高分子正温度系数热敏电阻器及其制造方法.pdf

本发明涉及一种高分子正温度系数热敏电阻器，它由片状芯材和贴覆于上述片状芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的片状或引线状的金属电极构成，所述的芯材由高分子聚合物、导电填料、无机填料和加工助剂混合而成，按重量百分含量计为：高分子聚合物35-65％；导电填料35-65％；无机填料0-20％；加工助剂0.1-5％。优点是：价格低廉，且工艺中引入了球磨预混工艺，提高制得的高分子正温度悉数热敏电阻器的室温电阻值的均一性、耐流耐压等耐各种性能候后升阻的一致性，从而提高了产品的合格率。

1、  一种高分子正温度系数热敏电阻器，它由片状芯材和贴覆于上述片状芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的片状或引线状的金属电极构成，其特征在于：所述的片状芯材由高分子聚合物、导电填料、无机填料和加工助剂混合而成，按重量百分含量计为：
高分子聚合物  35～65％
导电填料      35～65％
无机填料      0～20％
加工助剂      0.1～5％，
其中，所述的高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或其共聚物中的一种或两种以上聚合物的共混物；
所述的芯材组分中导电填料是下述一种或几种材料的混合物，为炭黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物中的一种或多种；
所述的芯材组分中无机填料是粒径不大于50μm的无机物，为氧化镁、氧化铝、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种的混合物。

2、  根据权利要求1所述的高分子正温度系数热敏电阻器，其特征在于：所述的加工助剂为抗氧剂、交联促进剂和偶联剂，其中，抗氧剂为酚类或胺类化合物，交联促进剂为多官能团不饱和化合物，偶联剂为硅烷或钛酸酯类有机化合物。

3、  针对权利要求1或2所述的高分子正温度系数热敏电阻器的制造方法，由芯材两面贴覆金属箔片并在该金属箔片外表面上焊接片状或引线状的金属电极制成，其特征在于包括下述步骤：
第一步：将高分子正温度系数热敏电阻器的芯材组分高分子聚合物、导电填料、无机填料和加工助剂在球磨机中预混，球磨转速180～280rpm，球磨时间10～120min，制成预混料；
第二步：将预混料用双螺杆挤出机挤出造粒，颗粒再用单螺杆挤出制成片状芯材，同时将金属箔片复合于片状芯材的上下两个表面，制成面积为100～1000cm²，厚0.1～1.0mm的复合片材；
第三步：将复合片材冲成小片，焊接上片状或引线状的金属电极，再对复合片材进行辐照交联，制成高分子正温度系数热敏电阻器。

4、  根据权利要求3所述的高分子正温度系数热敏电阻器的制造方法，其特征在于：第二步中，双螺杆挤出机分为九个混料段，从进料口至出口混料段的温度依次为：150～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，150～180℃，双螺杆转速为200～280rpm；单螺杆挤出的温度在140～180℃之间，单螺杆转速为5～30rpm。

5、  根据权利要求3所述的高分子正温度系数热敏电阻器的制造方法，其特征在于：第三步中，所述的辐照交联采用γ射线(Co⁶⁰)或电子束，剂量为5～100Mrad。

高分子正温度系数热敏电阻器及其制造方法
技术领域
本发明涉及以高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件，尤其涉及一种高分子正温度系数热敏电阻器及其制造方法。
背景技术
填充导电粒子的结晶或半结晶高分子复合材料，可表现出正温度系数PTC(positive temperature coefficient)现象。也就是说，在一定的温度范围内，其自身的电阻率会随温度的升高而增大。这些结晶或半结晶聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等，以及它们的共聚物。导电粒子包括炭黑、石墨、碳纤维、金属粉末等。在较低的温度时，这类导体呈现较低的电阻率，而当温度升高到其高分子聚合物熔点以上，也就是所谓的“关断”温度时，电阻率急剧升高。具有PTC特性的这类复合材料已制成热敏电阻器，应用于电路的过流保护设置。通常状态下，电路中的电流相对较小，热敏电阻器温度较低，而当由电路故障引起的大电流通过此自恢复保险丝时，其温度会突然升高到“关断”温度，导致其电阻值变得很大，这样就使电路处于一种近似“开路”状态，从而保护了电路中其它元件。而当故障排除后，热敏电阻器的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。
高分子PTC热敏电阻器已广泛应用到通信、计算机、汽车、电子等众多领域中的线路防护。而通过现有的制造方法生产的高分子PTC热敏电阻器，大都具有室温电阻分布较宽以及使用过程中电阻率变化不一致的缺点，严重时将会影响电器设备的正常工作，此外成品率较低。为了克服上述技术存在的问题而提供一种新的制造高分子正温度系数热敏电阻器的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种高分子正温度系数热敏电阻器，其室温电阻值及产品耐流、耐压能力、耐长期性能后的电阻变化率更均一。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述高分子正温度系数热敏电阻器的制造方法，提高其产品合格率。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种高分子正温度系数热敏电阻器，它由片状芯材和贴覆于上述片状芯材两面的金属箔片、焊接在该金属箔片外表面上的片状或引线状的金属电极构成，所述的片状芯材由高分子聚合物、导电填料、无机填料和加工助剂混合而成，按重量百分含量计为：
高分子聚合物    35～65％
导电填料        35～65％
无机填料        0～20％
加工助剂        0.1～5％，其中，
所述的高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或其共聚物中的一种或两种以上聚合物的共混物；
所述的芯材组分中导电填料是下述一种或几种材料的混合物，为炭黑、石墨、碳纤维、金属粉末，如镍粉、金属氧化物中的一种或多种；
所述的芯材组分中无机填料是粒径不大于50μm的无机物，为氧化镁、氧化铝、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种的混合物。
具体的，高分子聚合物的用量可以为35，40，45，50，55，60或65％；导电填料的用量可以为35，40，45，50，55，60或65％；无机填料的用量可以为0，5，10，15或20％；加工助剂的用量可以为0.1，0.5，1，1.5，2，3，4或5％。
在上述方案的基础上，所述的加工助剂为抗氧剂、交联促进剂和偶联剂，其中，抗氧剂为酚类或胺类化合物，如酚类抗氧剂ANOX20，交联促进剂为多官能团不饱和化合物，如三烯丙基异氰尿酸酯(TAIC)，偶联剂为硅烷或钛酸酯类有机化合物，如TC系列钛酸酯偶联剂。
与现有的高分子PTC热敏电阻器比较，各组份易得，且价格低廉。
针对上述高分子正温度系数热敏电阻器的制造方法，由芯材两面贴覆金属箔片并在该金属箔片外表面上焊接片状或引线状的金属电极制成，包括下述步骤：
第一步：将高分子正温度系数热敏电阻器的芯材组分包括高分子聚合物、导电填料和加工助剂在球磨机中预混，球磨转速180～280rpm，球磨时间10～120min，制成预混料；
第二步：将预混料用双螺杆挤出机挤出造粒，颗粒再用单螺杆挤出机挤出制成片状芯材，同时利用一体化机将金属箔片复合于片状芯材的上下两个表面，制成面积为100～1000cm²，厚0.1～1.0mm的复合片材；
第三步：将复合片材冲成一定尺寸的小片，焊接上片状或引线状的金属电极，再对复合片材进行辐照交联，制成高分子正温度系数热敏电阻器。
具体的，预混过程的球磨转速可以为180，200，220，240，260或280rpm；球磨时间可以为10，2，30，40，50，60，70，80，90，100，110或120min，进一步优选30～80min。
与现有的高分子PTC热敏电阻器制造方法相比，本发明由于采用了球磨机预混的工艺，使得各种填料更为均匀地分散在高聚物中，从而可以制得室温电阻值更均一，成品率更高的高分子正温度系数热敏电阻器。
在上述方案的基础上，第二步中，双螺杆挤出机分为九个混料段，从入口至出口混料段的温度依次为：150～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，155～185℃，150～180℃，双螺杆转速为200～280rpm；单螺杆挤出机的温度为140～180℃，单螺杆转速为5～30rpm。
在上述方案的基础上，第三步中，所述的辐照交联采用γ射线(Co⁶⁰)或电子束，剂量为5～100Mrad。
本发明的有益效果是：
本发明价格低廉，由于在工艺中引入了球磨预混工艺，提高了制得的高分子正温度悉数热敏电阻器的室温电阻值的均一性、耐流耐压等耐各种性能候后升阻的一致性，从而提高了产品的合格率。
具体实施方式
本发明的两个典型实施例如下：
实施例1
高分子正温度系数热敏电阻器芯材包括下述组分：