專利名稱：一種正溫度系數(shù)熱敏電阻及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于熱敏電阻技術領域，尤其涉及一種正溫度系數(shù)熱敏電阻及其制備方法。
背景技術：
正溫度系數(shù)的英文簡寫是PTC，全稱Positive Temperature Coefficient。正溫 度系數(shù)熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻。其電阻率在某一定的溫度范圍 內時基本保持不變或僅有很小的變化，但當超過材料的特定轉變點溫度(居里溫度Tc)時， 就會在狹窄的溫度范圍內陡然升高，電阻率迅速增大幾個甚至十幾個數(shù)量級。PTC首先發(fā)現(xiàn)于1948年，隨著其研發(fā)和生產技術的日趨成熟，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應用于 電子、通訊、自動化等領域。對于大多數(shù)的用途而言，期望正溫度系數(shù)熱敏電阻具有較低的 室溫電阻和較高的PTC強度，以利于對電路有良好的關斷作用。目前的PTC芯材一般由高分子基體、導電填料、偶聯(lián)劑組成。通過混煉、成型、交聯(lián) 等方式而制得的一種多相復合高分子導電體。然后在芯材的兩個端面熱壓復合金屬箔，形 成正溫度系數(shù)熱敏電阻。但是，現(xiàn)有技術中金屬箔與PTC芯材之間的結合力并不是非常良好，導致正溫度 系數(shù)熱敏電阻的室溫電阻較高；并且經(jīng)過電流多次沖擊后，很容易發(fā)生金屬箔與PTC芯材 分離的現(xiàn)象，從而極大地影響了元件的導電性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，現(xiàn)有技術中正溫度系數(shù)熱敏電阻的金屬箔與PTC 芯材之間的結合差，導致穩(wěn)定性差。從而提供一種結合好、穩(wěn)定好的正溫度系數(shù)熱敏電阻?！N正溫度系數(shù)熱敏電阻，其包含二個金屬箔片、芯材、第一偶聯(lián)劑；所述芯材位 于二個金屬箔片之間，所述芯材的端面與金屬箔片通過第一偶聯(lián)劑連接；所述芯材包括高 分子基體、導電填料和第二偶聯(lián)劑。本發(fā)明還提供一種上述正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法。一種正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其包括如下步驟(1)預處理將第一偶聯(lián)劑溶于稀釋劑中制成涂覆液，再將涂覆液分別涂覆于2個 金屬箔片的一面上，后干燥形成涂覆面；(2)熱壓將2個金屬箔片的涂覆面分別貼在芯材的兩個端面上，然后熱壓；(3)后處理在70 150°C的無氧環(huán)境下放置10 MOmin。本發(fā)明所提供的正溫度系數(shù)熱敏電阻，在多次電流的沖擊下，電阻值變化不大，穩(wěn) 定性好。并且其室溫電阻較低。


圖1本發(fā)明的正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備分解示意圖。
圖2實施例1的阻溫曲線。圖3實施例1的關斷循環(huán)室溫電阻變化曲線。圖4對比例1的關斷循環(huán)室溫電阻變化曲線。
具體實施例方式一種正溫度系數(shù)熱敏電阻，其包含二個金屬箔片、芯材、第一偶聯(lián)劑；所述芯材位 于二個金屬箔片之間，所述芯材的端面與金屬箔片通過第一偶聯(lián)劑連接；所述芯材包括高 分子基體、導電填料和第二偶聯(lián)劑。其中，正溫度系數(shù)熱敏電阻的25°C電阻率為0.01 0.02 Ω · cm，PTC強度為8 13。PTC強度為本領域技術人員所公知的概念，即最大體積電阻率Pmax與室溫(25°C) 體積電阻率P ^之比。金屬箔片為本領域技術人員所公知的，其作用是將芯材中電流導出。例如銅箔片、 鋁箔片、鎳箔片。本發(fā)明優(yōu)選鍍鎳銅箔片。芯材是將高分子基體、導電填料和偶聯(lián)劑等混煉而成的。其中，高分子基體起骨架的作用?？梢允墙Y晶聚合物也可以是非結晶聚合物。一 般采用聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯和聚環(huán)氧乙烷。本發(fā)明優(yōu)選選自高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、線性低密度聚乙烯 (LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚環(huán)氧乙烷(PEG)、聚對 苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一種或幾種。以芯材的總重量為基準，高分子基體的含量優(yōu)選為10 60wt%。導電填料的作用是在高分子基體中形成導電網(wǎng)絡。一般為炭黑、石墨、金屬粉或導 電性金屬氧化物。本發(fā)明優(yōu)選金屬粉。本發(fā)明優(yōu)選導電填料的平均粒徑為5 50 μ m。以芯材的總重量為基準，導電填料的含量優(yōu)選為30 80wt%。其中，本發(fā)明的第二偶聯(lián)劑可以選自鈦酸酯偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑中的一種或幾 種。以芯材的總重量為基準，第二偶聯(lián)劑的含量優(yōu)選為0. 5 6wt%。本發(fā)明的芯材還可以包括無機填料、抗氧化劑、潤滑劑中的一種或幾種。無機填料的作用是增加PTC芯材的耐電壓和耐電流特性。本發(fā)明的無機填料選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鐵、氫 氧化鎂、氫氧化鈣、碳化硅、氮化硅、硫酸鋇、碳酸鈣中的一種或幾種。以芯材的總重量為基準，無機填料占1 IOwt%。抗氧化劑可以抑制高分子基體的熱氧老化，一般選自受阻酚類或胺類化合物，本 發(fā)明優(yōu)選受阻酚類化合物。以芯材的總重量為基準，抗氧化劑占0. 01 lwt%。潤滑劑的作用增加導電填料在聚合物體系中的分散性，一般選自聚乙烯蠟、EVA 蠟、石蠟、脂肪酸、脂肪酸鹽中一種或幾種。以芯材的總重量為基準，潤滑劑的含量優(yōu)選為1 3wt%。一種正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其包括如下步驟
(1)預處理將第一偶聯(lián)劑溶于稀釋劑中制成涂覆液，再將涂覆液分別涂覆于2個 金屬箔片的一面上，后干燥形成涂覆面；(2)熱壓將2個金屬箔片的涂覆面分別貼在芯材的兩個端面上，然后熱壓；(3)后處理在70 150°C的無氧環(huán)境下放置10 MOmin。其中，本發(fā)明的第一偶聯(lián)劑和第二偶聯(lián)劑采用同一種物質，也可以采用不同物質。 本發(fā)明優(yōu)選采用同一種物質。本發(fā)明中稀釋劑的作用是將偶聯(lián)劑溶解。本發(fā)明優(yōu)選甲苯、二甲苯、異丙醇中一種 或幾種。優(yōu)選地，涂覆液中第一偶聯(lián)劑的濃度為20 75wt%。本發(fā)明的金屬箔優(yōu)選一面光滑一面粗糙的金屬箔。粗糙面可增大接觸面積和增強 結合強度。將制好的涂覆液噴涂在金屬箔片的粗糙面上，并干燥。干燥之后形成涂覆面。涂覆液的用量優(yōu)選為0. 05 0. 5g/cm2。即每平方厘米的金屬箔片上的涂覆液的 量為0. 05 0. 5g。芯材的制備方法是將芯材的原料經(jīng)過熔融共混、粉碎、成型為芯材。這是本領技術 人員所公知的，在此不再贅述。然后將兩個金屬箔片的涂覆面貼在芯材的兩個端面上，具體可參見圖1，其中1為 金屬箔片，2為第一偶聯(lián)劑涂層，3為芯材。再將其熱壓在一起。熱壓為本領域技術人員所公知的操作，本發(fā)明優(yōu)選放入熱壓機中，并控制熱壓的 溫度為150 180°C，熱壓的壓強為5 15MPa，熱壓的時間為10 20min。最后后處理，即將經(jīng)過熱壓后的芯材放于70 150°C的無氧環(huán)境中放置10 240min。優(yōu)選地，將經(jīng)過熱壓后的芯材放于80 120°C的無氧環(huán)境中放置30 60min。本發(fā)明的無氧環(huán)境包括氮氣氣氛、氬氣氣氛和真空氣氛。后處理的作用是使內部反應充分進行，提高后期元件的穩(wěn)定性。本發(fā)明的發(fā)明人意外發(fā)現(xiàn)，利用本發(fā)明提供的方法制備的正溫度系數(shù)熱敏電阻的 穩(wěn)定性良好，經(jīng)過電流多次沖擊，其金屬箔與芯材的結合良好，其電阻仍保持在較低的水 平。本發(fā)明的發(fā)明人通過仔細研究，正溫度系數(shù)熱敏電阻中金屬箔與芯材之間的結合 力主要是界面咬合力和范德華力。經(jīng)過多次電流沖擊之后，芯材中導電網(wǎng)絡與金屬箔結合 變差。而本發(fā)明通過偶聯(lián)劑的作用使其結合力增強，這是因為偶聯(lián)劑是一類具有兩不同性 質官能團的物質，其分子中的一部分官能團可與有機分子反應，另一部分官能團可與無機 物表面的吸附水反應，形成牢固的粘合。當熱壓時，第一偶聯(lián)劑滲透于芯材中，既能芯材中 有機高分子以及第二偶聯(lián)劑反應，又與金屬箔片的吸附水反應。從而形成網(wǎng)狀結構連接于 芯材與金屬箔片之間，使金屬箔片與芯材結合的更加緊密。而導電網(wǎng)絡與偶聯(lián)劑形成的網(wǎng) 絡相互穿插，由于沒有形成隔絕層，所以并不影響導電網(wǎng)絡與金屬箔片的接觸，反而使接觸 更好，并且偶聯(lián)劑形成的網(wǎng)絡還可以緩解內部應力。為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合 附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實施例1本實施例所采用的芯材為其組成23wt%高密度聚乙烯、70%金屬鎳粉(平均粒 徑為2(^111)、3襯(％的氫氧化鎂、5襯(％的鈦酸酯偶聯(lián)劑和2wt%的聚乙烯蠟。商購的一面光滑面一面粗糙面的雙面鍍鎳銅箔備用。(1)預處理將鈦酸酯偶聯(lián)劑溶于甲苯中，制成涂覆液，鈦酸酯偶聯(lián)劑的濃度為 50wt%。然后將涂覆液噴涂在鍍鎳銅箔粗燥面上，涂覆量為O.lg/cm2。噴涂完成后置于通 風柜自然風干。(2)熱壓將兩個金屬箔片涂覆面貼在芯材的兩個端面上，然后放入熱壓機中熱 壓15min，控制熱壓溫度為160°C，熱壓壓強為lOMPa。(3)后處理將經(jīng)過熱壓的芯材放于100°C的氮氣氣氛下放置40min。制成的正溫度系數(shù)熱敏電阻，記作Al。實施例2與實施例1不同的是(3)后處理為將經(jīng)過熱壓的芯材放于70°C的氮氣氣氛下 放置MOmin。實施例3與實施例1不同的是(3)后處理為將經(jīng)過熱壓的芯材放于150°C的氮氣氣氛下 放置IOmin。實施例4與實施例1不同的是鈦酸酯的濃度為75wt%。實施例5與實施例所不同的是鈦酸酯的濃度為25wt%。對比例1與實施例1所不同的是沒有步驟(1)和步驟(3)，直接將將兩個金屬箔片涂貼 在芯材的兩個端面上，然后放入熱壓機中熱壓15min，控制熱壓溫度為160°C，熱壓壓強為 IOMPa0其他部分同實施例1。制成的正溫度系數(shù)熱敏電阻，記作AC1。性能測試室溫電阻率在25°C下，用內阻測試儀(型號BS-VR、廣州擎天實業(yè)有限公司)測 量其電阻，通過電阻率公式計算電阻率。結果見表1。PTC強度最大體積電阻率P _與室溫(25°C )體積電阻率P ^之比。由于電阻率的定義為P =RS/L，所以體積電阻率之比即電阻之比。故阻溫曲線的 測試是采用程序升溫裝置，空氣介質，升溫速率2°C /min，測量材料在各溫度時的電阻與室 溫電阻之比，而PTC強度就是阻溫曲線上的最大值。結果見表1。穩(wěn)定性測試把正溫度系數(shù)熱敏電阻放置于程控電熱鼓風干燥箱中，從室溫25V 可以升溫，升溫速率為2°C/min，采集各個溫度時的電阻。當電阻超過100ΜΩ時，冷卻至室 溫為一次關斷沖擊循環(huán)。然后記錄每次關斷沖擊循環(huán)之后的室溫電阻。結果見表1。表 權利要求
1.一種正溫度系數(shù)熱敏電阻，其特征在于其包含二個金屬箔片、芯材、第一偶聯(lián)劑； 所述芯材位于二個金屬箔片之間，所述芯材的端面與金屬箔片通過第一偶聯(lián)劑連接；所述 芯材包括高分子基體、導電填料和第二偶聯(lián)劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻，其特征在于所述第一偶聯(lián)劑包括鈦 酸酯偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑中的一種或幾種。
3.根據(jù)權利要求1所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻，其特征在于所述芯材還包括無機填 料、抗氧化劑、潤滑劑中的一種或幾種。
4.一種權利要求1所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其包括如下步驟(1)預處理將第一偶聯(lián)劑溶于稀釋劑中制成涂覆液，再將涂覆液分別涂覆于2個金屬 箔片的一面上，后干燥形成涂覆面；(2)熱壓將2個金屬箔片的涂覆面分別貼在芯材的兩個端面上，然后熱壓；(3)后處理在70 150°C的無氧環(huán)境下放置10 MOmin。
5.根據(jù)權利要求4所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其特征在于所述第一偶 聯(lián)劑與所述第二偶聯(lián)劑采用同一種物質。
6.根據(jù)權利要求4所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其特征在于所述稀釋劑 選自甲苯、二甲苯、異丙醇中一種或幾種。
7.根據(jù)權利要求4所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其特征在于所述涂覆液 中第一偶聯(lián)劑的濃度為20 75wt%。
8.根據(jù)權利要求4所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其特征在于所述涂覆液 的用量為0. 05 0. 5g/cm2。
9.根據(jù)權利要求4所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其特征在于所述熱壓的 溫度為150 180°C，壓強為5 15MPa，時間為10 20min。
10.根據(jù)權利要求4所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻的制備方法，其特征在于步驟(3)為 80 120°C的無氧環(huán)境中放置30 60min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種正溫度系數(shù)熱敏電阻，其包含二個金屬箔片、芯材、第一偶聯(lián)劑；芯材位于二個金屬箔片之間，芯材的端面與金屬箔片通過第一偶聯(lián)劑連接；芯材包括高分子基體、導電填料和第二偶聯(lián)劑。本發(fā)明還提供其制備方法，包括如下步驟(1)預處理將第一偶聯(lián)劑溶于稀釋劑中制成涂覆液，再將涂覆液分別涂覆于2個金屬箔片的一面上，后干燥形成涂覆面；(2)熱壓將2個金屬箔片的涂覆面分別貼在芯材的兩個端面上，然后熱壓；(3)后處理在70～150℃的無氧環(huán)境下放置10～240min。本發(fā)明所提供的正溫度系數(shù)熱敏電阻，在多次電流的沖擊下，電阻值變化不大，穩(wěn)定性好；并且其室溫電阻較低。
文檔編號H01C7/02GK102054547SQ20091010995
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權日2009年10月29日
發(fā)明者任茂林, 劉倩倩, 朱淑麗, 李曉芳, 陳炎 申請人:比亞迪股份有限公司