专利名称：高分子ptc芯片及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于过流防护的电子元器件，具体涉及一种高分子PTC芯片及利用这种高分子PTC芯片制作的高分子PTC过流保护元件。
背景技术：
功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，具有PTC特性的高分子复合导电材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行研究开发。所谓高分子PTC复合导电材料，就是具有PTC(positive temperature coefficient“正温度系数”)电阻特性的高分子复合导电材料。也就是说，在一定的温度范围内，这种导电材料自身的电阻率会随温度的升高而增大。这种高分子PTC材料由高分子材料填充导电粒子复合而成。所述的高分子材料包括热固性聚合物和热塑性聚合物，热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；热固性聚合物主要有环氧树脂。导电粒子包括碳黑，金属粉末以及其他一些导电性良好的粉末状物质。
目前实现商品化的高分子PTC复合导电材料有两种体系，一种是炭黑-高分子聚合物体系，另一种是镍粉-高分子聚合物体系。前者由于炭黑不易氧化，所以产品稳定性好，但是电阻率高，为了得到低电阻产品需要将产品体积做得很大；后者导电性好，可以制备小尺寸低阻值产品，但是由于镍粉容易氧化，导致产品电性能不稳定，并且由于为了得到低电阻产品，需要在高分子聚合物中填充大量的镍粉，使得材料机械性能差，不便于加工。
利用高分子PTC复合导电材料制成高分子过流保护元件，可以作为电路的过流保护装置。其串联在电路中使用，电路正常工作时，通过高分子过流保护元件的电流较低，其温度较低，呈现低电阻状态，不会影响电路正常工作。而当由电路故障引起的大电流通过此高分子过流保护元件时，其温度会突然升高，引起其自身电阻值骤然变大，这样就使电路呈现近似断路状态，从而起到保护电路作用。当故障排除后，高分子过流保护元件的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。因此，其实这是一种可以自动恢复的保险丝，已广泛地应用到计算机、通信设备、汽车电子、家用及工业控制电器设备等领域中。
高分子过流保护元件在过流防护领域已经得到普遍应用，电子元器件的小型化是目前的发展趋势，这也对高分子PTC复合导电材料的低电阻化提出了更高的要求。如何得到电阻低、电性能稳定、易于加工的高分子PTC复合导电材料，是本领域所面临的一个技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供电阻低、电性能稳定的高分子PTC芯片，并且易于加工生产，克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的高分子PTC芯片包括两片金属箔电极以及夹在所述两片金属箔电极之间的高分子PTC复合导电材料层复合构成。所述高分子PTC复合导电材料由包括下列组分及配比的原料复合而成 有机高分子聚合物体积百分比为24.5％-40％； 导电陶瓷粒子体积百分比为55％-75％； 炭黑体积百分比为0.5％-10％。
优选的，所述高分子PTC复合导电材料由包括下列组分及配比的原料复合而成 有机高分子聚合物体积百分比为26％-38％； 导电陶瓷粒子体积百分比为55％-73.5％； 炭黑体积百分比为0.5％-10％。
所述的高分子材料为热塑性聚合物，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，优选高密度聚乙烯。
所述的导电陶瓷粒子为IV族金属氮化物，或者IV族金属碳化物，或者他们的混合物，优选碳化钛，氮化钛。导电粒子之所以选择IV族金属氮化物或碳化物，一方面是由于IV族金属氮化物和碳化物具有接近金属的导电性能，但是在空气中不会氧化，稳定性好；另一方面，研究发现，如果采用其他非金属导电物质如炭黑，石墨等，虽然也具有不易氧化的特性，但是由于其导电性较差，如果要想制得低电阻材料，需要填充量很大，造成这些材料的PTC特性很差，失去实用价值。
所述的炭黑，包括补强炭黑、色素炭黑和导电炭黑等，优选补强炭黑。由于上述导电陶瓷粒子与聚乙烯类热塑性聚合物相容性差，尤其是在高填充量时，会造成混合物的机械性能差，脆性大，难以加工成片材，因此需要同时加入一定量的炭黑，利用炭黑的润滑及补强作用，改善产品的可加工性能。
本发明的高分子PTC芯片可采用下列方法制备 按比例混合原料，利用密炼机混炼，然后经开炼机拉片得高分子PTC复合导电材料片材，利用平板硫化机将金属箔电极压合到上述片材的两面，经过辐射交联后，切割成一定尺寸的小片，即得到高分子PTC芯片。
本发明还提供了一种高分子PTC过流保护元件，含有上述高分子PTC芯片。
高分子PTC过流保护元件的制备方法为将上述高分子PTC芯片的两侧金属箔电极上焊接金属带状引出电极，即得到高分子PTC元件。可应用于锂离子可充电电池的过流保护。
本发明的高分子PTC芯片电阻低、电性能稳定，且机械性能好，易加工，综合性能优良。
图1高分子PTC芯片示意图，其中 1---上层金属箔电极 2---高分子PTC复合导电材料层 3---下层金属箔电极 图2高分子PTC元件示意图，其中 1---上层金属箔电极 2---高分子PTC复合导电材料层 3---下层金属箔电极 4---上层引出电极 5---下层引出电极
具体实施例方式 以下列举具体的实施方式对本发明进行进一步的阐述，应理解，实施例并非用于限制本发明的范围。
实施例1-4 表1表中数字为体积百分比 注高密度聚乙烯 辽阳石化7750 炭黑 CABOT，n660 碳化钛 粒径80nm 氮化钛 粒径40nm 将表1中各组分按比例混合，利用密炼机混炼，然后经开炼机拉片，得到厚度0.32mm的片材，按宽300mm长400mm的尺寸切割，然后利用平板硫化机将一面粗糙化的镀镍铜箔压合到上述片材的两面，经过电子束辐射交联，剂量为100Mrad，然后利用冲床冲制成宽3mm长4mm的小片。
其中，实施例1-4，密炼机混炼后，开炼机拉片可以连续进行，无断裂现象，得到片材表面光滑。对比例1，密炼机混炼后，不能利用开炼机拉出连续片材，并且表面粗糙，需要再用平板硫化机模压成型，才能得到表面平整的片材。这说明炭黑对于改善加工性能效果明显。
将上述高分子PTC芯片的两侧金属箔电极上焊接金属带状引出电极，即得到高分子PTC元件，可应用与锂离子可充电电池的过流保护。其电性能见表2. 表2. 注初始电阻---室温条件下，四线法测量 保持电流---室温条件下，高分子PTC元件正常工作最大电流 动作电流---室温条件下，高分子PTC元件启动保护的最小电流 分析上表数据可知本发明采用聚乙烯---导电陶瓷粒子---炭黑复合体系高分子PTC材料制备高分子PTC元件，内阻低，保持电流大，动作时间快，并且能够承受多次大电流冲击，可以耐受长时间不间断电压，非常适合锂离子可充电电池的过流保护。与对比例1相比较，炭黑的加入，在改善加工性能的同时，不会影响电性能。
权利要求
1.一种高分子PTC芯片，由两片金属箔电极以及夹在所述两片金属箔电极之间的高分子PTC复合导电材料层复合构成，所述高分子PTC复合导电材料由包括下列组分及体积百分配比的原料复合而成
有机高分子聚合物 24.5％-40％；
导电陶瓷粒子 55％-75％
炭黑 0.5％-10％。
2.如权利要求1所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述高分子PTC复合导电材料由包括下列组分及体积百分配比的原料复合而成
有机高分子聚合物 26％-38％；
导电陶瓷粒子 55％-73.5％；
炭黑 0.5％-10％。
3.如权利要求1或2所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述的有机高分子聚合物为热塑性聚合物。
4.如权利要求3所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述热塑性聚合物选自聚乙烯、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.如权利要求3所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述热塑性聚合物为高密度聚乙烯。
6.如权利要求1、2或4所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述的导电陶瓷粒子为IV族金属氮化物，或者IV族金属碳化物，或者他们的混合物。
7.如权利要求6所述高分子PTC芯片，其特征在于，所述IV族金属氮化物为氮化钛，所述IV族金属碳化物为碳化钛。
8.一种高分子PTC过流保护元件，含有权利要求1-7任一所述高分子PTC芯片。
全文摘要
本发明涉及一种用于过流防护的电子元器件，公开了一种高分子PTC芯片及其应用。本发明的高分子PTC芯片，由两片金属箔电极以及夹在所述两片金属箔电极之间的高分子PTC复合导电材料层复合构成，所述高分子PTC复合导电材料由包括下列组分及体积百分配比的原料复合而成有机高分子聚合物24.5％-40％；导电陶瓷粒子55％-75％；炭黑0.5％-10％。本发明的高分子PTC芯片电阻低、电性能稳定，且机械性能好，易加工，综合性能优良。
文档编号H01C7/02GK101763925SQ200910200959
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者周欣山, 傅坚, 宋华, 李凯 申请人:上海神沃电子有限公司