專利名稱：：一種正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，并且涉及其制備方法，本發(fā)明具體涉及一種表現(xiàn)正溫度系數(shù)電阻行為的高分子過流電阻器件，該器件具有較低的室溫電阻率的和較高的耐電壓能力，屬于過流過溫保護(hù)器件的
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：正的溫度系數(shù)(PositiveTemperatureCoefficient,縮寫PTC)泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料。通常我們提到的PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡稱PTC熱敏電阻(PTCThermistor)表現(xiàn)正溫度系數(shù)行為的高分子過流保護(hù)器件廣泛應(yīng)用于電路保護(hù)器件中進(jìn)行過流過溫保護(hù)。在這些應(yīng)用中，希望該電路保護(hù)器件的電阻盡可能低，以便在正常工作期間使其對電路電阻的影響最小化。同時(shí)也希望它們在電路板上占據(jù)的空間較少且具有理想的熱性能。特別是在鋰離子電池中，其在正常工作狀態(tài)下需要較高的維持電流，要求正溫度系數(shù)保護(hù)器件電阻越小越好，保證正常電路中功耗更小，并具有較高的耐電壓能力，能夠承受住6V，12V或者更高的16V的電壓能力。導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻率能夠通過加入較多的導(dǎo)電填料來減少，但這種方法會影響高分子過流保護(hù)器件的耐電壓能力。要降低導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻率，必須增加炭黑的用量。但當(dāng)增加炭黑含量時(shí)，不可能得到足夠高的PTC強(qiáng)度。導(dǎo)致器件的耐電壓能力急劇降低，迄今，在聚合物中加入導(dǎo)電炭黑未獲得具有低體積電阻率同時(shí)有具有較高耐電壓能力的器件，但作為3G手機(jī)鋰電池用過流過溫保護(hù)器件一般都要求導(dǎo)電復(fù)合材料的室溫電阻率在0.5Q.cm以下，其使用的電壓都在6V,12V或者更高，這就要求所使用的導(dǎo)電復(fù)合材料體積電阻率越小越好，保證正常電路中功耗更小，同時(shí)也應(yīng)該具有較高的耐電壓能力，能夠承受電路發(fā)生故障時(shí)較高的電壓負(fù)載。通常為了得到具有較高耐電壓能力的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，人們會在導(dǎo)電復(fù)合材料中添加金屬氫氧化物，如氫氧化鋁，氫氧化鎂等，但是添加上述金屬氫氧化物將會導(dǎo)致器件的電阻變大，達(dá)不到使用要求。為了得到低電阻率和較高耐壓能力的導(dǎo)電復(fù)合材料，人們一直在進(jìn)行各種新的研究。目前已有采用金屬鎳粉作為導(dǎo)電填料得到復(fù)合上述要求的過流保護(hù)器件，但該類器件目前僅僅只能應(yīng)用于6V左右的電壓，而且存在耐熱性不高和儲存時(shí)的穩(wěn)定性低的問題，而且此類材料隨著使用時(shí)間的增加，其電阻值顯著的增加，同時(shí)該類材料價(jià)格昂貴，成本高的缺點(diǎn)。在此，為適應(yīng)上述具有3G鋰電池用過流過溫保護(hù)器件的低電阻和較高耐電壓能力的要求，對產(chǎn)生PTC現(xiàn)場的原理研究的基礎(chǔ)上新開發(fā)的一種過流保護(hù)器件。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是為了解決上述問題，克服現(xiàn)有電路保護(hù)器件的導(dǎo)電復(fù)合材料增加炭黑用量具有低電阻率同時(shí)不具有高耐電壓能力的問題；在導(dǎo)電復(fù)合材料中添加金屬氫氧化物，具有較高耐電壓能力，但會導(dǎo)致器件的電阻變大；采用金屬鎳粉作為導(dǎo)電填料成本高的缺點(diǎn)；本發(fā)明提供一種用于生產(chǎn)具有低電阻率同時(shí)具有較高耐電壓能力的的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件。該發(fā)明可以作為一種常規(guī)的過流過溫保護(hù)器件中，特別適合用于制作3G手機(jī)等通信領(lǐng)域的表面貼裝型過流/過溫保護(hù)器件。本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題，可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，包括芯材和金屬鍍鎳箔片，金屬鍍鎳箔片貼覆于芯材的兩面，其特征在于，所述芯材包含導(dǎo)電金屬氧化物顆粒。包括芯材由高分子聚合物、導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電金屬氧化物顆粒組成，其配方重量百分比為高分子聚合物30%53%導(dǎo)電炭黑45%60%導(dǎo)電金屬氧化物2%10%。所述正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件在室溫25'C的體積電阻率至多為1.00.cm0所述導(dǎo)電金屬氧化物顆粒重量百分比優(yōu)選為4%8%。所述導(dǎo)電金屬氧化物顆粒為氧化銦，氧化錫，氧化鋅顆粒的一種或任意組合。所述導(dǎo)電金屬氧化物顆粒體積電阻值在11000Q.cm，粒徑在O.520um:長徑比不小于3。所述高分子聚合物是熱塑性樹脂的結(jié)晶性聚合物。所述高分子聚合物為聚烯烴、含氟聚合物、聚酰胺熱塑性結(jié)晶性聚合物中的一種或任意組合。所述導(dǎo)電碳黑粒徑在30nm280nm。一種根據(jù)權(quán)利要求l所述的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件的制備方法，其特征在于，包括下述步驟a.將高分子聚合物、導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電金屬氧化物顆粒進(jìn)行混合，制成芯材；步驟a中所述共混的方法可以為開煉、單螺桿、雙螺桿混合中的一種?；旌系臏囟仍?6020(TC之間，所述高分子聚合物、導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電金屬氧化物混煉擠出成片材。b.將芯材量面貼覆金屬鍍鎳箔片，金屬鍍鎳箔片作為電極層，再通過模壓成片材模壓方法制成片材，再?zèng)_切成的芯片；c.將成型后的芯片在高于聚合物熔點(diǎn)的溫度進(jìn)行熱處理；步驟c中所述芯片在高于聚合物熔點(diǎn)l(TC6(TC條件下熱處理l小時(shí)。d.交聯(lián)將熱處理后的芯片采用輻射、過氧化物、硅烷或光化學(xué)方法交聯(lián)。在步驟d中，所述輻射方法可以采用e-射線、Y-射線(Co60)輻射或電子束輻照中的任一一種，輻照劑量為1040Mrad，輻照氣氛為空氣或限量空氣。上述正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件通過所述高分子聚合物、所述導(dǎo)電炭黑和所述導(dǎo)電金屬氧化物混煉擠出成片材后熱壓金屬箔片，再?zèng)_切成所需形狀后采用輻照交聯(lián)方式進(jìn)行交聯(lián)制成。該器件也可以制作成表面疊裝型過流保護(hù)器件。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，期望的結(jié)晶性聚合物材料，導(dǎo)電填充材料的類型和量取決于組合導(dǎo)電復(fù)合材料的期望特性。本發(fā)明的有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在原料中新增加了一種導(dǎo)電金屬氧化物，根據(jù)這些方式，本發(fā)明能夠?yàn)檫m應(yīng)具有3G鋰電池用高分子熱敏電阻元器件的低電阻和良好的PTC特性的要求，產(chǎn)品具有較低的室溫電阻值，又具有電阻重復(fù)性高和較好的耐電壓能力。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)明的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是實(shí)施例1制備的是本發(fā)明的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件的電阻率隨溫度變化的關(guān)系曲線。圖3是對比例1制備的常規(guī)的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件的電阻率隨溫度變化的關(guān)系曲線。具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的技術(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。一種正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，包括芯材100(參見圖1中間部分)和金屬鍍鎳箔片210、220(參見圖1上下兩邊部分)，金屬鍍鎳箔片210、220貼覆于芯材100的兩面，芯材100包括高分子聚合物、導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電金屬氧化物顆粒。以下具體實(shí)施例和對比例中采用的高分子聚合物、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電金屬氧化物和金屬氫氧化物各組分原料，包括各組分原料的品名、牌號以及生產(chǎn)廠家；高分子聚合物采用線性低密度聚乙烯(LLDPE):牌號為FN800，韓國SK生產(chǎn)；導(dǎo)電碳黑商品名為Raven16，Columbian公司生產(chǎn)；導(dǎo)電金屬氧化物為導(dǎo)電Zn0材料牌號Pana-Tetra，Pansonic公司生產(chǎn)，體積電阻率為10Q.cm，粒徑為0.7um，長徑比為10;7金屬氧化物采用氧化鋅體積電阻率大于108Q.cm,規(guī)格2000目上海岷珉氧化鋅有限公司生產(chǎn)。具體實(shí)施例13和對比例13所制作的導(dǎo)電復(fù)合材料按照重量進(jìn)行配比具體的組成見表l。表1PTC材料組成配方(重量份數(shù)比)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>具體的制造方法為-首先，將上述材料經(jīng)過預(yù)混后，采用雙螺桿進(jìn)行擠出，得到片層狀復(fù)合材料，擠出的復(fù)合材料厚度為O.15mm，寬度為200mm，擠出溫度梯度從17(TC到200。C。隨后，上述材料進(jìn)行裁切修邊后，貼覆金屬鍍鎳箔片電極層，再進(jìn)行模壓成型，成型后的裁切成尺寸為寬20001111*長200腿*厚度0.20咖的芯片。要得到能夠符合實(shí)際實(shí)用的產(chǎn)品，還必須按照要求沖切成所需的形狀。這里沖切后的尺寸為8mm*10mm*0.8mm。為得到穩(wěn)定的PTC特性的復(fù)合材料，沖切后的產(chǎn)品進(jìn)行熱處理和輻照。熱處理的溫度為聚合物熔點(diǎn)以上1060。C，時(shí)間為1小時(shí)，輻照這里采用電子束進(jìn)行，劑量為1040Mrad。性能測試-將上述得到的產(chǎn)品取5個(gè)測試平均電阻率和PTC強(qiáng)度以及耐電壓能力，測試的樣品的室溫平均電阻率和PTC強(qiáng)度以及耐電壓能力見表2;這里PTC強(qiáng)度的計(jì)算方法為PTC強(qiáng)度I二R(160°C)/R(室溫25。C);R(160°C)為溫度為16(TC時(shí)的電阻值。表2實(shí)施例和對比例性能測試表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>對實(shí)施例1和對比例1進(jìn)行電阻率隨溫度變化的測試，圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施例1制備的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件的電阻率隨溫度變化的關(guān)系曲線。圖3是本發(fā)明的對比例1制備的常規(guī)的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件的阻率隨溫度變化的關(guān)系曲線。通過以上具體實(shí)施例和對比例，可以看出，采用本發(fā)明制備的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件具有電阻小，PTC強(qiáng)度高，耐電壓能力高的特點(diǎn)。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、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)利要求書及其等同物界定。權(quán)利要求1、一種正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，包括芯材和金屬鍍鎳箔片，金屬鍍鎳箔片貼覆于芯材的兩面，其特征在于，所述芯材包含導(dǎo)電金屬氧化物顆粒。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，其特征在于，所述芯材包括高分子聚合物、導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電金屬氧化物顆粒，其配方重量百分比為高分子聚合物30%53%導(dǎo)電炭黑45%600/0導(dǎo)電金屬氧化物2%10%。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，其特征在于，所述正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件在室溫25'C的體積電阻率至多為1.0Q.cm。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，其特征在于，所述導(dǎo)電金屬氧化物顆粒為氧化銦，氧化錫，氧化鋅的一種或任意組合。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，其特征在于，所述導(dǎo)電金屬氧化物顆粒體積電阻值在11000Q.cm，粒徑在O.520um，長徑比不小于3。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，其特征在于，所述高分子聚合物為聚烯烴、含氟聚合物、聚酰胺熱塑性結(jié)晶性聚合物中的一種或任意組合。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，其特征在于，所述導(dǎo)電碳黑粒徑在30nm280nm。8、一種根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件的制備方法，其特征在于，由下述步驟組成a.將高分子聚合物、導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電金屬氧化物顆粒進(jìn)行混合，制成芯材；b.將芯材量面貼覆金屬鍍鎳箔片，金屬鍍鎳箔片作為電極層，再通過模壓成片材模壓方法制成片材，再?zèng)_切成的芯片；c.將成型后的芯片在高于聚合物熔點(diǎn)106(TC的溫度進(jìn)行熱處理；d.交聯(lián)將熱處理后的芯片采用輻射、過氧化物、硅垸或光化學(xué)方法交聯(lián)。9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，在步驟d中，所述輻射方法可以采用e-射線、Y-射線輻射或電子束輻照中的任一一種，輻照劑量為1040Mrad，輻照氣氛為空氣或限量空氣。全文摘要本發(fā)明提供一種具有更高性能的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件，涉及具有正溫度系數(shù)的導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料為主要原料的電子元器件及其制造方法。它由導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料為芯材和貼覆于芯材兩面的金屬鍍鎳箔片構(gòu)成。特點(diǎn)是導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料含有一種導(dǎo)電金屬氧化物顆粒；用該芯材制作的正溫度系數(shù)過流保護(hù)器件在室溫下呈現(xiàn)低電阻率和較高的耐電壓能力，提高了其使用安全可靠性。文檔編號H01C7/02GK101567239SQ20091005239公開日2009年10月28日申請日期2009年6月2日優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日發(fā)明者唐佳林,廖江泉,胡定軍,金華玲申請人:上海科特高分子材料有限公司