CN1256499A - 一种热敏电阻器及其制造方法 - Google Patents

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本发明涉及一种热敏电阻器及其制造方法,它由芯材和贴覆于该芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的层状或引线状引出电极以及包覆在外面的绝缘层构成,所述的芯材由高分子PTC材料复合而成,其配方如下(重量百分数):高分子聚合物40%～60%,导电填料30%～59%,无机填料0～20%,加工助剂1～5%。与现有技术相比,本发明具有较低的热转变温度,同时又具有较高的PTC特性。

Description

一种热敏电阻器及其制造方法
本发明涉及导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件，尤其涉及一种热敏电阻器及其制造方法。
众所周知，很多导电材料的电阻率随温度变化。具有正温度系数(PTC)特性的导体，在一定的温度范围内，自身的电阻率会随温度的升高而增大。许多部分结晶的高分子聚合物与导电粒子共混后，具有明显的PTC特性。这些部分结晶聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸二乙酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚甲醛等，以及它们的共聚物。导电粒子包括炭黑、石墨、碳纤维、金属粉末(如银粉、铜粉、铝粉、镍粉、不锈钢粉等)、金属氧化物和表面镀金属的玻璃微珠等。在较低的温度时，这类导体呈现较低的电阻率，而当温度升高到其高分子聚合物熔点附近，也就是所谓的“关断”温度时，电阻率急骤升高。具有PTC特性的这类导体已制成热敏电阻器，应用于电路的过流过热保护设备。在通常状态下，电路中的电流相对较小，热敏电阻器温度较低，而当由电路故障引起的大电流通过此热敏电阻器时，其温度会突然升高到“关断”温度，或者因其他原因使电路过热，都会导致其电阻值变得很大，这样就使电路处于一种近似“开路”状态，从而保护了电路中其他元件。而当故障排除后，热敏电阻器的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。
热敏电阻器已广泛地应用到通信、计算机、汽车、工业控制、电子众多领域中。目前出现的低阻值、低热转变温度高分子PTC材料的PTC特性较差，也就是说达到“关断”温度后，其电阻升高的倍率较小，不能起到很好的绝缘效果。
本发明的目的就是为了克服所述的现有技术存在的缺陷而提供一种具有较低阻值，较低热转变温度，PTC特性优良的热敏电阻器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种热敏电阻器，它由芯材和贴覆于该芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的层状或引线状引出电极以及包覆在外面的绝缘层构成，其特征在于所述的芯材由分别具有较低热转变温度的高分子PTC材料(A)和较高PTC特性的高分子PTC材料(B)复合而成，其复合层至少为两层，所述的芯材配方如下(重量百分数)：高分子聚合物40％～60％，导电填料30％～59％，无机填料0～20％，加工助剂1～5％；所述的高分子聚合物可以由以下聚合物其中的一种或其中的两种或两种以上聚合物的共混物组成，这些聚合物主要是：聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸二乙酯、聚对苯二甲酸二丁酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物；所述的导电填料可以由以下材料其中的一种或其中的两种或两种以上材料的混合物组成，这些材料主要是碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物等；所述的无机填料主要是粒径＜50μm的无机物，如氧化镁、氧化铝、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝；所述的加工助剂是指抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物。
所述的复合层为两层，上下各为材料(A)层和材料(B)层。
所述的复合层为三层，中间为材料(B)层，上下各为材料(A)层。
所述的复合层为三层，中间为材料(A)层，上下各为材料(B)层。
一种热敏电阻器的制造方法，其特征在于将芯材组分高分子聚合物、导电填料、无机填料及加工助剂在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材；再用热压的方法把分别具有低热转变温度和高PTC特性的片材进行复合，制成芯材；在热压机上把金属箔片复合于所述的芯材的两个表面，制成复合片材，再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad，然后再将复合片材割成一定尺寸的小片，焊接上片状或引线状金属电极，外面再包覆绝缘层后，即得到聚合物热敏电阻器。
一种热敏电阻器的制造方法，其特征在于将芯材组分高分子聚合物、导电填料、无机填料及加工助剂在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材；再用热压的方法把分别具有低热转变温度和高PTC特性的片材进行复合，制成芯材；再将此芯材用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad，然后在热压机上把金属箔片复合于所述的芯材的两个表面，制成复合片材，再将复合片材割成一定尺寸的小片，焊接上片状或引线状金属电极，外面再包覆绝缘层后，即得到聚合物热敏电阻器。
与现有技术相比，本发明的优点是采用了复合式芯材，既具有较低的热转变温度，又具有较高的PTC特性。本发明产品还具有电阻低、功耗小、动作快、恢复时间短、耐大电流性能好、可反复使用等特点。
附图为本发明产品中的芯材的复合结构示意图。
下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
                         表1
                                                                    单位：g
高密度聚乙烯     碳黑   氢氧化镁   抗氧剂   交联助剂   偶联剂
    400     380     50     2     2     1
注：高密度聚乙烯熔点135℃
                                   表2
  乙烯-丙烯酸酯共聚物     碳黑   抗氧剂 交联助剂   偶联剂
    400     400     2     2     1
注：乙烯-丙烯酸酯共聚物熔点85℃
将表1中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材(B)
将表2中各组分在140℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度140℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材(A)
将片材(A)与片材(B)叠放，在压模中，压力5Mpa，温度160℃下压制成厚0.35mm，面积200cm2复合芯材。
将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后冲压成5×12mm的小片，然后再在两面分别焊上厚0.10mm，4×10mm大小的片状金属电极，即可制得零功率电阻0.10Ω左右的聚合物的热敏电阻器，其最低热转变温度80℃，其在130℃时电阻值与其在20℃时电阻值的比值
Figure A9912421900061
不小于105。实施例2：
配方同实施例1
将表1中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.1mm片材(B)
将表2中各组分在140℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度140℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材(A)
将片材(A)与片材(B)按照(B)-(A)-(B)顺序叠放，在压模中，压力5Mpa，温度160℃下压制成厚0.35mm，面积200cm2复合芯材。
将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后冲压成5×12mm的小片，然后再在两面分别焊上厚0.10mm，4×10mm大小的片状金属电极，即可制得零功率电阻值0.10Ω左右的聚合物热敏电阻器，其最低热转变温度80℃，其在130℃时电阻值与其在20℃时电阻值的比值
Figure A9912421900071
不小于105。
实施例3
配方同实施例1
将表1中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材(B)
将表2中各组分在140℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度140℃条件下压制成面积200cm2，厚0.1mm片材(A)
将片材(A)与片材(B)按照(A)-(B)-(A)顺序叠放，在压模中，压力5Mpa，温度160℃下压制成厚0.35mm，面积200cm2复合芯材。
将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后冲压成5×12mm的小片，然后再在两面分别焊上厚0.10mm，4×10mm大小的片状金属电极，即可制得零功率电阻值0.10Ω左右的聚合物热敏电阻器，其最低热转变温度80℃，其在130℃时电阻值与其在20℃时电阻值的比值
Figure A9912421900072
不小于105。
实施例4～6
辐射方式改为电子束辐照，辐照剂量和其他条件分别与实施例1～3相同，可得到与实施例1～3相类似产品。
实施例7～12
芯材的制备改用挤出机挤出，挤出机各段温度控制分别设定为：
片材(A)    110℃    120℃    130℃    140℃
片材(B)    150℃    160℃    170℃    180℃
挤出的熔体用压光机定型，冷却后再切割成一定尺寸的片材，其他条件分别同实施例1～6相同，分别得到与实施例1～6相似的产品。
实施例13
                           表3
                                                                    单位：g
高密度聚乙烯     碳黑   氢氧化镁   抗氧剂   交联助剂   偶联剂
    410     370     80     2     2     2
注：高密度聚乙烯熔点135℃
                               表4
  乙烯-丙烯酸酯共聚物   碳黑   抗氧剂 交联助剂   偶联剂
    400     380     2     2     2
注：乙烯-丙烯酸酯共聚物熔点102℃
将表3中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材(B)
将表4中各组分在160℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度140℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材(A)
将片材(A)与片材(B)叠放，在压模中，压力5Mpa，温度160℃下压制成厚0.35mm，面积100cm2复合芯材。
将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中85℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后在冲床上冲压成Ф9.0mm的小园片，再在两面分别焊上Ф0.6mm的镀锡铜引线，然后再用环氧包封料包封，得到与实施例1电性能相类似的产品。
实施例14
配方同实施例13
将表3中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.1mm片材(B)
将表4中各组分在160℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度160℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材(A)
将片材(A)与片材(B)按照(B)-(A)-(B)顺序叠放，在压模中，压力5Mpa，温度160℃下压制成厚0.35mm，面积200cm2复合芯材。
将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中85℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后在冲床上冲压成Ф9.0mm的小园片，再在两面分别焊上Ф0.6mm的镀锡铜引线，然后再用环氧包封料包封，得到与实施13电性能相类似的产品。
实施例15
配方同实施例13
将表3中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材(B)
将表4中各组分在160℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度160℃条件下压制成面积200cm2，厚0.1mm片材(A)
将片材(A)与片材(B)按照(A)-(B)-(A)顺序叠放，在压模中，压力5Mpa，温度160℃下压制成厚0.35mm，面积200cm2复合芯材。
将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度160℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中85℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后在冲床上冲压成Ф9.0mm的小园片，再在两面分别焊上Ф0.6mm的镀锡铜引线，然后再用环氧包封料包封，得到与实施13电性能相类似的产品。
实施例16～18
辐照方式改为电子束辐照，辐照剂量和其他条件分别与实施例13～15相同，可分别得到与实施例13～15相类似产品。
实施例19～24
芯材的制备改用挤出机挤出，挤出机各段温度控制分别设定为：
片材(A)    130℃    140℃    150℃    160℃
片材(B)    150℃    160℃    170℃    180℃
挤出的熔体用压光机定型，冷却后再切割成一定尺寸的片材，其他条件分别与实施例13～18相同，分别得到与实施例13～18相似的产品。

Claims (6)

1.一种热敏电阻器，它由芯材和贴覆于该芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的层状或引线状引出电极以及包覆在外面的绝缘层构成，其特征在于所述的芯材由分别具有较低热转变温度的高分子PTC材料(A)和较高PTC特性的高分子PTC材料(B)复合而成，其复合层至少为两层，所述的芯材配方如下(重量百分数)：高分子聚合物40％～60％，导电填料30％～59％，无机填料0～20％，加工助剂1～5％；所述的高分子聚合物可以由以下聚合物其中的一种或其中的两种或两种以上聚合物的共混物组成，这些聚合物主要是：聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸二乙酯、聚对苯二甲酸二丁酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物；所述的导电填料可以由以下材料其中的一种或其中的两种或两种以上材料的混合物组成，这些材料主要是碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物等；所述的无机填料主要是粒径＜50μm的无机物，如氧化镁、氧化铝、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝；所述的加工助剂是指抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物。
2.根据权利要求1所述的一种热敏电阻器，其特征在于所述的复合层为两层，上下各为材料(A)层和材料(B)层。
3.根据权利要求1所述的一种热敏电阻器，其特征在于所述的复合层为三层，中间为材料(B)层，上下各为材料(A)层。
4.根据权利要求1所述的一种热敏电阻器，其特征在于所述的复合层为三层，中间为材料(A)层，上下各为材料(B)层。
5.一种热敏电阻器的制造方法，其特征在于将芯材组分高分子聚合物、导电填料、无机填料及加工助剂在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材；再用热压的方法把分别具有低热转变温度和高PTC特性的片材进行复合，制成芯材；在热压机上把金属箔片复合于所述的芯材的两个表面，制成复合片材，再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad，然后再将复合片材割成一定尺寸的小片，焊接上片状或引线状金属电极，外面再包覆绝缘层后，即得到聚合物热敏电阻器。
6.一种热敏电阻器的制造方法，其特征在于将芯材组分高分子聚合物、导电填料、无机填料及加工助剂在100～200℃温度下混炼，然后用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材；再用热压的方法把分别具有低热转变温度和高PTC特性的片材进行复合，制成芯材；再将此芯材用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad，然后在热压机上把金属箔片复合于所述的芯材的两个表面，制成复合片材，再将复合片材割成一定尺寸的小片，焊接上片状或引线状金属电极，外面再包覆绝缘层后，即得到聚合物热敏电阻器。
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