CN1278340C - 一种高分子ptc热敏电阻器及其制造方法 - Google Patents
一种高分子ptc热敏电阻器及其制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种高分子PTC热敏电阻器及其制造方法。一种高分子PTC热敏电阻器由芯材和贴覆于芯材两面的金属箔片，焊接在该金属箔片外表面上的引出电极以及包覆在外面的绝缘层构成，特点是芯材由两种粉末状导电高分子复合材料混合压制而成，其中，粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2由高分子聚合物、碳黑和加工助剂混合而成，其配方按重量百分比为：粉末状导电高分子复合材料1：高分子聚合物35%～50%、碳黑46%～60%、加工助剂0.1%～10%；粉末状导电高分子复合材料2：高分子聚合物55%～70%、碳黑30%～45%、加工助剂0.1%～10%，本发明实现了高分子PTC热敏电阻器低电阻值、高PTC强度，提高了其安全可靠性。
Description
所属技术领域
本发明一种高分子PTC热敏电阻器及其制造方法涉及以导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件及其制造方法。
背景技术
一般地，在填充导电粒子的结晶或半结晶高分子复合材料中可表现出正温度系数PTC(positive temperature coefficient)现象。也就是说，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。这些结晶或半结晶聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯，以及它们的共聚物。导电粒子包括碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末(如银粉、铜粉、铝粉、镍粉、不锈钢粉)。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，也就是达到所谓的“关断”温度时，电阻率急骤升高。具有PTC特性的这类导电体制成的热敏电阻器，应用于电路的过流保护设置。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自复性保险丝时，其温度会突然升高到“关断”温度，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。
高分子PTC热敏电阻器已广泛地应用到通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中。对于电池保护用高分子PTC热敏电阻器所面临的问题是既要求电阻低，又要具有高的PTC强度。而目前出现的低阻值高分子PTC材料中的导电粒子一般为碳黑，为了达到较低阻值，往往需要加入大量的碳黑，这样会导致元件PTC强度降低，不能对电池起到很好的保护作用。为了克服上述技术存在的缺陷，本发明提供一种新的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低阻值高PTC强度的高分子PTC热敏电阻器及其制造工艺。
本发明目的可通过下述技术方案实现：一种高分子PTC热敏电阻器，它由芯材和贴覆于芯材两面的金属箔片，焊接在该金属箔片外表面上的引出电极以及包覆在外面的绝缘层构成，特点是所述的芯材由两种粉末状导电高分子复合材料混合压制而成，其中，粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2以1∶1比例混合，由高分子聚合物、碳黑以及加工助剂混合而成，其配方按重量百分比为：
粉末状导电高分子复合材料1
高分子聚合物1 35％～50％
碳黑2 46％～60％
加工助剂 0.1％～10％
粉末状导电高分子复合材料2
高分子聚合物2 55％～70％
碳黑2 30％～45％
加工助剂 0.1％～10％
在上述技术方案基础上，所述粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2组分中高分子聚合物可以是聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氯乙烯等及它们的共聚物中的一种或一种以上聚合物的共混物；所述粉末状导电高分子复合材料1和上述粉末状导电高分子复合材料2组分中高分子聚合物可以相同，也可以不相同；所述加工助剂是碳黑分散剂、抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中碳黑分散剂可以是石蜡、氧化聚乙烯中的一种或一种以上，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，如三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，偶联剂为硅烷或钛酸酯类有机化合物。所述粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2组分中加工助剂可以相同，也可以不相同；所述粉末状导电高分子复合材料组分中碳黑是指导电碳黑、色素碳黑和补强碳黑，所述粉末状导电高分子复合材料1和上述粉末状导电高分子复合材料2组分中碳黑可以相同，也可以不相同。
本发明所述的粉末状导电高分子复合材料粒径不大于80目。
本发明的的制造方法为，第一步，分别将芯材组分高分子聚合物、碳黑、加工助剂在100～200℃温度下混炼，冷却后粉碎磨粉制成粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2；第二步，将上述粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2按照一定比例充分混合后，用模压方法制成两面贴覆金属箔片面积为100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的复合片材；第三步，将此复合片材用γ射线(Co60)或电子辐照交联，剂量为5～100Mrad；最后，将片材切割成一定尺寸的小片，焊接上引出电极，在外面包覆绝缘层制得高分子PTC热敏电阻器。
本发明与现有技术相比，其芯材由两种粉末状导电高分子复合材料混合压制而成，因此芯材的微观结构中交错分布具有不同导电特性及不同PTC特性的微观区域，从而制成了低阻值高PTC强度的高分子PTC热敏电阻器。
具体实施方式
表1
单位：g
| 粉末状导电高分子复合材料 | 高密度聚乙烯 | 碳黑 | 碳黑分散剂氧化聚乙烯 | 抗氧剂 | 三烯丙基异氰尿酸酯 | 钛偶联剂TCF |
| 1 | 334 | 394 | 40 | 16 | 8 | 8 |
| 2 | 384 | 344 | 40 | 16 | 8 | 8 |
注：高密度聚乙烯：菲利浦石油公司BHB5012
碳黑：卡博特公司XC-72
抗氧剂：美国大湖化工有限公司ANOX70
将表1中各组分分别在190℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎磨粉后，得到粒径120目的粉末，然后各取700克在搅拌机中混合均匀。取上述粉末3克，将其夹在两层镀镍铜箔之间，放于压模中，压力5MPa，温度180℃条件下压制成面积200cm2，厚0.2mm片材。在真空烘箱中80℃热处16小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后再用冲床冲制成5mm*12mm大小的小片，在其两面分别焊接4mm*10mm，厚0.13mm的引出电极，最后包覆一层聚酯胶带，即可制成常温零功率电阻20mΩ的高分子PTC热敏电阻器，在140℃时，其零功率电阻不低于100KΩ。
Claims (4)
1.一种高分子PTC热敏电阻器，它由芯材和贴覆于芯材两面的金属箔片，焊接在该金属箔片外表面上的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两种粉末状导电高分子复合材料混合压制而成，其中，粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2以1∶1比例混合，各复合材料由高分子聚合物、碳黑和加工助剂混合而成，其配方按重量百分比为：
粉末状导电高分子复合材料1
高分子聚合物1 35％～50％
碳黑1 46％～60％
加工助剂 0.1％～10％
粉末状导电高分子复合材料2
高分子聚合物2 55％～70％
碳黑2 30％～45％
加工助剂 0.1％～10％
2.根据权利要求1所述的一种高分子PTC热敏电阻器，特征在于，所述粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2组分中高分子聚合物是聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氯乙烯及它们的共聚物中的一种或一种以上聚合物的共混物；所述粉末状导电高分子复合材料1和上述粉末状导电高分子复合材料2组分中高分子聚合物可以相同，也可以不相同；所述加工助剂是碳黑分散剂、抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中碳黑分散剂可以是石蜡、氧化聚乙烯中的一种或一种以上，抗氧剂是酚类或胺类化合物，交联促进剂是多官能团不饱和化合物，偶联剂为硅烷或钛酸酯类有机化合物，所述粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2组分中加工助剂相同，或不相同中的一种；所述粉末状导电高分子复合材料组分中碳黑是指导电碳黑、色素碳黑和补强碳黑，所述粉末状导电高分子复合材料1和上述粉末状导电高分子复合材料2组分中碳黑可以相同，也可以不相同。
3.根据权利要求1或2所述的改进型高分子PTC热敏电阻器，其特征在于，上述粉末状导电高分子复合材料粒径不大于80目。
4.根据权利要求1或2所述一种高分子PTC热敏电阻器的制造方法，其特征在于第一步，分别将芯材组分高分子聚合物、碳黑、加工助剂在100～200℃温度下混炼，冷却后粉碎磨粉制成粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2；第二步，将上述粉末状导电高分子复合材料1和粉末状导电高分子复合材料2充分混合后，用模压方法制成两面贴覆金属箔片面积为100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的复合片材；第三步，将此复合片材用γ射线Co60或电子辐照交联，剂量为5～100Mrad；最后，将片材切割成一定尺寸的小片，焊接上引出电极，在外面包覆绝缘层制得高分子PTC热敏电阻器。
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