專利名稱：Ptc復(fù)合材料及由其制備的ptc芯片和制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于過流防護的電子元器件，更具體地，本發(fā)明涉及一種熱固性高分子PTC復(fù)合材料和利用這種熱固性高分子PTC復(fù)合材料制作的熱固性高分子PTC芯片，以及PTC芯片的制備方法。
背景技術(shù)：
高分子PTC復(fù)合材料及其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高分子PTC電子元器件在現(xiàn)代電子電氣領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，此類復(fù)合材料及其構(gòu)成的電子元器件一般統(tǒng)稱為高分子PTC(正溫度系數(shù)材料/元件)。目前，在高分子PTC材料的合成制造中使用的主要高分子樹脂是以聚乙烯、聚偏氟乙烯等為代表的熱塑性樹脂。熱塑性樹脂和導(dǎo)電填料經(jīng)分散混合、壓延成型、貼合箔片金屬電極制成高分子PTC芯片。高分子PTC芯片在額定保護電流以上時，因電流的熱效應(yīng)而迅速升溫，復(fù)合材料中的熱塑性樹脂會在其熔點附近發(fā)生迅速的相轉(zhuǎn)變，體積突然膨脹，使分散在樹脂中的導(dǎo)電填料粒子間距增加，導(dǎo)電通路的數(shù)量驟減。這時復(fù)合材料從宏觀導(dǎo)體突變?yōu)榻^緣體，從而隔斷電流，實現(xiàn)電路保護的功能。但是，眾所周知，熱塑性樹脂用做高分子PTC復(fù)合材料的基材，必須與填料經(jīng)多次分散混合和加工成型、多次熱處理才能制成高分子PTC芯片。而且熱塑性高分子PTC芯片還必須經(jīng)過高能輻射的后處理才能徹底固化交聯(lián)。這些都給高分子PTC的生產(chǎn)制造帶來極大不便，同時也對高分子PTC元件的質(zhì)量控制和信賴性產(chǎn)生難以消除的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明提供了一種PTC復(fù)合材料及由其制備的PTC芯片。本發(fā)明的目的是以基本的熱固性樹脂來充當高分子PTC基材，它們不必預(yù)先進行化學改性，具有熱塑性樹脂所不具備的直接固化能力，固化后剝離強度高，電性能優(yōu)良，可以同時克服熱塑性樹脂加工工藝長、熱處理過程復(fù)雜等缺點。同時本發(fā)明加工過程無溶劑、無輻射，安全綠色，環(huán)境友好。本發(fā)明目的可通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)
一種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料包括熱固性樹脂、固化劑、高分子填料、導(dǎo)電陶瓷粒子以及其他助劑，所述復(fù)合材料按質(zhì)量百分比為
熱固性樹脂5% 20%;
固化劑5% 20%;
高分子填料1% 20%;
導(dǎo)電陶瓷粒子39. 5% 88. 5%;
其他助劑0.5% 10%;
所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、硅樹脂的一種或其多種組合；所述固化劑為含有兩個或兩個以上酸酐基團或活潑氫基團的有機物，所述活潑氫基團包括一COOH、— OH, 一NH2、一NH —的一種或其多種組合；所述高分子填料為熱塑性樹脂、改性熱固性樹脂、橡膠的一種或其多種組合；所述其他助劑為固化促進劑、阻燃劑、分散劑、增容劑中的ー種或其多種組合。本發(fā)明的另一方面，所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂或聚氨酯，所述固化劑為酸酐或酯環(huán)胺，所述固化劑可通過熱量使復(fù)合材料 體系固化。本發(fā)明的另一方面，所述高分子填料按質(zhì)量百分比為10% 20%。本發(fā)明的另一方面，所述高分子填料為聚こ烯、こ丙烯共聚物、聚偏氟こ烯、丁腈橡膠或改性環(huán)氧樹脂中的一種或其多種組合。優(yōu)選地，所述高分子填料為聚こ烯或聚偏氟こ烯。本發(fā)明的另一方面，所述導(dǎo)電陶瓷粒子按質(zhì)量百分比為40% 78%。本發(fā)明的另一方面，所述導(dǎo)電陶瓷粒子為IVB、VB、VIB族金屬氮化物或碳化物，以及它們的固溶物或混合物。優(yōu)選地,所述IVB族金屬氮化物為氮化鈦,所述IVB族金屬碳化物為碳化鈦。本發(fā)明的另一方面，所述氮化鈦或碳化鈦其粒徑為O. I 4. 8μπι ;密度為4. 3
5.6kg/m3ο本發(fā)明的另一方面，所述其他助劑按質(zhì)量百分比為1% 5%。本發(fā)明的另一方面，所述其他助劑為固化促進劑。優(yōu)選地，所述固化促進劑為叔胺類催化劑。本發(fā)明的另ー實施方面，一種熱固性高分子PTC芯片，其由所述PTC復(fù)合材料作為芯材，由貼覆于芯材兩面的金屬箔構(gòu)成電極，芯片的成型和芯材的固化在同一過程ー步完成。一種熱固性高分子PTC芯片的制造方法，其包括下述步驟
(1)將所述熱固性樹脂、固化劑、高分子填料、導(dǎo)電陶瓷粒子和其他助劑放入容器中于40 100°C的超聲波水浴中攪拌5 60分鐘；
(2)將(I)制得的漿料填充/涂覆于金屬電極表面，再覆蓋上另ー層金屬電極；
(3)真空熱壓固化成型，制得熱固性高分子PTC夾心復(fù)合板材；
(4)將所述熱固性高分子PTC夾心復(fù)合板材切割至成品。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的PTC復(fù)合材料具備直接固化能力，無需后固化；固化和成型一歩完成，無需高溫混煉；整個加工制作過程無溶劑、無輻射，環(huán)境友好，緑色安全。同時克服了熱塑性樹脂加工エ藝長、熱處理過程復(fù)雜和熱固性樹脂需溶劑稀釋、溶劑揮發(fā)的缺點。同時，本發(fā)明的高分子PTC芯片室溫電阻低至15Π1Ω ;無溶劑芯材極少氣孔，剝離強度高達3. 9kg/cm。


圖I本發(fā)明的熱固性聞分子PTC芯片不意 圖2本發(fā)明的熱固性高分子PTC元件示意 圖3本發(fā)明的實施例配方樣品電阻一溫度性能曲線對比圖。圖中標記為1.上層金屬箔電極，2.熱固性高分子PTC復(fù)合材料,3.下層金屬箔電極，4.上層引出電極，5.下層引出電極。
具體實施例方式如圖1-2示意，本發(fā)明的熱固性高分子PTC芯片由固化后的高分子復(fù)合材料芯材和貼覆于上述芯材兩面的金屬 箔片構(gòu)成，在該金屬箔片上焊接引腳即可形成最簡單的熱固性PTC元件,此元件外亦可以包覆絕緣材料。所述芯材由熱固性高分子PTC復(fù)合材料固化而成，所述熱固性高分子PTC復(fù)合材料由熱固性樹脂、固化劑、高分子填料、導(dǎo)電陶瓷粒子、其他助劑組成，熱固性高分子PTC復(fù)合材料的配方如下(按質(zhì)量百分比計)
材料(質(zhì)量百分比％)配方I配方2配方3配方4配方5配方6配方7配方8 環(huán)氧樹脂5 10 20 10 20 15 30 20
酸酐固化劑5 10 20 10 20 — — 20
酯環(huán)胺固化劑 一一一一 一5 10 —
聚乙烯填料II— 10 10 10 — 20
聚偏氟乙烯填料一一I一一 一 10 -
碳化鈦88.5 78 5865 4065 40 39.5
其他助劑0.5 II5 105 10 0.5
其中可以在環(huán)氧樹脂中混合呋喃樹脂或聚氨酯改善綜合性能。本實施例選用導(dǎo)電陶瓷粒子為碳化鈦，其粒徑為0. I 4. 8 ii m ;密度為4. 3 5. 6kg/m3。上述的其他助劑中包括固化促進劑、阻燃劑、分散劑、增容劑中的一種或其組合。其中，固化促進劑可以加速固化過程；阻燃劑選用三氧化二鋁、氫氧化鎂、水合氧化鋁等。一種熱固性高分子PTC芯片的制造方法依下述步驟進行將熱固性樹脂、固化劑、高分子填料、導(dǎo)電陶瓷粒子和其他助劑依比例攪拌混合，放入容器中于40 100°C的超聲波水浴中攪拌5 60分鐘；將攪拌制得的漿料依一定量填充/涂覆于金屬電極表面，再覆蓋上另一層金屬電極；真空模壓定型后夾心復(fù)合層的厚度為0. 3mm,在150°C預(yù)熱5min后于150°C高溫固化I小時，再180°C固化0. 5小時后即制得熱固性高分子PTC夾心復(fù)合板材；把板材切割為3mmX4mm的矩形芯片,在金屬電極上焊接引腳后即可制成電阻IO-IOOmQ的待檢測熱固性高分子PTC元件樣品，可應(yīng)用于鋰離子可充電電池的過流保護。以下述配方例進行性能測試比較，配方9制造流程完全相同，配方10使用開煉機混合
材料(質(zhì)量百分比％)配方9配方10 環(huán)氧樹脂010
液態(tài)酸酐010
聚乙烯200
碳化鈦79 80
其他助劑I0
為檢測所得熱固性高分子PTC的附著力性能，分別測試各組樣品的剝離強度(Icm寬薄片樣品在固定速率下剝離金屬箔所需拉力)。測試結(jié)果見表I.
權(quán)利要求
1.ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料包括熱固性樹脂、固化劑、高分子填料、導(dǎo)電陶瓷粒子以及其他助劑，所述復(fù)合材料按質(zhì)量百分比為 熱固性樹脂5% 20%; 固化劑5% 20%; 高分子填料1% 20%; 導(dǎo)電陶瓷粒子39. 5% 88. 5%; 其他助劑O. 5% 10%; 所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂、呋喃樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、硅樹脂的一種或其多種組合；所述固化劑為含有兩個或兩個以上酸酐基團或活潑氫基團的有機物，所述活潑氫基團包括一COOH、— OH, 一NH2、一NH —的一種或其多種組合；所述高分子填料為熱塑性樹脂、改性熱固性樹脂、橡膠的一種或其多種組合；所述其他助劑為固化促進劑、阻燃劑、分散劑、增容劑中的ー種或其多種組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂或聚氨酯，所述固化劑為酸酐或酯環(huán)胺，所述固化劑可通過熱量使復(fù)合材料體系固化。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述高分子填料按質(zhì)量百分比為10% 20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述高分子填料為聚こ烯、こ丙烯共聚物、聚偏氟こ烯、丁腈橡膠或改性環(huán)氧樹脂中的一種或其多種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述高分子填料為聚こ烯或聚偏氟こ烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述導(dǎo)電陶瓷粒子按質(zhì)量百分比為40% 78%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述導(dǎo)電陶瓷粒子為IVB、VB、VIB族金屬氮化物或碳化物，以及它們的固溶物或混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述IVB族金屬氮化物為氣化欽，所述IVB族金屬碳化物為碳化欽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述氮化鈦或碳化鈦其粒徑為O. I 4. 8 μ m ;密度為4. 3 5. 6kg/m3。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述其他助劑按質(zhì)量百分比為1% 5%。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述其他助劑為固化促進齊 。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的ー種PTC復(fù)合材料，其特征在于所述固化促進劑為叔胺類催化劑。
13.一種熱固性高分子PTC芯片，其特征在于其由所述PTC復(fù)合材料作為芯材，由貼覆于芯材兩面的金屬箔構(gòu)成電極，所述芯片的成型和芯材的固化在同一過程一歩完成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的ー種熱固性高分子PTC芯片的制造方法，其特征在于其包括下述步驟 (I)將所述熱固性樹脂、固化劑、高分子填料、導(dǎo)電陶瓷粒子和其他助劑放入容器中于40 100°C的超聲波水浴中攪拌5 60分鐘；(2)將(I)制得的漿料填充/涂覆于金屬電極表面，再覆蓋上另ー層金屬電極；(3)真空熱壓固化成型， 制得熱固性高分子PTC夾心復(fù)合板材；(4)將所述熱固性高分子PTC夾心復(fù)合板材切割至成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種PTC復(fù)合材料及由其制備的PTC芯片和制備方法。本發(fā)明公開了一種PTC復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括熱固性樹脂、固化劑、高分子填料、導(dǎo)電陶瓷粒子以及其他助劑，所述復(fù)合材料按質(zhì)量百分比為熱固性樹脂5％～20％；固化劑5％～20％；高分子填料1％～20％；導(dǎo)電陶瓷粒子39.5％～88.5％；其他助劑0.5％～10％。本發(fā)明還公開了一種PTC芯片和制備方法。本發(fā)明的一種高分子PTC芯片具有加工流程短，制造過程無溶劑、無輻射，電阻低，電極剝離強度高等優(yōu)點。
文檔編號C08L9/02GK102660106SQ201210155508
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者侯李明, 史宇正, 趙亮 申請人:上海神沃電子有限公司