CN1996513B - 一种热固性ptc热敏电阻器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种热固性PTC热敏电阻器，为导电高分子复合材料电子元器件结构及制造方法，其中，所述的导电高分子材料由热固性树酯、固化剂、镍粉以及其他添加剂混合而成，其配方为：热固性树脂10-30％；固化剂10-30％；镍粉30-75％；其他添加剂5-10％，其中，所述的热固性树脂为环氧树脂或有机硅树脂或其组合物；所述固化剂为液态酸酐等；其他添加剂包括固化促进剂、阻燃剂、悬浮剂中的一种或其组合。其制造方法包括：将各组分放入容器中于40-100℃水浴中高速搅拌5-60分钟；将制得的浆料填充于金属电极表面，再覆盖上另一层金属电极；模压定型后，高温固化，制得热固性高分子PTC板材；切割、焊接至成品。优点是：工艺简单、易行，制成品性能优异。
Description
技术领域
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制造，尤其是一种热固性高分子PTC热敏电阻器及其制造方法。
背景技术
热塑性树脂目前已广泛地运用到高分子PTC热敏电阻器的制造中。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。目前常规的热塑性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。
但是在以热塑性树脂为高分子基材的PTC热敏电阻制造过程中，需要经过高分子复合材料的多次加工成型、热处理以及辐照交联等复杂的工序。这给高分子PTC热敏电阻的制备带来诸多不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服高分子复合材料的多次加工成型、热处理以及辐照交联等复杂的工序的一种热固性高分子PTC热敏电阻器及其制造方法。
本发明目的可通过下述技术方案实现：一种热固性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脚构成，外面还可以包覆绝缘层，所述的芯材由导电高分子材料固化而成，其中，所述的导电高分子材料由热固性树酯、固化剂、镍粉以及其他添加剂混合而成，其配方按重量百分比为：
热固性树酯 10％～30％
固化剂 10％～30％
镍粉 30％～75％
其他添加剂 5％～10％
其中，所述的热固性树酯为环氧树脂或有机硅树酯或其组合物；所述的固化剂为液态酸酐、脂肪族胺、脂肪族酰胺、芳香族叔胺、硼胺中的一种或其组合；其他添加剂包括固化促进剂、阻燃剂、悬浮剂中的一种或其组合。
所述热固性树酯包含环氧树脂，其环氧当量在50～1000g/eq，在100～500g/eq效果较好。
所述环氧树脂的环氧当量优选150～300g/eq。
所述热固性树酯为环氧树脂中渗混有机硅，两者混合比(按重量百分比)：环氧树脂/有机硅：20∶80～80∶20，而30∶70～70∶30效果较好。
环氧树脂/有机硅优选(按重量百分比)：40∶60～60∶40。
所述的固化剂优选液态酸酐。
所述的阻燃剂为三氧化二铝、氧化镁、水合氧化铝中的一种或其组合物。
所述的镍粉，其粒径为2～10μm；密度为0.6～1.1g/ml；BET值为0.1～10m2/g。
其他添加剂中的悬浮剂为二氧化硅或碳化硅中的一种或其组合。
一种热固性PTC热敏电阻器的制造方法，包括下述步骤：
(1)将热固性树酯、固化剂、镍粉和其他添加剂放入容器中于40～100℃的水浴中高速搅拌5～60分钟；
(2)将(1)制得的浆料填充于金属电极表面，再覆盖上另一层金属电极；
(3)模压定型后，高温固化，制得热固性高分子PTC板材；
(4)切割、焊接至成品。
本发明的优点是：
克服以热塑性树脂为高分子基材的PTC热敏电阻制造过程中需要经高分子复合材料的多次加工成型、热处理以及辐照交联等复杂的工序，工艺简单、易行，制成品性能优异。
具体实施方式
一种热固性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脚构成，外面还可以包覆绝缘层，所述的芯材由导电高分子材料固化而成，其中：
热固性树酯为10％～30％中的任一值；
固化剂为10％～30％中的任一值；
镍粉为30％～75％中的任一值；
其他添加剂为5％～10％中的任一值；
所述的热固性树酯为环氧树脂或有机硅树酯或其组合物；所述的固化剂为液态酸酐、脂肪族胺、脂肪族酰胺、芳香族叔胺、硼胺中的一种或其组合；其他添加剂包括固化促进剂、阻燃剂、悬浮剂中的一种或其组合。
实施例1
一种热固性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脚，外面包覆绝缘层构成，所述的芯材由导电高分子材料固化而成，其中，所述的导电高分子材料由热固性树酯、固化剂、镍粉以及其他添加剂混合而成，其中，所述的热固性树酯为环氧树脂或有机硅树酯或其组合物；所述的固化剂为液态酸酐、脂肪族胺、脂肪族酰胺、芳香族叔胺、硼胺中的一种或其组合；其他添加剂包括固化促进剂、阻燃剂、悬浮剂中的一种或其组合。
所述热固性树酯为环氧树脂中渗混有机硅，两者混合比(按重量百分比)为：环氧树脂/有机硅：40∶60～60∶40；环氧树脂的环氧当量在150～300g/eq。
所述的镍粉，其粒径为2～10μm；密度为0.6～1.1g/ml；BET值为0.1～10m2/g。
其他添加剂中，固化剂为液态酸酐，阻燃剂为水合三氧化二铝，悬浮剂为二氧化硅(超细)。
一种热固性PTC热敏电阻器的制造方法，包括下述步骤：
(1)按重量百分比将热固性树酯10％、固化剂10％、镍粉75％和其他添加剂5％放入容器中于50℃的水浴中高速搅拌30～50分钟；
(2)将(1)制得的浆料填充于金属电极表面，再覆盖上另一层金属电极；
(3)模压定型后，高温固化，制得热固性高分子PTC板材；
(4)切割、焊接、包封，制得热固性高分子PTC热敏电阻。
实施例2
制造方法均与实施例1相同，只是各组分配方不同，该配方为(按重量百分比)：热固性树酯15％、固化剂15％、镍粉65％和其他添加剂5％。
实施例3
制造方法均与实施例1相同，只是各组分配方不同，该配方为(按重量百分比)：热固性树酯20％、固化剂20％、镍粉55％和其他添加剂5％。
实施例4
制造方法均与实施例1相同，只是各组分配方不同，该配方为(按重量百分比)：热固性树酯25％、固化剂25％、镍粉45％和其他添加剂5％。
实施例5
制造方法均与实施例1相同，只是各组分配方不同，该配方为(按重量百分比)：热固性树酯30％、固化剂30％、镍粉35％和其他添加剂5％。
实施例6
制造方法均与实施例1相同，只是各组分配方不同，具体制备工艺为：将20g环氧树脂、16g固化剂、100g镍粉、3ml固化促进剂、10g水合三氧化二铝和5超细二氧化硅加入250ml的容器中，置于50℃水浴，恒温后用高速搅拌机将上述浆料充分混合均匀。将得到的导电高分子浆料涂敷在金属电极表面，厚度为0.5mm，然后再在浆料上表面覆盖另一层金属电极，经模压定形后，于130℃固化2小时再于150℃固化1小时，得到导电高分子板材。用冲床将上述板材冲成尺寸为3mm×4mm的芯片后，经过回流焊在两侧金属电极表面引出金属引脚。最后包覆一层环氧树脂涂料，即可制成常温零功率电阻5～15mΩ的热固性高分子PTC热敏电阻器。
注：环氧树脂，上海树脂厂，牌号618；
固化剂，上海树脂厂，牌号504；
固化促进剂，上海树脂厂，牌号554；
镍粉，INCO公司；
水合三氧化二铝，上海硕斯滑石粉有限公司；
超细二氧化硅，卡博特公司。
测试：为检测所得热固性高分子PTC的耐电流冲击性能，将所得的热固性PTC热敏电阻器在6V，10A下循环100次，其电阻值变化见表1，可以发现PTC器件经过100次的电流冲击和反复动作之后其电阻增加在2～3倍之间。为检测所得热固性高分子PTC的耐电压性能，将制得的热固性PTC热敏电阻器在6V，10A下持续通电24小时，其电阻值变化见表2，可以发现PTC器件经过24小时的连续通电之后，其电阻增加在2～4倍之间。
表1
| R0，mΩ | 8.04 | 5.46 | 7.35 | 10.77 | 5.25 | 5.57 | 4.84 | 6.28 | 7.00 | 9.61 |
| R100，mΩ | 18.45 | 10.65 | 16.16 | 22.9 | 10.95 | 10.58 | 9.05 | 14.95 | 16.24 | 20.78 |
表2
| R0，mΩ | 5.69 | 8.66 | 9.33 | 6.26 | 4.28 | 5.86 | 6.35 | 8.6 | 5.44 | 4.23 |
| R100，mΩ | 10.2 | 33.4 | 35.3 | 21.3 | 15.3 | 15.3 | 23.7 | 28.5 | 20.3 | 8.24 |
Claims (10)
1.一种热固性PTC热敏电阻器，它由芯材、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脚构成，或由芯材、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脚以及再在外面包覆绝缘层构成，所述的芯材由导电高分子材料固化而成，其特征在于：所述的导电高分子材料由热固性树酯、固化剂、镍粉以及其他添加剂混合而成，其配方按重量百分比为：
热固性树酯 10％～30％
固化剂 10％～30％
镍粉 30％～75％
其他添加剂 5％～10％
其中，所述的热固性树酯为环氧树脂或有机硅树酯或其组合物；所述的固化剂为液态酸酐、脂肪族胺、脂肪族酰胺、芳香族叔胺、硼胺中的一种或其组合；其他添加剂包括固化促进剂、阻燃剂、悬浮剂中的一种或其组合。
2.根据权利要求1所述的一种热固性PTC热敏电阻器，其特征在于：所述热固性树酯包含环氧树脂，其环氧当量在50～1000g/eq。
3.根据权利要求2所述的一种热固性PTC热敏电阻器，其特征在于：所述环氧树脂的环氧当量优选150～300g/eq。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种热固性PTC热敏电阻器，其特征在于：所述热固性树酯为环氧树脂中渗混有机硅，两者混合比(按重量百分比)：环氧树脂/有机硅：20∶80～80∶20。
5.根据权利要求4所述的一种热固性PTC热敏电阻器，其特征在于：环氧树脂/有机硅优选(按重量百分比)：40∶60～60∶40。
6.根据权利要求1所述的一种热固性PTC热敏电阻器，其特征在于：所述的固化剂优选液态酸酐。
7.根据权利要求1所述的一种热固性PTC热敏电阻器，其特征在于：所述的阻燃剂为三氧化二铝、氧化镁、水合氧化铝中的一种或其组合物。
8.根据权利要求1所述的一种热固性PTC热敏电阻器，其特征在于：所述的镍粉，其粒径为2～10μm；密度为0.6～1.1g/ml；BET值为0.1～10m2/g。
9.根据权利要求1所述的一种热固性PTC热敏电阻器，其特征在于：其他添加剂中的悬浮剂为二氧化硅或碳化硅中的一种或其组合。
10.针对权利要求1至9之一所述的一种热固性PTC热敏电阻器的制造方法，包括下述步骤：
(1)将热固性树酯、固化剂、镍粉和其他添加剂放入容器中于40～100℃的水浴中高速搅拌5～60分钟；
(2)将(1)制得的浆料填充于金属电极表面，再覆盖上另一层金属电极；
(3)模压定型后，高温固化，制得热固性高分子PTC板材；
(4)切割、焊接至成品。
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