[发明专利]具有电阻正温度系数的导电复合材料及过电流保护元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面贴装型过电流保护元件，具有正温度系数(PTC)特性，尤其是一种具有电阻正温度系数的导电复合材料及由其制备的过电流保护元件。

背景技术

具有电阻正温度系数的导电复合材料在正常温度下可维持极低的电阻值，且具有对温度变化反应敏锐的特性，即当电路中发生过电流或过高温现象时，其电阻会瞬间增加到一高阻值，使电路处于断路状态，以达到保护电路元件的目的。因此可把具有电阻正温度系数的导电复合材料连接到电路中，作为电流传感元件的材料。此类材料已被广泛应用于电子线路保护元器件上。

具有电阻正温度系数的导电复合材料一股由至少一种结晶性聚合物和导电填料复合而成，导电填料宏观上均匀分布于所述结晶性聚合物中。聚合物一股为聚烯烃及其共聚物，例如：聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物等，而导电填料一股为碳黑、金属粉或导电陶瓷粉。对于以碳黑作导电填料的具有电阻正温度系数的导电复合材料，由于碳黑特殊的聚集体结构且其表面具有极性基团，使碳黑与聚合物的附着性较好，因此具有良好的电阻稳定性。但是，由于碳黑本身的导电能力有限，无法满足极低电阻的要求。以金属粉为导电填料的具有电阻正温度系数的导电复合材料，具有极低的电阻，但是因为金属粉容易氧化，需要对导电复合材料进行包封，以阻止因金属粉在空气中氧化而造成的电阻升高，而经过包封的过电流保护元件的体积不能有效降低，难以满足电子元器件小型化的要求。为得到极低的电阻值且满足电子元器件小型化的要求，逐渐趋向以金属碳化物陶瓷粉(如碳化钛)作为低阻值电阻正温度系数导电复合材料的导电填料，但由于金属碳化物陶瓷粉与聚合物的结合性不佳，常规以金属碳化物陶瓷粉为导电填料的具有电阻正温度系数的导电复合材料其电阻再现性较难控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有电阻正温度系数的导电复合材料。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种由上述导电复合材料制备的过电流保护元件，该过电流保护元件具有低室温电阻率、优良电阻再现性和PTC强度。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种具有电阻正温度系数的导电复合材料，其包含：

(a)至少一结晶性聚合物基材，占所述具有电阻正温度系数的导电复合材料体积分数的20％～70％；

(b)一导电填料，占所述具有电阻正温度系数的导电复合材料体积分数的30％～80％，其粒径为0.1μm～10μm，且体积电阻率不大于300μΩ·cm，所述导电填料分散于所述的结晶性聚合物基材之中，其中，所述导电填料为一种固溶体。

具体的，结晶性聚合物基材的体积分数可以为20、25、30、35、40、45、50、55、60、65或70％；导电填料的体积分数可以为30、35、40、45、50、55、60、65、70、75或80％。

所述的结晶性聚合物基材占所述导电复合材料的体积分数优选为25％～65％之间，更优为30％～60％之间。

所述导电填料占所述导电复合材料的体积分数优选为35％～75％之间，更优为40％～70％之间。

所述导电填料的粒径优选为0.01μm～50μm，更优为0.1μm～10μm。

所述导电填料的体积电阻率一股不大于500μΩ·cm，更优为不大于300μΩ·cm，最优为不大于100μΩ·cm。

上述导电复合材料还可含有其他组分，如抗氧剂、辐射交联剂(常称为辐照促进剂、交联剂或交联促进剂，例如三烯丙基异氰脲酸酯)、偶联剂、分散剂、稳定剂、非导电性填料(如氢氧化镁)、阻燃剂、弧光抑制剂或其他组分。这些组分通常至多占导电复合材料总体积的15％，例如3、5、10或12％体积百分比。

在上述方案的基础上，所述的结晶性聚合物基材为环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种或其混合物。其中的聚乙烯又包括：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等。

在上述方案的基础上，所述固溶体为金属碳化物的固溶体，其组成包括：碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钛、碳化铌、碳化钼、碳化铪、碳化铬、碳化钨、碳化硼、碳化铍中的两种或两种以上的混合物。

例如：碳化钽-碳化铌固溶体、含铬碳化钨-碳化钛-碳化钽固溶体、碳化钛-碳化钨-碳化钽固溶体、碳化钛-碳化钨-碳化铌固溶体、碳化钛-碳化钨固溶体、碳化钛-碳化钨-碳化铌-碳化钽固溶体、碳化钨-碳化钽固溶体和碳化钛-碳化钽固溶体等。