CN109385001A - 耐600v电压的pptc自恢复保险丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐压600V电压的PPTC自恢复保险丝及其制备方法，其中PPTC自恢复保险丝包括PPTC芯片和位于PPTC芯片两侧的电极，所述PPTC芯片的组分及其重量百分比为：高密度聚乙烯25～35％、炭黑25～35％、乙烯‑四氟乙烯共聚物5～10％、乙丙橡胶2～5％、陶瓷粉3～6％、阻燃剂15～30％、抗氧剂0.1～1％和助剂0.5～2％，上述物质的重量百分比之和为100％。本发明的技术方案的PPTC自恢复保险丝，具有很好的PTC效应，解决PTC产品耐压性和耐热性不够的问题，使得到的PPTC具有很好的耐600V高电压以及耐大电流的性能，使用过程中不易发生开裂、打火、燃烧等现象。

Description

耐600V电压的PPTC自恢复保险丝及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种耐600V电压的PPTC自恢复保险丝及其制备方法。

背景技术

PTC自恢复保险丝应用在电路器件保护中市场前景非常广阔，产品的应用领域有家电、电机、通讯、安防等，其中通讯领域是最大也是最前沿的市场。目前客户对PTC自恢复保险丝提出更高的耐电压、大电路过流保护要求，预防电机在受堵转后产生的大电流或短路情况下，容易发生燃烧事故，因此采用本产品可对其提供电路过大流、过温的保护，使在高电压、大电流情况下，保障电机设备工作顺畅和设备操作人员的安全，因此如果自恢复保险丝能达到耐电压600V并能承受大电流的话，就能起到很好的电路保护作用，并得到很好的应用。据中商情报网统计数据显示，2017年电机及发电机的出口量为27.8亿台，出口金额为10.8亿美元。从2017年全国电机及发电机出口数量排行榜来看，2017年电动机及发电机(不包括发电机组)出口量排名第一的省市为广东省，出口量为17.2亿台，出口金额为37.2亿美元，因此应用市场潜力巨大。

目前，过流过载保护用的PTC热敏电阻器主要品种有：陶瓷片型，壳体型，包封型及贴片式等。电子行业对高分子PTC热敏电阻器的性能要求越来越高，在GSM基站、交换中继线、ADSL、SDH接口电路、电机、过流过载保护等方面上，普通的耐压型自复位保险丝(高分子热敏电阻)难以满足高电压、大电流环境的使用要求，使用过程中容易发生开裂、燃烧质量问题，必须提高产品耐电压和抗大电流冲击能力、增大其使用功率解决使用过程中的开裂、燃烧的问题。

目前生产的各系列型号的高分子自恢复保险丝的芯片，因为PPTC是高分子材料，大部分PPTC只能承受250V以下的高压，对于能承受600V高压的PPTC，其耐受时间很短，特别是能承受的电流很小，不能满足要求。所以，需要从配方和工艺上入手解决提高产品的电性能，从而期望能达到耐高电压≥600V、大电流≥10A以上、无燃烧、无开裂。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种耐600V电压的PPTC自恢复保险丝及其制备方法，得到的PPTC具有很好的耐600V高电压以及耐电流的性能。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种耐600V电压的PPTC自恢复保险丝，其包括PPTC芯片和位于PPTC芯片两侧的电极，所述PPTC芯片的组分及其重量百分比为：高密度聚乙烯25～35％、橡胶炭黑25～35％、乙烯-四氟乙烯共聚物5～12％、乙丙橡胶2～5％、陶瓷粉3～6％、阻燃剂15～30％、抗氧剂0.1～1％和助剂0.5～2％，上述物质的重量百分比之和为100％。

作为本发明的进一步改进，所述PPTC芯片的组分及其重量百分比为：高密度聚乙烯28～35％、橡胶炭黑30～35％、乙烯-四氟乙烯共聚物5～10％、乙丙橡胶2～5％、陶瓷粉3～6％、阻燃剂15～30％、抗氧剂0.1～1％和助剂0.5～2％，上述物质的重量百分比之和为100％。

作为本发明的进一步改进，所述PPTC芯片的组分及其重量百分比为：高密度聚乙烯30～32％、橡胶炭黑30～32％、乙烯-四氟乙烯共聚物6～8％、乙丙橡胶3～4％、陶瓷粉3～5％、阻燃剂19～26％、抗氧剂0.1～0.5％和和助剂1～2％，上述物质的重量百分比之和为100％。

进一步优选的，所述导电炭黑的型号为N550。

作为本发明的进一步改进，所述陶瓷粉为二氧化硅、碳化硅中的至少一种；所述阻燃剂为三氧化二锑、矿物质法制备的氢氧化镁中的至少一种；所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂618中的至少一种；所述助剂包括敏化剂、润滑剂中的至少一种。

采用此技术方案的配方，可以提高电极与芯材的粘接强度，以使得电极和芯材结合牢固；缩小高分子材料芯片与金属电极之间热膨胀系数的差异；而且能增加芯片材料的力学冲击弹性、耐候性能、耐高电压和耐大电流的性能，解决PTC产品耐压性和耐热性不够的问题。一旦产品温度超过材料居里点120～140℃时，它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高；具有独特的正温度系数电阻特性，可广泛适合用作电机等过流过压的保护器件。

作为本发明的进一步改进，所述高密度聚乙烯为0.25～0.35g/10min。

本发明公开了一种如上所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝的制备方法，将各PPTC芯片的组分混合后经过二次密炼，然后进行真空多层压片，再经过γ射线辐照交联。

作为本发明的进一步改进，所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝的制备方法包括以下步骤：

步骤S1，将高密度聚乙烯25～30％、橡胶炭黑25～30％、乙丙橡胶8～9.5％、陶瓷粉3～4.5％、阻燃剂25～30％、抗氧剂0.1～0.5％和和助剂1～2％，上述各原材料组份及其重量百分比的材料经过混炼后挤出制成A芯板；

步骤S2，将高密度聚乙烯25～28％、橡胶炭黑30～33％、乙烯-四氟乙烯共聚物10～12％、陶瓷粉3～4.5％、阻燃剂17～26％、抗氧剂0.1～0.5％和和助剂1～2％，上述各原材料组份及其重量百分比的材料经过混炼后挤出并单面覆导电金属箔的B芯板；

步骤S3，将A芯板和B芯板按照B-A-B的顺序叠放，B芯板的导电金属箔朝外，然后进行真空热压得到半成品芯板；

步骤S4，将半成品芯板进行辐射交联，辐射交联1～5次，每次辐照剂量为5～15KGY。采用小辐照剂量、多次数辐照，可以改善树脂交联，使芯片材料形成稳定的导电网络结构，保障产品阻值和耐压性能稳定。进一步的，辐射交联采用γ射线(Co60)或者电子束辐射。

步骤S5，将辐照后的半成品芯板冲成需要的半成品尺寸的形状，在覆有导电金属箔的两面分别焊上导线引出电极得到带引脚的芯片，将带引脚的芯片的表面浸压敏胶，然后在芯片的外表面包上一层环氧树脂或涂上绝缘漆。

进一步的，A芯板的电阻率小于B芯板的电阻率。

进一步的，步骤S1，将高密度聚乙烯30～33％、橡胶炭黑31～34％、乙丙橡胶8～9.5％、陶瓷粉3～4.5％、阻燃剂17～26％、抗氧剂0.1～0.5％和和助剂1～2％，上述各原材料组份及其重量百分比的材料经过混炼后挤出制成A芯板。

进一步的，步骤S2，将高密度聚乙烯29～32％、橡胶炭黑30～33％、乙烯-四氟乙烯共聚物10～12％、陶瓷粉3～4.5％、阻燃剂17～26％、抗氧剂0.1～0.5％和和助剂1～2％，上述各原材料组份及其重量百分比的材料经过混炼后挤出并单面覆导电金属箔的B芯板。

上述技术方案中，采用二次密炼、真空硫化机多层压片、一体化挤出腹膜工艺，改变传统的造粒开炼机，普通压机压合工艺，可更大限度的提高产品耐电压性能。采用真空硫化机有别于普通压机。因为真空状态下，使导电金属箔与芯片中的气体易于排除，同时避免导电金属箔和芯片材料在高温下发生氧化，增加了粘接强度，提高了芯片的PTC效应，使得产品能耐受大电流、高电压600V以上不开裂或不燃烧，能承载大功率冲击。

采用具有不同电导率的芯片，进行多层不同导电率的芯片进行真空硫化压片，有区别于目前行业上的普通单层芯片压片，使得产品能耐受600V、10A以上大电流不鼓包、不开裂或燃烧，能承载大功率冲击能力。

作为本发明的进一步改进，步骤S1和步骤S2中，各原材料组份混合前，先在140～160℃下真空预处理36～48h。

进一步的，真空预处理时，中途至少翻料一次，并保持真空度-0.10Mpa。

作为本发明的进一步改进，步骤S1和步骤S2中，采用密炼机进行混炼，密炼温度为165-230℃。其中，密炼温度会影响芯片中各成分分散程度和复合材料老化程度，直接影响产品性能和阻值。采用该密炼温度，得到分散均匀，阻值和性能合适的产品。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中，真空热压的条件为：先预热5min，真空热压时间10min；热压压力15MPa，热压温度180～190℃，片材厚度2.1～4.5mm。

作为本发明的进一步改进，步骤S5中，在覆有导电金属箔的两面分别焊上导线后，在180～200℃温度下进行热处理，热处理时间为15～30min。此技术方案的热处理工艺，不光是消除芯片及原材料中的水分，另特消除芯片在加工过程中产生的内应力。

进一步的，选用的环氧树脂或绝缘漆要求柔韧性好、散热性好。

进一步的，为改善芯片与包封材料的热胀冷缩不同步的问题，并改善芯片的两电极打电弧现象，采用芯片的表面浸一层丙烯酸树脂压敏胶的方法，大大提高了产品的耐电压性和耐受大电流冲击能力，耐电流可以达到10A以上。

进一步的，最后对产品进行180～200℃、15～30min的热处理，以及给予5倍工作电流电流适当电压的通电老化，筛选不合格品和提高产品质量、性能；最后、检验性能，出厂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

采用本发明的技术方案，具有很好的PTC效应，R-T曲线值10⁶～10⁷；并提高了电极与芯材的粘接强度，使得电极和芯材结合牢固；增加了芯片材料的力学冲击弹性、耐候性能、耐高电压和耐大电流的性能，解决PTC产品耐压性和耐热性不够的问题，使得到的PPTC具有很好的耐600V高电压以及耐大电流的性能，使用过程中不易开裂、打火、燃烧等现象。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

一种耐600V电压的PPTC自恢复保险丝，将具有高强度PTC效应的高密度聚乙烯树脂材料(熔融指数0.25～0.35g/10min)，与橡胶炭黑(N550)、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE(F-40)氟塑料、乙丙橡胶、陶瓷粉、阻燃剂和助剂，在二次密炼、真空硫化机多层压片工艺下，制成高PTC强度、低电阻率的最高电压可耐高电压、大电流型的600V复合芯片热敏电阻，经过γ射线(Co60)电子加速器辐照交联，在复合芯片材料形成稳定的导电网络，制成可耐压600V自恢复保险丝(PPTC热敏电阻)。此产品外形尺寸是普通产品的1/2，内阻是普通产品的1/3，具有尺寸小、内阻低、耐高电压、大电流的特点。其中，其它助剂包括敏化剂、润滑剂等。

产品采用两种不同的电导率的芯板，进行多层真空压片制作而成，其中两种不同的电导率的芯板包括两种A芯板和B芯板，其中B芯板的电阻率低于A芯板的。

(1)A芯板配方如表1：

表1 A芯板配方表

(2)B芯板配方如下表2：

表2 B芯板配方表

其中，阻燃剂为三氧化二锑或矿物质法制备的氢氧化镁；抗氧剂为抗氧剂1010(化学名为：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、抗氧剂168(三(1，4-二叔丁基苯基)亚磷脂)或抗氧剂618(双(十八烷基)季戊四醇二亚磷酸酯)。

总的生产工艺为：

制备A芯板、B芯板→按照B-A-B进行真空多层压片→辐照→芯片冲切→插片→焊锡→浸胶→包封、固化→分阻、打标→包装出厂，其中本具体实施方式中A芯板的电阻率大于B芯板的电阻率。

(1)A芯板的生产流程为：

原材料烘干预热处理→称料配料→二次密炼→挤出黑色芯板

具体为：

将表1的各组分如高密度聚乙烯、特定牌号橡胶炭黑、乙丙橡胶、陶瓷粉、阻燃剂、抗氧剂及其它助剂，在150℃下真空预处理48～52h，中途翻料至少一次，保持真空度-0.10MPa，各原料按照表1的配比经过称重配比后，在165-180℃温度、密炼机中混炼塑化，出密炼机后切成小块，冷却后破碎成小粒料，在挤出机挤出制成长方形的A芯板。

(2)B芯板的生产流程为：

原材料烘干预热处理→称料配料→二次密炼→挤出单层覆铜箔的芯板

具体为：将B芯板的各组分如高密度聚乙烯、橡胶炭黑、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE(F-40)、陶瓷粉、抗氧剂、及其它加工助剂，在150℃真空预处理48～52h，中途翻料至少一次，保持真空度-0.10MPa，然后各原料经过称重配比后，在165-180℃温度下、密炼机中混炼塑化，出密炼机后切成小块，冷却后破碎成小粒料，然后通过挤出机挤出，并经过覆膜机覆铜箔，得到B芯板。

(3)多层真空硫化机压片

将表1和表2中对应序号的A芯板、B芯板，按照B-A-B叠加模式，进行多层真空硫化机压片，其中单面带铜箔的高电阻率的B芯板，铜箔面朝外，A芯板低电阻率放在中间，以B-A-B铜箔面在两外侧的模式放置，在真空硫化机的压模中，在25t真空硫化机进行压片。真空硫化机生产有别于普通压机，真空状态下，使电机铜箔与芯片中的气体易于排除，同时避免电机铜箔和芯片材料在高温下发生氧化，增加了粘接强度，提高了芯片的PTC效应，使得产品能耐受大电流、高电压600V以上不开裂或不燃烧，能承载大功率冲击。真空硫化成型工艺为：预热5min，真空硫化热压时间10min，热压压力15MPa，热压温度180～190℃，得到的片材厚度2.1～4.5mm。

(4)将片材采用γ射线(Co60)或采用电子加速器辐照交联，辐照工艺：辐射交联1～5次、每次辐照剂量5～15KGY。

(5)将辐照后的片材，冲成7.5*12.5mm的半成品，在覆有铜膜的两面分别焊上镀锡导线引出电极，而后在烘箱中进行190℃、20min热处理，以消除芯片内应力和改善焊锡效果。

(6)经过焊接后的小尺寸半成品，采用浸水溶性绝缘压敏胶(丙烯酸树脂)，弥补包封材料的热固特性不足，可改善芯片与包封材料的热胀冷缩不同步的问题，并改善芯片两电极打电火现象，提高产品≥50％耐电压性、耐受大电流10A以上。

(7)采用环氧树脂包封或涂上绝缘漆。从包封材料选择上，选择包封材料柔韧性好、散热性好的包封环氧树脂材料。

(8)对包封的产品进行190℃、20min热处理，给予5倍工作电流电流适当电压的通电老化，筛选不合格品和提高产品质量、性能；最后，检验性能。

采用上述方法制备得到的1～5号PPTC自恢复保险丝经过测试，零功率电阻在4～15Ω，PTC强度大于10⁷个数量级，产品外形尺寸是普通产品的1/2，内阻是普通产品的1/3，具有尺寸小、内阻低、耐高电压、大电流的特点。

将得到的1-5号产品进行测试，测试条件为：交流电U_ac600V、电流10A、15min

样品性能结果见下表3：

表3性能测试表

通过表3的对比可见，1～4号样品的耐高电压、耐大电流的能力要强于5号样品，其中2#配方的性能最优，能耐600V高电压、10A大电流的冲击，而且无开裂、无燃烧的现象。1～4号样品的老化性测试600V、10A、24H，无燃烧。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种耐600V电压的PPTC自恢复保险丝，其特征在于：其包括PPTC芯片和位于PPTC芯片两侧的电极，所述PPTC芯片的组分及其重量百分比为：高密度聚乙烯25～35％、橡胶炭黑25～35％、乙烯-四氟乙烯共聚物5～15％、乙丙橡胶2～5％、陶瓷粉3～6％、阻燃剂15～30％、抗氧剂0.1～1％和助剂0.5～2％，上述物质的重量百分比之和为100％。

2.根据权利要求1所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝，其特征在于：所述PPTC芯片的组分及其重量百分比为：高密度聚乙烯28～35％、橡胶炭黑30～35％、乙烯-四氟乙烯共聚物5～10％、乙丙橡胶2～5％、陶瓷粉3～6％、阻燃剂15～30％、抗氧剂0.1～1％和助剂0.5～2％，上述物质的重量百分比之和为100％。

3.根据权利要求1所述的耐高压、大电流型PPTC自恢复保险丝，其特征在于：所述陶瓷粉为二氧化硅、碳化硅中的至少一种；所述阻燃剂为三氧化二锑、矿物质法制备的氢氧化镁中的至少一种；所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂618中的至少一种；所述助剂包括敏化剂、润滑剂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的耐高压、大电流型PPTC自恢复保险丝，其特征在于：所述高密度聚乙烯为0.25～0.35g/10min。

5.如权利要求1～4任意一项所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝的制备方法，其特征在于：将各PPTC芯片的组分混合后经过二次密炼，然后进行真空多层压片，再经过辐照交联。

6.根据权利要求5所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤S1，将高密度聚乙烯25～30％、橡胶炭黑25～30％、乙丙橡胶8～9.5％、陶瓷粉3～4.5％、阻燃剂25～30％、抗氧剂0.1～0.5％和和助剂1～2％，上述各原材料组份及其重量百分比的材料经过混炼后挤出制成A芯板；

步骤S2，将高密度聚乙烯25～28％、橡胶炭黑30～33％、乙烯-四氟乙烯共聚物10～12％、陶瓷粉3～4.5％、阻燃剂17～26％、抗氧剂0.1～0.5％和和助剂1～2％，上述各原材料组份及其重量百分比的材料经过混炼后挤出并单面覆导电金属箔的B芯板；

步骤S3，将A芯板和B芯板按照B-A-B的顺序叠放，B芯板的导电金属箔朝外，然后进行真空热压得到半成品芯板；

步骤S4，将半成品芯板进行辐射交联，辐射交联1～5次，每次辐照剂量为5～15KGY；步骤S5，将辐照后的半成品芯板冲成需要的半成品尺寸的形状，在覆有导电金属箔的两面分别焊上导线引出电极得到带引脚的芯片，将带引脚的芯片的表面浸压敏胶，然后在芯片的外表面包上一层环氧树脂或涂上绝缘漆。

7.根据权利要求6所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝的制备方法，其特征在于：步骤S1和步骤S2中，各原材料组份混合前，先在140～160℃下真空预处理36～48h，并保持真空度-0.10Mpa。

8.根据权利要求6所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝的制备方法，其特征在于：步骤S1和步骤S2中，采用密炼机进行混炼，密炼温度为165-230℃。

9.根据权利要求6所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝的制备方法，其特征在于：步骤S3中，真空热压的条件为：先预热5min，真空热压时间10min；热压压力15MPa，热压温度180～190℃，片材厚度2.1～4.5mm。

10.根据权利要求6所述的耐600V电压的PPTC自恢复保险丝的制备方法，其特征在于：步骤S5中，在覆有导电金属箔的两面分别焊上导线后，在180～200℃温度下进行热处理，热处理时间为15～30min。