專利名稱：一種正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件及其制備方法，具體涉及一種由具有正溫度系數(shù)特性的聚合物芯片制備而成的過流過溫保護(hù)元件及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，正溫度系數(shù)(Positive Temperative Coefficient，PTC)過流過溫保護(hù)元 件開始廣泛取代雙金屬片熱保護(hù)器用于保護(hù)汽車微型電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制電路上，這類保護(hù) 元件一般與電機(jī)的線圈串聯(lián)連接在一起，而且要求其在室溫下具有很低的電阻率，一般小 于 2 3 Ω . cm。在正常條件下，在電路中與負(fù)載串聯(lián)的保護(hù)元件一般保持在低溫、低電阻狀態(tài)。一 旦在過電流或過熱條件下時(shí)，保護(hù)元件的電阻就升高，從而有效的切斷電路中流到負(fù)載上 的電流。由于該保護(hù)元件一般串聯(lián)在微型電機(jī)內(nèi)部取代雙金屬片設(shè)計(jì)，因此其電阻率必須 盡可能的低，以便于在正常工作期間對(duì)電路的電阻影響最小。另一方面也希望該元件具有 較小的面積，在電路中占據(jù)的空間較小，具有理想的熱性能。實(shí)現(xiàn)小電阻、小面積的過流過 溫保護(hù)元件一般采用具有低電阻率的組合物，一般包含有較多的導(dǎo)電填料。雖然通過加入較多的導(dǎo)電填料能夠減少過流過溫保護(hù)元件的電阻率，但這種方法 由于填料的增加，該保護(hù)元件的粘度就會(huì)增加。而且采用現(xiàn)有的加工方法，例如單螺桿擠 出，雙螺桿擠出很難進(jìn)行加工，則很難得到均勻分散的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料；而采用開煉混 合、密煉混合的方法，也是很難得到均勻分散的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。其主要原因在于，導(dǎo) 電填料的填充量過高！因而很難獲得分布均勻的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，同時(shí)過高的填充量 造成復(fù)合材料的粘度增加，導(dǎo)致生產(chǎn)PTC聚合物材料使用的擠出設(shè)備有相當(dāng)大的磨損，并 可能經(jīng)常性導(dǎo)致機(jī)器堵塞并且堵塞后需要清理機(jī)器，從而影響生產(chǎn)效率。因此，為適應(yīng)上述在室溫下具有較低電阻率，且包含有較多導(dǎo)電填料的由聚合物 與導(dǎo)電碳黑構(gòu)成的PTC過流過溫保護(hù)元件及其加工方法還需進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件及其制備 方法，以解決上述問題。本發(fā)明在生產(chǎn)制備該保護(hù)元件的過程中，使聚合物基體內(nèi)的導(dǎo)電填 料分布均勻，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品具有較低的室溫電阻值，具有較高的PTC強(qiáng)度和安全可靠性。并且 本發(fā)明還可以生產(chǎn)出具有比現(xiàn)有技術(shù)中能夠均勻填充的導(dǎo)電填料更多填充量的導(dǎo)電聚合 物復(fù)合材料，同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有使用能耗少，對(duì)設(shè)備損耗小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件，由導(dǎo)電聚合物芯片和貼覆于所述導(dǎo)電聚合物 芯片兩面的金屬箔片，以及焊接在所述金屬箔片外表面上的片狀或引線金屬電極而構(gòu)成。所述導(dǎo)電聚合物芯片包括含氟聚合物基體樹脂，和由聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù) 結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的一種或多種共聚物，以及一種或多種導(dǎo)電碳黑。
按重量百分比計(jì)，所述導(dǎo)電聚合物芯片的配方如下含氟聚合物基體樹脂40% 65% ；聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物0. 10% ；導(dǎo)電碳黑40% 60%。所述含氟聚合物基體樹脂為一種熱塑性樹脂的結(jié)晶性聚合物，結(jié)晶度大于等于 40%，熔點(diǎn)為T10C0所述T1 為 160°C 180°C。所述聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物的熔點(diǎn)為T2°C，其中1~2滿 足如下條件=IO0C^ T2-T1彡IOO0Co所述導(dǎo)電炭黑粒徑為30nm 280nm。優(yōu)選為60nm 280nm。所述正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件的制備方法，包括以下步驟a.混合將含氟聚合物基體樹脂和聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的 共聚物溶解或溶融(說明書中沒有？)到溶液中后，將導(dǎo)電碳黑分批加入到該溶液中，進(jìn)行 混合，獲得一種分布均勻的混合物料；b.除溶劑將上述混合物料用抽提的方法除去溶劑后，得到導(dǎo)電聚合物復(fù)合材 料；c.成型根據(jù)產(chǎn)品形狀要求，將上述得到的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料進(jìn)行捏合后貼覆 于金屬箔電極層并通過模壓成片材，再?zèng)_切成所需形狀的芯片；d.熱處理將上述成型后的芯片在高于導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料熔點(diǎn)10°C 60°C條 件下熱處理1小時(shí)；e.交聯(lián)將熱處理后的芯片采用輻射交聯(lián)；f.焊接交聯(lián)后的芯片焊接外層金屬電極。在上述步驟a中，將含氟聚合物基體樹脂和聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元 構(gòu)成的共聚物采用有機(jī)溶劑溶解成溶液，然后將導(dǎo)電碳黑按照一定的比例添加到該溶液 中。在上述步驟a中的混合是指采用超聲波振動(dòng)混合的方式進(jìn)行預(yù)混合。所述有機(jī)溶劑為丙酮、甲基乙基丙酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。所述步驟e中的輻射是采用Y射線或電子束輻照進(jìn)行交聯(lián)，輻照劑量為10 40Mrad，輻照氣氛為空氣或限量空氣。所述Y射線為C。60。本發(fā)明還可以將含氟聚合物基體樹脂、聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成 的共聚物和導(dǎo)電碳黑一起加入到有機(jī)溶劑中形成混合液，將該混合液采用超聲波振動(dòng)以生 產(chǎn)出一種均勻分散的混合物；然后采用抽提或其它方式移出溶劑，并將移出的溶劑進(jìn)行回 收；之后，用常規(guī)設(shè)備對(duì)所得到的混合物進(jìn)行捏合、成型、沖切、熱處理、輻照交聯(lián)，從而形成 導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，最后將該導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料安裝電極后，就可以用作正溫度系數(shù) 過流過溫保護(hù)器件了。另外，本發(fā)明中所述的金屬電極，沒有特殊限定，即只要是能夠焊接的金屬都可以 用做為本發(fā)明中的金屬電極，例如鍍鎳銅電極。本發(fā)明的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件，能夠在導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料中提供均勻分布的高填充含量的導(dǎo)電碳黑填充料，并使填充料和聚合物基體之間有較好的結(jié)合力，使 產(chǎn)品具有較低的室溫電阻值，又具有較高的PTC強(qiáng)度，更安全可靠。同時(shí)由于采用溶液共 混，沒有常規(guī)的擠出過程中對(duì)機(jī)器造成的磨損，以及能夠達(dá)到比現(xiàn)有技術(shù)通?？梢垣@得的 填充料更高的百分比。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明的制備方法流程圖。圖2是本發(fā)明的用于汽車微型電機(jī)的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件的結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明中所涉及的相關(guān)原料如下聚偏氟乙烯(PVDF Homopolymer)，商品名S0LEF 1010，熔點(diǎn)174°C，蘇威蘇萊克
斯生產(chǎn)；由基于含有一種聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物，商品名 ECTFE (乙烯和三氟氯乙烯的共聚物)，商品牌號(hào)HALAR 350，熔點(diǎn)242°C，蘇威蘇萊克斯生 產(chǎn)；導(dǎo)電碳黑(CB)商品牌號(hào)為Raven 410, Columbian公司生產(chǎn)。實(shí)施例1將PVDF，ECTFE，CB按照重量百分比46 6 48進(jìn)行配比，首先將聚偏氟乙烯 和ECTFE(乙烯和三氟氯乙烯的共聚物)加入二甲基乙酰胺中并在20°C 60°C下進(jìn)行攪 拌溶解，待完全溶解后加入導(dǎo)電碳黑，然后將上述溶液采用超聲振動(dòng)的方式進(jìn)行攪拌混合， 20°C 60°C溫度下混合，混合時(shí)間15 60min，使導(dǎo)電碳黑均勻分布在溶液中，形成碳黑濃 度很高的懸浮液，達(dá)到凝膠狀態(tài)混合體，其中混合過程中可以加入碳黑分散劑以加強(qiáng)碳黑 的分散效果。將上述凝膠狀態(tài)混合體采用抽提進(jìn)行脫出二甲基乙酰胺吧，得到聚合物和導(dǎo) 電碳黑組成的混合物。將得到的聚合物和導(dǎo)電碳黑組成的混合物在加熱狀態(tài)下采用開煉方 式進(jìn)行捏合得到導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料。將所捏合好的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料貼覆金屬箔片模 壓成片狀并沖切成所需形狀的芯片。成型后的芯片在高于聚合物熔點(diǎn)10 60°C條件下熱 處理1小時(shí)，然后采用C。60y射線或電子束進(jìn)行輻照交聯(lián)，總劑量為10 40Mrad，輻照氣 氛為空氣。最后將交聯(lián)后得到的芯片焊接金屬電極制成本發(fā)明的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù) 元件樣品，其電阻率在1. 3 1.5 Ω. cm，平均值為1.4Q.cm，成品率為90%，該保護(hù)元件在 180°C的電阻率和25°C時(shí)的電阻率比值為6. 7X103。分別取10片上述保護(hù)元件樣品，在12. 7V，50A動(dòng)作后進(jìn)行24小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間通電 測(cè)試，實(shí)驗(yàn)后冷卻1小時(shí)測(cè)試樣品的電阻率，其電阻率在測(cè)試前后變化的極差為90% 100%。對(duì)比例1將PVDF，ECTFE，CB按照實(shí)施例1進(jìn)行配比，通過混煉設(shè)備開煉機(jī)進(jìn)行捏合，捏合后的模壓成型等工序和實(shí)施例1 一致，得到對(duì)比樣品(1)的電阻率為1. 30 1. 50Ω. cm， 平均值為1. 28 Ω. cm，成品率為50%，測(cè)試該樣品在180°C的電阻率和25°C的電阻率比值為 2. IXlO30分別取上述10片對(duì)比樣品(1)，在12. 7V，50A動(dòng)作后進(jìn)行24小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間通電測(cè)試，實(shí)驗(yàn)后冷卻1小時(shí)測(cè)試對(duì)比樣品(1)的電阻率，其電阻率在測(cè)試前后變化的極差為 210 240%。對(duì)比例2將PVDF，ECTFE，CB按照實(shí)施例1進(jìn)行配比，通過混煉設(shè)備擠出機(jī)進(jìn)行捏合，捏合后 的模壓成型等工序和實(shí)施例1 一致，得到對(duì)比樣品(2)，其電阻率為1. 30 1. 50 Ω. cm，平 均值為1. 33 Ω. cm，成品率為55%，測(cè)試對(duì)比樣品(2)在180°C的電阻率和25°C的電阻率比 值為 4. IXlO30分別取10片上述對(duì)比樣品(2)，在12. 7V，50A動(dòng)作后進(jìn)行24小時(shí)長(zhǎng)時(shí)間通電 測(cè)試，實(shí)驗(yàn)后冷卻1小時(shí)測(cè)試對(duì)比樣品(2)的電阻率，其電阻率在測(cè)試前后變化的極差為 150 190%。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件，其特征在于，由導(dǎo)電聚合物芯片和貼覆于所述導(dǎo)電聚合物芯片兩面的金屬箔片，以及焊接在所述金屬箔片外表面上的片狀或引線金屬電極而構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件，其特征在于，所述導(dǎo)電聚合 物芯片包括含氟聚合物基體樹脂，和聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的一種或多 種共聚物，以及一種或多種導(dǎo)電碳黑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件，其特征在于，按重量百分比 計(jì)，所述導(dǎo)電聚合物芯片的配方如下含氟聚合物基體樹脂40% 65% ；聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物0. 10% ；導(dǎo)電碳黑40% 60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件，其特征在于，所述含氟 聚合物基體樹脂是一種熱塑性樹脂的結(jié)晶性聚合物，結(jié)晶度大于等于40%，熔點(diǎn)為IVC，T1 為160°C 180°C ；所述聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物的熔點(diǎn)為T2°C， 其中 10°C≤ T2-T1 ≤ 100"C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件，其特征在于，所述導(dǎo)電炭 黑粒徑為60nm 280nm。
6.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件的方法，其特征在 于，包括以下步驟a.混合將重量百分比為40% 65%含氟聚合物基體樹脂和重量百分比為0. 10%聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物溶解或溶融到有機(jī)溶劑中后，將重 量百分比為40% 60%導(dǎo)電碳黑分批加入到該溶液中，進(jìn)行混合，獲得一種分布均勻的混 合物料；b.除溶劑將上述混合物料用抽提的方法除去溶液后，得到導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料；c.成型根據(jù)產(chǎn)品形狀要求，將上述得到的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料進(jìn)行捏合后貼覆于金 屬箔電極層并通過模壓成片材，再?zèng)_切成所需形狀的芯片；d.熱處理將上述成型后的芯片在高于導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料熔點(diǎn)10°C 60°C條件下 熱處理1小時(shí)；e.交聯(lián)將熱處理后的芯片采用輻射方法進(jìn)行交聯(lián)；f.焊接交聯(lián)后的芯片焊接外層金屬電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在上述步驟a中，將含氟聚合物基體 樹脂和聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物采用有機(jī)溶劑溶解成溶液，然后 將導(dǎo)電碳黑按照一定的比例添加到該溶液中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在上述步驟a中，混合是指采用超聲 波振動(dòng)混合的方式進(jìn)行預(yù)混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為丙酮、甲基乙基丙 酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟e中的輻射是采用γ射線 或電子束輻照進(jìn)行交聯(lián)，輻照劑量為10 40Mrad，輻照氣氛為空氣或限量空氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件及其制備方法，其正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件由導(dǎo)電聚合物芯片和貼覆于該芯片兩面的金屬箔片，以及焊接在所述金屬箔片外表面上的片狀或引線金屬電極而構(gòu)成。其導(dǎo)電聚合物芯片由含氟聚合物基體樹脂、聚偏氟乙烯和聚烯烴的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的共聚物、導(dǎo)電碳黑，經(jīng)采用溶液溶解或熔融后混合、除溶劑、成型、熱處理、交聯(lián)、焊接，最終得到導(dǎo)電炭黑均勻分布于聚合物基體中的正溫度系數(shù)過流過溫保護(hù)元件。導(dǎo)電炭黑和聚合物基體之間具有較好的結(jié)合力，在室溫下具有較低的室溫電阻值和較高的PTC強(qiáng)度，安全可靠。同時(shí)由于采用溶液共混，不會(huì)對(duì)機(jī)器造成磨損，能夠達(dá)到比現(xiàn)有技術(shù)通常可以獲得的填充料更高的百分比。
文檔編號(hào)H01B1/24GK101819837SQ20091004677
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者史宇正, 胡定軍 申請(qǐng)人:上?？铺毓δ懿牧嫌邢薰?br>