TWI703186B - 塗料組合物、塗層及包含該塗層的壓敏電阻器 - Google Patents

Abstract

本發明提供之塗料組合物包含一矽樹脂、一填料、一纖維及一溶劑，該纖維的長度為100微米至500微米。其中，以該塗料組合物之總重為基準，該矽樹脂的含量為5重量%至20重量%，該填料和該纖維的總重量為75重量%至90重量%；以該填料和該纖維之總重量為基準，該纖維的含量為4重量%至8重量%；本發明之塗料組合物經固化形成一塗層；本發明之壓敏電阻器包含包覆於一壓敏電阻元件上的該塗層，使其於遭受過大瞬間電壓時，仍能具有無火花、無燃燒或塗層無炸裂分散之防爆特性，且於製備上具省時與低成本的優勢。

Description

塗料組合物、塗層及包含該塗層的壓敏電阻器

本發明關於一種塗料組合物，尤指一種具纖維的塗料組合物。本發明另關於一種前述塗料組合物固化形成的塗層，以及包含前述塗層的壓敏電阻器。

壓敏電阻器，又稱變阻器，其電流-電壓特性曲線呈非線性的變化，因此可根據施加之電壓大小而對應調整本身電阻值；當瞬間突波電壓發生，壓敏電阻器的電阻值會迅速降低而對電流進行分流，進而防止瞬間突波電壓對其它電子元件帶來的危害，故具有保護電子元件的功用。

然而，壓敏電阻器能承受的能量或功率有限，在瞬間突波電壓的反覆作用下，壓敏電阻器的漏電流越來越大，且壓敏電阻器溫度的升高，漏電流更大，以至壓敏電阻器的溫度高達封包材料的燃點，進而使封包材料融化而形成短路點；當下一個較大的電流灌入短路點時，將會形成高熱而產生火花，甚至發生陶瓷體炸裂且碎片飛散的現象，而炸裂的碎片可能影響周邊電路或其他電子元件，導致設備損壞。

為防止瞬間突波電壓產生的火花、燃燒、炸裂等現象，現有的壓敏電阻器於增進防爆功能之加工方法主要有兩種，其一為於壓敏電阻器的外部塗佈環氧樹脂塗層，該塗層具有防潮、絕緣、以及難燃性等特點，能抑制火花產生，進而減少炸裂發生；但該塗層並非不可燃，一旦瞬間突波電壓過大超過壓敏電阻器可承受的功率，包覆在壓敏電阻器外部的環氧樹脂塗層還是會被引燃，甚至可能炸裂造成危害。

另一種使壓敏電阻器具防爆功能的加工方法，如中國新型專利案第203218048號的防爆壓敏電阻器，以絕緣殼體密封壓敏電阻器，並於絕緣殼體内充填高分子材料，該高分子材料具有耐溫、防火等特性；固化後之高分子材料包覆該壓敏電阻器以防止壓敏電阻器受瞬間突波電壓衝擊時產生火花、燃燒與炸裂分散的情況，藉此提高使用時的安全性。然而，絕緣殼體雖能有效防止火花、炸裂，但其製造耗時且成本高，以至於應用受限。

有鑑於上述現有壓敏電阻器存在的技術缺陷，本發明之目的在於提供一種塗料組合物，當壓敏電阻器包含由該塗料組合物固化而成的塗層時，能使該壓敏電阻器即使遭受過大的瞬間電壓而被擊穿，仍不會產生火花、燃燒或炸裂分散。

為達到前述目的，本發明提供一種塗料組合物，其包含：一矽樹脂、一填料、一纖維及一溶劑，該纖維的長度為100 微米(μm)至500 μm；其中，以該塗料組合物之總重為基準，該矽樹脂的含量為5重量%(wt%)至20 wt%，該填料和該纖維的總重量為75 wt%至90 wt%；以該填料和該纖維之總重量為基準，該纖維的含量為4 wt%至8 wt%。

本發明在塗料組合物中添加特定含量範圍之具特定長度的纖維，藉由該纖維的高絕緣性，且其能形成網狀結構以增強該塗料組合物固化後之塗層的強度，因此包含該塗料組合物固化後之塗層的壓敏電阻器能具有良好的防爆性能，即使在遭受過大瞬間電壓而被擊穿，仍不會產生火花、燃燒或塗層炸裂分散。

依據本發明，該塗料組合物以該矽樹脂為基體，該矽樹脂包含甲基矽樹脂、甲基苯基矽樹脂、乙烯基矽樹脂、甲基乙烯基矽樹脂、氨基矽樹脂、環氧基矽樹脂或其組合，但並非僅限於此。

依據本發明，該填料之材料包括金屬氧化物、滑石、石英、雲母、碳酸鈣或其組合，但並非僅限於此。所述填料具有絕緣性，可用以降低塗料組合物之熱膨脹係數；再者，所述填料之型態可為粉狀，例如：滑石粉、石英粉、雲母粉。舉例而言，該塗料組合物可包括一種前述填料，亦可同時包括兩種或兩種以上的前述填料；舉例而言，該塗料組合物可為雲母和碳酸鈣之組合、滑石和石英之組合、或石英和雲母之組合等填料，但不限於此。

依據本發明，該纖維包括玻璃纖維、石英玻璃纖維、氧化鋁纖維或其組合，但並非僅限於此。舉例而言，該塗料組合物可包括一種前述纖維，亦可同時包括兩種或兩種以上的前述纖維；舉例而言，該塗料組合物同時包括玻璃纖維和石英玻璃纖維等纖維，但不限於此。

較佳的，該纖維的直徑為5 μm至15 μm。

依據本發明，以該塗料組合物之總重量為基準，該溶劑其含量為2 wt%至15 wt%；該溶劑包括甲苯、二甲苯或其組合，但並非僅限於此。

依據本發明，該塗料組合物經固化而形成塗層，固化後之塗層不殘留溶劑；固化的方式包括熱固化，但並非僅限於此。

本發明另提供一種塗層，其係由前述之塗料組合物固化而成。

本發明另提供包含前述塗層的壓敏電阻器，該壓敏電阻器具有良好的防爆性能，即使在遭受過大瞬間電壓而被擊穿，仍不會產生火花、燃燒或塗層炸裂分散，且於製備上具省時及低成本的優勢；其包含： 一壓敏電阻元件； 一第一塗層，其包覆於該壓敏電阻元件上；以及 一第二塗層，其包覆於該第一塗層上； 其中，該壓敏電阻元件包括： 一陶瓷體，其具有一第一端及一相對於該第一端的第二端； 複數內電極，該等內電極設置於該陶瓷體外，且相鄰的兩內電極分別與該第一端及該第二端相接； 一第一外電極，其設置於該陶瓷體的第一端上且與相對應的內電極接觸；以及 一第二外電極，其設置於該陶瓷體的第二端上且與相對應的內電極接觸； 其中，該第一塗層為前述之塗層。

依據本發明，該第一塗層為前述之塗層，且該塗層為前述之塗料組合物經固化而成；因該塗料組合物包含之纖維具特定含量範圍及具特定長度，能形成網狀結構以增強該塗料組合物固化後之該塗層強度，因此包含該塗層之該壓敏電阻器能具有良好的防爆性能，即使在遭受過大瞬間電壓而被擊穿，仍不會產生火花、燃燒或塗層炸裂分散。

較佳的，該第一塗層的厚度介於1.1毫米(mm)至2 mm；該第二塗層的厚度介於1.1 mm至2 mm。

依據本發明，該第二塗層係由一第二塗料組合物固化而成，該第二塗料組合物包含一矽樹脂、一填料、一阻燃劑、及一溶劑；其中，以該第二塗料組合物之總重為基準，該矽樹脂的含量為10 wt%至20 wt%，該填料和該阻燃劑的總重量為75 wt%至90 wt%；以該填料和該阻燃劑之總重量為基準，該阻燃劑的含量為30 wt%至50 wt%。

在一些實施例中，該第二塗料組合物還可包含一纖維。較佳的，該第二塗料組合物包含的纖維可與第一塗料組合物包含的纖維相同。

依據本發明，該第二塗料組合物以該矽樹脂為基體，該矽樹脂包含甲基矽樹脂、甲基苯基矽樹脂、乙烯基矽樹脂、甲基乙烯基矽樹脂、氨基矽樹脂、環氧基矽樹脂或其組合，但並非僅限於此。

依據本發明，該填料包括金屬氧化物、滑石、石英、雲母、碳酸鈣或其組合，但並非僅限於此。所述填料具有絕緣性，可用以降低該第二塗料組合物之熱膨脹係數；再者，所述填料的型態可為粉狀，例如：滑石粉、石英粉、雲母粉。舉例而言，該第二塗料組合物可包括一種前述填料，亦可同時包括兩種或兩種以上的前述填料；舉例而言，該第二塗料組合物同時包括石英和雲母等填料，但不限於此。

依據本發明，該阻燃劑為無機阻燃劑，其包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、三氧化二銻、硼酸鹽、鉬酸鈣或其組合，但並非僅限於此。舉例而言，該第二塗料組合物可包括一種前述阻燃劑，亦可同時包括兩種或兩種以上的前述阻燃劑；舉例而言，該第二塗料組合物同時包括氫氧化鋁和氫氧化鎂等阻燃劑，但不限於此。

依據本發明，以該第二塗料組合物之總重量為基準，該溶劑的含量為2 wt%至10 wt%；該溶劑包括甲苯、二甲苯或其組合，但並非僅限於此。

本發明之壓敏電阻器具有如前述塗層之該第一塗層，故該壓敏電阻器能具有良好的防爆性能，即使在遭受過大瞬間電壓而被擊穿，仍不會產生火花、燃燒或塗層炸裂分散，並在製備工藝上具有省時及低成本的優勢。

以下，將藉由實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。

實施例 1 至 6 與比較例 1 至 7 ：塗料組合物

根據下表1所示之各成分之含量及纖維的長度，於一容器內依序加入矽樹脂、填料、纖維及溶劑，經攪拌後分別得到實施例1至6與比較例1至7之塗料組合物。以實施例1為例，以所述塗料組合物的總重為基準，將5 wt%甲基矽樹脂、80 wt%的填料(68 wt%石英粉、4 wt%滑石粉、及8 wt%雲母粉)和3.4 wt%的玻璃纖維(纖維的長度為100 μm至500 μm，且纖維的直徑為5 μm至15 μm)、及11.6 wt%的溶劑(5.8 wt%甲苯和5.8 wt%二甲苯)混合置於容器內，攪拌30分鐘，得一塗料組合物。此外，實施例2至6及比較例1至7之纖維的直徑皆為5 μm至15 μm。

表1：實施例1至6與比較例1至7之塗料組合物的各成分含量(單位：wt%)：

實施例 7 ：壓敏電阻器

實施例7係包含以實施例1之塗料組合物經固化形成之塗層為第一塗層的壓敏電阻器，其依據表2所示的各成分含量續行製備。

如圖1及圖2所示，本發明之壓敏電阻器10包含有壓敏電阻元件11(型號：TVR10511)，第一塗層20，其包覆於壓敏電阻元件11上，以及第二塗層30，其包覆於第一塗層20上；其中，壓敏電阻元件11包括陶瓷體12，其具有第一端121及相對於第一端的第二端122；複數內電極13，該等內電極13設置於陶瓷體12外，且相鄰的兩內電極分別與第一端121及第二端122相接；第一外電極14，其設置於陶瓷體的第一端121上且與相對應的該等內電極13接觸；第二外電極15，其設置於陶瓷體的第二端122上且與相對應的該等內電極13接觸；其中，第一塗層20係由實施例1的塗料組合物固化而成的塗層，該第一塗層20的塗層厚度為1.1 mm至1.5 mm。

前述之壓敏電阻元件11經由浸入實施例1之塗料組合物並加熱固化形成第一塗層20，再浸入第二塗料組合物並加熱固化形成第二塗層30，而得一壓敏電阻器10。包含壓敏電阻器10的製備如下：

首先，將壓敏電阻元件11之芯片部位浸入實施例1之塗料組合物中，取出後靜置2分鐘待被實施例1之塗料組合物包覆的壓敏電阻元件11乾燥，再次將前述之壓敏電阻元件11浸入實施例1之塗料組合物中並取出靜置2分鐘待乾燥，重覆此浸入及乾燥步驟共4次。然後將前述之壓敏電阻元件11靜置6小時後放入烘箱進行加熱固化，於80˚C之溫度下烘烤1小時，再提高至145˚C烘烤2小時，得到一具第一塗層20的壓敏電阻元件11，其中，第一塗層20的厚度介於1.1 mm至1.5 mm。

接著將具第一塗層20的壓敏電阻元件11浸入第二塗料組合物，該第二塗料組合物係根據下表2所示之第二塗料組合物的各成分含量配製而成。第二塗料組合物中包括之10 wt%甲基矽樹脂、55 wt%的填料(45 wt%石英粉及10 wt%雲母粉)和25 wt%的氫氧化鋁、及10 wt%的溶劑(5 wt%甲苯和5 wt%二甲苯)混合置於容器內，攪拌30分鐘，得到一第二塗料組合物；接著將具第一塗層20的壓敏電阻元件11之芯片部位浸入第二塗料組合物中，取出後靜置2分鐘待被第二塗料組合物包覆之前述壓敏電阻元件11乾燥，再次將前述之壓敏電阻元件11浸入第二塗料組合物中並取出靜置2分鐘待乾燥，重覆此浸入及乾燥步驟共4次。然後將前述之壓敏電阻元件11靜置6小時後放入烘箱進行加熱固化，於80˚C之溫度下烘烤1小時，再提高至145˚C烘烤2小時，得到一壓敏電阻器10，其中，第二塗層30的厚度介於1.1 mm至1.5 mm。實施例 8 至 12 ：壓敏電阻器

實施例8至12之壓敏電阻器的製備與實施例7的壓敏電阻器大致相同，惟實施例8至12之第二塗料組合物的各成分含量如表2所示，且其第一塗層係分別為實施例2至6的塗料組合物經固化而成的塗層；其中，第一塗層的塗層厚度皆介於1.1 mm至1.5 mm，且第二塗層的厚度皆介於1.1 mm至1.5 mm。比較例 8 至 14 ：壓敏電阻器

比較例8至14之壓敏電阻器的製備與實施例7的壓敏電阻器大致相同，惟比較例8至14之第二塗料組合物的各成分含量如表2所示，且其第一塗層係分別為比較例1至7的塗料組合物經固化而成的塗層，其中，比較例8至11、13和14之第一塗層的塗層厚度皆介於1.1 mm至1.5 mm，但比較例12因塗料組合物的流動性不佳無法成形第一塗層；再者，比較例8至11、13和14之第二塗層的塗層厚度皆介於1.1 mm至1.5 mm，而比較例12未製備第二塗層。比較例 15 ：絕緣殼體密封壓敏電阻器

比較例15之絕緣殼體密封壓敏電阻器的製備如下：將壓敏電阻元件(型號：TVR10511)設置在絕緣殼體內部，將壓敏電阻元件之第一外電極和第二外電極向外延伸出絕緣殼體，接著，將黏稠狀態之酚醛樹脂注入並填滿絕緣殼體之容置空間內部使其完全包覆壓敏電阻元件，然後固化酚醛樹脂，得一絕緣殼體密封壓敏電阻器。

表2：實施例7至12與比較例8至14之第二塗料組合物的各成分含量 (單位：wt)：

試驗例：過電壓之測試

本試驗例由如下之相同試驗方法分析實施例7至12之壓敏電阻器、比較例8至14之壓敏電阻器，和比較例15之絕緣殼體密封壓敏電阻器的防爆特性。

試驗方法： 以交流電220伏特(V)為起點並維持1分鐘，迅速於2秒內升至起點電壓與最大允許交流電壓320V的中心電壓270V並維持1分鐘，接著迅速於2秒內升至最大允許交流電壓320V並維持2分鐘，接著以每30秒調高10V的速率升高電壓至壓敏電阻器測試失效，並觀察壓敏電阻器之火花、燃燒或炸裂現象。其中，保險絲之規格為5A慢速型。若壓敏電阻器有火花、燃燒、或炸裂狀況，判定為過電壓測試沒通過，於下表3中表示為「X」；若壓敏電阻器沒有火花、燃燒、或炸裂狀況，則判定為過電壓測試通過，於下表3中表示為「O」。

表3：實施例7至12與比較例8至15之過電壓測試結果：

如上表3所示之過電壓測試結果，實施例7至12的壓敏電阻器因分別包含實施例1至6的塗料組合物固化而成的第一塗層，因此於火花、燃燒、及塗層炸裂狀況的結果皆通過過電壓測試；而比較例8至14之壓敏電阻器(即不具本發明之塗料組合物)於火花和炸裂狀況的測試結果皆未通過；由此證明，具有本發明之塗料組合物的壓敏電阻器具有良好的防爆特性，能在遭受瞬間電壓時，不產生火花、燃燒及塗層炸裂之現象。另外，雖比較例15之絕緣殼體密封壓敏電阻器的測試結果為通過，然而，其絕緣殼體之外殼呈現明顯膨脹之鼓包，因此於使用上仍有安全性疑慮。

將實施例7、9與比較例10之壓敏電阻器的過電壓測試結果做比較，以及將實施例8、11與比較例11之壓敏電阻器的過電壓測試結果做比較；可以發現矽樹脂的含量超出本發明之5 wt%至20 wt%的範圍時，比較例10(即矽樹脂含量為4 wt%)和比較例11(即矽樹脂含量為25 wt%)之過電壓測試結果於火花及炸裂皆未通過，也就是說實施例7至9和11具本發明之壓敏電阻器，其矽樹脂的特定含量範圍能使壓敏電阻器具有良好的防爆效果。

將實施例7與比較例8和比較例9之壓敏電阻器的過電壓測試結果做比較，當選用相同之塗料組合物、第二塗料組合物之各成分含量固化形成第一塗層及第二塗層時，比較例8(即纖維的長度介於10 μm至100 μm)和比較例9(即纖維的長度介於500 μm至1000 μm)之壓敏電阻器的過電壓測試結果於火花及炸裂皆未通過，也就是說實施例7具有纖維長度為100 μm至500 μm的壓敏電阻器於遭受過大之瞬間電壓時，能達到無火花、無燃燒及無炸裂之防爆特性。其係由於實施例7之塗料組合物中的纖維能有效形成網狀結構，進而增強塗層的強度，從而減少塗層炸裂的情形發生，達到無火花、燃燒及炸裂之防爆效果。

將實施例7與比較例13和14之壓敏電阻器的過電壓測試結果做比較，以及將實施例9、10、12與比較例12的壓敏電阻器做比較；可以發現比較例13和14(纖維含量佔纖維和填料含量之總重低於4 wt%)之壓敏電阻器的過電壓測試結果於火花及炸裂皆未通過，其中，比較例12(纖維的含量高於8 wt%)更因為塗料組合物的流動性不佳，而無法形成第一塗層，以至於不能續行製成第二塗層之步驟並進行過電壓測試。由此可知，實施例7、9、10、12經本發明製程之壓敏電阻器，其包含之纖維的含量能增強塗層的強度，降低炸裂情況的發生，並達到無火花、燃燒及炸裂之防爆效果。

將實施例7至12與比較例15之絕緣殼體密封壓敏電阻器的過電壓測試結果做比較，儘管比較例15之絕緣殼體密封壓敏電阻器的測試結果皆通過，但其絕緣殼體之外殼呈現膨脹之鼓包，於使用上有安全性疑慮；而實施例7至12的壓敏電阻器，除了於遭受過大的瞬間電壓能達到無火花、燃燒及炸裂之防爆的效果，也沒有塗層膨脹之鼓包情況。

綜合上述分析結果可知，本發明之技術手段能令壓敏電阻器具有良好的防爆性能，即使在遭受過大瞬間電壓而被擊穿，仍不會產生火花、燃燒或塗層炸裂分散，此外，本發明之壓敏電阻器於製備上還兼具省時及成本降低的功效，進而提升本發明的應用價值。

10:壓敏電阻器13:內電極11:壓敏電阻元件14:第一外電極12:陶瓷體15:第二外電極121:陶瓷體的第一端20:第一塗層122:陶瓷體的第二端30:第二塗層

圖1為本發明之壓敏電阻器的前視示意圖。 圖2為本發明之壓敏電阻器的側視剖面示意圖。

10:壓敏電阻器

11:壓敏電阻元件

12:陶瓷體

121:陶瓷體的第一端

122:陶瓷體的第二端

13:內電極

14:第一外電極

15:第二外電極

20:第一塗層

30:第二塗層

Claims (12)

1. 一種塗料組合物，其包含：一矽樹脂、一填料、一纖維以及一溶劑；其中，該纖維的長度為100微米至500微米；以該塗料組合物之總重為基準，該矽樹脂的含量為5重量%至20重量%，該填料和該纖維的總重量為75重量%至90重量%；以該填料和該纖維之總重量為基準，該纖維的含量為4重量%至8重量%。
2. 如請求項1所述之塗料組合物，其中該纖維的直徑為5微米至15微米。
3. 如請求項1或2所述之塗料組合物，其中該纖維包括玻璃纖維、石英玻璃纖維、氧化鋁纖維或其組合。
4. 如請求項1所述之塗料組合物，其中該矽樹脂包括甲基矽樹脂、甲基苯基矽樹脂、乙烯基矽樹脂、甲基乙烯基矽樹脂、氨基矽樹脂、環氧基矽樹脂或其組合。
5. 如請求項1所述之塗料組合物，其中該填料包括金屬氧化物、滑石、石英、雲母、碳酸鈣或其組合。
6. 如請求項1所述之塗料組合物，其中，以該塗料組合物之總重為基準，該溶劑的含量為2重量%至15重量%。
7. 如請求項1所述之塗料組合物，其中該溶劑包括甲苯、二甲苯或其組合。
8. 一種塗層，其係由如請求項1至7中任一項所述之塗料組合物固化形成。
9. 一種壓敏電阻器，其包含： 一壓敏電阻元件； 一第一塗層，其包覆於該壓敏電阻元件上；以及 一第二塗層，其包覆於該第一塗層上； 其中，該壓敏電阻元件包括： 一陶瓷體，其具有一第一端及一相對於該第一端的第二端； 複數內電極，該等內電極設置於該陶瓷體外，且相鄰的兩內電極分別與該第一端及該第二端相接； 一第一外電極，其設置於該陶瓷體的第一端上且與相對應的內電極接觸；以及 一第二外電極，其設置於該陶瓷體的第二端上且與相對應的內電極接觸； 其中，該第一塗層為如請求項8所述之塗層。
10. 如請求項9所述之壓敏電阻器，其中該第二塗層係由一第二塗料組合物固化而成，該第二塗料組合物包含： 一矽樹脂； 一填料； 一阻燃劑；以及 一溶劑；   其中，以該第二塗料組合物之總重為基準，該矽樹脂的含量為10重量%至20重量%，該填料和該阻燃劑的總重量為75重量%至90重量%；以該填料和該阻燃劑之總重量為基準，該阻燃劑的含量為30重量%至50重量%。
11. 如請求項10所述之壓敏電阻器，其中該矽樹脂包括甲基矽樹脂、甲基苯基矽樹脂、乙烯基矽樹脂、甲基乙烯基矽樹脂、氨基矽樹脂、環氧基矽樹脂或其組合。
12. 如請求項9所述之壓敏電阻器，其中該第一塗層的厚度介於1.1毫米至2.0毫米；該第二塗層的厚度介於1.1毫米至2.0毫米。

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