일반기술

불소-처리된 카본블랙을 함유하는 도전성 중합체 조성물 및 이로부터 제작된 PTC소자

*원리 및 구성본 발명은 PTC 특성을 갖는 과전류 차단용 전도성 중합체 조성물 및 이를 이용한 PTC 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접 불소처리 방법으로 전도성 충전제인 카본블랙을 처리한 후 이를 올레핀계 고분자 수지 매트릭스와 용융 혼합하여 만든 전도성 중합체 조성물 및 이로부터 제작된 PTC 소자에 관한 것이다.*배경 - 전도성 중합체 조성물이 나타내는 정온도 계수(positive temperature coefficient, PTC) 거동은 이미 전자산업에서 공지되어 있고 정온 히터, 열 센서, 과전류 레귤레이터 및 저전력 회로 보호 장치의 소자 등 많은 응용장치에서 사용되고 있다. - PTC 특성이란 상온 정도의 낮은 온도에서는 저항이 낮아 전도성을 가지지만, 온도가 상승함에 따라 비교적 좁은 온도 영역에서 전기저항이 급격히 증가하는 특성을 말한다. PTC 현상의 원인은 고분자 내에서 결정상태와 비결정 상태의 변화 즉, 온도가 상승하여 사용한 수지의 용융점 부근이 되면 전도성 충전 입자간의 간격, 응집간의 간격이 커져 이로 인해 형성되었던 전도 네트워크가 파괴됨으로써 전자의 터널링(tunneling) 현상을 방해하기 때문에 발생하는 것으로 설명되고 있다.이와는 반대로, 용융점이 오래 지속되거나 더 높은 온도로 올라가게 되면 유동성을 전도성 입자들이 자유로이 재배열하여 입자간에 응집(aggregation)이 일어나게 되고 새로운 전도성 네트워크를 형성하게 됨으로써 전자들의 이동 통로가 증가하게 되고 이로 인해 저항값이 낮아지는 NTC 현상이 발생한다. 이러한 현상은 과전류가 인가된 상태에서 계속 높은 저항을 유지함으로써 과전류를 차단하는 회로 보호용 소자에서는 치명적인 결과를 가져온다. 따라서, 상기와 같은 NTC 특성을 제거하기 위하여 여러 가교 공정이 사용되고 있으며, 가교방법으로는 화학적 가교방법 및 조사 가교방법 등이 일반적으로 사용되고 있다.본 발명에 따르는 카본블랙의 불소처리는, 1)처리용 불소가스의 압력 조절 및 처리 시간 조절로 카본블랙의 불소함량 조절이 가능. 2)종래의 화학적 가교방법의 문제점인 혼합공정 온도상의 제약과 가교도에 제약이 따르는 점이나, 조사 가교 방법의 제약인 가교 공정시 제조비가 증가하여 공정 처리시 많은 비용이 발생하는 문제점이나 가교도를 균일하게 유지하기가 어려운 단점이 발생하지 않음.3)상온 이하의 저진공하에서 장치를 운전하므로 표면처리 장치가 비교적 간단.4)표면처리 반응의 개시를 위한 개시제 및 촉매 혹은 에너지가 필요 없으므로 경제적. 5)조성물에 수분의 침투가 전혀 없어 처리시간과 소자의 제작시간이 짧아 PTC 소자의 제작비 절감 및 성능 향상에 크게 기여할 수 있음. 6)PTC 소자로 제작될 때 불소처리된 카본블랙의 자유에너지 감소로 인한 수지의 용융점에서의 NTC 현상의 제거와 카본블랙과 수지간의 계면결합력 저하로 인해 우수한 PTC 세기를 나타낼 수 있음.