專利名稱：一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱敏電阻領(lǐng)域，尤其涉及一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材及其制備方法，所述芯材能夠制備一種包括聚合物基材和導(dǎo)電填料為主要原料的低電阻率圓環(huán)狀正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材。
背景技術(shù)：
正溫度系數(shù)(positive temperature coefficient, PTC)材料是指其電阻率會(huì)隨溫度的升高而增大。表現(xiàn)PTC行為的導(dǎo)電高分子材料可用于電路保護(hù)元件，這類導(dǎo)電高分子材料一般包含聚合物組分和分散在其中的導(dǎo)電填料。具有低電阻率的組合物適用于響應(yīng)室溫或電流條件變化的電路保護(hù)元件，在正常條件下，在電路中與負(fù)載串聯(lián)的電路保護(hù)元件保持在低溫和低阻狀態(tài)。但暴露在過(guò)電流或過(guò)熱條件下時(shí)，該元件的電阻就升高，從而有效地切斷電路中流到負(fù)載上的電流。而在應(yīng)用時(shí)，希望元件的電阻盡可能低，以便在正常工作期間使對(duì)電路電阻的影響最小化。要獲得低的電阻主要是通過(guò)增加元件的面積或增加導(dǎo) 電復(fù)合材料中的導(dǎo)電填料的含量，但元器件的面積增大，在電路板上占據(jù)空間較大，且熱性能不理想。而增加導(dǎo)電填料會(huì)影響導(dǎo)電復(fù)合材料的可加工性，降低PTC強(qiáng)度，即減小導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻率響應(yīng)于溫度上升而增加的范圍。而低電阻率圓環(huán)狀正溫度系數(shù)熱敏電阻元件的工作特點(diǎn)決定其具有一定尺寸且處于一定的壓力狀態(tài)，即要求產(chǎn)品在受到一定的壓力情況下仍然能發(fā)揮PTC效應(yīng)(一般要求受壓3kgf )。泄漏電流是指高分子PTC熱敏電阻鎖定在其高阻狀態(tài)時(shí)通過(guò)熱敏電阻的電流，泄漏電流過(guò)大，容易引起熱敏電阻元件的燒壞等不良現(xiàn)象。因此，有必要提供一種在一定壓力下具有較小泄漏電流的低電阻率圓環(huán)狀正溫度系數(shù)熱敏電阻元件。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其原料組分包括聚合物基材42 54wt% ；導(dǎo)電填料46 58wt% ；所述聚合物基材包括第一結(jié)晶性聚合物0 80wt% ；第二結(jié)晶性聚合物20 100wt% ；所述第一結(jié)晶性聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯共聚物中的一種或兩種以上的混合物。所述第二結(jié)晶性聚合物選自接枝聚烯烴、接枝聚烯烴共聚物、接枝聚烯烴衍生物和接枝聚烯烴衍生物的共聚物中的一種或兩種以上的混合物。優(yōu)選的，所述第一結(jié)晶性聚合物為高密度聚乙烯。
優(yōu)選的，所述第二結(jié)晶性聚合物選自接枝聚乙烯、接枝聚丙烯、接枝乙烯-醋酸共聚物、接枝乙烯-丙烯酸共聚物、接枝乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和接枝乙烯丙烯酸丁酯共聚物中的一種或兩種以上的混合物。優(yōu)選的，所述第二結(jié)晶性聚合物為接枝高密度聚乙烯。優(yōu)選的，所述各第二結(jié)晶性聚合物的極性基團(tuán)為羧酸及其衍生物。優(yōu)選的，所述極性基團(tuán)選自馬來(lái)酸酐、丙烯酸和乙酸等中的一種。優(yōu)選的，所述第二結(jié)晶性聚合物為馬來(lái)酸酐接枝高密度聚乙烯，接枝率小于3%，熔體流動(dòng)速率小于10g/10min。優(yōu)選的，所述馬來(lái)酸酐接枝高密度聚乙烯，接枝率小于1%，熔體流動(dòng)速率小于3g/10mino 所述馬來(lái)酸酐接枝高密度聚乙烯可以通過(guò)市售途徑獲得。優(yōu)選的，所述導(dǎo)電填料為導(dǎo)電炭黑，所述導(dǎo)電炭黑的粒徑為3(T95nm，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為65 130cc/100g，比表面積< 50m2/g。優(yōu)選的，所述導(dǎo)電炭黑的粒徑為3(T90nm，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為65 125cc/100g,比表面積< 45m2/g。鄰苯二甲酸二丁酯吸收值測(cè)定方法參照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制訂機(jī)構(gòu)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，粒徑測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D3849，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D2414，比表面積測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為 ASTM D4820。比表面積測(cè)定方法為BET氮?dú)馕椒ā１景l(fā)明第二方面提供一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材的制備方法，包括以下步驟( I)按照原料配比將導(dǎo)電填料與聚合物基材混合均勻；( 2 )將步驟(I)所得物料進(jìn)行塑化；(3)通過(guò)雙輥壓延將導(dǎo)電金屬箔片復(fù)合于步驟(2)所得物料的上下兩個(gè)表面，即得芯材。優(yōu)選的，所述步驟(I)中的聚合物基材為粉末狀。優(yōu)選的，所述步驟(2)中塑化的具體步驟為，先通過(guò)雙螺桿將步驟(I)所得物料進(jìn)行熔融混合，雙螺桿各區(qū)溫度為18(T210°C，雙螺桿轉(zhuǎn)速為8(Γ200轉(zhuǎn)/分鐘，再通過(guò)單螺桿擠出，單螺桿各區(qū)溫度為185 210°C，單螺桿轉(zhuǎn)速為6(Γ180轉(zhuǎn)/分鐘。優(yōu)選的，所述步驟(3)中，雙輥溫度為145 175°C，牽引頻率為25 50Hz。優(yōu)選的，所述步驟(3)中，導(dǎo)電金屬箔片為鍍鎳銅箔或鎳箔，厚度為25 55μπι。優(yōu)選的，所述步驟(3)所得的芯材為寬7(T200mm，厚度O. 2^0. 6mm的板材。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，得出適當(dāng)?shù)穆輻U各區(qū)溫度以及頻率。本發(fā)明第三方面提供一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材在過(guò)電流保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明第四方面提供一種圓環(huán)狀正溫度系數(shù)熱敏電阻元件，包括芯層和復(fù)合于所述芯層兩面的導(dǎo)電金屬箔片，所述芯層由所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材制備。將所述板材沖切成合適大小的圓環(huán)狀芯片，面積為73. 7mm2，6(Γ 11 (TC恒溫f 12h，然后，將上述樣品用Y射線(Co60)或電子束輻照交聯(lián)，劑量為5 35Mrad，即得到所需的圓環(huán)狀正溫度系數(shù)熱敏電阻元件。本發(fā)明所提供的正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材以及通過(guò)該芯材所制備的正溫度系數(shù)圓環(huán)狀熱敏電阻元件，在25°C的電阻率小于O. 6 Ω *cm，最低可小于O. 4 Ω *cm。本發(fā)明的優(yōu)越性在于I、在導(dǎo)電復(fù)合材料中引入具有極性基團(tuán)的相容劑馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯，增加了復(fù)合材料的界面相容性，具有室溫 電阻率低，性能優(yōu)異的特點(diǎn)；2、制備成圓環(huán)狀正溫度系數(shù)熱敏電阻元件，在一定壓力(3kgf)下具有較小泄漏電流。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。例中未具體注明的工藝設(shè)備或裝置均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)設(shè)備或裝置；所有壓力值和范圍都是指絕對(duì)壓力。此外應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說(shuō)明；還應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備/裝置之間的組合連接關(guān)系并不排斥在所述組合設(shè)備/裝置前后還可以存在其他設(shè)備/裝置或在這些明確提到的兩個(gè)設(shè)備/裝置之間還可以插入其他設(shè)備/裝置，除非另有說(shuō)明。而且，除非另有說(shuō)明，各方法步驟的編號(hào)僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無(wú)實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。各種原料和試劑均購(gòu)自商業(yè)供應(yīng)商，未經(jīng)進(jìn)一步純化，除非另有說(shuō)明。易受潮的原料和試劑均存放于全密封瓶中，并直接使用，均未經(jīng)過(guò)特殊處理。如整個(gè)說(shuō)明書(shū)中所使用的，下述縮寫(xiě)具有下述含義，除非文中明顯另有所指V =攝氏度；wt% =質(zhì)量百分比；g=克；h=小時(shí)；mg=毫克；L=升；m=米；μ m=微米；cm=厘米；nm=納米；mol% =摩爾百分比；A=安培；Ω =歐姆；kgf=千克力；cc=立方厘米；Mrad=兆拉德；S=秒。在下述對(duì)比例或?qū)嵤├?-5中所使用的原料成分如表一所示。表一對(duì)比例和實(shí)施例的原料來(lái)源
權(quán)利要求
1.一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其原料組分包括 聚合物基材42 54wt% ； 導(dǎo)電填料46 58wt% ； 所述聚合物基材包括 第一結(jié)晶性聚合物0 80wt% ; 第二結(jié)晶性聚合物2(Tl00wt% ； 所述第一結(jié)晶性聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯共聚物中的一種或兩種以上的混合物。
所述第二結(jié)晶性聚合物選自接枝聚烯烴、接枝聚烯烴共聚物、接枝聚烯烴衍生物和接枝聚烯烴衍生物的共聚物中的一種或兩種以上的混合物。
2.如權(quán)利要求I所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其特征在于，所述第一結(jié)晶性聚合物為高密度聚乙烯。
3.如權(quán)利要求I所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其特征在于，所述第二結(jié)晶性聚合物選自接枝聚乙烯、接枝聚丙烯、接枝乙烯-醋酸共聚物、接枝乙烯-丙烯酸共聚物、接枝乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和接枝乙烯丙烯酸丁酯共聚物中的一種或兩種以上的混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其特征在于，所述第二結(jié)晶性聚合物為接枝高密度聚乙烯。
5.如權(quán)利要求3-4任一權(quán)利要求所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其特征在于，所述各第二結(jié)晶性聚合物的極性基團(tuán)為羧酸及其衍生物。
6.如權(quán)利要求5所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其特征在于，所述極性基團(tuán)選自馬來(lái)酸酐、丙烯酸和乙酸中的一種。
7.如權(quán)利要求6所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其特征在于，所述第二結(jié)晶性聚合物為馬來(lái)酸酐接枝高密度聚乙烯。
8.如權(quán)利要求I所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其特征在于，所述導(dǎo)電填料為導(dǎo)電炭黑，所述導(dǎo)電炭黑的粒徑為3(T95nm，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為65 130cc/100g,比表面積< 50m2/g。
9.如權(quán)利要求8所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其特征在于，所述導(dǎo)電炭黑的粒徑為3(T90nm，鄰苯二甲酸二丁酯吸收值為65 125cc/100g，比表面積< 45m2/g。
10.如權(quán)利要求I、任一所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材的制備方法，包括以下步驟 (1)按照原料配比將導(dǎo)電填料與聚合物基材混合均勻； (2)將步驟(I)所得物料進(jìn)行塑化； (3)通過(guò)雙輥壓延將導(dǎo)電金屬箔片復(fù)合于步驟(2)所得物料的上下兩個(gè)表面，即得芯材。
11.如權(quán)利要求10所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中塑化的具體步驟為，先通過(guò)雙螺桿將步驟(I)所得物料進(jìn)行熔融混合，雙螺桿各區(qū)溫度為18(T210°C，再通過(guò)單螺桿擠出，單螺桿各區(qū)溫度為185 210°C。
12.如權(quán)利要求10所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，雙輥溫度為145 175°C。
13.如權(quán)利要求10所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，導(dǎo)電金屬箔片為鍍鎳銅箔或鎳箔，厚度為25 55i!m。
14.如權(quán)利要求10所述的一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)所得的芯材為寬7(T200mm，厚度0. 2^0. 6mm的板材。
15.如權(quán)利要求I、任一所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材在過(guò)電流保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
16.一種圓環(huán)狀正溫度系數(shù)熱敏電阻元件，包括芯層和復(fù)合于所述芯層兩面的導(dǎo)電金屬箔片，所述芯層由權(quán)利要求1-9任一所述的正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱敏電阻領(lǐng)域，尤其涉及一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材及其制備方法。本發(fā)明提供一種正溫度系數(shù)熱敏電阻元件芯材，其原料組分包括聚合物基材42~54wt%；導(dǎo)電填料46~58wt%；所述聚合物基材包括第一結(jié)晶性聚合物0~80wt%；第二結(jié)晶性聚合物20~100wt%。本發(fā)明的優(yōu)越性在于在導(dǎo)電復(fù)合材料中引入具有極性基團(tuán)的相容劑馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯，增加了復(fù)合材料的界面相容性，具有室溫電阻率低，性能優(yōu)異的特點(diǎn)；制備成圓環(huán)狀正溫度系數(shù)熱敏電阻元件，在一定壓力(3kgf)下具有較小泄漏電流。
文檔編號(hào)C08L33/12GK102807701SQ20121028543
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者李慶北, 史宇正, 侯李明, 吳亮 申請(qǐng)人:上?？铺馗叻肿硬牧嫌邢薰?br>