專利名稱：一種高溫級高分子ptc熱敏電阻器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器及其制造方法涉及導(dǎo)電高分子聚合物復(fù)合材料為主要原料的電子元器件的制造，尤其是涉及一種提高高分子PTC熱敏電阻器耐壓等級的方法。
背景技術(shù)：
一般地，在填充導(dǎo)電粒子的結(jié)晶或半結(jié)晶高分子復(fù)合材料中可表現(xiàn)出正溫度系數(shù)PTC(positive temperature coefficient)現(xiàn)象。也就是說，在較低的溫度時，這類導(dǎo)體呈現(xiàn)較低的電阻率，而當(dāng)溫度升高到其高分子聚合物熔點以上，也就是所謂的“關(guān)斷”溫度時，電阻率急驟升高。目前常規(guī)的聚合物材料包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，EVA，EAA，EBA，導(dǎo)電填料包括炭黑、石墨、碳纖維、鎳粉、銅粉、鋁粉等。還包括一些加工助劑，分散劑，抗氧劑，阻燃劑，偶聯(lián)劑，交聯(lián)劑等。具有PTC特性的這類導(dǎo)電體已制成熱敏電阻器，應(yīng)用于電路的過流保護設(shè)置。在通常狀態(tài)下，電路中的電流相對較小，熱敏電阻器溫度較低，而當(dāng)由電路故障引起的大電流通過此自復(fù)性保險絲時，其溫度會突然升高到“關(guān)斷”溫度，導(dǎo)致其電阻值變得很大，這樣就使電路處于一種近似“開路”狀態(tài)，從而保護了電路中其他元件。而當(dāng)故障排除后，熱敏電阻器的溫度下降，其電阻值又可恢復(fù)到低阻值狀態(tài)。
高分子PTC熱敏電阻器已廣泛地應(yīng)用到通信、計算機、汽車、工業(yè)控制、家用電器等眾多領(lǐng)域中。
對于馬達(dá)保護用高分子PTC熱敏電阻器所面臨的問題是由于工作環(huán)境常處于導(dǎo)熱不良，熱積累嚴(yán)重的工位，環(huán)境溫度較高，使用常規(guī)的PTC常在此環(huán)境溫度下發(fā)生誤動作而不能正常使用。使用熔點高的材料，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，尼龍11，尼龍12作為基體樹脂制備高溫級PPTC熱敏電阻能夠滿足工作環(huán)境的要求。隨著汽車電池電壓等級從現(xiàn)有的16V提高到42V，這類制品的耐電壓等級必須相應(yīng)增加。但是通過提高制品厚度來提高產(chǎn)品的耐電壓等級勢必提高了制品的電阻值，這就大大限制了PPTC產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，而且在反復(fù)動作后特別是長時間處于保護狀態(tài)，故障排除后電阻值同保護前相比會有較大幅度的升阻，嚴(yán)重影響了它的使用。
另外在電子通訊領(lǐng)域，例如在電子整流器上，由于它工作時一直處于發(fā)熱狀態(tài)，因此環(huán)境溫度很高。特別是在整流器和變壓器線圈的制備過程中有浸膠絕緣這一道工序，因此高轉(zhuǎn)變溫度的PPTC提供了很好的解決方案。但是由于這類制品同聚乙烯基制品相比相同厚度下耐壓等級遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者，而在整流器和變壓器次級線圈保護領(lǐng)域至少需要72V乃至130V的耐電壓等級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在相同厚度條件下提高產(chǎn)品耐電壓等級的高溫級高分子PTC熱敏電阻器。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種針對上述高溫級高分子PTC熱敏電阻器的制造方法。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，它由芯材和貼覆于芯材兩面的金屬箔片，焊接在該金屬箔片外表面上的引出電極以及包覆在外面的絕緣層構(gòu)成，所述的芯材由導(dǎo)電高分子材料壓制而成，其中，所述的導(dǎo)電高分子材料中添加了熱固性氟樹酯及經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土，其配方按重量百分比為高分子聚合物30％～60％炭黑 30％～55％熱固性氟樹酯0.5％～20％層狀硅酸鹽粘土 0.25％～25％加工助劑 0.1％～10％其中，所述的高分子聚合物為聚偏氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯，乙烯-四氟乙烯共聚物，尼龍11，尼龍12，全氟乙丙烯，乙烯三氟氯乙烯及其共聚物中的一種或其組合；所述的熱固性氟樹酯呈粉末狀，其含氟量不低于60％；所述的加工助劑為炭黑分散劑、抗氧劑、交聯(lián)促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑中的一種或其組合，所述的層狀硅酸鹽粘土為經(jīng)表面活性劑處理的高嶺土或蒙脫土。
所述的熱固性氟樹酯優(yōu)選聚四氟乙烯，其粒徑為0.001～100μm，比表面積為2～50m2/g。
所述熱固性氟樹酯經(jīng)輻照降解法或懸浮法或乳液法中的任一制備工藝制得。
所述的聚四氟乙烯粒徑為0.1～20μm。
所述的經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土經(jīng)膨潤處理，片層間距不小于5nm。
所述的炭黑指導(dǎo)電炭黑、色素炭黑或補強炭黑；其中，炭黑分散劑為高熔點石蠟、氧化乙烯化合物中的一種或其組合；抗氧劑為酚類或胺類化合物；交聯(lián)促進(jìn)劑為多官能團不飽和化合物，包括三烯丙基異氰尿酸酯；偶聯(lián)劑為硅烷或鈦酸酯類有機化合物包括TCF。
所述的炭黑優(yōu)選導(dǎo)電炭黑，粒徑為20～100nm，DBP吸油值為30～180ml/100g，BET值為5～100m2/g。
本發(fā)明提供一種針對上述高溫級高分子PTC熱敏電阻器的制造方法，依序包括下述步驟(1)分別將芯材組分高分子聚合物、炭黑、熱固性氟樹酯粉末、經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土和加工助劑在高速攪拌機內(nèi)預(yù)混20～30分鐘，然后在200～300℃下混煉，用模壓方法制成兩面貼覆金屬箔片面積為100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的復(fù)合片材；(2)將制得的復(fù)合片材用γ射線Co60或電子輻照交聯(lián)，劑量為5～100Mrad；(3)將復(fù)合片材切割成一定尺寸的小片，焊接上引出電極，在外面包覆絕緣層，制得高溫級高分子PTC熱敏電阻器。
本發(fā)明的優(yōu)點是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在芯材中加入了一種經(jīng)過表面處理的層裝硅酸鹽粘土，使得在相同厚度的條件下提高了產(chǎn)品的耐電壓等級，實現(xiàn)了產(chǎn)品在低電阻狀態(tài)下較高的耐壓等級能夠滿足汽車的最新標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠滿足整流器、變壓器的次級保護的需求。
具體實施例方式
實施例1一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，它由芯材和貼覆于芯材兩面的金屬箔片，焊接在該金屬箔片外表面上的引出電極以及包覆在外面的絕緣層構(gòu)成，所述的芯材由導(dǎo)電高分子材料壓制而成，其中，所述的導(dǎo)電高分子材料中添加了熱固性氟樹酯及經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土。其中，所述的高分子聚合物為聚偏氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯，乙烯-四氟乙烯共聚物，尼龍11，尼龍12，全氟乙丙烯，乙烯三氟氯乙烯及其共聚物中的一種或其組合；所述的熱固性氟樹酯呈粉末狀，其含氟量不低于60％；所述的加工助劑為炭黑分散劑、抗氧劑、交聯(lián)促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑中的一種或其組合，所述的層狀硅酸鹽粘土為經(jīng)表面活性劑處理的高嶺土或蒙脫土。
本發(fā)明高溫級高分子PTC熱敏電阻器的制造方法，依序包括下述步驟(1)分別將芯材組分(按重量百分比％計)聚偏氟乙烯30炭黑者45熱固性氟樹脂粉末 2經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土 18加工助劑 5在高速攪拌機內(nèi)預(yù)混30分鐘，然后在230℃下于雙螺桿擠出機中混煉均勻，將其夾在兩層鍍鎳銅箔片之間，放于壓模中，壓力10Mpa，溫度230℃下壓制成面積為200cm2，厚0.6mm的復(fù)合片材；(2)在真空烘箱中150℃熱處理16小時后，將制得的復(fù)合片材用電子束輻照，劑量為10Mrad；(3)將復(fù)合片材切割成10mm×10mm的小片，在其兩面分別焊接0.6mm的銅線，最后在外面包覆一層環(huán)氧樹脂絕緣層，制得高溫級高分子PTC熱敏電阻器。
實施例2制造方法均與實施例1相同，只是芯材組分的配方不同，該配方為(按重量百分比％計)聚偏氟乙烯40炭黑 40熱固性氟樹脂粉末 1經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土 10加工助劑 9。
實施例3制造方法均與實施例1相同，只是芯材組分的配方不同，該配方為(按重量百分比％計)聚偏氟乙烯43炭黑 38熱固性氟樹脂粉末 12經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土 4加工助劑 3。
實施例4制造方法均與實施例1相同，只是芯材組分的配方不同，該配方為(按重量百分比％計)聚偏氟乙烯50炭黑 40熱固性氟樹脂粉末 1.5經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土 7加工助劑 1.5。
實施例5制造方法均與實施例1相同，只是芯材組分的配方不同，該配方為(按重量百分比％計)聚偏氟乙烯55炭黑 35熱固性氟樹脂粉末 1.5經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土 3加工助劑 5.5。
比較例本比較例為未添加層狀硅酸鹽粘土及添加不同層狀硅酸鹽粘土的對照例。其制造方法均與實施例1相同，只是芯材組分的配方不同。
其具體配方如表1所示表1

注聚偏氟乙烯上海三愛富新材料股份有限公司FR901碳黑德固薩公司HB150聚四氟乙烯粉末為3M公司Dyneon TF9205 PTFE經(jīng)表面處理的層裝硅酸鹽粘土A中國高嶺土公司煅燒超細(xì)高嶺土(未經(jīng)表面處理)B美國Bugress公司Bugress CB(高嶺土)
C Nanocor公司G100(有機蒙脫土，層片間距25nm)測試將制得的高溫級電阻各取10片觀察在不同起始電壓下產(chǎn)品的燒裂情況(見表2)。制得的高溫級電阻在90V40A下循環(huán)1000次比較制品的電阻值變化(見表3)。將制得的高溫級電阻在90V40A下持續(xù)通電24小時比較電阻值變化(見表4)。
表2

表3

表4

由表2可以看出在初始電壓60V 40A的沖擊下，未添加層狀硅酸鹽粘土的有30％的燒片概率，添加未經(jīng)表面處理的硅酸鹽粘土的僅有10％的燒片率，而添加經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土的則沒有燒片情況。當(dāng)初始電壓達(dá)到90V 40A時，未添加層狀硅酸鹽粘土的幾乎100％燒片，而添加本發(fā)明優(yōu)選的經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土的則沒有燒片現(xiàn)象發(fā)生。對比表3和表4，添加經(jīng)處理的層狀硅酸鹽粘土的，在90V 40A的條件下長期的耐電流和耐電壓測試電阻的穩(wěn)定性明顯提高。而未添加的則在測試未完成前已經(jīng)燒掉。綜上所述，添加經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土后，高分子PTC熱敏電阻器不僅耐電壓等級大大提高而且長期的耐電流和耐電壓測試后電阻的穩(wěn)定性也顯著提高。
權(quán)利要求
1.一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，它由芯材和貼覆于芯材兩面的金屬箔片，焊接在該金屬箔片外表面上的引出電極以及包覆在外面的絕緣層構(gòu)成，所述的芯材由導(dǎo)電高分子材料壓制而成，其特征在于所述的導(dǎo)電高分子材料中添加了熱固性氟樹酯及經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土，其配方按重量百分比為高分子聚合物 30％～60％炭黑 30％～55％熱固性氟樹酯 0.5％～20％層狀硅酸鹽粘土0.25％～25％加工助劑 0.1％～10％其中，所述的高分子聚合物為聚偏氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯，乙烯-四氟乙烯共聚物，尼龍11，尼龍12，全氟乙丙烯，乙烯三氟氯乙烯及其共聚物中的一種或其組合；所述的熱固性氟樹酯呈粉末狀，其含氟量不低于60％；所述的加工助劑為炭黑分散劑、抗氧劑、交聯(lián)促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑中的一種或其組合，所述的層狀硅酸鹽粘土為經(jīng)表面活性劑處理的高嶺土或蒙脫土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，其特征在于所述的熱固性氟樹酯優(yōu)選聚四氟乙烯，其粒徑為0.001～100μm，比表面積為2～50m2/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，其特征在于所述熱固性氟樹酯經(jīng)輻照降解法或懸浮法或乳液法中的任一制備工藝制得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，其特征在于所述的聚四氟乙烯粒徑為0.1～20μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，其特征在于所述的經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土經(jīng)膨潤處理，片層間距不小于5nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，其特征在于所述的炭黑指導(dǎo)電炭黑、色素炭黑或補強炭黑；其中，炭黑分散劑為高熔點石蠟、氧化乙烯化合物中的一種或其組合；抗氧劑為酚類或胺類化合物；交聯(lián)促進(jìn)劑為多官能團不飽和化合物，包括三烯丙基異氰尿酸酯；偶聯(lián)劑為硅烷或鈦酸酯類有機化合物包括TCF。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，其特征在于所述的炭黑優(yōu)選導(dǎo)電炭黑，粒徑為20～100nm，DBP吸油值為30～180ml/100g，BET值為5～100m2/g。
8.一種針對權(quán)利要求1或2的高溫級高分子PTC熱敏電阻器的制造方法，依序包括下述步驟(1)分別將芯材組分高分子聚合物、炭黑、熱固性氟樹酯粉末、經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土和加工助劑在高速攪拌機內(nèi)預(yù)混20～30分鐘，然后在200～300℃下混煉，用模壓方法制成兩面貼覆金屬箔片面積為100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的復(fù)合片材；(2)將制得的復(fù)合片材用γ射線(Co60)或電子輻照交聯(lián)，劑量為5～100Mrad；(3)將復(fù)合片材切割成一定尺寸的小片，焊接上引出電極，在外面包覆絕緣層，制得高溫級高分子PTC熱敏電阻器。
全文摘要
一種高溫級高分子PTC熱敏電阻器，包括由導(dǎo)電高分子材料壓制而成芯材，其中，導(dǎo)電高分子材料中添加熱固性氟樹脂及經(jīng)表面處理的層狀硅酸鹽粘土，其配方為高分子聚合物30％－60％；炭黑30％－55％；熱固性氟樹脂0.5％－20％；層狀硅酸鹽25％－25％；加工助劑0.1％－10％；其中，高分子聚合物為聚偏氟乙烯、可熔性聚四氟乙烯，乙烯－四氟乙烯共聚物，尼龍11，尼龍12，全氟乙丙烯，乙烯三氟氯乙烯及其共聚物中的一種或其組合；熱固性氟樹脂呈粉末狀，含氟量不低于60％；加工助劑為炭黑分散劑、抗氧劑、交聯(lián)促進(jìn)劑、偶聯(lián)劑中的一種或其組合，層狀硅酸鹽粘土為經(jīng)表面活性劑處理的高嶺土或蒙脫土。優(yōu)點是在相同厚度的條件下提高產(chǎn)品的耐電壓等級。
文檔編號H01C7/02GK1996512SQ20061014818
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者劉峰, 侯李明, 王軍, 吳國臣, 連鐵軍, 劉正平 申請人:上海維安熱電材料股份有限公司