一种高稳定性PTC材料的制作方法

一种高稳定性ptc材料
技术领域
1.本发明属于新材料技术领域，特别是涉及一种高稳定性ptc材料。


背景技术：

2.聚合物基ptc复合材料(pptc)由聚合物为基体和其中的导电填料制构成，导电填料含量超过渗流阈值，在常温下可维持较低的电阻值，当温度升高，在特定温度区间电阻变化反应敏锐，急剧升高。将pptc材料制成的元件串联在电子线路中，正常工作温度和额定电流状态下可以保持通路，而过温或者大电流状态下电阻急剧增加实现电路关断，并可在故障排除后自行恢复低阻状态，在电路中起到自恢复保护作用。基于pptc材料可重复使用的优点，其广泛应用在电子电路中。pptc材料还可作为自限温发热材料，当电源接通时，内部ptc高分子材料受热膨胀，电阻变大，减小发热功率，使温度降低；当温度降低时，内部ptc高分子材料遇冷收缩，电阻变小，增大发热功率，使温度上升，从而达到自动调节温度的作用。
3.对于pptc电路保护元件，需要较低的电阻值使得额定工作电流条件下稳定的功率保持能力，需要在动作条件下具有较高的耐压能力和耐流能力，以及在反复动作之后具有较好的恢复能力。研究表明，传统pptc材料在反复动作过后，聚合物胀缩引起的聚合物与导电粒子间的界面缺陷是阻值升高和耐压耐流性能劣化的重要因素。对于pptc自限温发热器件，同样需要较低的阻值获得较大的启动加热功率，同时，界面缺陷也会造成启动功率降低、加热速率衰减以及稳定温度的漂移。因此，开发一种高稳定性ptc材料实属必要。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高稳定性ptc材料及可恢复保险丝，用于解决现有技术中pptc保护元件耐压能力以及反复动作电阻稳定性的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高稳定性ptc材料，由高分子基材、导电填料、以及内部反应生成盐构成；所述高分子基材占所述高稳定性ptc材料体积分数的40％～70％，所述导电填料占所述高稳定性ptc材料体积分数的30％～60％；所述高分子基材由均匀分散的第一组分聚合物和第二组分聚合物构成；所述第二组分聚合物为阴离子离聚物，所述阴离子离聚物占所述高稳定性ptc材料体积分数的5％～10％；所述导电填料表面被阳离子聚合物修饰，均匀分散于所述聚合物基体之中；所述阴离子离聚物所含的对阳离子与所述阳离子聚合物的对阴离子在形成内部反应生成盐。
6.可选地，所述第一组分聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚甲醛、酚醛树脂、环氧树脂、聚六氟丙烯中的一种及其共聚物和混合物。
7.可选地，所述阴离子离聚物包括磺酸类树脂、丙烯酸类树脂中的一种；所述阴离子离聚物所含的对阳离子为锌离子、镁离子、钙离子中的一种或其组合。
8.可选地，所述导电填料包括阳离子聚合物修饰的金属颗粒、金属碳化物颗粒、金属硼化物颗粒、炭黑、短切碳纳米管、石墨烯中的一种或其组合。
9.可选地，所述阳离子聚合物为聚季胺盐；所述阳离子离聚物所含的对阴离子为氯离子、溴离子中的一种或其组合。
10.可选地，所述导电填料的制备方法为：将溶剂、阳离子聚合物、偶联剂、以及导电颗粒搅拌均匀后泵入砂磨机中研磨分散，直至平均粒径小于100纳米，冷冻干燥获得表面修饰有阳离子聚合物的导电填料。
11.可选地，所述一种高稳定性ptc材料的加工方法，将所述高分子基材的粒料和所述导电填料加入密炼机混炼，采用开炼压延或挤出方式成型片材。
12.可选地，将所述一种高稳定性ptc材料作为芯层，两面复合导电金属箔片制作成ptc功能元件；所述导电金属箔片包括铜箔、银箔、镍箔、镀镍铜箔中的一种，导电金属箔片含粗糙表面和较光滑表面，粗糙表面与所述一种高稳定性ptc材料芯层直接接触，金属箔片的光滑表面分别与导电部件焊接串接于被保护电路中，起到过流过温保护作用。
13.可选地，所述一种高稳定性ptc材料的加工方法，将所述高分子基材的粒料和所述导电填料加入溶剂中溶解分散，将得到的分散液涂覆于基材上，烘干获得高稳定性ptc膜材；所述溶剂包括n
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甲基吡咯烷酮、n，n
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二甲基甲酰胺、n，n
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二甲基乙酰胺中的一种或混合溶剂；所述涂覆的方法包括刮涂、辊涂、印刷中的一种。
14.可选地，将所述一种高稳定性ptc材料制成薄膜复合于金属箔片上，将金属薄片刻蚀成插指电极状，附有插指电极的高稳定性ptc材料膜两面贴附导热绝缘胶层，插指电极引出电性，用于自限温发热元件；所述导电金属箔片包括铜箔、镍箔、镀镍铜箔中的一种，导电金属箔片含粗糙表面和较光滑表面，粗糙表面与所述一种高稳定性ptc材料芯层直接接触。
15.如上所述，本发明的高稳定性ptc材料，具有以下有益效果：附着在导电颗粒上的阳离子聚合物于基体中的阴离子离聚物存在大量电荷和氢键联结，在反复动作的聚合物涨缩过程中可有效降低界面缺陷生成，且阳离子聚合物与阴离子离聚物构成的电荷体系有利于降低基体电阻，相同体积分数导电颗粒情况下获得更低的体电阻。同时，材料内部生成均匀分散的二价盐，起到阻燃作用，无需额外添加阻燃剂，在基体中具有更高的相容性。对于制成的pptc电路保护元件，可获得具有更高的保持电流，以及更优的耐压耐流性能。对于制成的pptc自限温发热膜，额定电压下具有更高的加热启动速率，长期使用加热速率衰减更低。
附图说明
16.图1显示为本发明一种高稳定性ptc材料制成的电路保护元件结构示意图。1
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pptc材料层；2
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金属电极。
17.图2显示为本发明一种高稳定性ptc材料制成的自限温发热元件结构示意图。3
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pptc材料层；4
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金属插指电极。
具体实施方式
18.以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易的了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明精神下进行各种修饰或改变。
19.实施例1(对照样品)：
20.将pvdf和钛酸酯偶联剂加入密炼机中，3～5分钟后，加入碳化钨粉体，三者体积比例为49％∶1％∶50％。继续密炼15分钟后出料，得到的pptc材料通过开炼机压延，得到厚度为0.30mm的片材。将片材置于两层镀镍铜箔之间，通过热压合的方法将它们紧密结合在一起。最后经冲片工序，制成4mm*3mm的pptc元件a。
21.实施例2：
22.将pvdf，surlyn1650(含zn离子的阴离子离聚物)加入密炼机中，3～5分钟后，加入聚二烯丙基二甲基氯化铵修饰的碳化钨粉体，三者体积比例为45％∶5％∶50％。继续密炼15分钟后出料，得到的pptc材料通过开炼机压延，得到厚度为0.30mm的片材。将片材置于两层镀镍铜箔之间，通过热压合的方法将它们紧密结合在一起。最后经冲片工序，制成4mm*3mm的pptc元件b。
23.实施例3：
24.将聚酰胺1012，聚丙烯酸钙加入密炼机中，3～5分钟后，加入聚二烯丙基二甲基氯化铵修饰的二硼化钛粉体，三者体积比例为35％∶5％∶60％。继续密炼15分钟后出料，得到的pptc材料通过开炼机压延，得到厚度为0.30mm的片材。将片材置于两层铜箔之间，通过热压合的方法将它们紧密结合在一起。最后经冲片工序，制成4mm*3mm的pptc元件c。
25.实施例4：
26.将聚乙烯，聚丙烯酸镁加入密炼机中，3～5分钟后，加入聚二烯丙基二甲基溴化铵修饰的镍粉，三者体积比例为60％∶10％∶40％。继续密炼15分钟后出料，得到的pptc材料通过开炼机压延，得到厚度为0.30mm的片材。将片材置于两层镍箔之间，通过热压合的方法将它们紧密结合在一起。最后经冲片工序，制成4mm*3mm的pptc元件d。
[0027][0028]
元件a和b对比可以看出，相较于传统的偶联剂结合聚合物与填料，再同样配方体系下，采用本发明的高稳定性ptc材料获得的元件电阻更低，具有更优的耐压耐流性能以及环境稳定性。即使采用电阻更低更加活泼的ni粉体系的元件d系列，其电子和环境稳定性也优于传统金属碳化物导电填料的元件a系列，始于pptc可恢复保险丝的微型化。
[0029]
实施例5(对比样品)：
[0030]
将pvdf，和石墨烯粉体溶解分散于n
‑
甲基吡咯烷酮中，辊涂在铜箔上，烘干后将铜箔刻蚀为插指电极，两面贴附导热绝缘胶层，插指电极引出电性，制成自限温发热元件e。220v启动功率290w。
[0031]
实施例6
[0032]
将pvdf，聚丙烯酸镁，和聚二烯丙基二甲基氯化铵修饰的石墨烯粉体溶解分散于
n
‑
甲基吡咯烷酮中，辊涂再铜箔上，烘干后将铜箔刻蚀为插指电极，两面贴附导热绝缘胶层，插指电极引出电性，制成自限温发热元件f。220v启动功率230w。
[0033]
实施例5和6所得相同此村规格的自限温发热元件，采用本发明高稳定性ptc材料的元件f具有更高的发热启动功率。
[0034]
综上所述，本发明高稳定性ptc材料的配方设计，附着在导电颗粒上的阳离子聚合物于基体中的阴离子离聚物存在大量电荷和氢键联结，在反复动作的聚合物涨缩过程中可有效降低界面缺陷生成，且阳离子聚合物与阴离子离聚物构成的电荷体系有利于降低基体电阻，相同体积分数导电颗粒情况下获得更低的体电阻。对于制成的pptc电路保护元件，可获得具有更高的保持电流，以及更优的耐压耐流性能。对于制成的pptc自限温发热膜，额定电压下具有更高的加热启动速率。所以，本发明有效克服了现有技术中的缺点而具有高度的产业价值。
[0035]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。