CN102054547A

CN102054547A - 一种正温度系数热敏电阻及其制备方法

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Publication number: CN102054547A
Application number: CN2009101099564A
Authority: CN
Inventors: 刘倩倩; 陈炎; 李晓芳; 任茂林; 朱淑丽
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: CN102054547B

Abstract

本发明提供了一种正温度系数热敏电阻，其包含二个金属箔片、芯材、第一偶联剂；芯材位于二个金属箔片之间，芯材的端面与金属箔片通过第一偶联剂连接；芯材包括高分子基体、导电填料和第二偶联剂。本发明还提供其制备方法，包括如下步骤：(1)预处理：将第一偶联剂溶于稀释剂中制成涂覆液，再将涂覆液分别涂覆于2个金属箔片的一面上，后干燥形成涂覆面；(2)热压：将2个金属箔片的涂覆面分别贴在芯材的两个端面上，然后热压；(3)后处理：在70～150℃的无氧环境下放置10～240min。本发明所提供的正温度系数热敏电阻，在多次电流的冲击下，电阻值变化不大，稳定性好；并且其室温电阻较低。

Description

一种正温度系数热敏电阻及其制备方法

技术领域

本发明属于热敏电阻技术领域，尤其涉及一种正温度系数热敏电阻及其制备方法。

背景技术

正温度系数的英文简写是PTC，全称Positive Temperature Coefficient。正温度系数热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻。其电阻率在某一定的温度范围内时基本保持不变或仅有很小的变化，但当超过材料的特定转变点温度(居里温度Tc)时，就会在狭窄的温度范围内陡然升高，电阻率迅速增大几个甚至十几个数量级。

PTC首先发现于1948年，随着其研发和生产技术的日趋成熟，现已经广泛应用于电子、通讯、自动化等领域。对于大多数的用途而言，期望正温度系数热敏电阻具有较低的室温电阻和较高的PTC强度，以利于对电路有良好的关断作用。

目前的PTC芯材一般由高分子基体、导电填料、偶联剂组成。通过混炼、成型、交联等方式而制得的一种多相复合高分子导电体。然后在芯材的两个端面热压复合金属箔，形成正温度系数热敏电阻。

但是，现有技术中金属箔与PTC芯材之间的结合力并不是非常良好，导致正温度系数热敏电阻的室温电阻较高；并且经过电流多次冲击后，很容易发生金属箔与PTC芯材分离的现象，从而极大地影响了元件的导电性和稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有技术中正温度系数热敏电阻的金属箔与PTC芯材之间的结合差，导致稳定性差。从而提供一种结合好、稳定好的正温度系数热敏电阻。

一种正温度系数热敏电阻，其包含二个金属箔片、芯材、第一偶联剂；所述芯材位于二个金属箔片之间，所述芯材的端面与金属箔片通过第一偶联剂连接；所述芯材包括高分子基体、导电填料和第二偶联剂。

本发明还提供一种上述正温度系数热敏电阻的制备方法。

一种正温度系数热敏电阻的制备方法，其包括如下步骤：

(1)预处理：将第一偶联剂溶于稀释剂中制成涂覆液，再将涂覆液分别涂覆于2个金属箔片的一面上，后干燥形成涂覆面；

(2)热压：将2个金属箔片的涂覆面分别贴在芯材的两个端面上，然后热压；

(3)后处理：在70～150℃的无氧环境下放置10～240min。

本发明所提供的正温度系数热敏电阻，在多次电流的冲击下，电阻值变化不大，稳定性好。并且其室温电阻较低。

附图说明

图1本发明的正温度系数热敏电阻的制备分解示意图。

图2实施例1的阻温曲线。

图3实施例1的关断循环室温电阻变化曲线。

图4对比例1的关断循环室温电阻变化曲线。

具体实施方式

其中，正温度系数热敏电阻的25℃电阻率为0.01～0.02Ω·cm，PTC强度为8～13。

PTC强度为本领域技术人员所公知的概念，即最大体积电阻率ρ_max与室温(25℃)体积电阻率ρ_r之比。

金属箔片为本领域技术人员所公知的，其作用是将芯材中电流导出。例如铜箔片、铝箔片、镍箔片。本发明优选镀镍铜箔片。

芯材是将高分子基体、导电填料和偶联剂等混炼而成的。

其中，高分子基体起骨架的作用。可以是结晶聚合物也可以是非结晶聚合物。一般采用聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚环氧乙烷。

本发明优选选自高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚环氧乙烷(PEG)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或几种。

以芯材的总重量为基准，高分子基体的含量优选为10～60wt％。

导电填料的作用是在高分子基体中形成导电网络。一般为炭黑、石墨、金属粉或导电性金属氧化物。本发明优选金属粉。

本发明优选导电填料的平均粒径为5～50μm。

以芯材的总重量为基准，导电填料的含量优选为30～80wt％。

其中，本发明的第二偶联剂可以选自钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或几种。

以芯材的总重量为基准，第二偶联剂的含量优选为0.5～6wt％。

本发明的芯材还可以包括无机填料、抗氧化剂、润滑剂中的一种或几种。

无机填料的作用是增加PTC芯材的耐电压和耐电流特性。

本发明的无机填料选自二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、氢氧化镁、氢氧化钙、碳化硅、氮化硅、硫酸钡、碳酸钙中的一种或几种。

以芯材的总重量为基准，无机填料占1～10wt％。

抗氧化剂可以抑制高分子基体的热氧老化，一般选自受阻酚类或胺类化合物，本发明优选受阻酚类化合物。以芯材的总重量为基准，抗氧化剂占0.01～1wt％。

润滑剂的作用增加导电填料在聚合物体系中的分散性，一般选自聚乙烯蜡、EVA蜡、石蜡、脂肪酸、脂肪酸盐中一种或几种。

以芯材的总重量为基准，润滑剂的含量优选为1～3wt％。

一种正温度系数热敏电阻的制备方法，其包括如下步骤：

(3)后处理：在70～150℃的无氧环境下放置10～240min。

其中，本发明的第一偶联剂和第二偶联剂采用同一种物质，也可以采用不同物质。本发明优选采用同一种物质。

本发明中稀释剂的作用是将偶联剂溶解。本发明优选甲苯、二甲苯、异丙醇中一种或几种。

优选地，涂覆液中第一偶联剂的浓度为20～75wt％。

本发明的金属箔优选一面光滑一面粗糙的金属箔。粗糙面可增大接触面积和增强结合强度。

将制好的涂覆液喷涂在金属箔片的粗糙面上，并干燥。干燥之后形成涂覆面。

涂覆液的用量优选为0.05～0.5g/cm²。即每平方厘米的金属箔片上的涂覆液的量为0.05～0.5g。

芯材的制备方法是将芯材的原料经过熔融共混、粉碎、成型为芯材。这是本领技术人员所公知的，在此不再赘述。

然后将两个金属箔片的涂覆面贴在芯材的两个端面上，具体可参见图1，其中1为金属箔片，2为第一偶联剂涂层，3为芯材。再将其热压在一起。

热压为本领域技术人员所公知的操作，本发明优选放入热压机中，并控制热压的温度为150～180℃，热压的压强为5～15MPa，热压的时间为10～20min。

最后后处理，即将经过热压后的芯材放于70～150℃的无氧环境中放置10～240min。

优选地，将经过热压后的芯材放于80～120℃的无氧环境中放置30～60min。

本发明的无氧环境包括氮气气氛、氩气气氛和真空气氛。

后处理的作用是使内部反应充分进行，提高后期元件的稳定性。

本发明的发明人意外发现，利用本发明提供的方法制备的正温度系数热敏电阻的稳定性良好，经过电流多次冲击，其金属箔与芯材的结合良好，其电阻仍保持在较低的水平。

本发明的发明人通过仔细研究，正温度系数热敏电阻中金属箔与芯材之间的结合力主要是界面咬合力和范德华力。经过多次电流冲击之后，芯材中导电网络与金属箔结合变差。而本发明通过偶联剂的作用使其结合力增强，这是因为偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。当热压时，第一偶联剂渗透于芯材中，既能芯材中有机高分子以及第二偶联剂反应，又与金属箔片的吸附水反应。从而形成网状结构连接于芯材与金属箔片之间，使金属箔片与芯材结合的更加紧密。而导电网络与偶联剂形成的网络相互穿插，由于没有形成隔绝层，所以并不影响导电网络与金属箔片的接触，反而使接触更好，并且偶联剂形成的网络还可以缓解内部应力。

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例所采用的芯材为：其组成23wt％高密度聚乙烯、70％金属镍粉(平均粒径为20μm)、3wt％的氢氧化镁、5wt％的钛酸酯偶联剂和2wt％的聚乙烯蜡。

商购的一面光滑面一面粗糙面的双面镀镍铜箔备用。

(1)预处理：将钛酸酯偶联剂溶于甲苯中，制成涂覆液，钛酸酯偶联剂的浓度为50wt％。然后将涂覆液喷涂在镀镍铜箔粗燥面上，涂覆量为0.1g/cm²。喷涂完成后置于通风柜自然风干。

(2)热压：将两个金属箔片涂覆面贴在芯材的两个端面上，然后放入热压机中热压15min，控制热压温度为160℃，热压压强为10MPa。

(3)后处理：将经过热压的芯材放于100℃的氮气气氛下放置40min。

制成的正温度系数热敏电阻，记作A1。

实施例2

与实施例1不同的是：(3)后处理为：将经过热压的芯材放于70℃的氮气气氛下放置240min。

实施例3

与实施例1不同的是：(3)后处理为：将经过热压的芯材放于150℃的氮气气氛下放置10min。

实施例4

与实施例1不同的是：钛酸酯的浓度为75wt％。

实施例5

与实施例所不同的是：钛酸酯的浓度为25wt％。

对比例1

与实施例1所不同的是：没有步骤(1)和步骤(3)，直接将将两个金属箔片涂贴在芯材的两个端面上，然后放入热压机中热压15min，控制热压温度为160℃，热压压强为10MPa。其他部分同实施例1。

制成的正温度系数热敏电阻，记作AC1。

性能测试：

室温电阻率：在25℃下，用内阻测试仪(型号BS-VR、广州擎天实业有限公司)测量其电阻，通过电阻率公式计算电阻率。结果见表1。

PTC强度：最大体积电阻率ρ_max与室温(25℃)体积电阻率ρ_r之比。

由于电阻率的定义为ρ＝RS/L，所以体积电阻率之比即电阻之比。故阻温曲线的测试是采用程序升温装置，空气介质，升温速率2℃/min，测量材料在各温度时的电阻与室温电阻之比，而PTC强度就是阻温曲线上的最大值。结果见表1。

稳定性测试：把正温度系数热敏电阻放置于程控电热鼓风干燥箱中，从室温25℃可以升温，升温速率为2℃/min，采集各个温度时的电阻。当电阻超过100MΩ时，冷却至室温为一次关断冲击循环。然后记录每次关断冲击循环之后的室温电阻。结果见表1。

表1

通过表1可以看出，实施例1-5的正温度系数热敏电阻在6次关断循环之后的电阻率变化不超过20％，变化幅度很小。而对比例的变化幅度很大。这说明本发明所提供的正温度系数热敏电阻在电流冲击之后，其结合力仍保持良好。

Claims

1.一种正温度系数热敏电阻，其特征在于：其包含二个金属箔片、芯材、第一偶联剂；所述芯材位于二个金属箔片之间，所述芯材的端面与金属箔片通过第一偶联剂连接；所述芯材包括高分子基体、导电填料和第二偶联剂。

2.根据权利要求1所述的正温度系数热敏电阻，其特征在于：所述第一偶联剂包括钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的正温度系数热敏电阻，其特征在于：所述芯材还包括无机填料、抗氧化剂、润滑剂中的一种或几种。

4.一种权利要求1所述的正温度系数热敏电阻的制备方法，其包括如下步骤：

(3)后处理：在70～150℃的无氧环境下放置10～240min。

5.根据权利要求4所述的正温度系数热敏电阻的制备方法，其特征在于：所述第一偶联剂与所述第二偶联剂采用同一种物质。

6.根据权利要求4所述的正温度系数热敏电阻的制备方法，其特征在于：所述稀释剂选自甲苯、二甲苯、异丙醇中一种或几种。

7.根据权利要求4所述的正温度系数热敏电阻的制备方法，其特征在于：所述涂覆液中第一偶联剂的浓度为20～75wt％。

8.根据权利要求4所述的正温度系数热敏电阻的制备方法，其特征在于：所述涂覆液的用量为0.05～0.5g/cm²。

9.根据权利要求4所述的正温度系数热敏电阻的制备方法，其特征在于：所述热压的温度为150～180℃，压强为5～15MPa，时间为10～20min。

10.根据权利要求4所述的正温度系数热敏电阻的制备方法，其特征在于：步骤(3)为80～120℃的无氧环境中放置30～60min。