专利名称：耐高电压高分子ptc热敏电阻器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种耐高电压高分子PTC热敏电阻器及其制造方法，涉及到以耐高温 热塑性工程塑料和超高分子量聚乙烯为主要原料的耐高电压过流保护元件的制造方法。
背景技术：
高分子聚合物正系数温度电阻(Polyer Positive T卿eratureCoefficent)， 即高分子正温热敏电阻，目前作为电流保护元件已经广泛应用于计算机、汽车、电子、通 信等领域。现有PTC热敏电阻器包括通信设备用高分子PTC热敏电阻主要是由聚乙烯 (Polyethylene)及导电粒子(主要为碳黑(Carbon Black))所组成。 聚酰亚胺作为一种特种工程塑料因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为 结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是"解决问 题的能手"(Protionsolver)，并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。其中，热 塑性聚酰亚胺具有以下优点耐高低温(-269-280°C );热膨胀系数小、高温下强度高、尺寸 稳定性好；摩擦系数小磨损量低、自润滑性好高温下优异的耐磨性；高温下抗蠕变性能好； 耐腐蚀、耐辐射性能优良；电性能好，介电强度高、介电常数低。 目前，通信设备用高分子PTC所面临的问题是耐压等级不够、产品电阻一致性差 且通电后电阻飘逸严重或者高电压击穿的现象，为了克服上述技术的不足之处提供了一种 新的耐高电压高分子PTC热敏电阻器及其制造方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐高电压高分子PTC热敏电阻器，可解 决3G通信领域用高分子PTC热敏电阻所面临的耐压等级不够、产品电阻一致性差且通电后 电阻飘逸严重或者高电压击穿等的问题。 本发明所要解决的另一技术问题在于提供上述耐高电压高分子PTC热敏电阻器 其制造方法，提高产品合格率。 本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是耐高电压高分子PTC热敏电阻
器，由两层金属箔片夹有片状高分子PTC芯材构成，厚度为1 5mm、面积为5 200咖2、体
积电阻值在100 1000Q cm、耐电压等级250V 600V，其中，所述的高分子PTC芯材按
重量百分比计包括下述组分 耐高温热塑性工程塑料 20 50% 超高分子量聚乙烯 5 15% 非导电填料 18 48% 导电粒子 10 30% 助齐[J 0. 5 3% 其中，所述的耐高温热塑性工程塑料为聚酰亚胺、聚醚醚酮、氟塑料、硅树脂、热致 液晶聚合物中的一种。
具体的，所述的耐高温热塑性工程塑料的用量可以为20， 25， 30， 35， 36， 38， 40， 42， 45或50% ; 超高分子量聚乙烯的用量可以为5，6，7，8，9，10，12或15% ;
非导电填料的用量可以为18，20，25，30，34，35，36，38，40，45或48% ;
导电粒子的用量可以为10，15，18，19，20，21，22，25或30% ;
助剂0. 5，0. 8， 1， 1. 5， 1. 8，2，2. 2，2. 5或3%。 在上述方案的基础上，所述的耐高温热塑性工程塑料优选为热塑性聚酰亚胺，熔 点在220 350°C。 在上述方案的基础上，所述的超高分子量聚乙烯选自粘均分子量在150 350万 氧单位之间，优选粘均分子量在180万氧单位左右的超高分子量聚乙烯。
在上述方案的基础上，所述的非导电填料为氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧 化钡中的一种或多种，优选氢氧化镁，粒径为2 20um之间，其用量为整个片状PTC芯片总 重量的18 48%。 在上述方案的基础上，所述的导电粒子至少包括补强或半补强碳黑。
在上述方案的基础上，所述的导电粒子还可包括导电碳黑、金属(如镍粉、铜粉)、 金属碳化物(如碳化钛、碳化钨、碳化钒)、金属硼化物(如硼化钛、硼化钒、硼化锆)、金属 氮化物(如氮化锆)等粉末中的一种或多种。 在上述方案的基础上，所述的两个金属箔片具有瘤状突出的粗糙表面，通过该粗 糙表面使两个金属箔片与片状PTC芯材一体化复合形成紧密接触。 在上述方案的基础上，所述PTC热敏电阻器零功率电阻在1 50Q ;所述PTC热 敏电阻器的额定电流为3 15A，电阻极化率极差S值和动态电阻变化率均小于20%。
具体的，提供针对上述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器的制造方法为采用一 体化连续复合方法，生产设备由挤出机系统、复合胶辊、X射线测厚反馈系统、芯片切割系统 组成，先将耐高温热塑性工程塑料，超高分子量聚乙烯，非导电填料和导电粒子按配方量球 磨混合造粒并通过挤出机挤出成型一次成型，制成片状PTC芯片，制备过程中通过X射线测 厚反馈系统控制PTC芯片厚度，再将两层金属箔片的粗糙表面直接复合在片状PTC芯材的 上下两面，平整后切割成PTC芯片单元，面积在5到200mm2之间， 一般为圆形或正方形，也可 以为长方形；经过Y射线(Co6°)或者电子束辐射交联1 3次、剂量5 30Mrad及160 20(TC高温处理，制成芯片型高分子PTC热敏电阻器；或在该高分子PTC热敏电阻器上、下表 面焊接上、下金属片或金属线，制成插件型高分子PTC热敏电阻器。 所得产品零功率电阻一致性好，零功率电阻在1 50欧姆之间，合格率高，经过各 项测试后产品电阻极化率极差S值和动态电阻变化率均小于20X，耐压等级超过250V，最 高可以达到600V，可承受的电流在3 15A之间。 本发明所得到的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，在所述上、下金属箔片上可以 通过焊料经回流焊或点焊的方式焊接上、下金属片或金属线，结合成一组件(assembly)，通 常是成插件型(radial-leaded)、终端型(terminal)或表面贴装型(surfacemount)的元 件，产品根据需要可以进行绝缘包封处理，包封料为环氧树脂类物质。
本发明的有益效果是 本发明所得的高分子PTC热敏电阻器零功率电阻一致性好，零功率电阻在1 50欧姆之间，合格率高，经过各项测试后产品电阻极化率极差S值和动态电阻变化率均小于 20X，耐压等级超过250V，最高可以达到600V，可承受的电流在3 15A之间；
可解决3G通信领域用高分子PTC热敏电阻所面临的耐压等级不够、产品电阻一致 性差且通电后电阻飘逸严重或者高电压击穿等的问题； 该耐高压高分子PTC热敏电阻器可与电源连接形成一导电回路，用来保护高压电 路，特别是在通信领域应用广泛。
图1为本发明芯片型耐高电压高分子PTC热敏电阻器的结构示意图。
图2为本发明插件型耐高电压高分子PTC热敏电阻器的结构示意图。
l-层状PTC芯材 2，2'-金属箔片
3，3'-金属线
具体实施例方式
请参阅图1为本发明芯片型耐高电压高分子PTC热敏电阻器的结构示意图所示， 一种耐高电压高分子PTC热敏电阻器，由两层金属箔片夹有片状高分子PTC芯材构成，其 中，所述的高分子PTC芯材的原料为热塑性聚酰亚胺(密度1. 35g/cm2)，超高分子量聚乙 烯(密度0. 93g/ci^，粘均分子量180士20万氧单位)，N550补强碳黑(密度0. 36g/cm2)， 氢氧化镁(粒径《4um，2500目)以及两种助剂(抗氧剂1010和抗氧剂U626)。配比如下
原料配方一配方二
热塑性聚酰亚胺38. 5g38. 5g
超高分子量聚乙烯8.11. 5g
N550补强碳黑36. 3g38. 6g
氢氧化镁20. 6g19. 3g
抗氧剂1010lglg
抗氧剂U626lglg 将热塑性聚酰亚胺、超高分子量聚乙烯、补强碳黑N550、氢氧化镁和两种助剂放入 高混机均匀混合后，转入密炼机在25(TC熔融混合10min，于塑料粉碎颗粒机中进行造粒； 将粉碎好的粒子转入单螺杆挤出机进行挤出，设定好各区温度在240 26(TC之间，其中进 料口温度为240°C ，压縮段温度为250°C ，塑化段温度255°C ，挤出机机头温度为260°C 。对 挤出的高分子芯材直接与两个具有瘤状突出的粗糙表面的金属箔片进行复合，复合好的芯
5材经平整后再用芯片切割系统直接切割成100 X 200mm的PTC芯材单元，所述PTC芯材单元 的厚度为2. 2 2. 3mm ; 将所述PTC芯材单元用冲床裁制成4 7. 82mm的圆形；然后用电子束辐照，剂量为 20M Rad，经烘箱18(TC处理lh，缓慢降温，待降至室温时取出；根据阻值决定是否继续进行 1 2次辐照和高温18(TC处理，芯片型厚度为1 5mm、体积电阻值在100 1000 Q *cm、 耐电压等级250V 600V的耐高电压高分子PTC热敏电阻器。 根据图2为本发明插件型耐高电压高分子PTC热敏电阻器的结构示意图所示，在 所得到的芯片型耐高电压高分子PTC热敏电阻器的上、下金属箔片上通过焊料经回流焊方 式与上、下金属线结合成一插件型元件。 对配方一、二所得耐高电压高分子PTC热敏电阻器分别进行检验，详细技术指标 按照Q/SQPM 04-2009及YD/T741-2002等标准执行，结果显示，配方一、二所得耐高电压高 分子PTC热敏电阻器均达到本发明的有益效果。其中配方一所得耐高电压高分子PTC热敏 电阻器的检验结果如表1所示
表1
检验结果汇总序号检验项目技术要求检验结果单项判定备注
1额定零功率电阻试验条件25±2°C 1) 外观无可见损伤 2) 初测值1.5Q 3,0Q1) 无可见损伤 2) 2.462 Q 2.822 fi合格
2不动作特性试验条件25±2°C，通电时 间60min， 0.18 A 1) 外观无可见损伤 2) AR/Rn《500/o1) 无可见损伤 2) 0.1% 2.3%合格
3过流动作特性试验条件25±2'C 1) 外观无可见损伤 2) 动作时间 初始电流3A: S3.0s1) 无可见损伤 2) 动作时间 0.44s 0.56s合格
4恢复时间试验条件25±2°C 1) 外观无可见损伤 2) 恢复时间S60S1) 无可见损伤 2) 16.56s~21.33s合格
5耐冲击电流能力试验条件 短路电流波形10/3 lOws 最小开路电压1.5 kV 短路电流峰值37.5A 间隔时间lmin 次数10 零功率电阻 1) 外观无可见损伤 2) 电阻极化率极差《30% 不动作电流 3) 外观无可见损伤 4) AR/Rn《50。/01) 无可见损伤 2) 6.0% 3) 无可见损伤 4) 0.3%~3.9%合格
7检验结果汇总序号检验项目技术要求检验结果单项判定备注
6耐工频电流能力试验条件 电压源(有效值)250V 初始电流(有效值)3A 通电时间6S 断电时间120S 次数20 零功率电阻 1) 外观无可见损伤 2) 电阻极化率极差《30% 不动作电流 3) 外观无可见损伤 4) 厶,《50%1) 无可见损伤 2) 3.8% 3) 无可见损伤 4) 0.4% 3.5%合格
耐电压能力试验条件-电压源(有效值)250V 初始电流(有效值)3A 通电时间15min 次数1 零功率电阻 1) 外观无可见损伤 2) 电阻极化率极差《30% 不动作电流 3) 外观无可见损伤 4) 厶R/Rn《500/。1) 无可见损伤 2) 3.8% 3) 无可见损伤 4) 0.4% 3.5%合格
8失效模式试验试验条件 电压源(有效值):250V 初始电流(有效值)10A 通电时间60min 次数1 允许开路或高阻状，但不可 呈低阻态或明火呈高阻状，无明火合格
9耐焊接热试验Tb焊槽法1A 焊槽温度260土5。C 5s 零功率电阻 1) 外观无可见损伤 2) 零功率屯阻《22Q1) 无可见损伤 2) 2.527-2.804 Q合格
10可焊性试验Tb焊槽法1 235 °C 2s 引出端上锡良好合格 注以上结果选自上海市质量监督检验技术研究院出具的报告(编号 W09143W00202)
本发明得到的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，与目前市场上类似商品相比，产 品零功率电阻一致性好，合格率高，经过各项测试后产品电阻极化率极差S值和动态电阻
变化率均远小于相关技术标准，耐压性能也有很大的提高。
权利要求
一种耐高电压高分子PTC热敏电阻器，由两层金属箔片夹有片状高分子PTC芯材构成，其特征在于所述的高分子PTC热敏电阻器的厚度为1～5mm，面积为5～200mm2，体积电阻值在100～1000Ω·cm，耐电压等级250V～600V，其中，所述的高分子PTC芯材按重量百分比计包括下述组分耐高温热塑性工程塑料20～50％超高分子量聚乙烯5～15％非导电填料 18～48％导电粒子10～30％助剂0.5～3％其中，所述的耐高温热塑性工程塑料为聚酰亚胺、聚醚醚酮、氟塑料、硅树脂、液晶聚合物中的一种。
2. 根据权利要求1所述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，其特征在于所述的耐高温热塑性工程塑料为热塑性聚酰亚胺，熔点在220 350°C。
3. 根据权利要求1所述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，其特征在于所述的超高分子量聚乙烯粘均分子量在150 350万氧单位。
4. 根据权利要求1所述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，其特征在于所述的非导电填料为氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、氢氧化钡中的一种或多种，粒径为2 20um之间。
5. 根据权利要求1所述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，其特征在于所述的导电粒子至少包括补强或半补强碳黑。
6. 根据权利要求5所述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，其特征在于所述的导电粒子还包括导电碳黑、金属、金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物粉末中的一种或多种。
7. 根据权利要求1至6之一所述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，其特征在于所述的两个金属箔片具有瘤状突出的粗糙表面，通过该粗糙表面使两个金属箔片与片状PTC芯材一体化复合形成紧密接触。
8. 根据权利要求7所述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器，其特征在于所述PTC热敏电阻器零功率电阻在1 50Q ;所述PTC热敏电阻器的额定电流为3 15A，电阻极化率极差S值和动态电阻变化率均小于20%。
9. 针对权利要求书1至8之一所述的耐高电压高分子PTC热敏电阻器的制造方法，其特征在于采用一体化连续复合方法，先将耐高温热塑性工程塑料，超高分子量聚乙烯，非导电填料和导电粒子按配方量球磨混合、造粒，并通过挤出机挤出成型片状PTC芯片，制备过程中通过X射线测厚反馈系统控制PTC芯片厚度，再将两层金属箔片的粗糙表面直接复合在片状PTC芯材的上下两面，平整后切割成PTC芯片单元，经过y射线(Co60)或者电子束辐射交联1 3次、剂量5 30Mrad及160 20(TC高温处理，制成芯片型高分子PTC热敏电阻器；或在该高分子PTC热敏电阻器上、下表面焊接上、下金属线，制成插件型高分子PTC热敏电阻器。
全文摘要
本发明涉及一种耐高电压高分子PTC热敏电阻器及其制备方法，由两层金属箔片夹有片状PTC芯材构成，包括下述组分耐高温热塑性工程塑料20～50％；超高分子量聚乙烯5～15％；非导电填料18～48％；导电粒子10～30％；助剂0.5～3％，其中，所述的耐高温热塑性工程塑料为聚酰亚胺、聚醚醚酮、氟塑料、硅树脂、液晶聚合物中的一种。采用一体化连续复合技术，通过使用X射线测厚反馈系统有效地控制芯片厚度，并采用辐射交联和高温处理，制得的芯片电阻更加稳定，一致性好、合格率高，产品零功率电阻一致性好，合格率高，经过各项测试后产品电阻极化率极差δ值和动态电阻变化率均远小于相关技术标准，耐压性能也有很大的提高。
文档编号H01C7/02GK101707104SQ20091019915
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者刘利峰, 刘正平, 李全涛, 杨金华, 王军, 黄晓 申请人:上海长园维安电子线路保护股份有限公司