CN109135185A - 一种高分子ptc元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分子PTC元件，该元件包括上下两层电极层和位于中间的高分子PTC材料层，所述高分子PTC材料层包括热固性高分子聚合物和导电陶瓷填料，其中，热固性高分子聚合物由以下组分按重量份组成：40～70份热固性高分子材料、20～30份填料、1～3份固化剂、1～2份活性稀释剂、0.1～0.5份抗氧剂、3～5份偶联剂。该高分子PTC元件具有较高的居里温度点和低廉的成本，在家用工作电压下运行情况良好，采用常规制备方法即可方便制备，适于推广。

Description

一种高分子PTC元件
技术领域
本发明属于高分子PTC材料领域，具体涉及一种高分子PTC元件。
背景技术
高分子PTC热敏电阻是指以高分子树脂为基底具有正温度系数的热敏电阻，其主要成分包含高分子树脂基底与导电填料。因其具有对温度变化反应敏锐的特性，可作为电流或温度感测元件的材料，目前已被广泛应用于过电流保护元件或电路元件上。
居里点(Curie point)又作居里温度(Curie temperature，Tc)或磁性转变点。是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点。低于居里点温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里点时，该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变，这时的磁敏感度约为10-6。居里点由物质的化学成分和晶体结构决定。
目前的现有技术中，高分子PTC材料通常采用聚乙烯-炭黑体系，利用熔融混合及挤出成型等方法制成高分子PTC元件，并将该元件置于电路中起到过电流保护作用。但该类高分子PTC元件因其材质的限定，其居里温度点都较低，已渐渐无法满足家用电器的需求。
CN 106947248 A公开了一种高分子PTC热敏电阻及其制备方法，其材料选用仍未脱出传统聚乙烯-炭黑的体系，因此其阻值稳定的温度点(居里温度点)在200℃以下。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高分子PTC元件，具有较高的居里温度点和低廉的成本，在家用工作电压下运行情况良好，采用常规制备方法即可方便制备，适于推广。
一种高分子PTC元件，包括上下两层电极层和位于中间的高分子PTC材料层，所述高分子PTC材料层包括热固性高分子聚合物和导电陶瓷填料，其中，热固性高分子聚合物由以下组分按重量份组成：40～70份热固性高分子材料、20～30份填料、1～3份固化剂、1～2份活性稀释剂、0.1～0.5份抗氧剂、3～5份偶联剂。
优选的，所述热固型高分子材料为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂或不饱和聚酯树脂。
优选的，所述填料为碳纤维或碳纳米管。
优选的，所述固化剂为二乙烯三胺、二丙烯三胺、二甲胺基丙胺或三甲基已二胺。
优选的，所述活性稀释剂为三羟甲基冰烷三缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚或亚烷基缩水甘油醚。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂TNP或抗氧剂ODP。
优选的，所述偶联剂为锆酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
优选的，所述导电陶瓷填料为碳化硅、碳化钼、氧化锆或氧化钍。
本发明的有益效果如下：
本发明的高分子PTC元件，摒弃了传统的聚乙烯-炭黑体系，采用热固性高分子树脂和碳纤维/碳纳米管作为原料，制成的PTC元件其居里温度点显著提升，且欧姆接触良好，室温下电阻值远低于正常标准，且所用材料价格低廉，采用常规制备方法即可方便制备，适于推广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步阐述。
实施例1
一种高分子PTC元件，包括上下两层电极层和位于中间的高分子PTC材料层，所述高分子PTC材料层包括热固性高分子聚合物和导电陶瓷填料。
所述热固性高分子聚合物是由以下组分按重量份组成：
40份环氧树脂、20份碳纤维、1份二乙烯三胺(固化剂)、1份三羟甲基冰烷三缩水甘油醚(活性稀释剂)、0.1份抗氧剂TNP、3份锆酸酯偶联剂。
所述导电陶瓷填料为碳化硅，其平均粒径为1～10μm。
其制备方法如下：
(1)使用密闭式炼胶机将上述比例的热固性高分子聚合物原料进行混炼，进料温度设置为150℃，50r/min搅拌2min后，加入30份导电陶瓷填料，100r/min继续搅拌10min。
(2)将混炼后的混合物置于双螺旋挤压造粒机中，挤出造粒，然后将其转移至固定模具中定型，最后置于烘干箱中100～120℃烘干，得到胚体。
(3)将胚体置于马弗炉中1000～1200℃下烧结，出炉后冷却至室温，在基体上下表面磁控溅射上电极层，即制得所述高分子PTC元件。
实施例2
一种高分子PTC元件，包括上下两层电极层和位于中间的高分子PTC材料层，所述高分子PTC材料层包括热固性高分子聚合物和导电陶瓷填料。
所述热固性高分子聚合物是由以下组分按重量份组成：
70份酚醛树脂、30份碳纳米管、3份二丙烯三胺(固化剂)、2份蓖麻油多缩水甘油醚(活性稀释剂)、0.5份抗氧剂ODP、5份铝酸酯偶联剂。
所述导电陶瓷填料为碳化钼，其平均粒径为1～10μm。
其制备方法如下：
(1)使用密闭式炼胶机将上述比例的热固性高分子聚合物原料进行混炼，进料温度设置为150℃，50r/min搅拌2min后，加入50份导电陶瓷填料，100r/min继续搅拌10min。
(2)将混炼后的混合物置于双螺旋挤压造粒机中，挤出造粒，然后将其转移至固定模具中定型，最后置于烘干箱中100～120℃烘干，得到胚体。
(3)将胚体置于马弗炉中1000～1200℃下烧结，出炉后冷却至室温，在基体上下表面磁控溅射上电极层，即制得所述高分子PTC元件。
实施例3
一种高分子PTC元件，包括上下两层电极层和位于中间的高分子PTC材料层，所述高分子PTC材料层包括热固性高分子聚合物和导电陶瓷填料。
所述热固性高分子聚合物是由以下组分按重量份组成：
50份脲醛树脂、22份碳纳米管、2份二甲胺基丙胺(固化剂)、2份亚烷基缩水甘油醚(活性稀释剂)、0.3份抗氧剂ODP、2份铝酸酯偶联剂。
所述导电陶瓷填料为氧化锆，其平均粒径为1～10μm。
其制备方法如下：
(1)使用密闭式炼胶机将上述比例的热固性高分子聚合物原料进行混炼，进料温度设置为150℃，50r/min搅拌2min后，加入40份导电陶瓷填料，100r/min继续搅拌10min。
(2)将混炼后的混合物置于双螺旋挤压造粒机中，挤出造粒，然后将其转移至固定模具中定型，最后置于烘干箱中100～120℃烘干，得到胚体。
(3)将胚体置于马弗炉中1000～1200℃下烧结，出炉后冷却至室温，在基体上下表面磁控溅射上电极层，即制得所述高分子PTC元件。
实施例4
一种高分子PTC元件，包括上下两层电极层和位于中间的高分子PTC材料层，所述高分子PTC材料层包括热固性高分子聚合物和导电陶瓷填料。
所述热固性高分子聚合物是由以下组分按重量份组成：
60份三聚氰胺树脂、25份碳纤维、2.5份三甲基已二胺(固化剂)、1.5份三羟甲基冰烷三缩水甘油醚(活性稀释剂)、0.4份抗氧剂TNP、4份锆酸酯偶联剂。
所述导电陶瓷填料为氧化钍，其平均粒径为1～10μm。
其制备方法如下：
(1)使用密闭式炼胶机将上述比例的热固性高分子聚合物原料进行混炼，进料温度设置为150℃，50r/min搅拌2min后，加入40份导电陶瓷填料，100r/min继续搅拌10min。
(2)将混炼后的混合物置于双螺旋挤压造粒机中，挤出造粒，然后将其转移至固定模具中定型，最后置于烘干箱中100～120℃烘干，得到胚体。
(3)将胚体置于马弗炉中1000～1200℃下烧结，出炉后冷却至室温，在基体上下表面磁控溅射上电极层，即制得所述高分子PTC元件。
实施例5
一种高分子PTC元件，包括上下两层电极层和位于中间的高分子PTC材料层，所述高分子PTC材料层包括热固性高分子聚合物和导电陶瓷填料。
所述热固性高分子聚合物是由以下组分按重量份组成：
55份不饱和聚酯树脂、24份碳纤维、1.5份二丙烯三胺(固化剂)、1份蓖麻油多缩水甘油醚(活性稀释剂)、0.2份抗氧剂ODP、3份锆酸酯偶联剂。
所述导电陶瓷填料为碳化硅，其平均粒径为1～10μm。
其制备方法如下：
(1)使用密闭式炼胶机将上述比例的热固性高分子聚合物原料进行混炼，进料温度设置为150℃，50r/min搅拌2min后，加入45份导电陶瓷填料，100r/min继续搅拌10min。
(2)将混炼后的混合物置于双螺旋挤压造粒机中，挤出造粒，然后将其转移至固定模具中定型，最后置于烘干箱中100～120℃烘干，得到胚体。
(3)将胚体置于马弗炉中1000～1200℃下烧结，出炉后冷却至室温，在基体上下表面磁控溅射上电极层，即制得所述高分子PTC元件。
对比例1
采用传统聚乙烯-炭黑体系制成高分子PTC元件。
测试例1
将实施例1～5和对比例1制备的高分子PTC元件切割成3.5mm×3.5mm大小的晶片状PTC元件，各取30份进行测试，测试结果如表1所示。
由表1可以看出，本发明制备的高分子PTC元件，在家用工作电压(220V～240V)下，初始电阻值约为10-3～10-2Ω，远低于正常标准，而居里温度均大于280℃，高于传统水平。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高分子PTC元件，包括上下两层电极层和位于中间的高分子PTC材料层，其特征在于，所述高分子PTC材料层包括热固性高分子聚合物和导电陶瓷填料，其中，热固性高分子聚合物由以下组分按重量份组成：40～70份热固性高分子材料、20～30份填料、1～3份固化剂、1～2份活性稀释剂、0.1～0.5份抗氧剂、3～5份偶联剂。
2.根据权利要求1所述的一种高分子PTC元件，其特征在于，所述热固型高分子材料为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂或不饱和聚酯树脂。
3.根据权利要求1所述的一种高分子PTC元件，其特征在于，所述填料为碳纤维或碳纳米管。
4.根据权利要求1所述的一种高分子PTC元件，其特征在于，所述固化剂为二乙烯三胺、二丙烯三胺、二甲胺基丙胺或三甲基已二胺。
5.根据权利要求1所述的一种高分子PTC元件，其特征在于，所述活性稀释剂为三羟甲基冰烷三缩水甘油醚、蓖麻油多缩水甘油醚或亚烷基缩水甘油醚。
6.根据权利要求1所述的一种高分子PTC元件，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂TNP或抗氧剂ODP。
7.根据权利要求1所述的一种高分子PTC元件，其特征在于，所述偶联剂为锆酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂。
8.根据权利要求1所述的一种高分子PTC元件，其特征在于，所述导电陶瓷填料为碳化硅、碳化钼、氧化锆或氧化钍。
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