一种可恢复型热保护器板及其制备方法与流程

1.本发明属于过热保护技术领域，具体涉及一种可恢复型热保护器板及其制备方法。


背景技术：

2.热保护器通常指的是两片不同的合金组合在一起，通过电流后会发热，由于两种不同的合金热膨胀系数不同，合金势必向一个方向弯曲，触点离开，就断了电。弯曲速度与通过的电流大小成正比。这样就保护了用电设备。
3.热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(ptc)和负温度系数热敏电阻器(ntc)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(ptc)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器(ntc)在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。
4.已公开的申请号为cn200620062402.5的中国专利中公开了一种一体式过流过热保护器ptc起动器，包括盒体、盒盖，盒体内部分隔为两个腔。由弹簧端子、两块电极板、ptc芯片、弹簧端子组件组成的ptc起动器安装于其中一个腔内；由动簧片、双金属片、电热丝、第一静脚、第二静脚、第三静脚、底座构成的过流过热保护器安装在另一个腔内。利用ptc器件的过热电阻成数量级增加而实现过热保护。
5.现有技术中常使用的正温度系数的热敏电阻作为一种新型过流保护和过温保护元器件，又叫自恢复保险丝。近几年来已在各种电子电器的过流保护、超温保护等方面得到了广泛应用。正温度系数热敏电阻pc按制造材料可分为有机高分子聚合物pptc和陶瓷ptc即cptc两大类。聚合物pptc由高分子聚合物掺入碳粉经挤压成形。碳粉形成碳链导电，受热时聚合物膨胀，碳链断裂形成高阻。而陶瓷ptc是由具有正温度系数特性的钛酸钡粉末经电子陶瓷工艺高温烧结而成。其共同之处在于可恢复性，可重复使用6000次以上。
6.但是对于陶瓷ptc其静态电阻大，体积大，静态电阻为几十欧姆，高分子聚合物pptc在温度升高的过程中，碳链会逐渐断裂，所以在升温的过程中高分子聚合物pptc的电阻是不断变化的，高分子聚合物pptc的电阻稳定性差。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明提供一种可恢复型热保护器板及其制备方法，复合材料层是由钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物混合而成，碳纳米管、陶瓷粉末颗粒分布相互搭接分布在高分子聚合物体系中，在温度升高到一定数值以后高分子聚合物受热膨胀，使得原先相互搭接的碳纳米管相互分开，同时不再与陶瓷粉末颗粒搭接，使得复合材料层的电阻迅速增加，降温后又恢复原状。将该复合材料层应用可恢复型热保护器板中能够使保护器板能够在在超过设定温度时，会自动断电，并在温度恢复正常时恢复导电功能，不同于一般熔断式过热保护不可恢复，本发明中的热保护器是可恢复的。另外本发明还提供一种可恢复型热保护器板的制备方法，该方法操作简单，生产效率高。
8.本发明为一种可恢复型热保护器板，包括复合材料层，设置于所述复合材料层两侧的镍层、铜层、锡层，所述镍层、铜层、锡层由内向外依次排列，所述复合材料层料由锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物混合后，经挤出成型制得。所述高分子混合物为聚甲醛、高密度聚乙烯中的一种。所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物的质量之比为1.3-1.4:12.5-14.5:85。作为优选的，所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物的质量之比为1.3:13:85。复合材料层中各物质之间的质量比影响最终形成的可恢复型热保护器板的静态电阻和热保护能力，本发明中的保护范围内能够很好的实现本发明的目的。
9.其中，所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末是由氧化锰和钛酸钡混合后，然后经过烧结而制得。
10.所述复合材料层的厚度为200μm、所述镍层的厚度为5μm、所述铜层的厚度为40μm、所述锡层的厚度为25μm。
11.在钛酸钡陶瓷中添加微量的稀土元素后，其电阻率会大幅度下降，在居里温度点的时候，电阻会急剧增加，所以在钛酸钡中加入氧化锰，然后经过烧结以后得到陶瓷粉末，在钛酸钡中引入mn
2+
，在烧结的时候，部分mn
2+
会偏析到晶界上，加强晶界对氧的吸附，提高表面受主态，另外存在部分mn
3+
以受主的形式取代ti
4+
，增加表面受主态。提高ptc效应。
12.碳纳米管具有独特的中空结构、良好的导电性、大的比表面积、适合电解液中粒子移动的孔隙以及交互缠绕可形成纳米尺度的网状结构，作为电极材料使用时，碳纳米管基本为中孔，孔的利用率较高。同时碳纳米管管壁具有很好的晶体结构，可以看做由石墨卷绕而成。
13.聚甲醛的结晶性很大，其可以表现出更高的熔融体积膨胀，从而导致导电网络的破坏，表现出ptc现象。碳纳米管的低掺量对于提高聚甲醛的结晶性能有协同作用。高密度聚乙烯又称低压聚乙烯，分子链上没有支链，分子链排布规整，具有较高的密度，是一种结晶度高、非极性面呈一定程度的半透明。
14.碳纳米管和聚甲醛/高密度聚乙烯分子链之间的相互缠绕，可以提高碳纳米管和聚甲醛/高密度聚乙烯复合材料的热稳定性，在温度变化较小的时候基体的膨胀量少。碳纳米管在聚合物基体中相互搭接形成导电体系，因为碳纳米管具有很好的导电体系，所以常温下其电阻很小，但是当温度达到100℃以上，聚合物会发生膨胀使得碳纳米管相互分离，不再相连，整个基体失去导电性，电阻变大，起到热保护的作用。当温度降低的时候，聚合物冷却收缩，其中的碳纳米管重新相互搭接，整个体系可以继续导电。但是在升高温度的过程中，聚甲醛/高密度聚乙烯是逐渐膨胀的，所以碳纳米管之间连接的紧密性是逐渐降低的，整个过程中电阻是不断增大的，直至实现断电，在这个过程中是处于还未断电的状态，这样大的电阻会造成电能的损失，所以在体系中添加一部分陶瓷颗粒，钛酸钡陶瓷颗粒分布在碳纳米管搭建的网状体系中，在聚甲醛/高密度聚乙烯升温膨胀的过程中，碳纳米管之间的距离越来越大，在疏离的时候碳纳米管可以搭在陶瓷颗粒上，形成“搭接”的状态，遮掩能够避免在升温过程中电阻对电能的浪费，当温度上升到阈值的时候，由于钛酸钡陶瓷颗粒的热敏特性，其电阻会陡然增加，接近不导电的状态，加上聚甲醛/高密度聚乙烯基体的体积膨胀，碳纳米管之间、碳纳米管与陶瓷颗粒之间完全不再连接，实现断电的目的。当温度降低以后，复合材料层的结构恢复到原来的状态，重新获得良好的导电能力。
15.一种如前文所述的可恢复型热保护器板的制备方法，包括以下步骤，在所述复合材料层的两侧镀镍；然后再依次进行表面钻孔、去毛刺、电镀镀铜；进行图形转移、aoi检查、阻焊丝印、阻焊后烤后进行镀锡得到所述保护器板。
16.本发明中通过在聚合物体系中掺杂陶瓷颗粒和碳纳米管，在温度阈值范围以下具有很低的电阻率，当温度达到阈值的时候电阻成数量级增加，起到断电保护的目的。本发明的可恢复型热保护器板具有能够在温度过高的时候及时断电，而且可自恢复，无需人工干预。本发明还提供了一种可恢复型热保护器板的制备方法，方法简单易操作，生产效率高。
17.说明书附图图1为本发明实施例1中提供的一种可恢复型热保护器板的阻温特性图；图2为本发明实施例2中提供的一种可恢复型热保护器板的阻温特性图；图3为本发明实施例3中提供的一种可恢复型热保护器板的阻温特性图；图4为本发明对比例1中提供的一种可恢复型热保护器板的阻温特性图；图5为本发明对比例2中提供的一种可恢复型热保护器板的阻温特性图。
具体实施方式
18.下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。
19.实施例1一种可恢复型热保护器板，包括复合材料层，设置于所述复合材料层两侧的镍层、铜层、锡层，所述镍层、铜层、锡层由内向外依次排列。所述复合材料层的厚度为200μm、所述镍层的厚度为5μm、所述铜层的厚度为40μm、所述锡层的厚度为25μm。所述复合材料层料由锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物混合后，经挤出成型制得。所述高分子混合物为聚甲醛。所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物的质量之比为1.3:13:85。
20.所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末是由氧化锰和钛酸钡混合后，然后经过烧结而制得。
21.一种如前文所述的可恢复型热保护器板的制备方法，包括以下步骤，在所述复合材料层的两侧镀镍；然后再依次进行表面钻孔、去毛刺、电镀镀铜；进行图形转移、aoi检查、阻焊丝印、阻焊后烤后进行镀锡得到所述保护器板。
22.实施例2一种可恢复型热保护器板，包括复合材料层，设置于所述复合材料层两侧的镍层、铜层、锡层，所述镍层、铜层、锡层由内向外依次排列。所述复合材料层的厚度为200μm、所述镍层的厚度为5μm、所述铜层的厚度为40μm、所述锡层的厚度为25μm。所述复合材料层料由锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物混合后，经挤出成型制得。所述高分子混合物为高密度聚乙烯。所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物的质量之比为1.4:12.5:85。
23.所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末是由氧化锰和钛酸钡混合后，然后经过烧结而制得。
24.实施例3一种可恢复型热保护器板，包括复合材料层，设置于所述复合材料层两侧的镍层、铜层、锡层，所述镍层、铜层、锡层由内向外依次排列。所述复合材料层的厚度为200μm、所述镍层的厚度为5μm、所述铜层的厚度为40μm、所述锡层的厚度为25μm。所述复合材料层料由
锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物混合后，经挤出成型制得。所述高分子混合物为聚甲醛。所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物的质量之比为1.35: 14.5:85。
25.所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末是由氧化锰和钛酸钡混合后，然后经过烧结而制得。
26.对比例1本对比例与实施例1相同，不同点在于对比例1中不添加锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末。
27.对比例2本对比例与实施例1相同，不同点在于对比例2中所述锰掺杂钛酸钡陶瓷粉末、碳纳米管、高分子聚合物的质量之比为1: 14.5:85。
28.对实施例1至实施例3、对比例1、对比例2中的可恢复型热保护器板进行阻温特性测试，得到图1至4的测试结果。
29.图1-3中可以看出本发明中的可恢复型热保护器板在110℃左右电阻迅速上升，实现断电的目的，且在110℃以下保护器的电阻的变化很小，另外根据本发明材质的特殊结构，在温度降以后，过热保护器的电阻恢复静态数值，零点几欧姆。
30.从图1-3，与图4的对比中可以看出本发明中添加了陶瓷颗粒降低了升温过程中保护器板的电阻，从图1-3与，图5中的对比可以发现，比例关系不在本发明的技术范围内时，在逐渐升温的过程中电阻仍然会逐渐增加。