專利名稱：電氣裝置的制作方法
本申請是1997年7月30日提交的題為“含導電聚合物組合物的層合板的制造”的PCT/US97/13419號發(fā)明專利申請的分案申請，原申請于1999年3月25日進入中國國家階段，并獲得中國專利申請?zhí)?7198230.9。
本發(fā)明涉及一種制造含導電聚合物組合物的層合板和包括這種層合板的電氣裝置的方法。
顯示PTC(電阻正溫度系數(shù))行為的導電聚合物組合物在諸如電路保護裝置的電氣裝置使用中是相當著名的。這種組合物包括聚合成分，和分散在其中的諸如碳黑或金屬的粒狀導電填料。組合物中的填料量與類型由每種應用中所需的電阻系數(shù)和聚合成分的特性決定。適用于電路保護裝置的組合物在室溫時具有低電阻系數(shù)，例如小于100歐姆-厘米，一般含有相當高含量的導電填料。當這種高度填充組合物以諸如熔融混合的傳統(tǒng)方法制造時，其經(jīng)受相當大的剪切力。這種剪切力會產(chǎn)生熱，其可能使聚合物降解并造成電阻系數(shù)提高。其它剪切力和/或熱曝露則由諸如擠出、熔體成形和利用如層合方法與電極連結(jié)的后續(xù)處理步驟造成。在傳統(tǒng)處理技術中，諸如擠出和層合的一些步驟可在一連續(xù)過程中實施，但通常，因為希望確保聚合物中的填料能充分地分散而使制造過程分為數(shù)個個別的步驟，也就是分離的步驟。組合物的加熱、冷卻、及受剪切力的次數(shù)越多，則降解與電阻系數(shù)變化的機會越多。
具有低電阻系數(shù)的組合物使用在電路保護裝置中是最理想的，其能回應周圍溫度及/或電流條件的改變。在正常條件下，電路保護裝置能在電路中與負載串聯(lián)而保持在低溫、低電阻的狀態(tài)下。然而，當其曝露于一過電流或過溫度的條件下時，此裝置的電阻增加并有效地使流至電路中的負載電流停止。對許多應用而言，所需要的是為在正常操作期間對電路電阻所產(chǎn)生的影響最小，使裝置的電阻盡可能低。雖然低電阻裝置可利用尺寸的改變來制造，例如使電極間的距離制造的非常小或使裝置區(qū)非常大，小裝置較佳，因其在電路板上所占據(jù)的空間較少且一般具有較佳的熱性質(zhì)。欲完成小裝置最通常的技術是使用具有低電阻系數(shù)的組合物。導電聚合物組合物的電阻系數(shù)可借助于添加更多導電填料而降低，但此方法如通過粘度的增加會影響組合物的加工性能。再者，導電填料的添加一般會降低PTC異常(PTCanomaly)的大小，也就是組合物回應于溫度增加時電阻系數(shù)增加的大小，一般在一個相當小的溫度范圍內(nèi)。所需的PTC異常由施加電壓及應用所決定。因此，為得到具有可接受的尺寸與電氣性能的組合物，必需的是使造成電阻系數(shù)增加的處理影響達到最小。
目前我們已發(fā)現(xiàn)可利用一種方法，其沖，在單一連續(xù)工序中制造其中導電聚合物組合物連結(jié)于一金屬箔電極(且優(yōu)選夾于兩金屬箔電極之間)的層合板，可制備出具低電阻系數(shù)，足夠的PTC異常，及良好電氣性能的裝置。制造層合板的連續(xù)工序容許原料、未熔融態(tài)聚合物與填料成分引入如擠出機的混合裝置中，并熔融成形為層合板，其降低了制造裝置所需的步驟數(shù)。不像在傳統(tǒng)方法中，其中原料組成被熔融混合并被造粒，隨后被干燥并擠出成片材以被層合，本發(fā)明的方法能夠減少造粒步驟和片材成形步驟前的粒料干燥步驟。這意謂著組合物曝露于較少加熱和剪切的處理中。
本發(fā)明在第一個方面提供一種以導電聚合物組合物制造層合板的方法，該組合物包括(ⅰ)聚合成分及(ⅱ)分散在聚合成分中的粒狀導電填料，該方法包括(A)將聚合成分與導電填料裝于混合裝置中；(B)在混合裝置中混合聚合成分與導電填料形成熔融態(tài)混合物；(C)使熔融態(tài)混合物由混合裝置輸送經(jīng)過模頭；(D)使熔融態(tài)混合物成型為聚合片材；及(E)使金屬箔與片材的至少一個面連結(jié)以形成層合板，步驟(A)至(E)順序地在單一的連續(xù)工序中進行。
在第二個方面，本發(fā)明提供一種電氣裝置，其(1)包含(a)電阻元件，其以能顯示PTC行為的導電聚合物組合物所組成，而該組合物包含(ⅰ)具有熔融溫度為Tm的聚合成分，及(ⅱ)分散于聚合成分中的粒狀導電填料；及(b)兩個電極，其(ⅰ)與電阻元件連結(jié)，(ⅱ)包含金屬箔，和(ⅲ)能與電源連接；
(2)在20℃下具有的電阻R20最大為50.0歐姆；(3)在20℃下具有的電阻系數(shù)ρ20最大為50.0歐姆-厘米；及(4)以包含如下步驟的方法制造(A)將聚合成分與導電填料裝于混合裝置中；(B)在混合裝置中混合聚合成分與導電填料形成熔融態(tài)混合物；(C)使熔融態(tài)混合物由混合裝置輸送經(jīng)過模頭；(D)使熔融態(tài)混合物形成聚合片材；(E)使金屬箔與片材的兩面連結(jié)形成層合板；及(F)切割層合板形成裝置，步驟(A)至(E)順序地在單一的連續(xù)工序中進行。
本發(fā)明方法用于制造導電聚合物組合物的層合板。導電聚合物組合物包括聚合成分和分散在聚合成分中的粒狀導電填料。
組合物的聚合成分包含一種或更多聚合物，優(yōu)選其中一種是具有至少20％結(jié)晶度的結(jié)晶聚合物，結(jié)晶度采用差示掃描熱量法在其未填充狀態(tài)下進行測量。適當?shù)慕Y(jié)晶聚合物包括一種或多種烯烴聚合物，特別是諸如高密度聚乙烯的聚乙烯；至少一種烯烴與至少一種可與其共聚的單體的共聚物例如乙烯/丙烯酸，乙烯/丙烯酸乙酯，乙烯/乙酸乙烯酯，及乙烯/丙烯酸丁酯共聚物；諸如聚偏氟乙烯和乙烯/四氟乙烯共聚物(包括三元聚合物)的可熔體成形的氟聚合物；及兩種或多種這些聚合物的共混物。對某些應用而言，為達到如柔韌性或最大曝露溫度的特定物理或熱性質(zhì)，理想的是，將一種結(jié)晶聚合物與另一種如彈性體或非晶形熱塑性聚合物共混。聚合成分的熔融溫度為Tm，其經(jīng)差示掃描熱量法的吸熱峰進行測量。當超過一個峰時，例如在聚合物混合物實例中，Tm被定義為最高溫度峰時的溫度。聚合成份一般占組合物總體積的40-90％(體積)，較佳者為45-80％(體積)，特別為50-75％(體積)。
分散在聚合成分中的粒狀導電填料可為任何適當?shù)牟牧?，其包括碳黑、石墨、金屬氧化物、導電涂覆玻璃或陶瓷珠、粒狀導電聚合物、或其組合，填料可為粉末狀、珠狀、片狀、纖維狀或任何其它適當?shù)男螤?。導電填料量以所需的組合物的電阻系數(shù)與導電填料本身的電阻系數(shù)為基準。對許多組合物而言，導電填料占組合物總體積的10-60％(體積)，較佳者為20-55％(體積)，特別為25-50％(體積)。
導電聚合物組合物可含其它組分，例如抗氧化劑、惰性填料、非導電填料、輻射交聯(lián)劑(通常稱為預輻射或交聯(lián)增強劑，例如三聚異氰酸三烯丙酯)、穩(wěn)定劑、分散劑、偶合劑、除酸劑(例如CaCO3)、或其它組分。這些組分一般最多占總組合物的20％(體積)。
組合物一般顯示正溫度系數(shù)(PTC)行為，也就是說，其在一個相當小的溫度范圍間隨溫度增加而顯示出劇增的電阻系數(shù)，雖然本發(fā)明的方法可用于制造其顯現(xiàn)零溫度系數(shù)(ZTC)行為的組合物。在本申請中，專有名詞“PTC”意指具有的R14值至少為2.5和/或至少為10的R100值的組合物或裝置，而較佳的組合物或裝置必須具有至少為6的R30值，其中R14為14℃范圍的末端與開始處的電阻系數(shù)比，R100為100℃范圍的末端與開始處的電阻系數(shù)比，而R30為30℃范圍的末端與開始處的電阻系數(shù)比。一般而言，使用于本發(fā)明裝置中的能顯現(xiàn)出PTC行為的組合物所示出的電阻系數(shù)增加遠遠大于這些最小值。用于形成本發(fā)明裝置的組合物優(yōu)選者為在介于20℃至(Tm＋5℃)范圍間的至少一個溫度時具有至少104的PTC異常，較佳者至少為104.5，特佳者至少為105，更佳者至少為105.5，也就是說log[于(Tm＋5℃)時的電阻/于20℃時的電阻]至少為4.0，較佳者至少為4.5，特佳者至少為5.0，更佳者至少為5.5。若最大電阻在一低于(Tm＋5℃)的溫度Tx時達到，則PTC異常由log(Tx時的電阻/20℃時的電阻)決定出。
組合物的電阻系數(shù)視應用及所需的電氣裝置種類而定。當使用組合物制造用在電路保護裝置的層合板時，優(yōu)選組合物在20℃時具有的電阻系數(shù)ρ20最大為100歐姆-厘米，較佳者最大為50歐姆-厘米，更佳者最大為20歐姆-厘米，特佳者最大為10歐姆-厘米，更特佳者最大為5歐姆-厘米，再特佳者最大為2.0歐姆-厘米，最特佳者最大為1.0歐姆-厘米。當在加熱器中使用組合物時，優(yōu)選導電聚合物組合物的電阻系數(shù)更高，例如至少為102歐姆-厘米，較佳者至少為103歐姆-厘米。
適當?shù)膶щ娋酆衔锝M合物揭示于美國專利4,237,441(vanKonynenburg等人)，4,388,607(Toy等人)，4,534,889(vanKonynenburg等人)，4,545,926(Fouts等人)，4,560,498(Horsma等人)，4,591,700(Sopory)4,724,417(Au等人)，4,774,024(Deep等人)，4,935,156(van Konynenburg等人)，5,049,850(Evans等人)，及5,250,228(Baigrie等人)，5,378,407(Chandlen等人)，5,451,919(Chu等人)，及5,582,770(Chu等人)，和國際出版序號WO 96/29711(Raychem公司，1996年9月26日出版)和WO 96/30443(Raychem公司，1996年10月3日出版)中。
本發(fā)明方法包括五個步驟，步驟(A)至(E)，順序地在單一連續(xù)工序中進行。諸如熱處理或輻射的其它處理步驟，只要工序是連續(xù)的亦可使其在本發(fā)明的兩個步驟間進行。至少可使兩步驟中的部分同時進行，例如使熔融態(tài)混合物輸送而通過模頭(步驟C)，該模頭具有可使熔融態(tài)混合物形成聚合片材的形狀(步驟D)。
在步驟(A)中，將聚合成分與粒狀導電填料裝于混合裝置中，在一較佳實施方案中，聚合成分與導電填料的形狀可為粉末狀、片狀、纖維狀或粒狀，其可容易地喂入混合裝置中。雖然這兩種組分可個別喂入混合裝置，但優(yōu)選將聚合成分與導電填料在干燥狀態(tài)下“預混”，例如可利用摻合器或諸如HenschelTM混合器的混合器預混，以改善加料步驟期間組分的均勻性與流動性。其它組分能以粉末狀、粒狀、或液狀與聚合物組分和粒狀組分預混，或可在工序中的不同點添加?？衫萌魏畏椒ㄍ瓿杉恿?，雖然優(yōu)選諸如由K-Tron美國公司以“K-Tron”商標所出售的失重(loss-in-weight)喂料器以便確保以恒速喂入裝置中。雖然可使用包括裝有適當配件的諸如BanburyTM混合機、BrabenderTM混合機、及MoriyamaTM混合機的其它類型的混合設備來輸送物料以完成本發(fā)明的所需步驟，但是混合裝置較佳者為擠出機。適當?shù)臄D出機包括單螺桿擠出機、同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機，反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機、或往復式單螺桿擠出機，例如BussTM捏合機。當使用擠出機時，各種添加劑，例如，諸如過氧化物的交聯(lián)劑，可由聚合成分及導電填料入口處的下游入口處連續(xù)加入。不像在傳統(tǒng)方法中，將交聯(lián)劑添加至組合物，這將造成交聯(lián)結(jié)塊，該結(jié)塊不易后續(xù)形成均勻的片材或其它形狀，本發(fā)明方法特別適用于在線化學交聯(lián)。連續(xù)工序容許交聯(lián)劑于物料輸送通過模頭之前剛加入。
在步驟(B)中，使聚合成分與導電填料在混合裝置中混合以形成熔融態(tài)混合物，也就是說其為溫度高于聚合成分熔融溫度Tm的混合物，在步驟(B)期間，使導電填料、及諸如無機填料或顏料的其它組分分散在聚合成分中。為確保達到充分的混合與分散，可將擠出機的螺桿設計成具有混合或捏合段和輸送段。例如，我們已發(fā)現(xiàn)，對于同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機，在裝有總螺桿長度的至少10％的捏合段時，能產(chǎn)生出可接受的分散。當使用擠出機時，為達到導電填料充分分散，螺桿長度與其直徑比，也就是L/D比，較佳者至少為10∶1，更佳者至少為15∶1，特佳者至少為20∶1，更特佳者至少為30∶1，例如40∶1?？衫秒娀蛴蛯⒒旌涎b置中的一段或多段(區(qū))加熱。為排出在混合期間所產(chǎn)生的揮發(fā)物，可將真空裝置與混合裝置經(jīng)適當組合而安置。
在步驟(C)中，使熔融混合物由混合裝置輸送通過模頭。使用于本發(fā)明說明書中的專有名詞“模頭”意指具有可讓熔融物料通過的孔的任何元件。因此，模頭可為模具、噴嘴、或具有可使熔融物料通過的特殊形狀的開口或縫隙的物件?？衫美缒ｎ^接套使模頭直接連接在混合裝置的出口處，或可利用諸如齒輪泵或真空裝置的一個或多個設備而使其與混合裝置分離。當混合裝置為擠出機時，熔融態(tài)混合物的“輸送”發(fā)生在擠出機正常操作期間。若使用其它類型的混合裝置時，則可能需要其它輸送熔融態(tài)混合物的裝置。
在步驟(D)中，使熔融態(tài)混合物形成聚合片材。此可利用通過片材模頭擠出或利用壓延熔融態(tài)混合物，也就是使熔融態(tài)混合物通過輥或板間以使之薄化成片材而容易地完成。壓延片材的厚度由板或輥間的距離及輥的轉(zhuǎn)動速度來決定。一般而言，聚合片材厚度為0.025～3.8毫米(0.001～0.150英吋)，較佳者為0.051～2.5毫米(0.002～0.100英吋)。聚合片材可具有任何寬度。寬度由模頭形狀與寬度或材料的體積與壓延速度來決定，而通常為0.15～0.31米(6～12英吋)。
在步驟(E)中，層合板是利用將金屬箔連結(jié)于聚合片材的至少一面而形成，較佳者為連結(jié)于兩面。當將層合板切割成電氣裝置時，金屬箔層作為電極。金屬箔的厚度一般為最大0.13毫米(0.005英吋)，較佳者最大為0.076毫米(0.003英吋)，特佳者最大為0.051毫米(0.002英吋)，例如0.025毫米(0.001英吋)。金屬箔的寬度一般約與聚合片材相同，但對一些應用而言，將金屬箔以二條或多條窄帶的形式施加是較佳的，每條窄帶具有遠小于聚合片材的寬度。適當?shù)慕饘俨前ㄦ嚕~，黃銅，鋁，鉬，及合金，或在相同或不同層中含有兩種或多種這些材料的箔層。特別適合的金屬箔是具有至少一個被電鍍的表面，較佳者為電鍍鎳或銅。適合的金屬箔揭示于美國專利4,689,475(Matthiesen)，及4,800,253(Kleiner等人)，及國際出版序號WO 95/34081(Raychem公司，1995年12月14日出版)中。在較佳實施方案中，金屬箔與聚合片材相接觸，隨后經(jīng)由諸如疊輥機而通過輥以促使箔層良好層合于聚合物上。此外，為使退出模頭時讓片材冷卻最小，模頭與疊輥機間具有相當小的距離時較佳，例如小于0.61米(2英呎)，較佳者為小于0.31米(1英呎)。對有些應用而言，在聚合片材和金屬箔接觸之前，可將粘合組合物(也就是粘結(jié)層)以例如噴霧或刷涂方式施于聚合片材?？墒沟米圆襟E(E)的層合板纏繞于卷軸上或切成各個片件以便進一步處理或儲存。層合板的厚度一般為0.076～4.1毫米(0.003～0.160英吋)。
本發(fā)明方法可利用二個或多個混合裝置/傳送/成形裝置制造具有多于一層聚合片材的層合板，這些裝置能制造以相同或不同的聚合成分與導電填料為基礎的聚合片材。
當層合板包含兩層金屬箔時，可用其來制造電氣裝置，特別是電路保護裝置。在步驟(F)中，裝置可切自層合板。在本發(fā)明申請書中，所使用的專有名詞“切”包括任何使裝置由層合板分離或隔離出的方法，例如可為如國際出版序號WO 95/34084(Raychem公司1995年12月4日出版)中所描述的切制、沖孔、剪切、切割、蝕刻及/或破斷法，或任何其它適當?shù)姆椒?。步驟(F)可為，但并不必須為，步驟(A)至(E)的單獨連續(xù)工序中的一部分。可將諸如線材或帶狀形式的其它金屬導線連結(jié)于箔電極以便使電連接至電路。此外，可使用諸如一種或多種的導電終端的元件來控制裝置的熱輸出。這些終端可為諸如鋼，銅，或黃銅的金屬板形狀，或者鰭狀，它們直接或利用諸如焊錫或?qū)щ娬澈蟿┑闹虚g層連接于電極。請見，例如美國專利5,089,801(Chan等人)及5,436,609(Chan等人)。對有些應用而言，將裝置直接連結(jié)于電路板為較佳者。這些連結(jié)技術的實例示于國際出版序號WO 94/01876(Raychem公司，1994年1月20日出版)及WO 95/31816(Raychem公司，1995年11月23日出版)中。
為改善裝置的電穩(wěn)定性，通常使裝置接受各種處理技術為較佳者，例如交聯(lián)及/或熱處理。交聯(lián)可利用化學方法或使用諸如電子束或Co60γ輻射源的輻射來達到。交聯(lián)的程度視應用對組合物的要求而定，但一般小于200百萬拉德當量，而較佳者實質(zhì)上更小，也就是介于1至20百萬拉德間，較佳者介于1至15百萬拉德間，對低電壓(也就是小于60伏特)電路保護應用而言，特佳者為介于2和10百萬拉德之間。一般而言，裝置的交聯(lián)至少至2百萬拉德當量。裝置的不同處理程序描述于國際出版序號WO 96/29711(1996年9月26日出版)中。
本發(fā)明的裝置優(yōu)選為電路保護裝置，其一般在20℃時具有的電阻R20小于100歐姆，優(yōu)選小于50歐姆，特佳者小于20歐姆，較特佳者小于10歐姆，更特佳者小于5歐姆，最特佳小于1歐姆。因利用本發(fā)明方法所制備的層合板包含可具有低的電阻系數(shù)的導電聚合物組合物，所以其能用來制造具有諸如介于0.001至0.100歐姆的非常低電阻的裝置。加熱器裝置一般具有至少100歐姆的電阻值，較佳者至少為250歐姆，特佳者至少為500歐姆。
可理解為，按照本發(fā)明方法所制造的層合板可用在任何類型的電氣裝置中，例如加熱器或傳感器和電路保護裝置。
現(xiàn)藉以下實例描述本發(fā)明，其中實例1，2，4，6，8及10為比較例。實例1至7對每一實例而言，將以下組分，按列于表I中的以總組合物的重量為基礎計的重量百分此，利用HenschelTM混合器，在1500rpm轉(zhuǎn)速下混合三分鐘PVDF(KFTM1000W，聚偏二氟乙烯，熔融溫度約177℃，粉末狀，可由Kureha取得)，ETFE(TefzelTMHT 2163，乙烯/四氟乙烯/全氟化丁基乙烯三元聚合物，熔融溫度約235℃，可由DuPont取得)，CB(RavenTM430，碳黑，可由哥倫比亞化學公司取得)，TAIC(三聚異氰酸三烯丙酯)，及CaCO3(AtomiteTM粉末，碳酸鈣，可由John K.Bice公司取得)。隨后使混合的干燥組分接受本發(fā)明的兩步驟(比較性的)或一步驟工序。兩步驟工序?qū)Ρ容^例1，2，4及6而言，將混合的干燥組分引入螺桿的L/D比為40∶1的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機中(ZSK-40，可由Werner-Pfleiderer取得)，使之混合，擠出成線料，并切成粒狀。
對實例1而言，粒料在80℃(175°F)下干燥至少24小時，隨后將其擠出通過配有9.5毫米(0.375英吋)直徑噴嘴的25毫米(1英吋)單螺桿擠出機。熔融材料由噴嘴擠出并喂入位于距噴嘴末端約25毫米(1英吋)的疊輥機。使用疊輥機將材料壓延成厚度約0.250毫米(0.010英吋)和寬度約114～152毫米(4.5～6.0英吋)的片材，并將電鍍鎳/銅箔(類型31，具有約0.044毫米(0.0017英吋)厚的1盎司箔板，可由Fukuda取得)連結(jié)于壓延片材的兩面。所得層合板具有約0.34毫米(0.0135英吋)的厚度。
對實例2，4及6而言，粒料是以同向旋轉(zhuǎn)模式利用未裝捏合元件、L/D比為40∶1的螺桿經(jīng)由反向旋轉(zhuǎn)/同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(ZSE-27，可由Leistritz獲得)擠出。此擠出機配有能力為10立方厘米/轉(zhuǎn)(PepII型，可由Zenith獲得)的齒輪泵并后續(xù)配有如上的噴嘴。使材料以如實例1的相同程序擠出，壓延，并層合。一步驟工序?qū)⒒旌系母稍锍煞忠胍酝蛐D(zhuǎn)模式進行使用的ZSE-27擠出機中，在其螺桿結(jié)構中，總螺桿長的11％為捏合元件。螺桿具有40∶1的L∶D比。如同實例2，4及6，擠出機配有齒輪泵及噴嘴。使物料混合，并以與實例2，4及6相同的程序使混合物料經(jīng)由齒輪泵及噴嘴擠出、壓延、并層合。裝置的制備對實例2至7而言，利用3.5百萬電子伏特的電子束在一連續(xù)工序中輻射層合板至7.5百萬拉德總量。隨后以焊錫(所用軟焊溫度約為250℃)于一連續(xù)工序中涂覆層合板，并由層合板沖出11×15毫米(0.43×0.59英吋)尺寸的裝置。將兩條約25毫米(1英吋)長的20 AWG涂覆錫的銅導線連于裝置，并使裝置由40℃至160℃至40℃以10℃/分鐘的速率進行溫度循環(huán)六次，每次循環(huán)在極端溫度下的駐留時間為30分鐘。
對實例1而言，將具有如上尺寸的裝置由層合板切下，以個別片來進行輻射且并未對其施以焊錫涂覆。如上所述連結(jié)導線，并使裝置如上進行溫度循環(huán)。
表I
*比較例裝置測試在20℃時測量出裝置的電阻，并計算出其電阻系數(shù)。裝置的電阻對溫度的特性測量是通過將裝置置于烘箱中，并在介于20至200至20℃的溫度范圍中每隔一段測量出其電阻。PTC異常的高度，PTC，于第一次溫度循環(huán)后以log(175℃時的電阻/20℃時的電阻)來決定。
示于表II中的結(jié)果指出了以本發(fā)明方法制造出的裝置較以傳統(tǒng)方法制造出的裝置具有更低的起始電阻。此外，以本發(fā)明方法制造出的裝置所具有的PTC異常仍類似于以傳統(tǒng)方法所制造者，即使本發(fā)明裝置的組合物中含有較少的導電填料也是如此(實例5與實例6比較，及實例7與實例2比較)。
表II
*比較例實例8至11將下列以重量百分比表示的且列于表III中的組分在Henschel混合器中混合HDPE(PetrotheneTMLB832，具有約135℃熔融溫度的高密度聚乙烯，可由量子化學公司獲得)，EBA(EnatheneTM705-009，具有約105℃熔融溫度的乙烯/丙烯酸正丁酯共聚物，可由量子化學公司獲得)，及CB(Raven 430)。隨后使混合的干燥成分接受兩步驟工序或一步驟工序。兩步驟工序?qū)Ρ容^例8及10而言，將混合的干燥成分引入70毫米(2.75英吋)的Buss捏合機(往復式單螺桿擠出機)中，使其混合、擠出成線料，并切成粒狀。具有沒有捏合元件和L∶D比為40∶1的螺桿、并于同向旋轉(zhuǎn)模式下操作的ZSE-27擠出機，以如同實例2中的方式，在其出口處裝配齒輪泵。使齒輪泵與具有152毫米(6英吋)寬和0.038毫米(0.0015英吋)厚的開口的片材模頭連結(jié)。將粒料擠出通過模頭以形成聚合片材，并將聚合片材由模頭拉至疊輥機，其與模唇的距離約為12.7毫米(0.5英吋)，并具有加熱至約155℃的橡膠涂覆輥。使如同實例1中所述的鎳/銅箔層合于聚合片材上。所得層合板具有約0.127毫米(0.005英吋)的厚度。一步驟工序?qū)嵗?及11而言，將混合的干燥成分引入以同向旋轉(zhuǎn)模式使用的ZSE-27擠出機中，在其螺桿結(jié)構中，總螺桿長度的11％為捏合元件且L∶D比為40∶1。使材料于擠出機中混合，且利用在實例8中描述的齒輪泵、模頭、及層合法使之連續(xù)擠出并層合。裝置的制備將層合板于一連續(xù)工序(使用的軟焊溫度約220℃)中以焊錫涂覆，由層合板沖出尺寸為5×12毫米(0.20×0.47英吋)的裝置。將裝置曝露于185至215℃的溫度約4秒鐘，在此工序中進行熱處理。隨后利用Co60γ輻射源使裝置交聯(lián)成10百萬拉德。利用回流焊使尺寸為0.13×5×13.5毫米(0.005×0.2×0.5英吋)的鎳導線連結(jié)于裝置兩面的電極上，使裝置從-40℃至85℃間，并于極端溫度下駐留30分鐘時間，進行溫度循環(huán)六次。裝置測試除PTC異常在20至160至20℃的溫度范圍間測量外，裝置以如同上述的方法進行測試。對第二次循環(huán)而言，PTC異常的高度于105℃，125℃，及140℃三個不同溫度下以log(于Ty℃時的電阻/于20℃時的電阻)決定出，其中y為測量溫度。(于140℃時測量，最接近導電聚合物組合物的實際熔點)。示于表III中的結(jié)果指出，其可達到類似的PTC異常，但對以一步驟連續(xù)工序所制造出而非以傳統(tǒng)兩步驟工序(比較實例8與9)所制造出的組合物而言，具有低得多的電阻值。
表III
*比較例
權利要求
1.一種電氣裝置，其(1)包含(a)電阻元件，由顯示PTC行為的導電聚合物組合物所組成，且該組合物包含(ⅰ)具有熔解溫度Tm的聚合成分，及(ⅱ)分散于聚合成分中的粒狀導電填料；及(b)兩個電極，其(ⅰ)與該電阻元件連結(jié)，(ⅱ)包含金屬箔，及(ⅲ)可與電源連接；(2)于20℃具有的電阻R20最大為50.0歐姆；(3)于20℃具有的電阻系數(shù)ρ20最大為50.0歐姆-厘米；和(4)根據(jù)包括下述步驟的方法制成(A)將聚合成分與導電填料裝于混合裝置中；(B)在混合裝置中混合聚合成分與導電填料以形成熔融態(tài)混合物；(C)使熔融態(tài)混合物由混合裝置輸送經(jīng)過模頭；(D)使熔融態(tài)混合物成型為聚合片材；及(E)使金屬箔貼附于該片材的兩個側(cè)面以形成層合板；和(E)切割層合成板以形成裝置，步驟(A)至(E)于單一連續(xù)程序中依序進行。
2.根據(jù)權利要求1的裝置，其中聚合成分包括結(jié)晶性聚合物，其為聚乙烯、乙烯共聚物、氟聚合物、或這些聚合物的混合物，而粒狀填料包括碳黑。
3.根據(jù)權利要求1的裝置，其具有至少104.0的PTC異常。
4.根據(jù)權利要求1的裝置，其中層合板中的導電聚合物組合物具有小于20歐姆-厘米的電阻系數(shù)。
5.根據(jù)權利要求1的裝置，其中聚合片材具有0.025～3.8毫米(0.001～0.150英吋)的厚度。
全文摘要
一種電氣裝置,包含(a)電阻元件及(b)兩個電極,于20℃具有的電阻R20最大為50.0歐姆;于20℃具有的電阻系數(shù)ρ20最大為50.0歐姆－厘米。所述電氣裝置由顯示PTC行為的導電聚合物組合物所制成,該組合物包含(ⅰ)具有熔解溫度T
文檔編號B41K1/02GK1326197SQ01117188
公開日2001年12月12日 申請日期2001年4月21日 優(yōu)先權日1996年8月1日
發(fā)明者E·F·楚, D·A·錢德勒, A·巴尼赫 申請人:雷伊化學公司