[发明专利]正温度系数材料及使用该材料的电阻组件和LED照明装置

说明书

技术领域

本发明关于一种正温度系数材料及组件，以及应用该正温度系数材料的电阻组件和LED照明装置。

背景技术

由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性的导电复合材料的电阻具有对温度变化反应敏锐的特性，可作为电流或温度感测组件的材料，且目前已被广泛应用于过电流保护组件或电路组件上。由于PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使电路或电池得以正常运作。但是，当电路或电池发生过电流(over-current)或过高温(over-temperature)的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态，即发生触发(trip)现象，从而降低流过的电流值。

该导电复合材料的导电率视导电填料的种类及含量而定。一般而言，由于碳黑表面呈凹凸状，与聚烯烃类聚合物的附着性较佳，所以具有较佳的电阻再现性。此外，应用于3C产品的过电流保护组件，相当重视阻值回复性，故散布于结晶性高分子聚合物材料的导电填料常使用碳黑以得到更加的阻值回复性。然而使用碳黑作为导电填料时，碳黑间的作用力大，因此常使用高密度聚乙烯(High density polyethylene；HDPE)作为高分子聚合物。然而因HDPE的熔点较高，导致材料不易于低温触发，因此不适用于一些需要低温触发的场合。此外，即使使用可于低温触发的高分子聚合物材料，若使用碳黑作为导电填料，其触发时电阻弹升幅度往往不足，例如仅有原始电阻值的约100倍左右，而仍有相当大的改进空间。

发明内容

为了达到上述目的，本发明揭示一种正温度系数材料及电阻组件，其具有低温触发的特性，因而可作为LED发光的调光应用。

根据本发明的第一方面，一种正温度系数材料包含结晶性高分子聚合物及散布于其中的导电陶瓷填料。结晶性高分子聚合物的熔点小于90℃，且重量百分比介于5%～30%。导电陶瓷填料的体积电阻值小于500μΩ-cm，且重量百分比介于70%～95%。该正温度系数材料于25℃的体积电阻值约0.01～5Ω-cm，且在温度25℃至80℃之间的电阻差在10³倍至10⁸倍之间。

一实施例中，为了在较低温就能有触发(trip)反应，因此结晶性高分子聚合物选用较低熔点的高分子材料，例如熔点小于90℃，或小于80℃，或特别是40℃～80℃或30℃～70℃。结晶性高分子聚合物主要包含乙烯、乙烯共聚物或其组合。乙烯共聚物包含酯(ester)、醚(ether)、有机酸(organic acid)、酐(anhydride)、酰亚胺(imide)、酰胺(amide)官能基的至少一种。例如：结晶性高分子聚合物可为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、低密度聚乙烯(LDPE)或其混合物。另外，结晶性高分子聚合物可另加入熔点较高的高密度聚乙烯，以调整整体的结晶性高分子聚合物的熔点。

低密度聚乙烯可用传统齐格勒-纳塔(Ziegler－Natta)催化剂或用茂金属(Metallocene)催化剂聚合而成，亦可经由乙烯单体与其它单体（例如：丁烯(butene)、己烯(hexene)、辛烯(octene)、丙烯酸(acrylic acid)或醋酸乙烯酯(vinyl acetate)）共聚合而成。

该导电陶瓷填料则包含碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化钒(VC)、碳化锆(ZrC)、碳化铌(NbC)、碳化钽(TaC)、碳化钼(MoC)、碳化铪(HfC)、硼化钛(TiB₂)、硼化钒(VB₂)、硼化锆(ZrB₂)、硼化铌(NbB₂)、硼化钼(MoB₂)、硼化铪(HfB₂)、氮化锆(ZrN)、氮化钛(TiN)或其混合物。该导电陶瓷填料的粒径大小介于0.01μm至30μm之间，较佳粒径大小介于0.1μm至10μm之间。

一实施例中，该正温度系数材料的触发温度在30℃～55℃之间。

一实施例中，为了增加阻燃效果、抗电弧效果或耐电压特性，正温度系数材料可另包含非导电填料，该非导电填料为氧化镁、氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳酸钙、硫酸镁、硫酸钡或其混合物。该非导电填料的重量百分比介于0.5%～5%。非导电填料的粒径大小主要介于0.05μm至50μm之间，且其重量比是介于1%至20%之间。