專利名稱：耐高電壓、載荷鈍感型ptc熱敏電阻器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種以高分子聚合物復(fù)合材料為主要原料的正溫度系數(shù)熱敏電阻器及其制造方法，尤其涉及ー種耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器及其制造方法。
背景技術(shù)：
正溫度系數(shù)(positive temperature coefficient )材料指其電阻率隨溫度的升高而増大。ー些高分子與導(dǎo)電填料共混可制得具有較低的室溫電阻率，隨溫度升高電阻率増加，且在某個溫度點(diǎn)電阻率急劇升高的現(xiàn)象。具有正溫度系數(shù)特性的這類材料制成熱敏電阻器，已應(yīng)用于電路的過流保護(hù)設(shè)置，如自恢復(fù)保險絲等。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恢復(fù)保險絲吋，其溫度會突然升高到高分子晶體的熔點(diǎn)，高分子膨脹切斷導(dǎo)電通路，導(dǎo)致其電阻值變得很大，這樣就使電路處于ー種近似“開路”狀態(tài)，從而保護(hù)了電路中其它元件。而當(dāng)故障排除后，熱敏電阻器的溫度下降，其高分子重新結(jié)晶，體積收縮，電阻值又可恢復(fù)到低阻值狀態(tài)，因此也被稱為可恢復(fù)保險絲?；谏鲜龈叻肿訜崦綦娮璧墓ぷ髟?，在受カ的情況下高分子熱敏電阻由于膨脹而發(fā)揮的電阻正溫度特性會受到阻礙，因此，通常情況下熱敏電阻是不推薦在受力狀態(tài)下使用的。但在某些特別的使用狀態(tài)下，比如SMTエ藝的PCB板載SMD熱敏電阻元件、圓柱鋰離子電池用內(nèi)置式環(huán)狀熱敏電阻、盒裝式熱敏電阻等，在使用的過程中或多或少均存在一定的載荷，另外，也會有因為裝配不規(guī)范從而導(dǎo)致PTC受カ的情況發(fā)生。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明考慮到高分子熱敏電阻實際使用過程中存在載荷的情況，采用對載荷鈍感的正溫度系數(shù)復(fù)合材料體系。特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電粒子和填料，提出在載荷條件下使用的耐高電壓、載荷鈍感型正溫度系數(shù)熱敏電阻器，所制得的正溫度系數(shù)熱敏電阻器在同一室溫電阻率(O. 5ohm/cm) 下，其正溫度系數(shù)受載荷(dkgf/cm2)影響小，耐電壓等級高(=32V車載電壓)的載荷鈍感型正溫度系數(shù)熱敏電阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器。本發(fā)明的再一目的在于提供上述耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器的制造方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是ー種耐高電壓、載荷鈍感型PTC 熱敏電阻器，由高分子復(fù)合材料芯層，復(fù)合于芯層兩面的導(dǎo)電金屬箔片組成，高分子復(fù)合材料芯層由包括高分子聚合物、導(dǎo)電填料、電弧抑制劑、無機(jī)填料和加工助劑混合制備而成， 其中
所述的高分子聚合物為熱變形溫度大于60°C (0. 45MPa)，維卡軟化點(diǎn)溫度>80°C，拉申屈服強(qiáng)度>15Mpa分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性較大的結(jié)晶性高分子聚合物，包括聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPQ結(jié)晶性高分子聚合物中的ー種或ニ種以上的組合物；
所述的導(dǎo)電填料為球狀或橢圓狀半增強(qiáng)導(dǎo)電炭黑中的一種或其組合物，所述的半增強(qiáng)導(dǎo)電炭黑的鄰苯ニ甲酸ニ丁酯(DBP)的吸收值小于120cc/100g，灰分含量小于0.5%;
所述的無機(jī)填料為包括納米蒙脫土的層狀礦物填料、納米碳酸鈣、微米碳酸鈣、玻璃纖維中的ー種或ニ種以上組合物；
其中，所述高分子復(fù)合材料芯層各組分按重量百分比組成如下高分子聚合物35 50%導(dǎo)電填料40 60%其他填料1 10%加工助劑0. 05 5%。所述的高分子聚合物為組合物吋，以結(jié)晶度大于85%高分子聚合物為主，結(jié)晶度大于65%高分子聚合物為輔助高分子聚合物，輔助高分子聚合物中至少含有ー種重均分子量超過100萬的超高分子量聚乙烯。所述的高分子聚合物的DSC半峰寬不超過10°C，且任意兩種分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性較大的結(jié)晶性高分子聚合物的DSC峰值溫度之差小于10°C。所述的高分子聚合物經(jīng)表面處理或接枝馬來酸酐處理，所述炭黑經(jīng)硅烷類或鋁酸酷偶聯(lián)劑處理，其中，偶聯(lián)劑處理先在200 300°C惰性氣體中3 證，然后用偶聯(lián)劑處理。所述的導(dǎo)電填料為低結(jié)構(gòu)的炭黒，任意ー種炭黒。所述的半增強(qiáng)導(dǎo)電炭黑的粒徑為80 120納米，鄰苯ニ甲酸ニ丁酯(DBP)吸收值為70 120 cc/100g, BET氮?dú)馕辗ū缺砻娣e<35m2/g ；灰分含量<0. 5m2/g。所述的電弧抑制劑為含有結(jié)晶水的氫氧化鋁或含有結(jié)晶水的氫氧化鎂。所述的電弧抑制劑先經(jīng)100 120°C惰性氣體處理3 證，然后用硅烷類或鈦酸酷偶聯(lián)劑處理。所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器的制備方法，依下述步驟 第一，將高分子聚合物及加工助劑按所述配比混合造粒、壓延成片材；
第二，片材的上下ニ面與導(dǎo)電金屬箔片復(fù)合尺寸長200mm，寬150mm，厚度為0. 1 1. Omm的板材；
第三，上述板材用Y射線(Co60)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 lOOMrad，然后根據(jù)需要裁切成規(guī)定尺寸的芯片即得耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器成品。所述的高分子聚合物及加工助劑按所述配比混合造粒采用帶側(cè)喂料系統(tǒng)的雙螺桿混合擠出造粒、再經(jīng)單螺桿擠出與壓延復(fù)合一體化機(jī)配合制得，其中先將其他混合均勻的填料置于側(cè)喂料系統(tǒng)，高分子聚合物先經(jīng)雙螺桿于160 220°C中熔融，經(jīng)與側(cè)位輸入之其他填料熔融混合均勻擠出造粒，再通過單螺桿擠出的同時用一體化機(jī)把導(dǎo)電金屬箔片復(fù)合于芯層的上下兩個表面制成尺寸長200mm，寬150mm，厚度為0. 1 1.0mm的板材，然后將上述板材用Y射線(Co60)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 lOOMrad，然后根據(jù)需要裁切成合適大小的芯片即得成品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
通過采用極化程度相對較低且分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性較大的結(jié)晶性高分子聚合物，添加玻璃纖維、層狀硅酸鹽等填料進(jìn)行增強(qiáng)改性，同時采用表面接枝馬來酸酐的高密度聚乙烯對聚合物與填料進(jìn)行增加相容性的處理，増加了復(fù)合材料的界面相容性，提高了高分子復(fù)合材料芯層的承壓能力，所制得的熱敏電阻的阻溫特性對載荷具有較低的敏感性，經(jīng)測試在 2kgf/cm2載荷壓強(qiáng)下，PTC強(qiáng)度(Lg(R14Q/R2(l))達(dá)到IO4以上，其載荷鈍感系數(shù)大于0. 7，同時能夠在此壓カ載荷下承受32V的車載電壓。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。實驗配方見表1所示。
權(quán)利要求
1. ー種耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器，由高分子復(fù)合材料芯層，復(fù)合于芯層兩面的導(dǎo)電金屬箔片組成，高分子復(fù)合材料芯層由包括高分子聚合物、導(dǎo)電填料、電弧抑制劑、無機(jī)填料和加工助劑混合制備而成，其特征在干所述的高分子聚合物為熱變形溫度大于60°C (0. 45MPa)，維卡軟化點(diǎn)溫度>80°C，拉申屈服強(qiáng)度>15Mpa分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性較大的結(jié)晶性高分子聚合物，包括聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS) 結(jié)晶性高分子聚合物中的ー種或ニ種以上的組合物；所述的導(dǎo)電填料為球狀或橢圓狀半增強(qiáng)導(dǎo)電炭黑中的一種或其組合物，所述的半增強(qiáng)導(dǎo)電炭黑的鄰苯ニ甲酸ニ丁酯(DBP)的吸收值小于120cc/100g，灰分含量小于0.5%;所述的無機(jī)填料為包括納米蒙脫土的層狀礦物填料、納米碳酸鈣、微米碳酸鈣、玻璃纖維中的ー種或ニ種以上組合物；其中，所述高分子復(fù)合材料芯層各組分按重量百分比組成如下高分子聚合物35 50%導(dǎo)電填料40 60%其他填料1 10%加工助劑0. 05 5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器，其特征在干，所述高分子聚合物為組合物吋，以結(jié)晶度大于85%高分子聚合物為主，結(jié)晶度大于65%高分子聚合物為輔助高分子聚合物，輔助高分子聚合物中至少含有一種重均分子量超過100萬的超高分子量聚乙烯。
3.根據(jù)權(quán)カ要求1或2所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器，其特征在于所述高分子聚合物的DSC半峰寬不超過10°C，且任意兩種分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性較大的結(jié)晶性高分子聚合物的DSC峰值溫度之差小于10°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器，其特征在于 所述高分子聚合物經(jīng)表面處理或接枝馬來酸酐處理，所述炭黑經(jīng)硅烷類或鋁酸酯偶聯(lián)劑處理，其中，偶聯(lián)劑處理先在200 300°C惰性氣體中3 證，然后用偶聯(lián)劑處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器，其特征在于所述的導(dǎo)電填料為低結(jié)構(gòu)的炭黒，任意ー種炭黒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器，其特征在于所述半增強(qiáng)導(dǎo)電炭黑的粒徑為80 120納米，鄰苯ニ甲酸ニ丁酯(DBP)吸收值為70 120 cc/100g, BET氮?dú)馕辗ū缺砻娣e<35m2/g ；灰分含量<0. 5m2/g。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器，其特征在于所述的電弧抑制劑為含有結(jié)晶水的氫氧化鋁或含有結(jié)晶水的氫氧化鎂。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器，其特征在于所述的電弧抑制劑先經(jīng)100 120°C惰性氣體處理3 證，然后用硅烷類或鈦酸酯偶聯(lián)劑處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器的制備方法， 依下述步驟第一，將高分子聚合物及加工助劑按所述配比混合造粒、壓延成片材；第二，片材的上下ニ面與導(dǎo)電金屬箔片復(fù)合尺寸長200mm，寬150mm，厚度為0. 1 1. Omm的板材；第三，上述板材用Y射線(Co60)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 lOOMrad，然后根據(jù)需要裁切成規(guī)定尺寸的芯片即得耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器成品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器的制備方法，其特征在干所述高分子聚合物及加工助劑按所述配比混合造粒采用帶側(cè)喂料系統(tǒng)的雙螺桿混合擠出造粒、再經(jīng)單螺桿擠出與壓延復(fù)合一體化機(jī)配合制得，其中先將其他混合均勻的填料置于側(cè)喂料系統(tǒng)，高分子聚合物先經(jīng)雙螺桿于160 220°C中熔融，經(jīng)與側(cè)位輸入之其他填料熔融混合均勻擠出造粒，再通過單螺桿擠出的同時用一體化機(jī)把導(dǎo)電金屬箔片復(fù)合于芯層的上下兩個表面制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以高分子聚合物復(fù)合材料為主要原料的正溫度系數(shù)熱敏電阻器及其制造方法，尤其涉及一種耐高電壓、載荷鈍感型PTC熱敏電阻器及其制造方法。通過采用極化程度相對較低且分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性較大的結(jié)晶性高分子聚合物，添加玻璃纖維、層狀硅酸鹽等填料進(jìn)行增強(qiáng)改性，同時采用表面接枝馬來酸酐的高密度聚乙烯對聚合物與填料進(jìn)行增加相容性的處理，增加了復(fù)合材料的界面相容性，提高了高分子復(fù)合材料芯層的承壓能力，所制得的熱敏電阻的阻溫特性對載荷具有較低的敏感性，經(jīng)測試在2kgf/cm2載荷壓強(qiáng)下，PTC強(qiáng)度(Lg(R140/R20))達(dá)到104以上，其載荷鈍感系數(shù)大于0.7，同時能夠在此壓力載荷下承受32V的車載電壓。
文檔編號H01C7/02GK102592761SQ20111045125
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者孫天舉, 章小飛 申請人:上海長園維安電子線路保護(hù)有限公司