CN109494035A - 热敏电阻的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热敏电阻的制作方法，其包含以下步骤：将聚合物、导电填料进行混练；压合混练后的材料成为PTC芯材，PTC芯材厚度在0.2mm至5mm；将多个PTC芯材上下堆叠进行电子束辐照，辐照剂量在25～300kGy；以及切割PTC芯材成为多个热敏电阻。本发明对于低阻热敏电阻芯材进行辐照管控，使产品的电阻良率大幅提高且改善产品的均匀性。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种热敏电阻的制作方法，具体而言，涉及一种电子束辐照优化的热敏电阻的制作方法。
【背景技术】
由于具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)特性导电复合材料的电阻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，且目前已被广泛应用于过电流和过温度保护元件或电路元件上。由于PTC导电复合材料在正常温度下的电阻可维持极低值，使电路得以正常运作。但是，当电路发生过电流或过温度的现象时，其电阻值会瞬间提高至一高电阻状态，即发生触发现象，从而降低流过的电流值。
PTC芯材制成后需要经过辐照交联才能具有最优PTC效应，芯材辐照是为了稳固性能使芯材电性能具有记忆功能，使限温特性稳定和使用寿命增长。部分厂家并未经过辐照交联，这样看似节约了成本，谁知这其中存在的很大的安全隐患。未经辐照交联的芯材就耐热性和抗老化性来说较很差，时间一长容易出现漏电、短路、破坏PTC芯材的性能，大大缩短了产品的使用寿命。经过整体辐照交联的芯材，有较好的耐热性和抗老化性。在使用过程中，不仅延长了芯材的使用寿命，还提高了它的安全性。
目前，较为普遍的是采用高能电子束辐照交联，按PTC材料体系来确定适宜的辐照剂量。辐照时常发生受辐照不均匀的问题，而且如何提高生产率也是极需要解决的问题。
【发明内容】
近年来，汽车上使用的电子零件比例呈现不断上升的趋势，同时世界各国法规对于节能减碳以及能源效率的要求也不断的提升。为了让汽车在行驶的时候减少能耗，就必须要从设计上将车辆上的结构体、模块、零部件等纷纷加以小型化及轻量化才能达成。而这样的小型化、轻量化目标则必须靠着各零组件厂商在其产品上有技术突破和更新、更小的产品推出才行。在汽车上使用到的热敏电阻主要存在马达电机的线圈保护，其作用是在马达因某种因素卡住发生堵转的时候截断电流，以至于可以保护马达线圈免于过热损坏的情况。由于马达在轻量化、小型化的趋势下也需要缩小尺寸，所以热敏电阻势必需要缩小才能适用。
本发明中的低阻热敏电阻即是藉由低阻导电材料的导入使得产品得以大幅缩小，而要使产品的性能稳定以及可靠度提升还有一个重要的关键制程就是电子束辐照。
本发明公开了一种热敏电阻的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：
将聚合物、导电填料进行混练；
压合混练后的材料成为PTC芯材，PTC芯材厚度为0.2mm～5mm；
将多个PTC芯材上下堆叠进行电子束辐照，辐照剂量在25～300kGy；以及
切割PTC芯材成为多个热敏电阻。
一实施例中，所述导电填料密度小于8g/cm3。
一实施例中，所述导电填料为碳化钛、碳化钒、碳化锆、硼化钛、硼化钒、硼化锆、氮化锆、氮化钛或其混合物或固溶体。
一实施例中，该多个PTC芯材至少经过2次以上的电子束辐照。
一实施例中，PTC芯材以每分钟1～10米的速度通过电子束辐照机进行辐照。
一实施例中，PTC芯材厚度0.5～0.9mm，电子束辐照剂量为50～100kGy。
一实施例中，上下堆叠PTC芯材的层数为2或3层。
本发明针对低阻热敏电阻材料的辐照制程加以优化，以得到最佳的电气特性平衡及可靠性以适用于车用环境的要求。
本发明就新型态低阻车用热敏电阻材料的辐照制程进行了最适化研究，并通过定义照射剂量及叠层数等参数，达到可以符合应用需求的特性及可靠度要求。
本发明可以导入自动化电子束辐照设备，实现了对于辐照强度、剂量精准的掌控能力，并且通过束下的物流输送系统的自动化控制避免卡料、人工计算误差的发生，从而达到稳定的辐照效果。对于低阻车用热敏电阻芯材叠层管控，使得每一片芯材通过电子束辐照能够得到相同的剂量，使产品的电阻良率大幅提高且改善均匀性。
【附图说明】
图1显示本发明一实施例热敏电阻的结构示意图。
图2显示本发明热敏电阻的制作流程。
图3显示本发明一实施例的热敏电阻剂量分布图。
附图标记说明：
10 热敏电阻
11 PTC材料层
12 第一导电层
13 第二导电层
【具体实施方式】
下面请参照说明书附图，对本发明进一步描述。
在低阻热敏电阻材料中，由于材料本身密度较高，对于辐照的吸收剂量有相当大的影响，所以在过程中需要对于材料的叠层数量以及照射能量做最适化的调整，否则可能造成高分子改质的不均匀，表现在元件特性上面就会产生电气特性离散的现象。高分子热敏电阻需要藉由辐照来进行高分子链结重组形成交联结构避免在高温下会熔融的问题，低阻热敏电阻相对于传统的热敏电阻使用了密度高出数倍的陶瓷粉末材料取代传统的碳黑导电材，以至于电子束的穿透力在多层叠构的时候无法有效穿透，并且，由于陶瓷粉末材料与高分子的密度落差大，在高分子熔融或是膨胀的状态下，陶瓷材料也容易因为重力的关系发生沉降，所以在辐照的温度控制上面也需要加以注意。
图1显示本发明一个实施例热敏电阻的结构示意图，图2显示本发明热敏电阻的制作流程。PTC材料层11中包括聚合物和导电填料，例如采用陶瓷粉末、HDPF或LDPE高分子材料，材料经过高电流冲击过后回复性较佳，提升产品的可靠度与较高的结晶度，对于元件在长期保持在通电的情况下具有较好的导热率，有效提升维持电流能力。陶瓷粉末不易氧化，高结晶度高分子聚合物同时对于氧气有较佳的阻绝性，并搭配高分子混炼技术，将聚合物和导电填料混练，加上例如为镀镍铜箔的第一导电层12和第二导电层13成为产品的基材，并采用热压成型技术，开发出具有低阻特性的PTC产品。
制作过程如下：将批式混练机(Hakke-600)进料温度定在160℃，进料时间为2分钟，进料程序加入结晶性高分子聚合物，搅拌数秒钟，再加入导电填料。混练机旋转的转速为40rpm，3分钟之后，将其转速提高至70rpm，继续混练7分钟后下料，而形成一具有PTC特性的导电复合材料。将上述导电复合材料以上下对称方式置入外层为钢板，中间厚度为0.35mm的模具中，模具上下各置一层铁弗龙脱模布，先预压3分钟，预压操作压力50kg/cm2，温度为180℃。排气之后进行压合，压合时间为3分钟，压合压力控制在100kg/cm2，温度为180℃，之后再重复一次压合动作，压合时间为3分钟，压合压力控制在150kg/cm2，温度为180℃，之后形成一PTC材料层11。该PTC材料层11的厚度为在0.2mm至5mm，例如0.3mm或0.5mm。
将该PTC材料层11裁切成20×20cm2的正方形，再利用压合将二金属箔片(第一导电层12和第二导电层13)直接物理性接触于该PTC材料层11的上下表面，其于该PTC材料层11表面以上下对称方式覆盖第一导电层12和第二导电层13。该第一导电层12和第二导电层13与PTC材料层11直接物理性接触。压合专用缓冲材、铁弗龙脱模布及钢板而形成一多层结构。该多层结构再进行压合，压合时间为3分钟，操作压力为70kg/cm2，温度为180℃。之后，一实施例中将多个PTC芯材上下叠放进行电子束辐射照光，可以经过25～300kGy的辐射照射达到PTC材料交联的目的。上下叠放PTC芯材的层数以2或3层有较优的辐照均匀性，同时增加生产效率。PTC芯材经模具冲切形成2.3mm×2.3mm、2.5mm×3mm或3mm×5mm大小的芯片状热敏电阻10。综言之，热敏电阻10为层叠状结构，包含第一导电层12和第二导电层13及以三明治方式叠设于其间的PTC材料层11。
以上制作大制可分为以下步骤：(1)将聚合物、导电填料进行混练；(2)压合混练后的材料成为PTC芯材，PTC芯材厚度在0.2mm至5mm；(3)将多个PTC芯材上下堆叠进行电子束辐照，辐照剂量在25～300kGy；以及(4)切割PTC芯材成为多个热敏电阻。
应用上该导电填料可为碳化钛、碳化钨、碳化钒、碳化锆、碳化铌、碳化钽、碳化钼、碳化铪、硼化钛、硼化钒、硼化锆、硼化铌、硼化钼、硼化铪、氮化锆、氮化钛或其混合物或固溶体。该导电陶瓷填料的粒径大小介于0.01μm至30μm之间，较佳粒径大小介于0.1μm至10μm之间。多个PTC芯材叠放进行电子束辐照，其中PTC芯材中的导电填料以密度小于8g/cm3为优，例如：碳化钛、碳化钒、碳化锆、硼化钛、硼化钒、硼化锆、氮化锆、氮化钛。密度太大的导电填料会阻碍或影响电子束幅照的穿透率，必须增加幅照强度、时间，或降低单个PTC芯材的厚度。因此使用密度过高的导电填料的PTC芯材可能不适合于以叠放方式一次辐照多个PTC芯材而增加产能。
优选的，电子束辐照可搭配输送载具，以连续或间歇方式将PTC芯材通过电子束辐照机进行辐照，例如以连续式每分钟1～10米的速度通过电子束辐照机，或间歇式移至电子束辐照机下方后固定经10～60秒辐照后再移动。连续式移动控制上较为简单，而间歇式可根据时间需求作较长时间的辐照。
优选的，输送载具可以采用循环回路方式，将PTC芯材进行第二次、第三次，或更多次的辐照，以达到足够的照射剂量。
优选的，输送载具可翻转后进行辐照，增加PTC芯材受辐照的均匀度。
优选的，多层PTC芯材中个别PTC芯材厚度0.5～0.9mm，电子束辐照剂量为50～100kGy。较厚的PTC芯材通常辐照均匀型较差。
图3是使用碳化钛作为导电填料的PTC芯材于不同位置和辐射剂量(kGy)的分布图。其中分别显示照射一次和照射两次的剂量分布，而照射两次显示出有较优的均匀性。
本发明降低了辐照作业的不稳定性，使用于所有热敏电阻材料的改质加工作业。利用本发明辐照技术所开发的低阻车用热敏电阻，包括芯片型、插件式产品已经通过测试并开始陆续量产。
本发明的技术内容及技术特点已公开如上，然而本领域相关技术人员仍可能基于本发明的启示及公开而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所示，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种热敏电阻的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：
将聚合物、导电填料进行混练；
压合混练后的材料成为PTC芯材，所述PTC芯材厚度为
0.2mm～5mm；
将多个所述PTC芯材上下堆叠进行电子束辐照，辐照剂量在25～300kGy；以及
切割PTC芯材成为多个热敏电阻。
2.如权利要求1所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于，所述导电填料的密度小于8g/cm3。
3.如权利要求1所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于，所述导电填料为碳化钛、碳化钒、碳化锆、硼化钛、硼化钒、硼化锆、氮化锆、氮化钛或其混合物或固溶体。
4.如权利要求1所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于，所述多个PTC芯材至少经过2次电子束辐照。
5.如权利要求1所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于，所述PTC芯材以每分钟1～10米的速度通过电子束辐照机进行辐照。
6.如权利要求1所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于，所述PTC芯材厚度为0.5～0.9mm，电子束辐照剂量为50～100kGy。
7.如权利要求1所述的热敏电阻的制作方法，其特征在于，上下堆叠所述PTC芯材的层数为2或3层。
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