混、挤出及层压过程中会出现加工困难,表现为螺杆和炮筒磨损严重,成品厚度难于控制,且粉末在树脂基体中局部分散不均匀,导致成品间批次性差异大,性能不稳定。
[0026]
根据本发明的一个实施例,通过调节导电粉末的尺寸分布,可以控制导电粉末的电阻率大小,其中出人意料地发现,在平均尺寸基本相同的情况下,较宽的尺寸分布更有利于获得较低的电阻。例如,D 100/D 50>6可获得超低的电阻率(低于200μΩ·cm),其中D 100表示最大粒径,D 50表示导电粉末中的累计粒度分布百分比达到50%时所对应的粒径。D 50的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%,小于它的颗粒也占50%,D 50也叫中位径或中值粒径。
[0027]
根据本发明的一个实施例,导电粉末的表面形貌对碳化物粉末的流动性以及与聚合物复合时的加工性能也有显著影响,当选取类球形导电粉末时,与非球形的碳化物相比,可以显著提高加工性能,而且在同等加工条件下,可以提高导电粉末的填充量,从而降低PPTC片材的电阻。
[0028]
根据本发明的一个实施例,对于过渡金属碳化物而言,电阻的大小与碳化物中碳含量有直接的关系。在颗粒尺寸分布类似的条件下,具有较低碳含量的碳化物电阻率偏低。例如,碳化钨中碳含量在T.C.<6.0%时,特别地,T.C.的含量在5.90%左右时可得到低的电阻。而T.C.>6.0%时,电阻率偏高。
[0029]
基于上述发现,本发明提供了一种导电聚合物组合物、导电聚合物片材、电气器件以及它们的制备方法。
[0030]
具体而言,根据本发明的一个方面,提供一种导电聚合物组合物,包含体积比为65∶35至35∶65的聚合物和导电粉末,其中所述聚合物包括至少一种选自聚烯烃类、至少一种烯烃与至少一种可与其共聚合的非烯烃单体的共聚物和可热成型含氟聚合物的半结晶聚合物,所述导电粉末包括过渡金属碳化物、过渡金属碳硅化物、过渡金属碳铝化物和过渡金属碳锡化物中的至少一种,并且所述导电粉末的尺寸分布满足:20>D 100/D 50>6。
[0031]
根据本发明的一个实施例的组合物的聚合物包括至少一种选自聚烯烃类、至少一种烯烃与至少一种可与其共聚合的非烯烃单体的共聚物和可热成型含氟聚合物的半结晶聚合物,其中聚烯烃类包括聚丙烯、聚乙烯(包括高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯)、或乙烯和丙烯的共聚物;所述共聚物包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物;所述可热成型含氟聚合物包括聚偏氟乙烯,和乙烯/四氟乙烯共聚物等。
[0032]
根据本发明的一个实施例的导电粉末包括过渡金属碳化物、过渡金属碳硅化物、过渡金属碳铝化物和过渡金属碳锡化物中的至少一种。例如碳化钛、碳化钨、碳硅化钛、碳铝化钛、碳锡化钛等。碳硅化钛、碳铝化钛、碳锡化钛等具有与碳化钨类似的性质。
[0033]
上述导电粉末优选为类球形形状。此处,术语“类球形”包括理想球形以及与其类似的形状。在本发明中,术语“类球形”与“球形”可以互换使用。
[0034]
可以采用多种方法获得本发明的具有类球形形状的导电粉末,包括但不限于离心旋转法,旋转雾化法,离心旋转冷凝法,感应或电阻加热球化法,等离子体球化法,气体雾化法等。
[0035]
根据本发明的一个实施例,导电粉末的平均颗粒大小可以为0.1至50μm。在一些实施方案中,导电粉末的尺寸满足:D 50<5μm,D 100<50μm。
[0036]
为了获得超低的电阻率(低于200μΩ·cm),根据本发明的一个实施例的导电粉末优选具有较宽的尺寸分布。优选地,D 100/D 50>6。D 100/D 50的上限值可以为20,优选10。
[0037]
当将两种导电粉末混合,以满足D 100/D 50>6时,本发明也得到类似的结论。
[0038]
另外,由于过渡金属一般具有可变价态,在其碳化物中,可以存在M xC相(M表示过渡金属,x大于1),这种M xC相的存在会降低碳化物中的总碳含量。以碳化钨(WC)为例,纯WC的理论总碳含量为6.18%,但WC物相中通常含有W 2C(W 2C是亚稳态相),WC中含有少量W 2C时总碳含量会降低。本发明发现,在颗粒尺寸分布类似的条件下,具有较低碳含量的碳化物电阻率偏低。例如,碳化钨中碳含量在T.C.<6.0%时(其中T.C.是以质量计的100%×C/WC),特别地,T.C.的含量在5.90%左右时可得到低的电阻。而T.C.>6.0%时,电阻率偏高。对碳化钛(TiC)来讲,按化学计量比总碳含量应该为20.03%,而当总碳含量在19.0~19.5间时,电阻会更低。所以,总碳含量比按化学计量比低3%到5%有利于获得低电阻体系。因此,在本发明中,优选过渡金属碳化物中的碳含量比化学计量比的过渡金属碳化物MC(M为过渡金属元素)的理论总碳含量低2%至5%,优选低3%至5%。
[0039]
自由碳(F.C.),含量要尽量低,一般要求F.C.<0.3%,最好低于0.05%。
[0040]
本发明中,为了使导电粉末能够均匀地分散在聚合物中并且确保一定的低电阻,聚合物与导电粉末的体积比可以为65∶35至35∶65,优选60∶40至40∶60,更优选55∶45至45∶55,最优选聚合物和导电粉末以大致相等的体积比混合。。
[0041]
根据本发明的一个实施例的导电聚合物组合物可以包含除上述聚合物和导电粉末之外的组分,例如,无机填料或其他聚合物材料,以及加工助剂和润滑剂等添加剂,前提是不损害本发明的导电聚合物组合物的低电阻和加工性 能。
[0042]
本发明还提供一种导电聚合物片材,其通过本发明的导电聚合物组合物熔融挤出成型而获得。
[0043]
根据本发明的一个实施例的导电聚合物片材可以用作PPTC片材,用于制备PPTC器件。
[0044]
具体地,可以通过将根据本发明一个实施例的导电聚合物组合物的各种组分复合共混,造粒,然后挤出加工,而获得导电聚合物片材。
[0045]
优选地,根据本发明的一个实施例的导电聚合物片材的电阻率低于200μΩ·cm。
[0046]
本发明还提供一种电气器件,其包括第一电极、第二电极和夹在第一、第二电极之间的导电聚合物层,所述导电聚合物层由本发明的导电聚合物组合物形成。
[0047]
优选地,上述导电聚合物层可以由本发明的导电聚合物片材形成,并且进一步地,导电聚合物片材的电阻率低于200μΩ·cm。
[0048]
根据本发明的一个实施例的导电聚合物组合物可用于制备电气器件,例如电路保护器件,加热器,电阻器,和热指示器。虽然电路保护器件可具有任何形状,但是尤其有用的电路保护器件包括两个层状的电极,优选金属箔电极,和夹在电极之间的导电聚合物层组成。
[0049]
通常器件包括引线,该引线被紧固例如焊接或熔接到电极。该引线适合于插入到印刷电路板中或适合于表面安装在印刷电路板上。电路保护器件尤其适合于例如电池保护的应用,其中引线以条带或带的形式存在并且电连接到例如电池端子的基板(如图8A所示)。
[0050]
当根据本发明的一个实施例的电气器件用作如电路保护器件时,所述电气器件是具有正温度系数特征的过电流保护器件,并且过电流保护器件在非保护状态下(此时,器件处于正常工作温度)的电阻率低于200μΩ·cm。
[0051]
根据本发明的一个实施例的电气器件尤其适用于点焊及无铅回流焊接工艺。
[0052]
根据本发明的另一方面,提供一种用于获得空气稳定性超低电阻的正温度系数聚合物材料的方法,所述方法包括将体积比为65∶35至35∶65的聚合物和导电粉末共混,所述聚合物包括至少一种选自聚烯烃类、至少一种烯烃与至少一种可与其共聚合的非烯烃单体的共聚物和可热成型含氟聚合物的半结晶聚合物,所述导电粉末包括过渡金属碳化物、过渡金属碳硅化物、过渡金属碳铝化物和过渡金属碳锡化物中的至少一种,并且所述导电粉末的尺寸分布满足:20>D 100/D 50>6。
[0053]
根据本发明一个实施例的上述方法中使用的聚合物和导电粉末与在本发明的导电聚合物组合物中所述的聚合物和导电粉末相同。
[0054]
其中,导电粉末优选是类球形的。球形导电粉末通过离心旋转法,旋转雾化法,离心旋转冷凝法,感应或电阻加热球化法,等离子体球化法,或气体雾化法制备。
[0055]
导电粉末的尺寸分布优选满足:20>D 100/D 50>6。这样的尺寸分布可以气流筛选方式获得,例如对于同一种碳化钨粉,可以采用旋风分离器将碳化钨粉体分成不同尺寸及尺寸分布的产品。此外,也可以通过将两种碳化钨粉按照一定的比例复配,来获得D 100/D 50>6的尺寸分布。
[0056]
另外,对于过渡金属碳化物而言,可以通过控制其中的碳含量,来获得更低的电阻率。以碳化钨(WC)为例,碳原子嵌入钨金属晶格间隙,在不破坏原有金属晶格的前提下形成填隙固溶体,其给予碳化钨以良好的导电性。纯WC的理论总碳含量为6.18%,但WC物相中通常含有W 2C(W 2C是亚稳态相),WC中含有少量W 2C时总碳含量会降低。而在颗粒尺寸分布类似的条件下,具有较低碳含量的碳化物电阻率偏低。例如,碳化钨中碳含量在T.C.<6.0%时可得到低的电阻,而T.C.>6.0%时,电阻率偏高。对碳化钨钛(TiC)来讲,按 化学计量比总碳含量应该为20.03%,而总碳含量在19.0~19.5间时,电阻会更低。因此,在本发明中,可以通过控制过渡金属碳化物中的碳含量,使其比化学计量比的过渡金属碳化物MC(M为过渡金属元素)的理论总碳含量低2%-5%,来获得更低的电阻率。
[0057]
根据本发明一个实施例,聚合物和导电粉末的共混可以通过以下方式实现:在高速混合机中物理共混,或者在挤出机(包括双螺杆挤出机和往复式单螺杆挤出机)中熔融共混挤出。在熔融共混挤出时,熔融共混温度根据所用的聚合物的具体种类而定。
[0058]
通过上述共混方法,可以获得导电粉末均匀分布在聚合物中的聚合物材料。
[0059]
本发明还涉及一种制备具有正温度系数特征的空气稳定性过电流保护器件的方法,所述方法包括将通过上述方法获得的正温度系数聚合物材料挤出成型,并且与第一电极和第二电极层压。
[0060]
根据本发明一个实施例的制备过电流保护器件的方法还可以包括在层压后进行切片的步骤,以及冲片和切割成型等后装配步骤。
[0061]
图7显示了制备PPTC器件的一般工艺流程。首先,将作为导电粉末的过渡金属碳化物分级,例如以气流筛选方式进行分级,获得满足D 100/D 50>6尺寸分布的球形碳化物粉末。然后,将该碳化物粉末与聚合物粉末混合(干混),获得共混粉末。将该共混粉末在双螺杆或单螺杆作用下熔融共混挤出造粒。将获得的颗粒材料挤出加工成型,形成片材,并且与电极材料层压。然后,经切片,再经冲片和切割成型等后装配步骤,获得PPTC器件,例如PPTC芯片。
[0062]
根据本发明的一个实施例,通过使导电粉末具有较宽的尺寸分布,例如20>D 100/D 50>6,可以在平均尺寸基本相同的情况下获得超低的电阻率(低于200μΩ·em)。另外,通过选取球形导电粉末,克服了普通过渡金属碳化物难以加 工且在聚合物树脂基体中分散不均匀的问题,可以显著提高导电粉末的加工性能,并且可以提高导电粉末的填充量,从而降低PPTC片材的电阻。而且,对于过渡金属碳化物而言,可以通过控制过渡金属碳化物中的碳含量,使其比化学计量比的过渡金属碳化物MC的理论总碳含量低2%-5%,来获得更低的电阻率。因此,本发明能够提供加工性能优异的、具有空气稳定性的超低电阻PPTC材料,采用这样的PPTC材料,可以制备无需氧气阻隔涂层就可在空气稳定的超低电阻PPTC器件。
[0063]
具体实施例
[0064]
以下通过举例说明的方式示出若干具体实施例。应当理解,在不脱离本发明的范围或精神的情况下,设想了其他实施例并可以进行修改。因此,以下的具体实施例不具有限制性意义。
[0065]
实施例中使用的主要原料总结在表1中。
[0066]
表1
[0067]
[0068]
实施例1-球形WC的加工性能
[0069]
选取Inco公司生产的树枝状导电镍粉,株洲三立公司生产的多角状TiC和成都核八五七新材料有限公司生产的类球形WC粉,三者的扫描电子显微镜(SEM)照片如图1所示。将它们分别以相同的体积比(导电粉体的体积比为45%),在相同的条件下与Petrothene公司生产的PE(聚乙烯)共混并熔融挤出,测量所获得的复合材料的流变曲线。如图2所示,在同样体积比条件下,WC体系(45%WC/55%PE)的动态粘度明显要低于TiC体系(45%TiC/55%PE) 和Ni体系(45%Ni/55%PE),表明碳化钨/聚乙烯复合物的加工性能优异。
[0070]
实施例2-碳化物电阻率与颗粒尺寸分布
[0071]
选取6种平均尺寸基本相同(D 50<5μm)的碳化钨粉体(成都、日本、厦门、在邦、广东和章源),测量其尺寸分布和电阻率。
[0072]
图3A显示了电阻率与WC尺寸分布的关系,图3B是相应WC颗粒的尺寸分布图。
[0073]
如图3A所示,D 100/D 50>6的三种粉体获得了超低电阻。
[0074]
实施例3-碳化物电阻率与颗粒尺寸分布
[0075]
将获自成都核八五七新材料有限公司的两批次碳化钨粉采用旋风分离器分成不同尺寸及尺寸分布的产品,然后测量D 100/D 50与电阻率关系。
[0076]
如图4所示,采用平均粒径小但尺寸分布窄的粉体电阻率反而增加,在D 50<5μm的情况下,当D 100/D 50<6时,电阻率超过了200μΩ·cm。
[0077]
实施例4-碳化物电阻率与颗粒尺寸分布
[0078]
选取日本新金属有限公司的两种规格的碳化钨粉(WC-15和WC-50),将它们按不同比率复配,并且测量复配率与电阻率间的关系。
[0079]
图5B是两种碳化钨粉的尺寸分布图,图5A显示了电阻率随两种碳化钨比例的变化。
[0080]
如图5A所示,将两种碳化钨粉按照一定的比例复配,当WC-15/WC-50的比例超过5∶5时(例如,WC-15/WC-50>6∶4),可以获得低于200μΩ·cm的电阻率。
[0081]
实施例5-碳化物中碳含量对电阻率的影响
[0082]
选取厦门金鹭特种合金有限公司的两种碳化钨粉(厦门-20和厦门-46)和广东翔鹭钨业股份有限公司的两种碳化钨粉(广东-17和广东-18),分别测量 其尺寸分布、碳含量和电阻率。
[0083]
图6A显示了上述四种碳化钨的尺寸分布,图6B显示了碳含量和电阻率的关系。
[0084]
从图6的结果可以看出,WC中总碳含量由于含有少量W 2C而低于理论总碳含量(6.18%)。在颗粒尺寸分布类似的条件下,具有较低碳含量的碳化物电阻率偏低。其中,碳化钨中碳含量在T.C.<6.0%时(T.C.是以质量计的100%×C/WC),特别地,T.C.的含量在5.90左右时可得到低的电阻。而T.C.>6.0时,电阻率偏高。
[0085]
实施例6-PPTC芯片的RT曲线
[0086]
将按体积比计为55%的HDPE(高密度聚乙烯,供应商:Marflex)和45%的碳化钨粉(平均颗粒尺寸为3.58μm,D 100/D 50=6.30,T.C.=5.91,供应商:成都核八五七新材料有限公司),经共混熔融挤出,覆上电极,加工成PPTC片材(电阻率为170μΩ·cm),制成2.8mm(宽)x3.6mm(长)x0.33mm(高)的芯片,并组装成适合于点焊或无铅回流焊的器件(如图8A),测量其初始电阻为8.5mohm,并且测量电阻-温度(RT)曲线。如图8B所示,在三次RT曲线中,RT的纵坐标值基本保持恒定,同时发生电阻转折的温度点也基本保持恒定,表明本实施例样品的RT曲线的重复性好。
[0087]
在不偏离本发明的范围和精神的前提下,对本发明的各种修改和更改对于本领域技术人员将是显而易见的。应当理解,本发明并非意图受本文所给出的示例性实施例和实例的不当限制,这些实例和实施例仅以举例的方式提供,本发明的范围旨在仅受所附权利要求的限制。

权利要求书

[权利要求 1]
一种导电聚合物组合物,包含体积比为65∶35至35∶65的聚合物和导电粉末,其中所述聚合物包括至少一种选自聚烯烃类、至少一种烯烃与至少一种可与其共聚合的非烯烃单体的共聚物和可热成型含氟聚合物的半结晶聚合物,所述导电粉末包括过渡金属碳化物、过渡金属碳硅化物、过渡金属碳铝化物和过渡金属碳锡化物中的至少一种粉末,并且所述导电粉末的尺寸分布满足:20>D 100/D 50>6,其中D 50表示导电粉末中的累计粒度分布百分比达到50%时所对应的粒径,D 100表示最大粒径。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的导电聚合物组合物,其中所述聚烯烃类包括聚丙烯、聚乙烯或乙烯和丙烯的共聚物;所述共聚物包括乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物;所述可热成型含氟聚合物包括聚偏氟乙烯,或乙烯/四氟乙烯共聚物。
[权利要求 3]
根据权利要求2所述的导电聚合物组合物,其中所述聚乙烯包括高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线型低密度聚乙烯。
[权利要求 4]
根据权利要求1所述的导电聚合物组合物,其中所述导电粉末分散在所述聚合物中。
[权利要求 5]
根据权利要求1所述的导电聚合物组合物,其中所述导电粉末包括碳化钛、碳化钨、碳硅化钛、碳铝化钛或碳锡化钛。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的导电聚合物组合物,其中所述导电粉末是类球形的。
[权利要求 7]
根据权利要求1所述的导电聚合物组合物,其中所述导电粉末的D 50<5μm,D 100<50μm。
[权利要求 8]
根据权利要求1所述的导电聚合物组合物,其中所述导电粉末的尺寸分布满足: 10>D 100/D 50>6。
[权利要求 9]
根据权利要求1至8中任一项所述的导电聚合物组合物,其中所述过渡金属碳化物中的碳含量比化学计量比的过渡金属碳化物MC的理论总碳含量低2%至5%,其中M表示过渡金属元素。
[权利要求 10]
根据权利要求9所述的导电聚合物组合物,其中所述导电粉末是碳化钨WC,并且WC中碳含量T.C.为5.90%至6.00%,其中T.C.是以质量计的100%×C/WC;或所述导电粉末是碳化钛TiC,并且TiC中碳含量T.C.为19.0%至19.5%,其中T.C.是以质量计的100%×C/TiC。
[权利要求 11]
一种导电聚合物片材,其通过将根据权利要求1至10中任一项所述的导电聚合物组合物熔融挤出成型而获得。
[权利要求 12]
一种电气器件,包括第一电极、第二电极和夹在第一、第二电极之间的导电聚合物层,所述导电聚合物层由根据权利要求1至10中任一项所述的导电聚合物组合物形成。
[权利要求 13]
根据权利要求12所述的电气器件,所述电气器件是具有正温度系数特征的过电流保护器件。
[权利要求 14]
根据权利要求13所述的电气器件,其中所述过电流保护器件在非保护状态下的电阻率低于200μΩ·cm。
[权利要求 15]
根据权利要求12至14中任一项所述的电气器件用于点焊及无铅回流焊接工艺的用途。
[权利要求 16]
一种用于获得空气稳定性超低电阻的正温度系数聚合物材料的方法, 所述方法包括将体积比为65∶35至35∶65的聚合物和导电粉末共混,所述聚合物包括至少一种选自聚烯烃类、至少一种烯烃与至少一种可与其共聚合的非烯烃单体的共聚物和可热成型含氟聚合物的半结晶聚合物,所述导电粉末包括过渡金属碳化物、过渡金属碳硅化物、过渡金属碳铝化物和过渡金属碳锡化物中的至少一种粉末,并且所述导电粉末的尺寸分布满足:20>D 100/D 50>6,其中D 50表示导电粉末中的累计粒度分布百分比达到50%时所对应的粒径,D 100表示最大粒径。
[权利要求 17]
根据权利要求16所述的方法,其中所述导电粉末包括碳化钛、碳化钨、碳硅化钛、碳铝化钛或碳锡化钛。
[权利要求 18]
根据权利要求16所述的方法,其中所述导电粉末是类球形的。
[权利要求 19]
根据权利要求18所述的方法,其中所述类球形的导电粉末通过离心旋转法,旋转雾化法,离心旋转冷凝法,感应或电阻加热球化法,等离子体球化法,或气体雾化法制备。
[权利要求 20]
根据权利要求16所述的方法,其中所述导电粉末的尺寸分布满足:10>D 100/D 50>6。
[权利要求 21]
根据权利要求20所述的方法,其中所述导电粉末通过气流筛选方式获得。
[权利要求 22]
根据权利要求21所述的方法,其中所述导电粉末通过旋风分离器分离获得。
[权利要求 23]
根据权利要求20所述的方法,其中所述导电粉末由两种以上的导电粉末复配获得。
[权利要求 24]
根据权利要求16至23中任一项所述的方法,其中控制过渡金属碳化物中的碳含量,使其比化学计量比的过渡金属碳化物MC的理论总碳含量低2% 至5%,其中M表示过渡金属元素。
[权利要求 25]
根据权利要求24所述的方法,其中所述导电粉末是碳化钨WC,并且WC中碳含量T.C.为5.90%至6.00%,其中T.C.是以质量计的100%×C/WC;或者,所述导电粉末是碳化钛TiC,并且TiC中碳含量T.C.为19.0%至19.5%,其中T.C.是以质量计的100%×C/TiC。
[权利要求 26]
根据权利要求16所述的方法,其中所述共混包括在高速混合机中物理共混或在挤出机中熔融共混挤出。
[权利要求 27]
一种制备具有正温度系数特征的空气稳定性过电流保护器件的方法,包括将通过权利要求16至26中任一项所述的方法获得的正温度系数聚合物材料挤出成型,并且与第一电极和第二电极层压。
[权利要求 28]
根据权利要求27所述的方法,还包括在层压后进行切片的步骤,以及任选的后装配步骤,所述后装配包括冲片和切割成型。

附图

[ 图 0001]  
[ 图 0002]  
[ 图 0003]  
[ 图 0004]  
[ 图 0005]  
[ 图 0006]  
[ 图 0007]  
[ 图 0008]  
[ 图 0009]  
[ 图 0010]  
[ 图 0011]  
[ 图 0012]