專利名稱：具有正溫度系數的導電復合材料的制作方法
技術領域：
本發明是涉及一種具有正溫度系數的導電復合材料，更具體地說，涉及一種應用于過電流保護元件的具有正溫度系數的導電復合材料。
一般而言，正溫度系數導電復合材料是由一種或一種以上具結晶性的聚合物及一導電填料所組成，該導電填料是均勻分散于該聚合物之中。該聚合物一般為聚烯烴類聚合物，例如聚乙烯，而導電填料一般為碳黑、金屬顆粒或無氧陶瓷粉末，例如碳化鈦或碳化鎢等。
該導電復合材料的導電度視導電填料的種類及含量而定。一般而言，由于碳黑表面呈凹凸狀，與聚烯烴類聚合物的附著性較佳，所以具有較佳的電阻再現性。然而，碳黑所能提供的導電度較金屬顆粒低，而金屬顆粒密度較大，分散較不均勻且易被氧化，所以，為有效降低過電流保護元件的電阻值且避免氧化，逐漸趨向以無氧陶瓷粉末作為低阻值導電復合材料的導電填料。但由于無氧陶瓷粉末不象碳黑那樣具有凹凸表面，與聚烯烴類等聚合物的附著性較碳黑差，所以其電阻再現性也較難控制。為增加聚烯烴類聚合物及金屬顆粒之間的附著性，通常以無氧陶瓷粉末為導電填料的導電復合材料會再添加一偶合劑，例如酐類化合物或是硅烷類化合物，以加強聚烯烴類聚合物與金屬顆粒之間的附著性，然而加入偶合劑后卻不能有效地降低整體的電阻值。
為此，本發明公開一種具有正溫度系數的導電復合材料，不僅可增加聚合物、導電填料及電極箔之間的附著性且提高其電阻再現性之外，當該導電復合材料應用于過電流保護元件上時，更可增加其循環壽命及耐電壓時間。發明簡述本發明的第一目的是提供一種具有正溫度系數的導電復合材料，可增強聚合物與導電填料之間的附著性，加強電阻再現性且不影響其體電阻率。
本發明的第二目的是提供一種具有正溫度系數的導電復合材料，當應用于電池或電路元件的過電流保護元件上時，可增加該過電流保護元件的循環壽命及耐電壓時間。
為達到上述目的并避免已有技術的缺點，本發明提供一具有正溫度系數的導電復合材料，其包含(a)一種或一種以上的聚合物；(b)一種或一種以上的導電填料，均勻分散于所述聚合物之中；及(c)一偶合劑，可以下列結構式表示 其中，M表示一金屬原子或硅原子；R1及R2可為相同或不同的取代基，為經取代或未經取代的烷基；X表示硫或磷原子；a、m、n分別0至2的整數。較佳實施例說明為達到上述目的并避免已有技術的缺點，本發明提供一具有正溫度系數的導電復合材料，其包含(a)一種或一種以上的聚合物；(b)一種或一種以上的導電填料，均勻分散于所述聚合物之中；及(c)一偶合劑，可以下列結構式表示 其中，M表示一金屬原子或硅原子；R1及R2可為相同或不同的取代基，為經取代或未經取代的烷基；X表示硫或磷原子；a、m、n分別0至2的整數。
于成分(a)中，該聚合物為一具有結晶性或非結晶性的高分子聚合物，其是選自于環氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚辛烯及其共聚物或混合物，該聚合物所占的體積百分比是介于20％至80％之間，優選是介于30％至70％之間。
于成分(b)中，該導電填料可為碳黑、金屬或陶瓷性材質等，其是選自于導電碳黑、鎳粉、銀粉、金粉、石墨、碳化鈦、碳化鎢及其混合物，其形狀可為顆粒狀、片狀、纖維狀或是粉狀，該導電填料所占的體積百分比是介于20％至90％之間，優選是介于30％至70％之間。
于成分(c)中，該偶合劑為一絡合物，為本發明的技術特征所在，其是利用該絡合物具有不同配位基的特性，以增加導電填料與聚合物之間的附著性。
其中，于成份(c)中R1、R2、M、X、a、m及n的定義如前所述。M是選自于鈦、鈷、鋯、鎳、硅、鈀及鉑。R1及R2是為相同或不同的取代基，包含直鏈或支鏈的烷基，例如丁基、戊基、辛基、癸基等；烯基，例如丁烯基、戊烯基等。當R1及R2為直鏈烷基時，其極性與聚合物相近，例如聚乙烯、聚丙烯或聚辛烯等，可增加聚合物與導電填料之間的相容性，相對地也增強其附著性。
再者，為增進該具有正溫度系數導電復合材料的韌度及強度，本發明的導電復合材料可進一步包含交聯劑、光引發劑、抗氧化劑、穩定劑或非導電填料等。
將上述導電復合材料以上下對稱方式置入外層為鋼板、中間厚度為0.25mm的模具中，模具上下各置一層特氟隆脫膜布，先預壓3分鐘，預壓操作壓力50kg/cm2，溫度為180℃，排氣與補壓約4-5次。再進行壓合，時間為3分鐘，壓合壓力控制在150kg/cm2，溫度為180℃。每次壓合約為3分鐘，壓合次數約為2-3次，形成一正溫度系數板材。將該正溫度系數板材裁切成20×20厘米的正方形，再利用壓合于該正溫度系數板材上下表面分別形成一金屬箔片，其是于該正溫度系數板材表面以上下對稱方式依序覆蓋金屬箔片、特氟隆脫膜布、壓合專用緩沖材、特氟隆脫膜布及鋼板而形成一多層結構再進行壓合，壓合時間為3分鐘，操作壓力為70kg/cm2，溫度為180℃。之后，以鈷60的γ-射線照射，照射計量為5Mrad。最后，以模具沖切形成5×12mm的正溫度系數元件，并于其長邊方向上下表面分別焊接一鎳片作為電極。此正溫度系數元件電阻是以微電阻計四線式方法量測的，其量測結果如表一所示。
(2)常溫阻值(mΩ)。
(3)于回焊爐焊接鎳片電極后經1小時后所測的阻值(mΩ)(4)元件經通電斷電(電壓/電流值為18V/100A)，300次與第1次的比值。
(5)在元件通電(電壓/電流為18V/100A)，經48小時后與起始阻值之比。
由上述表一的結果可知，于比較例1中所形成的正溫度系數元件在經過回焊爐的高溫(200-330℃，8分鐘)下，正溫度系數導電復合材料會與金屬箔片發生剝離現象而實施例1～4則無此情況發生。又于實施例1～4中，以實施例2的循環壽命的老化測試最穩定(R300/R1的比值最小)而其他電氣特性相似。
由表一顯示，本發明所公開的導電復合材料所使用的偶合劑可增強聚合物、導電填料與電極箔的間的附著性，使其電阻再現性增加。再者，利用本發明所揭示的導電復合材料所制備的正溫度系數元件不僅具有較低的電阻值，并有優良的耐久特性。
本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術的人士仍可能基于本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾。因此，本發明的保護范圍應不限于實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，并為以下的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種具有正溫度系數的導電復合材料，其包含(a)至少一聚合物；(b)至少一導電填料，分散于所述聚合物之中；及(c)一偶合劑，是為增加該聚合物和導電填料間及電極箔間的附著性，且以下列結構式表示 其中，M表示一金屬原子或硅原子；R1及R2分別為一經取代或未經取代的烷基；X表示硫或磷原子；a、m、n為0至2的整數。
2.如權利要求1所述的具有正溫度系數的導電復合材料，其中所述聚合物是選自環氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚辛烯及其共聚物或混合物。
3.如權利要求1所述的具有正溫度系數的導電復合材料，其中所述導電填料為碳黑、金屬或陶瓷性材質。
4.如權利要求1所述的具有正溫度系數的導電復合材料，其中所述導電填料是選自于導電碳黑、鎳粉、銀粉、金粉、石墨、碳化鈦、碳化鎢及其混合物。
5.如權利要求1所述的具有正溫度系數的導電復合材料，其中所述導電填料為顆粒狀、片狀、纖維狀或粉末狀。
6.如權利要求1所述的具有正溫度系數的導電復合材料，其中所述偶合劑的M是選自于鈦、鋯、鉬、鉑、硅、鈀及鎳。
7.如權利要求1所述的具有正溫度系數的導電復合材料，其中所述偶合劑優選為鈦或鋯過渡金屬絡合物。
8.如權利要求1所述的具有正溫度系數的導電復合材料，其中所述偶合劑的含量是介于0.05％至5％之間。
9.如權利要求1所述的具有正溫度系數的導電復合材料，其中所述偶合劑的含量優選是介于0.1％至1％之間。
全文摘要
本發明公開一種具有正溫度系數的導電復合材料，包含(a)至少一種聚合物；(b)至少一種導電填料，均勻分散于所述聚合物之中；及(c)一偶合劑，是以下列結構式表示，其中，M表示一金屬原子或硅原子；R
文檔編號H01B1/20GK1412782SQ0113649
公開日2003年4月23日 申請日期2001年10月19日 優先權日2001年10月19日
發明者朱復華, 王紹裘, 馬云晉 申請人:聚鼎科技股份有限公司