[发明专利]正温度系数组合物

说明书

本发明涉及一种正温度系数组合物，其包含半结晶材料、至少一种粘合剂、0.5‑9.5重量％的导电材料和溶剂。此外，本发明涉及根据本发明的正温度系数组合物在加热元件和传感器中的用途。根据本发明的正温度系数组合物提供低且稳定的电阻直到自调节温度，这允许加热元件快速加热。此外，根据本发明的正温度系数组合物具有高PTC比，因此具有更高的安全性，可将更大的功率施加至加热元件。

技术领域

本发明涉及正温度系数组合物。根据本发明的组合物具有低且稳定的 电阻直到自调节的温度，这表示加热元件的快速加热。此外，根据本发明 的组合物具有提供改进的安全性的高PTC比，并且可将更大的功率施加至 打印的加热元件。

发明背景

正温度系数或PTC材料是特征在于当达到开关温度(Ts)时电阻率急 剧增加的导电材料。电阻率与温度的函数/曲线具有正斜率且在该温度范围 内，导电聚合物PTC组合物被认为具有正温度系数电阻(PTCR)。如果电阻 率的跳跃足够高，则电阻率有效地阻断电流并且防止材料的进一步加热， 例如材料的过热。PTC材料的主要益处之一是在包含PTC材料的制品中不 需要额外的电子电路，因为PTC材料本身具有类似于电子电路的特性。此外，在冷却时，PTC材料自身复位。电阻率的这种跳跃常被称为PTC振幅， 并且可被定义为最大体积电阻率与室温(约23℃)下的体积电阻率之比。

近年来，PTC聚合物材料已经广泛用于例如自限制加热电缆和过电流 保护装置中。另外，PTC材料已经用于自控加热器。当连接到电源时，PTC 材料将加热到跳闸温度(trip temperature)，并保持此温度，而不使用任何其 它电子控制器。此外，由于电子产品如电脑、智能手机等的广泛开发、应 用和传播，已经增大了对过电流保护装置的需求。显示出PTC行为的组合 物也已经在电气装置中用作包含电源和串联的附加电气组件的电路中的过 电流保护。在电路中，在正常工作条件下，负载和PTC器件的电阻如此以 使相对小的电流流过所述PTC器件。因此，器件的温度保持低于临界或跳 闸温度。如果负载短路或电路经历功率波动，流经PTC器件的电流大大增 加。此时，在PTC器件中消耗大量的功率。这种功率耗散仅在短时期内(几 分之一秒)发生。然而，PTC器件的温度将升高到PTC器件的电阻变得如此 高以将电流限制在可忽略的值的值。所述器件被认为处于跳闸状态。流过 电路的可忽略或涓流的电流不会损坏与PTC器件串联连接的电气组件。因 此，当PTC器件被加热到其临界温度范围时，PTC器件用作保险丝的形式， 将通过短路负载的电流降低到安全的低值。在中断电路中的电流或者消除 负责短路(或功率波动)的情况时，PTC器件将冷却到低于其临界温度至其正 常工作、低电阻状态。该效果是可复位的电路保护装置。

因此，可以说，PTC油墨由于它们的自调节和快速加热性质是有益的。 较不导电的PTC油墨总是会提供更高的PTC比，这带来更多的安全性，但 是它也会产生更小的初始功率(功率(W)＝V²/R，更高的R表示更小的功率)。 通常，当温度升高时，PTC材料的电阻已经开始增大一点。

已经开发了显示这些特性的各种材料。其中，它们是陶瓷以及聚合物 基PTC材料。存在可用的PTC技术，然而，特别是PTC油墨并不容易获 得。

在过去的工业中，已经尝试通过使用不同比例的碳和/或石墨材料来提 高PTC比。这提供对物理性质和安全性的一些改进，但所述改进还不够。

改进PTC技术的一个尝试是将也具有高PTC比的合成半结晶聚合物添 加到PTC组合物中。半结晶聚合物提供了相对于现有材料的改进。

因此，PTC比仍然存在改进的空间，这样可施加更大的功率以提供快 速加热，而不会影响自调节的安全性。

附图简介

图1示出了根据本发明的组合物的PTC曲线，和与现有技术中描述的 材料的PTC曲线的比较。

图2示出了用于测量油墨的薄层电阻的测试图案。

图3示出了加热元件及其结构。