CN1139081C - 一种热敏电阻器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热敏电阻器及其制造方法，它由芯材和贴覆于上述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引出电极以及包覆在外表面的绝缘层构成。与现有技术相比，本发明采用了改进型的混料及辐照工艺，使产品既具有较低阻值，又具有较高的PTC强度。
Description
技术领域
本发明涉及以导电高分子聚合物复合材料为主要原料的电子元器件，尤其涉及一种热敏电阻器及其制造方法。
背景技本
一般地，在填充导电粒子的结晶或半结晶高分子复合材料中可表现出正温度系数PTC(positivetemperaturecoefficient)现象。也就是说，在一定的温度范围内，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、聚三氟氯乙烯等，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(如银粉、铜粉、铝粉、镍粉、不锈钢粉等)、金属氧化物和表面镀金属的玻璃微珠等。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，电阻率急骤升高。具有PTC特性的这类导电体已制成热敏电阻器，应用于电路的过流保护设置。在通常状态下，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复性保险丝时，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他元件。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。
热敏电阻器已广泛地应用到通信、计算机、汽车、工业控制、电子等众多领域中。目前出现的低阻值高分子PTC材料的PTC特性较差，也就是说达到“关断”温度后，其PTC强度较小，不能起到很好的过流保护作用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有较低阻值、较高PTC强度的热敏电阻器。
本发明的目的可以通过以下方式来实现：一种热敏电阻器，其特征在于，它由芯材和贴覆于上述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引出电极以及包覆在外表面的绝缘层构成；所述的芯材首先由高分子聚合物、导电填料、无机填料以及加工助剂混炼制成母料，该母料的重量百分数配方如下：高分子聚合物35％～60％，导电填料35％～60％，无机填料0～20％，加工助剂0.1～5％；然后以母料∶高分子聚合物∶导电填料∶无机填料∶加工助剂＝100∶(45～50)∶(45～50)∶(0～10)∶(1.25～1.5)的重量比例再次混炼得到。
所述的芯材组分中高分子聚合物是一种聚合物或两种以上聚合物的共混物，包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯，以及它们的共聚物。
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，包括碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物。
所述的芯材组分中无机填料是粒径＜50μm的无机物，包括氧化镁、氧化铝、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝。
所述的芯材组分中加工助剂是指抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂是酚类或胺类化合物，交联促进剂是多官能团不饱和化合物，偶联剂是硅烷或钛酸酯类有机化合物。
一种热敏电阻器的制造方法，其特征在于，将芯材组分高分子聚合物、导电填料、无机填料及加工助剂在100～200℃温度下混炼，造粒，用γ射线(Co60)或电子束辐照交联制成母料，辐照剂量1～10Mrad，该母料的重量百分数配方如下：高分子聚合物35％～60％，导电填料35％～60％，无机填料0～20％，加工助剂0.1～5％；然后以母料∶高分子聚合物∶导电填料∶无机填料∶加工助剂＝100∶(45～50)∶(45～50)∶(0～10)∶(1.25～1.5)的重量比例在100～200℃温度下再次混炼，用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材，然后用热压的方法在热压机上把金属箔片复合于上述片材的两个表面，制成复合片材，然后再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad。
与现有技术相比，本发明的优点是采用了改进型的混料工艺，既具有较低阻值，又具有较高的PTC强度。
具体实施方式
实施例1：
表1 单位：g
| 高密度聚乙烯 | 碳黑 | 酚类抗氧剂ANOX70 | 三烯丙基异氰尿酸酯 | 钛偶联剂TCF |
| 380 | 380 | 2 | 2 | 1 |
注：高密度聚乙烯熔点135℃
表2 单位：g
| 母料 | 高密度聚乙烯 | 碳黑 | 酚类抗氧剂ANOX70 | 三烯丙基异氰尿酸酯 | 钛偶联剂TCF |
| 400 | 200 | 200 | 2 | 2 | 1 |
注：高密度聚乙烯熔点135℃
将表1中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后用γ射线(Co60)辐照，剂量为3Mrad制成母料。
将表2中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积100cm2，厚0.2mm片材，将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度180℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后冲压成5×12mm的小片，然后再在两面分别焊上厚0.10mm，4×10mm大小的片状金属电极，即可制得零功率电阻0.10Ω左右的聚合物的热敏电阻器，其在135℃时电阻值与其在20℃时电阻值的比值
不小于105。
实施例2：
配方同实施例1
将表1中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后用γ射线(Co60)辐照，剂量为3Mrad制成母料。
将表2中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积100cm2，厚0.2mm片材，将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度180℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后冲压成6×6mm的小片，然后再在两面分别焊上厚0.60mm，6×8mm及6×6mm大小的两片导电管脚，即可制得零功率电阻0.15Ω左右的表面贴装用聚合物热敏电阻器，其在135℃时电阻值与其在20℃时电阻值的比值
不小于105。
实施例3～4
辐照方式改为电子束辐照，辐照剂量和其他条件分别与实施例1～2相同，可得到与实施例1～2相类似产品。
实施例5～8
混料方式改用挤出机挤出，挤出机各段温度控制分别设定为：
150℃ 160℃ 170℃ 180℃
其他条件分别同实施例1～4相同，分别得到与实施例1～4相似的产品。
实施例9
表3 单位：g
| 高密度聚乙烯 | 碳黑 | 酚类抗氧剂ANOX70 | 三烯丙基异氰尿酸酯 | 钛偶联剂TCF |
| 410 | 370 | 2 | 2 | 2 |
注：高密度聚乙烯熔点135℃
表4 单位：g
| 母料 | 高密度聚乙烯 | 碳黑 | 氢氧化镁 | 酚类抗氧剂ANOX70 | 三烯丙基异氰尿酸酯 | 钛偶联剂TCF |
| 400 | 180 | 180 | 40 | 2 | 2 | 2 |
注：高密度聚乙烯熔点135℃
将表3中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后用γ射线(Co60)辐照，剂量为3Mrad制成母料。
将表4中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积100cm2，厚0.2mm片材，将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度180℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后冲压成φ6.7mm的小圆片，再在两面分别焊上φ0.6mm镀锡铜引线，然后用环氧包封料包封，即可制得与实施例1电性能类似聚合物热敏电阻器。
实施例10
辐照方式改为电子束辐照，辐照剂量和其他条件分别与实施例9相同，可得到与实施例9相类似产品。
实施例11～12
混料方式改用挤出机挤出，挤出机各段温度控制分别设定为：
150℃ 160℃ 170℃ 180℃
其他条件分别同实施例9～10相同，分别得到与实施例9～10相似的产品。
实施例13
将表3中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后用γ射线(Co60)辐照，剂量为3Mrad制成母料。
将表4中各组分在200℃温度下于密炼机中混炼均匀，经冷却，粉碎后将其放在压模中，压力5Mpa，温度180℃条件下压制成面积100cm2，厚0.2mm片材，将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度180℃条件下热压到芯材的双面，在真空烘箱中80℃热处理8小时后，用γ射线(Co60)辐照，剂量为20Mrad，然后冲压成4.5×3.3mm的小片，然后在小片的一端用高速冲床冲出0.25mm的孔，再在金属箔片和孔的表面化学镀铜，清洗后在孔的远片边侧刻蚀掉一条0.15mm的金属条，然后采用网板印刷掩膜、光固化，再在片的两端热风吹焊0.3mm厚的锡层，即可制得零功率电阻0.4Ω左右的表面贴装用聚合物热敏电阻器，其在135℃时电阻值与其在20℃时电阻值的比值()不小于105。
实施例14
辐照方式改为电子束辐照，辐照剂量和其他条件分别与实施例13相同，可得到与实施例13相类似产品。
实施例15～16
混料方式改用挤出机挤出，挤出机各段温度控制分别设定为：
150℃ 160℃ 170℃ 180℃
其他条件分别同实施例13～14相同，分别得到与实施例13～14相似的产品。
实施例15～28
现将压制成的片材辐照，然后将表面粗化后的镍片经平整后，在压力5Mpa，温度180℃条件下热压到芯材的双面，其它条件同实施例1～14相同，分别得到与实施例1～14相似的产品。
Claims (6)
1.一种热敏电阻器，其特征在于，它由芯材和贴覆于上述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引出电极以及包覆在外表面的绝缘层构成；所述的芯材首先由高分子聚合物、导电填料、无机填料以及加工助剂混炼制成母料，该母料的重量百分数配方如下：高分子聚合物35％～60％，导电填料35％～60％，无机填料0～20％，加工助剂0.1～5％；然后以母料∶高分子聚合物∶导电填料∶无机填料∶加工助剂＝100∶(45～50)∶(45～50)∶(0～10)∶(1.25～1.5)的重量比例再次混炼得到。
2.根据权利要求1所述的热敏电阻器，其特征在于，所述的芯材组分中高分子聚合物是一种聚合物或两种以上聚合物的共混物，包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯，以及它们的共聚物。
3.根据权利要求1所述的热敏电阻器，其特征在于，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，包括碳黑、石墨、碳纤维、金属粉末、金属氧化物。
4.根据权利要求1所述的热敏电阻器，其特征在于，所述的芯材组分中无机填料是粒径＜50μm的无机物，包括氧化镁、氧化铝、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝。
5.根据权利要求1所述的热敏电阻器，其特征在于，所述的芯材组分中加工助剂是指抗氧剂、交联促进剂、偶联剂，其中抗氧剂是酚类或胺类化合物，交联促进剂是多官能团不饱和化合物，偶联剂是硅烷或钛酸酯类有机化合物。
6.一种热敏电阻器的制造方法，其特征在于，将芯材组分高分子聚合物、导电填料、无机填料及加工助剂在100～200℃温度下混炼，造粒，用γ射线(Co60)或电子束辐照交联制成母料，辐照剂量1～10Mrad，该母料的重量百分数配方如下：高分子聚合物35％～60％，导电填料35％～60％，无机填料0～20％，加工助剂0.1～5％；然后以母料∶高分子聚合物∶导电填料∶无机填料∶加工助剂＝100∶(45～50)∶(45～50)∶(0～10)∶(1.25～1.5)的重量比例在100～200℃温度下再次混炼，用模压或挤出的方法制成面积为100～1000cm2，厚0.1～1.0mm的片材，然后用热压的方法在热压机上把金属箔片复合于上述片材的两个表面，制成复合片材，然后再将此复合片材用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad。
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