CN1794369A - 改进型高温级高分子ptc热敏电阻器制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改进型高温级高分子PTC热敏电阻器制造方法，以导电高分子聚合物复合材料为主要原料。一种改进型高温级高分子PTC热敏电阻器制造方法，它由芯材和贴覆于所述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，其中，所述的芯材由粉末状导电高分子材料压制而成，所述的粉末状导电高分子材料由高分子聚合物、碳黑、碳黑分散剂以及其它加工助剂混合而成，其组成按重量百分比含量为：高分子聚合物35％～60％、炭黑35％～55％、聚四氟乙烯粉末0.5％～20％、加工助剂0.1％～10％，其中，所述的高分子聚合物为：聚偏氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、乙烯－四氟乙烯共聚物、尼龙11、尼龙12、全氟乙丙烯、乙烯三氟氯乙烯以及它们的共聚物中的一种或一种以上聚合物的共混物。
Description
所属技术领域
本发明改进型高温级高分子PTC热敏电阻器制造方法涉及一种以导电高分子聚合物复合材料为主要原料的热敏电阻器的制造方法，以此涉及一种提高高转变温度的高分子PTC热敏电阻器电阻稳定性的方法。
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以上，也就是所谓的“关断”温度时，电阻率急骤升高。目前常规的聚合物材料包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，EVA，EAA，EBA，导电填料包括炭黑、石墨、炭纤维、镍粉、铜粉、铝粉等。还包括一些加工助剂，分散剂，抗氧剂，阻燃剂，偶联剂，交联剂等。具有PTC特性的这类导电体已制成热敏电阻器，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。对于马达保护用高分子PTC热敏电阻器所面临的问题是由于工作环境常处于导热不良，热积累严重的工位，环境温度较高，使用常规的PTC常在此环境温度下发生误动作而不能正常使用。使用熔点高的材料例如聚偏氟乙烯，乙烯-四氟乙烯共聚物，聚氟乙烯，可熔性聚四氟乙烯，全氟乙丙烯，乙烯-三氟氯乙烯共聚物，尼龙11，尼龙12作为基体树脂制备高温级PTC热敏电阻能够满足工作环境的要求。但是这类制品在反复动作后特别是长时间处于保护状态，故障排除后电阻值同保护前相比会有较大幅度的升阻，严重影响了它的使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述技术存在的缺陷而提供一种改进型的高转变温度的高分子PTC热敏电阻器。
本发明目的可通过下述技术方案实现：一种改进型的高转变温度的高分子PTC热敏电阻器，它由芯材和贴覆于所述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，其中，所述的芯材由粉末状导电高分子材料压制而成，所述的粉末状导电高分子材料由高分子聚合物、碳黑、碳黑分散剂以及其它加工助剂混合而成，其配方如下(重量百分数)：
粉末状导电高分子材料
高分子聚合物 35％～60％
炭黑 35％～55％
聚四氟乙烯粉末 0.5％～20％
加工助剂 0.1％～10％
上述粉末状导电高分子材料组分中高分子聚合物可以是一种聚合物或两种以上聚合物的共混物，主要有：聚偏氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯，乙烯-四氟乙烯共聚物，尼龙11，尼龙12，全氟乙丙烯，乙烯三氟氯乙烯等，以及它们的共聚物。
上述粉末导电高分子材料组分中聚四氟乙烯粉末可以是辐照降解法生产，也可以是悬浮法或者乳液法生产。聚四氟乙烯粉末的粒径在0.001～100μm，在0.005～80μm效果较好，最好在0.1～20μm之间。比表面积在2～50m2/g之间。最好用辐照降解法生产。
上述粉末状导电高分子材料组分中炭黑是指各种导电炭黑、色素炭黑和补强炭黑，最好是导电炭黑。炭黑的粒径在20～100nm之间，DBP吸油值在30～180ml/100g，BET值在5～100m2/g。
上述粉末状导电高分子材料组分中加工助剂可以是炭黑分散剂、抗氧剂、交联促进剂、偶联剂。其中炭黑分散剂可以使聚丙烯蜡，聚酰亚胺蜡等高熔点蜡，抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，如酚类抗氧剂ANOX70，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)，偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物，如钛偶联剂TCF。
一种改进型高温级高分子PTC热敏电阻器的制造方法：先分别将芯材组分高分子聚合物、碳黑、聚四氟乙烯粉末、加工助剂在高速搅拌机里面预混20min，然后在200～300℃温度下混炼，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；再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子辐照交联，剂量为5～100Mrad，然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，即可制得高温级高分子PTC热敏电阻器。
与现有技术相比，本发明芯材加入了聚四氟乙烯粉末提高了产品的耐温等级和加工性能，提高了产品在反复动作时电阻的恢复性，降低了制品在长时间工作后电阻值的升幅。
具体实施方式
表1
单位：g
| 物料 | 1 | 2 | 3 |
| 聚偏氟乙烯 | 60 | 54 | 54 |
| 炭黑 | 35 | 36 | 36 |
| 聚四氟乙烯粉末 | 0 | 5(A) | 5(B) |
| TAIC交联剂 | 3 | 3 | 3 |
| 碳酸钙 | 2 | 2 | 2 |
注：聚偏氟乙烯：上海三爱富新材料股份有限公司FR901
碳黑：德固萨公司HB150
聚四氟乙烯粉末：(A)为3M公司Dyneon TF9205PTFE
(B)为上海三爱富新材料股份有限公司生产FR002A
将表1中各组份分别在高速搅拌机中搅拌15min，置于230℃温度下于密炼机中混炼均匀，将其夹在两层镀镍铜箔之间，放于压模中，压力10Mpa，温度230℃条件下压制成面积200cm2，厚0.35mm片材。在真空烘箱中150℃热处理16小时后，用电子束辐照，剂量为10Mrad，然后再用冲床冲制成10mm*14mm大小的小片，在其两面分别焊接0.8mm的铜线，最后包覆一层环氧树脂，即可制成常温零功率电阻42mΩ的高分子PTC热敏电阻器。将制得的高温级电阻在19V100A下循环1000次比较制品的电阻值变化(见表2)。将制得的高温级电阻在19V100A下持续通电24小时比较电阻值变化(见表3)。
表2
| 编号 | 1 | 2 | 3 |
| R0(m Ω) | 42 | 35 | 37 |
| R1000(mΩ) | 120.3 | 52.5 | 59.6 |
| R1000/R0 | 2.84 | 1.5 | 1.61 |
| 样品个数 | 10 | 10 | 10 |
表3
| 编号 | 1 | 2 | 3 |
| R0(m Ω) | 43.5 | 36.1 | 37.6 |
| R24(mΩ) | 411 | 118.5 | 134.6 |
| R24/R0 | 9.45 | 3.28 | 3.58 |
| 样品个数 | 10 | 10 | 10 |
Claims (8)
1.一种改进型高温级高分子PTC热敏电阻器制造方法，它由芯材和贴覆于所述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：所述的芯材由粉末状导电高分子材料压制而成，所述的粉末状导电高分子材料由高分子聚合物、碳黑、碳黑分散剂以及其它加工助剂混合而成，其组成按重量百分比含量为：
高分子聚合物 35％～60％
炭黑 35％～55％
聚四氟乙烯粉末 0.5％～20％
加工助剂 0.1％～10％
其中，所述的高分子聚合物为：聚偏氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、尼龙11、尼龙12、全氟乙丙烯、乙烯三氟氯乙烯以及它们的共聚物中的一种或一种以上聚合物的共混物。
2.根据权利要求1所述的改进型高温级高分子PTC热敏电阻器，其特征在于：所述聚四氟乙烯粉末粒径在0.001～100μm。
3.根据权利要求2所述的改进型高温级高分子PTC热敏电阻器，其特征在于：所述聚四氟乙烯粉末粒径在0.005～80μm。
4.根据权利要求3所述的改进型高温级高分子PTC热敏电阻器，其特征在于：所述聚四氟乙烯用辐照降解法生产的粉末，粒径为0.1～20μm，比表面积为2～50m2/g。
5.根据权利要求1所述的改进型高温级高分子PTC热敏电阻器，其特征在于：所述的炭黑是指各种导电炭黑、色素炭黑和补强炭黑，炭黑的粒径在20～100nm之间，DBP吸油值在30～180ml/100g，BET值在5～100m2/g。
6.根据权利要求5所述的改进型高温级高分子PTC热敏电阻器，其特征在于：所述导电炭黑是导电炭黑。
7.根据权利要求1所述的改进型高温级高分子PTC热敏电阻器，其特征在于：上述粉末状导电高分子材料组分中加工助剂可以是炭黑分散剂、抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中炭黑分散剂可以使聚丙烯蜡，聚酰亚胺蜡等高熔点蜡，抗氧剂可以是酚类或胺类化合物，包括酚类抗氧剂ANOX70；交联促进剂可以是多官能团不饱和化合物，包括三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)；偶联剂可以是硅烷或钛酸酯类有机化合物，包括钛偶联剂TCF。
8.根据权利要求1所述的改进型高温级高分子PTC热敏电阻器的制造方法：先分别将芯材组分高分子聚合物、碳黑、聚四氟乙烯粉末、加工助剂在高速搅拌机里面预混20min，然后在200～300℃温度下混炼，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；再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子辐照交联，剂量为5～100Mrad，然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，即可制得高温级高分子PTC热敏电阻器。
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