專利名稱：一種熱敏電阻器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)電高分子聚合物復(fù)合材料為主要原料的電子元器件，尤其涉及一種熱敏電阻器及其制造方法。
眾所周知，很多導(dǎo)電材料的電阻率隨溫度變化。具有正溫度系數(shù)(PTC)特性的導(dǎo)體，在一定的溫度范圍內(nèi)，自身的電阻率會隨溫度的升高而增大。許多部分結(jié)晶的高分子聚合物與導(dǎo)電粒子共混后，具有明顯的PTC特性。這些部分結(jié)晶聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、尼龍、聚對苯二甲酸二乙酯、聚對苯二甲酸二丁酯、聚甲醛等，以及它們的共聚物。導(dǎo)電粒子包括炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉末(如銀粉、銅粉、鋁粉、鎳粉、不銹鋼粉等)、金屬氧化物和表面鍍金屬的玻璃微珠等。在較低的溫度時，這類導(dǎo)體呈現(xiàn)較低的電阻率，而當溫度升高到其高分子聚合物熔點附近，也就是所謂的“關(guān)斷”溫度時，電阻率急驟升高。具有PTC特性的這類導(dǎo)體已制成熱敏電阻器，應(yīng)用于電路的過流過熱保護設(shè)備。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，而當由電路故障引起的大電流通過此熱敏電阻器時，其溫度會突然升高到“關(guān)斷”溫度，或者因其他原因使電路過熱，都會導(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)。
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、電子眾多領(lǐng)域中。目前出現(xiàn)的低阻值、低熱轉(zhuǎn)變溫度高分子PTC材料的PTC特性較差，也就是說達到“關(guān)斷”溫度后，其電阻升高的倍率較小，不能起到很好的絕緣效果。
本發(fā)明的目的就是為了克服所述的現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有較低阻值，較低熱轉(zhuǎn)變溫度，PTC特性優(yōu)良的熱敏電阻器。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種熱敏電阻器，它由芯材和貼覆于該芯材兩面的金屬箔片、焊接在該金屬箔片外表面上的層狀或引線狀引出電極以及包覆在外面的絕緣層構(gòu)成，其特征在于所述的芯材由分別具有較低熱轉(zhuǎn)變溫度的高分子PTC材料(A)和較高PTC特性的高分子PTC材料(B)復(fù)合而成，其復(fù)合層至少為兩層，所述的芯材配方如下(重量百分數(shù))高分子聚合物40％～60％，導(dǎo)電填料30％～59％，無機填料0～20％，加工助劑1～5％；所述的高分子聚合物可以由以下聚合物其中的一種或其中的兩種或兩種以上聚合物的共混物組成，這些聚合物主要是聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、尼龍、聚對苯二甲酸二乙酯、聚對苯二甲酸二丁酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物；所述的導(dǎo)電填料可以由以下材料其中的一種或其中的兩種或兩種以上材料的混合物組成，這些材料主要是碳黑、石墨、碳纖維、金屬粉末、金屬氧化物等；所述的無機填料主要是粒徑＜50μm的無機物，如氧化鎂、氧化鋁、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁；所述的加工助劑是指抗氧劑、交聯(lián)促進劑、偶聯(lián)劑，其中抗氧劑可以是酚類或胺類化合物，交聯(lián)促進劑可以是多官能團不飽和化合物，偶聯(lián)劑可以是硅烷或鈦酸酯類有機化合物。
所述的復(fù)合層為兩層，上下各為材料(A)層和材料(B)層。
所述的復(fù)合層為三層，中間為材料(B)層，上下各為材料(A)層。
所述的復(fù)合層為三層，中間為材料(A)層，上下各為材料(B)層。
一種熱敏電阻器的制造方法，其特征在于將芯材組分高分子聚合物、導(dǎo)電填料、無機填料及加工助劑在100～200℃溫度下混煉，然后用模壓或擠出的方法制成面積為100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材；再用熱壓的方法把分別具有低熱轉(zhuǎn)變溫度和高PTC特性的片材進行復(fù)合，制成芯材；在熱壓機上把金屬箔片復(fù)合于所述的芯材的兩個表面，制成復(fù)合片材，再將此復(fù)合片材用γ射線(Co60)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5～100Mrad，然后再將復(fù)合片材割成一定尺寸的小片，焊接上片狀或引線狀金屬電極，外面再包覆絕緣層后，即得到聚合物熱敏電阻器。
一種熱敏電阻器的制造方法，其特征在于將芯材組分高分子聚合物、導(dǎo)電填料、無機填料及加工助劑在100～200℃溫度下混煉，然后用模壓或擠出的方法制成面積為100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材；再用熱壓的方法把分別具有低熱轉(zhuǎn)變溫度和高PTC特性的片材進行復(fù)合，制成芯材；再將此芯材用γ射線(Co60)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5～100Mrad，然后在熱壓機上把金屬箔片復(fù)合于所述的芯材的兩個表面，制成復(fù)合片材，再將復(fù)合片材割成一定尺寸的小片，焊接上片狀或引線狀金屬電極，外面再包覆絕緣層后，即得到聚合物熱敏電阻器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是采用了復(fù)合式芯材，既具有較低的熱轉(zhuǎn)變溫度，又具有較高的PTC特性。本發(fā)明產(chǎn)品還具有電阻低、功耗小、動作快、恢復(fù)時間短、耐大電流性能好、可反復(fù)使用等特點。
附圖
為本發(fā)明產(chǎn)品中的芯材的復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1表1單位g
注高密度聚乙烯熔點135℃表2
注乙烯-丙烯酸酯共聚物熔點85℃將表1中各組分在200℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.2mm片材(B)將表2中各組分在140℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度140℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.2mm片材(A)將片材(A)與片材(B)疊放，在壓模中，壓力5Mpa，溫度160℃下壓制成厚0.35mm，面積200cm2復(fù)合芯材。
將表面粗化后的鎳片經(jīng)平整后，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到芯材的雙面，在真空烘箱中80℃熱處理8小時后，用γ射線(Co60)輻照，劑量為20Mrad，然后沖壓成5×12mm的小片，然后再在兩面分別焊上厚0.10mm，4×10mm大小的片狀金屬電極，即可制得零功率電阻0.10Ω左右的聚合物的熱敏電阻器，其最低熱轉(zhuǎn)變溫度80℃，其在130℃時電阻值與其在20℃時電阻值的比值
不小于105。實施例2
配方同實施例1將表1中各組分在200℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.1mm片材(B)將表2中各組分在140℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度140℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.2mm片材(A)將片材(A)與片材(B)按照(B)-(A)-(B)順序疊放，在壓模中，壓力5Mpa，溫度160℃下壓制成厚0.35mm，面積200cm2復(fù)合芯材。
將表面粗化后的鎳片經(jīng)平整后，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到芯材的雙面，在真空烘箱中80℃熱處理8小時后，用γ射線(Co60)輻照，劑量為20Mrad，然后沖壓成5×12mm的小片，然后再在兩面分別焊上厚0.10mm，4×10mm大小的片狀金屬電極，即可制得零功率電阻值0.10Ω左右的聚合物熱敏電阻器，其最低熱轉(zhuǎn)變溫度80℃，其在130℃時電阻值與其在20℃時電阻值的比值
不小于105。
實施例3配方同實施例1將表1中各組分在200℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.2mm片材(B)將表2中各組分在140℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度140℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.1mm片材(A)將片材(A)與片材(B)按照(A)-(B)-(A)順序疊放，在壓模中，壓力5Mpa，溫度160℃下壓制成厚0.35mm，面積200cm2復(fù)合芯材。
將表面粗化后的鎳片經(jīng)平整后，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到芯材的雙面，在真空烘箱中80℃熱處理8小時后，用γ射線(Co60)輻照，劑量為20Mrad，然后沖壓成5×12mm的小片，然后再在兩面分別焊上厚0.10mm，4×10mm大小的片狀金屬電極，即可制得零功率電阻值0.10Ω左右的聚合物熱敏電阻器，其最低熱轉(zhuǎn)變溫度80℃，其在130℃時電阻值與其在20℃時電阻值的比值
不小于105。
實施例4～6
輻射方式改為電子束輻照，輻照劑量和其他條件分別與實施例1～3相同，可得到與實施例1～3相類似產(chǎn)品。
實施例7～12芯材的制備改用擠出機擠出，擠出機各段溫度控制分別設(shè)定為片材(A)110℃120℃130℃140℃片材(B)150℃160℃170℃180℃擠出的熔體用壓光機定型，冷卻后再切割成一定尺寸的片材，其他條件分別同實施例1～6相同，分別得到與實施例1～6相似的產(chǎn)品。
實施例13表3單位g
注高密度聚乙烯熔點135℃表4
注乙烯-丙烯酸酯共聚物熔點102℃將表3中各組分在200℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.2mm片材(B)將表4中各組分在160℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度140℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.2mm片材(A)將片材(A)與片材(B)疊放，在壓模中，壓力5Mpa，溫度160℃下壓制成厚0.35mm，面積100cm2復(fù)合芯材。
將表面粗化后的鎳片經(jīng)平整后，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到芯材的雙面，在真空烘箱中85℃熱處理8小時后，用γ射線(Co60)輻照，劑量為20Mrad，然后在沖床上沖壓成Ф9.0mm的小園片，再在兩面分別焊上Ф0.6mm的鍍錫銅引線，然后再用環(huán)氧包封料包封，得到與實施例1電性能相類似的產(chǎn)品。
實施例14配方同實施例13
將表3中各組分在200℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.1mm片材(B)將表4中各組分在160℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度160℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.2mm片材(A)將片材(A)與片材(B)按照(B)-(A)-(B)順序疊放，在壓模中，壓力5Mpa，溫度160℃下壓制成厚0.35mm，面積200cm2復(fù)合芯材。
將表面粗化后的鎳片經(jīng)平整后，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到芯材的雙面，在真空烘箱中85℃熱處理8小時后，用γ射線(Co60)輻照，劑量為20Mrad，然后在沖床上沖壓成Ф9.0mm的小園片，再在兩面分別焊上Ф0.6mm的鍍錫銅引線，然后再用環(huán)氧包封料包封，得到與實施13電性能相類似的產(chǎn)品。
實施例15配方同實施例13將表3中各組分在200℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度180℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.2mm片材(B)將表4中各組分在160℃溫度下于密煉機中混煉均勻，經(jīng)冷卻，粉碎后將其放在壓模中，壓力5Mpa，溫度160℃條件下壓制成面積200cm2，厚0.1mm片材(A)將片材(A)與片材(B)按照(A)-(B)-(A)順序疊放，在壓模中，壓力5Mpa，溫度160℃下壓制成厚0.35mm，面積200cm2復(fù)合芯材。
將表面粗化后的鎳片經(jīng)平整后，在壓力5Mpa，溫度160℃條件下熱壓到芯材的雙面，在真空烘箱中85℃熱處理8小時后，用γ射線(Co60)輻照，劑量為20Mrad，然后在沖床上沖壓成Ф9.0mm的小園片，再在兩面分別焊上Ф0.6mm的鍍錫銅引線，然后再用環(huán)氧包封料包封，得到與實施13電性能相類似的產(chǎn)品。
實施例16～18輻照方式改為電子束輻照，輻照劑量和其他條件分別與實施例13～15相同，可分別得到與實施例13～15相類似產(chǎn)品。
實施例19～24芯材的制備改用擠出機擠出，擠出機各段溫度控制分別設(shè)定為片材(A)130℃140℃150℃160℃片材(B)150℃160℃170℃180℃擠出的熔體用壓光機定型，冷卻后再切割成一定尺寸的片材，其他條件分別與實施例13～18相同，分別得到與實施例13～18相似的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種熱敏電阻器，它由芯材和貼覆于該芯材兩面的金屬箔片、焊接在該金屬箔片外表面上的層狀或引線狀引出電極以及包覆在外面的絕緣層構(gòu)成，其特征在于所述的芯材由分別具有較低熱轉(zhuǎn)變溫度的高分子PTC材料(A)和較高PTC特性的高分子PTC材料(B)復(fù)合而成，其復(fù)合層至少為兩層，所述的芯材配方如下(重量百分數(shù))高分子聚合物40％～60％，導(dǎo)電填料30％～59％，無機填料0～20％，加工助劑1～5％；所述的高分子聚合物可以由以下聚合物其中的一種或其中的兩種或兩種以上聚合物的共混物組成，這些聚合物主要是聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、尼龍、聚對苯二甲酸二乙酯、聚對苯二甲酸二丁酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物；所述的導(dǎo)電填料可以由以下材料其中的一種或其中的兩種或兩種以上材料的混合物組成，這些材料主要是碳黑、石墨、碳纖維、金屬粉末、金屬氧化物等；所述的無機填料主要是粒徑＜50μm的無機物，如氧化鎂、氧化鋁、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋁；所述的加工助劑是指抗氧劑、交聯(lián)促進劑、偶聯(lián)劑，其中抗氧劑可以是酚類或胺類化合物，交聯(lián)促進劑可以是多官能團不飽和化合物，偶聯(lián)劑可以是硅烷或鈦酸酯類有機化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱敏電阻器，其特征在于所述的復(fù)合層為兩層，上下各為材料(A)層和材料(B)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱敏電阻器，其特征在于所述的復(fù)合層為三層，中間為材料(B)層，上下各為材料(A)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱敏電阻器，其特征在于所述的復(fù)合層為三層，中間為材料(A)層，上下各為材料(B)層。
5.一種熱敏電阻器的制造方法，其特征在于將芯材組分高分子聚合物、導(dǎo)電填料、無機填料及加工助劑在100～200℃溫度下混煉，然后用模壓或擠出的方法制成面積為100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材；再用熱壓的方法把分別具有低熱轉(zhuǎn)變溫度和高PTC特性的片材進行復(fù)合，制成芯材；在熱壓機上把金屬箔片復(fù)合于所述的芯材的兩個表面，制成復(fù)合片材，再將此復(fù)合片材用γ射線(Co60)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5～100Mrad，然后再將復(fù)合片材割成一定尺寸的小片，焊接上片狀或引線狀金屬電極，外面再包覆絕緣層后，即得到聚合物熱敏電阻器。
6.一種熱敏電阻器的制造方法，其特征在于將芯材組分高分子聚合物、導(dǎo)電填料、無機填料及加工助劑在100～200℃溫度下混煉，然后用模壓或擠出的方法制成面積為100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材；再用熱壓的方法把分別具有低熱轉(zhuǎn)變溫度和高PTC特性的片材進行復(fù)合，制成芯材；再將此芯材用γ射線(Co60)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5～100Mrad，然后在熱壓機上把金屬箔片復(fù)合于所述的芯材的兩個表面，制成復(fù)合片材，再將復(fù)合片材割成一定尺寸的小片，焊接上片狀或引線狀金屬電極，外面再包覆絕緣層后，即得到聚合物熱敏電阻器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱敏電阻器及其制造方法,它由芯材和貼覆于該芯材兩面的金屬箔片、焊接在該金屬箔片外表面上的層狀或引線狀引出電極以及包覆在外面的絕緣層構(gòu)成,所述的芯材由高分子PTC材料復(fù)合而成,其配方如下(重量百分數(shù)):高分子聚合物40%～60%,導(dǎo)電填料30%～59%,無機填料0～20%,加工助劑1～5%。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有較低的熱轉(zhuǎn)變溫度,同時又具有較高的PTC特性。
文檔編號H01C7/02GK1256499SQ99124219
公開日2000年6月14日 申請日期1999年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月6日
發(fā)明者侯李明, 楊兆國, 李從武, 潘昂 申請人:上海維安熱電材料有限公司