專(zhuān)利名稱(chēng)：高分子ptc芯片及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于過(guò)流防護(hù)的電子元器件，具體涉及一種高分子PTC芯片及利用這種高分子PTC芯片制作的高分子PTC過(guò)流保護(hù)元件。

背景技術(shù)：
功能高分子材料是目前材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)，具有PTC特性的高分子復(fù)合導(dǎo)電材料便是其中的佼佼者，迄今學(xué)術(shù)界產(chǎn)業(yè)界都在踴躍地對(duì)它進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。所謂高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料，就是具有PTC(positive temperature coefficient“正溫度系數(shù)”)電阻特性的高分子復(fù)合導(dǎo)電材料。也就是說(shuō)，在一定的溫度范圍內(nèi)，這種導(dǎo)電材料自身的電阻率會(huì)隨溫度的升高而增大。這種高分子PTC材料由高分子材料填充導(dǎo)電粒子復(fù)合而成。所述的高分子材料包括熱固性聚合物和熱塑性聚合物，熱塑性聚合物包括聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯等；熱固性聚合物主要有環(huán)氧樹(shù)脂。導(dǎo)電粒子包括碳黑，金屬粉末以及其他一些導(dǎo)電性良好的粉末狀物質(zhì)。
目前實(shí)現(xiàn)商品化的高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料有兩種體系，一種是炭黑-高分子聚合物體系，另一種是鎳粉-高分子聚合物體系。前者由于炭黑不易氧化，所以產(chǎn)品穩(wěn)定性好，但是電阻率高，為了得到低電阻產(chǎn)品需要將產(chǎn)品體積做得很大；后者導(dǎo)電性好，可以制備小尺寸低阻值產(chǎn)品，但是由于鎳粉容易氧化，導(dǎo)致產(chǎn)品電性能不穩(wěn)定，并且由于為了得到低電阻產(chǎn)品，需要在高分子聚合物中填充大量的鎳粉，使得材料機(jī)械性能差，不便于加工。
利用高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料制成高分子過(guò)流保護(hù)元件，可以作為電路的過(guò)流保護(hù)裝置。其串聯(lián)在電路中使用，電路正常工作時(shí)，通過(guò)高分子過(guò)流保護(hù)元件的電流較低，其溫度較低，呈現(xiàn)低電阻狀態(tài)，不會(huì)影響電路正常工作。而當(dāng)由電路故障引起的大電流通過(guò)此高分子過(guò)流保護(hù)元件時(shí)，其溫度會(huì)突然升高，引起其自身電阻值驟然變大，這樣就使電路呈現(xiàn)近似斷路狀態(tài)，從而起到保護(hù)電路作用。當(dāng)故障排除后，高分子過(guò)流保護(hù)元件的溫度下降，其電阻值又可恢復(fù)到低阻值狀態(tài)。因此，其實(shí)這是一種可以自動(dòng)恢復(fù)的保險(xiǎn)絲，已廣泛地應(yīng)用到計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、汽車(chē)電子、家用及工業(yè)控制電器設(shè)備等領(lǐng)域中。
高分子過(guò)流保護(hù)元件在過(guò)流防護(hù)領(lǐng)域已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，電子元器件的小型化是目前的發(fā)展趨勢(shì)，這也對(duì)高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料的低電阻化提出了更高的要求。如何得到電阻低、電性能穩(wěn)定、易于加工的高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料，是本領(lǐng)域所面臨的一個(gè)技術(shù)難題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供電阻低、電性能穩(wěn)定的高分子PTC芯片，并且易于加工生產(chǎn)，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
本發(fā)明的高分子PTC芯片包括兩片金屬箔電極以及夾在所述兩片金屬箔電極之間的高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料層復(fù)合構(gòu)成。所述高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料由包括下列組分及配比的原料復(fù)合而成 有機(jī)高分子聚合物體積百分比為24.5％-40％； 導(dǎo)電陶瓷粒子體積百分比為55％-75％； 炭黑體積百分比為0.5％-10％。
優(yōu)選的，所述高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料由包括下列組分及配比的原料復(fù)合而成 有機(jī)高分子聚合物體積百分比為26％-38％； 導(dǎo)電陶瓷粒子體積百分比為55％-73.5％； 炭黑體積百分比為0.5％-10％。
所述的高分子材料為熱塑性聚合物，包括聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚偏氟乙烯等，優(yōu)選高密度聚乙烯。
所述的導(dǎo)電陶瓷粒子為IV族金屬氮化物，或者IV族金屬碳化物，或者他們的混合物，優(yōu)選碳化鈦，氮化鈦。導(dǎo)電粒子之所以選擇IV族金屬氮化物或碳化物，一方面是由于IV族金屬氮化物和碳化物具有接近金屬的導(dǎo)電性能，但是在空氣中不會(huì)氧化，穩(wěn)定性好；另一方面，研究發(fā)現(xiàn)，如果采用其他非金屬導(dǎo)電物質(zhì)如炭黑，石墨等，雖然也具有不易氧化的特性，但是由于其導(dǎo)電性較差，如果要想制得低電阻材料，需要填充量很大，造成這些材料的PTC特性很差，失去實(shí)用價(jià)值。
所述的炭黑，包括補(bǔ)強(qiáng)炭黑、色素炭黑和導(dǎo)電炭黑等，優(yōu)選補(bǔ)強(qiáng)炭黑。由于上述導(dǎo)電陶瓷粒子與聚乙烯類(lèi)熱塑性聚合物相容性差，尤其是在高填充量時(shí)，會(huì)造成混合物的機(jī)械性能差，脆性大，難以加工成片材，因此需要同時(shí)加入一定量的炭黑，利用炭黑的潤(rùn)滑及補(bǔ)強(qiáng)作用，改善產(chǎn)品的可加工性能。
本發(fā)明的高分子PTC芯片可采用下列方法制備 按比例混合原料，利用密煉機(jī)混煉，然后經(jīng)開(kāi)煉機(jī)拉片得高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料片材，利用平板硫化機(jī)將金屬箔電極壓合到上述片材的兩面，經(jīng)過(guò)輻射交聯(lián)后，切割成一定尺寸的小片，即得到高分子PTC芯片。
本發(fā)明還提供了一種高分子PTC過(guò)流保護(hù)元件，含有上述高分子PTC芯片。
高分子PTC過(guò)流保護(hù)元件的制備方法為將上述高分子PTC芯片的兩側(cè)金屬箔電極上焊接金屬帶狀引出電極，即得到高分子PTC元件。可應(yīng)用于鋰離子可充電電池的過(guò)流保護(hù)。
本發(fā)明的高分子PTC芯片電阻低、電性能穩(wěn)定，且機(jī)械性能好，易加工，綜合性能優(yōu)良。



圖1高分子PTC芯片示意圖，其中 1---上層金屬箔電極 2---高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料層 3---下層金屬箔電極 圖2高分子PTC元件示意圖，其中 1---上層金屬箔電極 2---高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料層 3---下層金屬箔電極 4---上層引出電極 5---下層引出電極
具體實(shí)施例方式 以下列舉具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)理解，實(shí)施例并非用于限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1-4 表1表中數(shù)字為體積百分比 注高密度聚乙烯 遼陽(yáng)石化7750 炭黑 CABOT，n660 碳化鈦 粒徑80nm 氮化鈦 粒徑40nm 將表1中各組分按比例混合，利用密煉機(jī)混煉，然后經(jīng)開(kāi)煉機(jī)拉片，得到厚度0.32mm的片材，按寬300mm長(zhǎng)400mm的尺寸切割，然后利用平板硫化機(jī)將一面粗糙化的鍍鎳銅箔壓合到上述片材的兩面，經(jīng)過(guò)電子束輻射交聯(lián)，劑量為100Mrad，然后利用沖床沖制成寬3mm長(zhǎng)4mm的小片。
其中，實(shí)施例1-4，密煉機(jī)混煉后，開(kāi)煉機(jī)拉片可以連續(xù)進(jìn)行，無(wú)斷裂現(xiàn)象，得到片材表面光滑。對(duì)比例1，密煉機(jī)混煉后，不能利用開(kāi)煉機(jī)拉出連續(xù)片材，并且表面粗糙，需要再用平板硫化機(jī)模壓成型，才能得到表面平整的片材。這說(shuō)明炭黑對(duì)于改善加工性能效果明顯。
將上述高分子PTC芯片的兩側(cè)金屬箔電極上焊接金屬帶狀引出電極，即得到高分子PTC元件，可應(yīng)用與鋰離子可充電電池的過(guò)流保護(hù)。其電性能見(jiàn)表2. 表2. 注初始電阻---室溫條件下，四線法測(cè)量 保持電流---室溫條件下，高分子PTC元件正常工作最大電流 動(dòng)作電流---室溫條件下，高分子PTC元件啟動(dòng)保護(hù)的最小電流 分析上表數(shù)據(jù)可知本發(fā)明采用聚乙烯---導(dǎo)電陶瓷粒子---炭黑復(fù)合體系高分子PTC材料制備高分子PTC元件，內(nèi)阻低，保持電流大，動(dòng)作時(shí)間快，并且能夠承受多次大電流沖擊，可以耐受長(zhǎng)時(shí)間不間斷電壓，非常適合鋰離子可充電電池的過(guò)流保護(hù)。與對(duì)比例1相比較，炭黑的加入，在改善加工性能的同時(shí)，不會(huì)影響電性能。
權(quán)利要求
1.一種高分子PTC芯片，由兩片金屬箔電極以及夾在所述兩片金屬箔電極之間的高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料層復(fù)合構(gòu)成，所述高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料由包括下列組分及體積百分配比的原料復(fù)合而成
有機(jī)高分子聚合物 24.5％-40％；
導(dǎo)電陶瓷粒子 55％-75％
炭黑 0.5％-10％。
2.如權(quán)利要求1所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料由包括下列組分及體積百分配比的原料復(fù)合而成
有機(jī)高分子聚合物 26％-38％；
導(dǎo)電陶瓷粒子 55％-73.5％；
炭黑 0.5％-10％。
3.如權(quán)利要求1或2所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述的有機(jī)高分子聚合物為熱塑性聚合物。
4.如權(quán)利要求3所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述熱塑性聚合物選自聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物和聚偏氟乙烯。
5.如權(quán)利要求3所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述熱塑性聚合物為高密度聚乙烯。
6.如權(quán)利要求1、2或4所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述的導(dǎo)電陶瓷粒子為IV族金屬氮化物，或者IV族金屬碳化物，或者他們的混合物。
7.如權(quán)利要求6所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述IV族金屬氮化物為氮化鈦，所述IV族金屬碳化物為碳化鈦。
8.一種高分子PTC過(guò)流保護(hù)元件，含有權(quán)利要求1-7任一所述高分子PTC芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于過(guò)流防護(hù)的電子元器件，公開(kāi)了一種高分子PTC芯片及其應(yīng)用。本發(fā)明的高分子PTC芯片，由兩片金屬箔電極以及夾在所述兩片金屬箔電極之間的高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料層復(fù)合構(gòu)成，所述高分子PTC復(fù)合導(dǎo)電材料由包括下列組分及體積百分配比的原料復(fù)合而成有機(jī)高分子聚合物24.5％-40％；導(dǎo)電陶瓷粒子55％-75％；炭黑0.5％-10％。本發(fā)明的高分子PTC芯片電阻低、電性能穩(wěn)定，且機(jī)械性能好，易加工，綜合性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)H01C7/02GK101763925SQ200910200959
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者周欣山, 傅堅(jiān), 宋華, 李凱 申請(qǐng)人:上海神沃電子有限公司