CN102280233B - 一种高温型高分子ptc热敏电阻器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高温型高分子PTC热敏电阻器，由两层金属箔片夹有片状高分子PTC芯材构成，其特征在于：所述的高分子PTC芯材按重量百分比计包括下述组分：炭黑：30％-40％；Ag(OH)2或Mg(OH)2∶10％-20％；偶联剂：1％-3％；EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)：5％-10％；HDPE(高密度聚乙烯)：余量。该发明的PTC热敏电阻器可以保证PTC在工作环境温度高于85℃时，甚至100℃仍处于低阻状态，不会因高温出现误动作(断开电流)的故障。

Description

一种高温型高分子PTC热敏电阻器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种适用于高温环境具有较高居里点的高分子PTC材料及其制备方法。

背景技术

一般的，填充导电粒子的结晶高分子复合材料可表现出正温系数PTC现象，也就是说在较低的温度时，这类导体呈现较低的电阻率，而当温度升高到达高分子聚合物熔点以上，电阻率会急速升高。目前常规的聚合物材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、EVA、EAA、EBA，导电填料包括炭黑、石墨、碳纤维、镍粉、铜粉、铝粉等。

高分子PTC阻值与温度的关系并不是线性关系，而是在温度上升初期PTC阻值变化并不大，只是当温度达到一定值(G点)阻值突然变大。我们称G点为拐点或居里点。当我们对G点与PTC材料中的聚合物(PE)的物理性对比时发现，G点非常接近PE的熔点。如高密度聚乙烯(HDPE)的熔点在125℃±5℃，低密度聚乙烯(LDPE)的熔点在115℃±5℃。而相应的PTC G点与相应的熔点相差不超过10℃。有分析认为PTC只有当其温度达到熔点状态时才会出现阻值跃升。

但是用于节能灯、LED灯、汽车小电机过流保护装置的热敏电阻器，往往在高出常温的条件下工作，比如烈日下的汽车，在人开门进去时内部温度往往能达到70℃以上。此时若开启玻璃窗，保护电机的PTC自身温度也能达到70℃以上，正常工作电流就有可能导致其呈高阻状态。节能灯、LED灯在开启后，如果散热措施不当时，灯内温度也会达到80℃以上，此时若采用HDPE生产的PTC很可能误动作，呈高阻状态造成汽车车窗不能开启，节能灯、LED灯断电。所以市场要求一种居里点在150℃以上的高分子PTC。

发明内容

本发明要解决的技术问题是实现一种适用于高温环境的高分子PTC电阻器，居里点达到150℃以上。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高温型高分子PTC热敏电阻器，由两层金属箔片夹有片状高分子PTC芯材构成，其特征在于：所述的高分子PTC芯材按重量百分比计包括下述组分：

炭黑                        30％-55％；

Ag(OH)₂或Mg(OH)₂            10％-30％；

偶联剂                      1％-3％

EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)    5％-10％

HDPE(高密度聚乙烯)          余量

所述的重量比分余量的HDPE(高密度聚乙烯)中添加有占其重量比分20％-40％的其他聚乙烯材料，具体包括LLDPE(线性低密度聚乙烯)、HMWPE(超高分子量聚乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)中的一种或多种组合。

所述的偶联剂为钛酸偶联剂或硅烷偶联剂。

所述的Ag(OH)₂或Mg(OH)₂的粒径小于5000目。

高分子PTC芯材的制备方法包括如下步骤：

(1)将高分子PTC芯材制备物料混合后加入密炼机进行混炼，混炼温度200℃-250℃，混炼30分钟，压成薄片；

(2)将步骤1中片材上下附上电极或将片材粉碎后在连续挤出片材机上复合电极，电极可选用铜箔，镍箔或镀镍铜箔在热压机上热压复合，热压温度250-270℃，时间5-10分钟，压力2Mpa-2.5Mpa；

(3)将步骤2中复合电极后的PTC基板进行辐照交联，在电子加速器上辐照，或用Co60射线辐照，辐照剂量为100KGY至200KGY；

(4)将步骤3辐照好PTC基板按不同规格冲程各种尺寸的芯片。

所述的步骤2中所制作的基板的厚度为0.30mm、0.50mm、1.0mm或2.0mm；宽度100mm、150mm或200mm。

所述的步骤3中辐照剂量优选150KGY。

本发明的优点在于可以保证PTC在工作环境温度高于85℃时，甚至100℃仍处于低阻状态，不会因高温出现误动作(断开电流)的故障。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明PTC材料的R/T曲线图；

具体实施方式

以下根据具体实施方式对本发明做进一步说明：

高分子PTC是由高分子聚合物(典型的如聚乙烯PE)和导电粒子、(典型的如炭黑CB)组成，经过加热混炼复合电极以及辐照交联等工艺制成。

正常状态PTC中的导电粒子均匀分布于聚合物链中很少迁移运动，呈低阻状态。当电路中出现异常大电流(过电流)时，导电粒子剧烈运动，聚合物链也相应出现变化，导电粒子呈非常不均匀分布。PTC阻值出现跃升(提高10³以上倍数)，切断大电流，使电路中其他元器件得到保护。当过电流故障排除后(或断开电源后)高分子PTC又迅速恢复到常态，呈低阻状态。

根据这一特性，设计一种居里点在150℃以上的高温型高分子PTC热敏电阻器，由两层金属箔片夹有片状高分子PTC芯材构成，两层金属箔片为电极，可以选用铜箔，镍箔或镀镍铜箔；当然，也可将片材粉碎后在连续挤出片材机上复合电极。

上述的高分子PTC芯材构成热敏电阻器的基板，其材料按重量百分比计包括下述组分：

炭黑                      30％-55％；

Ag(OH)₂或Mg(OH)₂          10％-30％；

偶联剂                    1％-3％；

EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)  5％-10％；

HDPE(高密度聚乙烯)        余量。

材料中的余量部分还可以添加除HDPE(高密度聚乙烯)外的其他聚乙烯材料添加物，添加物比例占余量重量比的20％-40％，具体可以添加LLDPE(线性低密度聚乙烯)、HMWPE(超高分子量聚乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)，添加物可是这三种材料中的一种，也可以是这三种材料中的任两种材料，也可以是这三种材料混合构成，添加物中各材料比份不限。

组成材料中炭黑品种可以用导电炭黑，也可以用解强炭黑；Ag(OH)₂或Mg(OH)₂的粒径小于5000目；偶联剂为钛酸偶联剂或硅烷偶联剂。

将上述材料按照以下方法加工：

(1)将符合上述高分子PTC芯材制备物料混合后加入密炼机进行混炼，混炼温度200℃-250℃，混炼30分钟，压成薄片；

(2)将步骤1片材上下附上电极，电极可选用铜箔，镍箔或镀镍铜箔在热压机上热压复合。热压温度250-270℃，时间5-10分钟，压力2-2.5Mpa。也可将片材粉碎后在连续挤出片材机上复合电极。基板的厚度为0.30mm、0.50mm、1.0mm和2.0mm；宽度100mm、150mm、200mm；

(3)将步骤2中复合电极后的PTC基板进行辐照交联，在电子加速器上辐照或用Co60射线辐照，辐照剂量为100KGY至200KGY，优选150KGY；

(4)将步骤3辐照好基板按不同规格冲程各种尺寸的芯片，然后按用途可以直接测试阻值后使用，如钳入电机电极中，也可以焊接引线封装后安装在PCB板上使用，如装在LED灯座上。

通过以上制备方法，我们可以得到居里点在150℃以上的高分子PTC，其R/T曲线如图1所示。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高温型高分子PTC热敏电阻器，由两层金属箔片夹有片状高分子PTC芯材构成，其特征在于：所述的高分子PTC芯材按重量百分比计包括下述组分：

所述的重量比分余量的HDPE（高密度聚乙烯）中添加有占其重量比分20%—40%的其他聚乙烯材料，具体包括LLDPE（线性低密度聚乙烯）、HMWPE（超高分子量聚乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）中的一种或多种组合；

所述的偶联剂为钛酸偶联剂或硅烷偶联剂；

所述的Mg（OH）₂的粒径小于5000目。

2.一种如权利要求1所述的高温型高分子PTC热敏电阻器的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）将高分子PTC芯材制备物料混合后加入密炼机进行混炼，混炼温度200°C-250°C，混炼30分钟，压成薄片；

（2）将（1）中片材上下附上电极或将片材粉碎后在连续挤出片材机上复合电极，电极选用铜箔、镍箔或镀镍铜箔在热压机上热压复合，热压温度250-270°C，时间5-10分钟，压力2 Mpa—2.5Mpa，制成PTC基板；

（3）将（2）中复合电极后的PTC基板进行辐照交联，在电子加速器上辐照或用Co60射线辐照，辐照剂量为100KGY至200KGY；

（4）将（3）辐照好PTC基板按不同规格冲程各种尺寸的芯片。

3.根据权利要求2所述的高温型高分子PTC热敏电阻器的制备方法，其特征在于：所述的（2）中所制作的PTC基板的厚度为0.30mm、0.50mm、1.0mm或2.0mm；宽度100mm、150mm或200mm。

4.根据权利要求2所述的高温型高分子PTC热敏电阻器的制备方法，其特征在于：所述的（3）中辐照剂量为150KGY。

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