[发明专利]制备正温度系数聚合材料的两步方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.119(e)部分，要求1998年9月25日提交的临时申请No.60/101,892的权益。

背景技术

1．发明领域

本发明涉及制备正温度系数聚合物复合材料的制造方法，具体地说，涉及制备高填充量、填充料分布均匀的正温度系数聚合物复合材料的制造方法。

2．现有技术的简要描述

正温度系数(PTC)聚合物复合材料或聚合物材料在本技术领域已广为人知，并已发现其在众多电工和电子仪器中已被广泛用作PTC器件。包括这些聚合物复合材料的PTC器件的主要功能是防止电子线路的过载和/或过热。PTC器件之所以有这种功能是因为PTC聚合物复合材料的特点在于在预定的温度范围内伴随着温度一个比较小的增加，聚合物复合材料的电阻(欧姆)会有突然的升高。因此，PTC器件可以用作保险丝，以在它所串连进的线路电流超过预定的一个安培时切断电流，并在引起线路电流增加的因素被排除且在由于过载电流在PTC器件中产生的热被散发之后能够恢复正常工作。

PTC器件中包含的正温度系数聚合物典型地包括：结晶状聚合物基体，其中均匀分布着导电材料(填充料)。基体经常使用的典型聚合物是高密度聚乙烯(HDPE)，填充料经常使用的典型导电材料是炭黑。PTC聚合物材料典型地包括高填充量的填充料，例如重量百分比大约为45％的炭黑。

对PTC器件工作原理的详细描述以及制造PTC器件的材料和方法可以在已公开的转让给本申请的申请人的PCT申请WO97/06660(1997年2月27日公开)和已公开的PCT申请WO97/39461(1997年10月23日公开)中找到。

现有技术中与PTC聚合物的制备相关的几个问题涉及到或由聚合物基体的炭黑或其他填充料的填充量过高所引起。简言之，高的填充量使得很难始终获得分布均匀的填充料，因此也很难获得均匀的电阻率。高的填充量还会造成生产PTC聚合物材料所使用的机器相当大的磨损，导致经常性的堵塞并且在机器堵塞后还很难清除。

本发明提供了一种改进的过程用于生产PTC聚合物材料。本发明的生产过程使得聚合物基体内的填充料分布始终很均匀，降低了机器的磨损，减轻了机器的清除任务，并且还使得可以生产具有比现有技术中能够均匀填充的导电填充料更多的填充量的PTC材料。

发明综述

根据本发明制造正温度系数聚合物材料首先要生产出结晶状聚合物，如高密度聚乙烯，与导电填充料，如炭黑的按比例的均质混合物(预混合料或母料)，其中填充料的比例比它在最终的PTC产品中的比例低。下一步，均质混合物、预混合料或母料要以熔融液态的形式与更多的足量的填充材料混合以生产出聚合物基体中所希望填充的填充料。之后，用常规设备对得到的混合物进行挤压、成型、形成，从而提供正温度系数聚合物复合材料，当为这些聚合物复合材料安装了电极时，它们就可以用作正温度系数线路保护器件。

本发明的两步混合方法的优点包括：能够在聚合物基体中提供均匀分布的填充料，能够减小执行第二步与填充料混合和挤压的机械磨损，以及能够达到比现有技术通常可以获得的填充料的百分比更高的百分比。

附图的简要说明

图1为一流程图，显示了本发明制造过程的优选实施例所执行的步骤。

图2为根据本发明执行第二步混合和挤压的优选模式的示意图。

图3为本发明的制造过程中生产出的层压的正温度系数复合材料的侧视图。

优选实施例的详细描述

在本技术领域中，已知有大量的聚合物、共聚物以及聚合物的混合物适合于制造正温度系数(PTC)复合材料，这一点在公开文本WO97/39461(17-18页)和WO/970660(第14页)中进行了描述。尽管在本发明生产过程的优选实施例中使用的是高密度聚乙烯(HDPE)，但是本发明的生产过程适用于生产具有在现有技术中已知的其它更适于本目的的聚合物、共聚物或聚合物混合物中的一种的正温度系数复合材料。本发明的生产过程中使用另一个优选的聚合物材料的例子是聚偏二氟乙烯(PVDF)。公开文本WO97/39461和WO/970660的说明部分和附图部分都通过引用结合于此。

适于制造正温度系数(PTC)复合材料的导电填充料在本技术领域也是众所周知的，公开文本WO97/39461(18页)和WO/970660对其进行了描述。一般来讲，本技术工艺最好使用炭黑(C.B.)作为填充材料，并且炭黑也是本发明的生产过程中所优选使用的导电填充料。