高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法及装置与流程

本发明涉及热敏电阻技术领域，尤其涉及一种高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法及装置。

背景技术：

针对小功率电阻设备及集成电路的短路及过载保护需求，近年来开始出现高分子正温度系数热敏电阻器件(polymericpositivetemperaturecoefficient，pptc)的过流保护元件。pptc器件主要以半结晶聚合物为基体，加入导电填料构成，常温下呈低阻状态，此时器件为正常工作状态。当电路短路或过载时，流经器件的大电流使基体温度升高，至熔融时基体中高分子材料体积膨胀，基体内部导电链呈雪崩状态，此时pptc器件阻抗为高阻状态，而当异常电流排除或者元件两端电压降低到足够小时，pptc元件自热不足以维持高分子材料体积膨胀温度，基体内部导电链恢复，其阻抗又恢复到低阻状态。

目前，工业生产中常用的高分子正温度系数热敏电阻器件主要有炭黑填充高分子导电材料、金属粉末填充高分子材料以及陶瓷粉末填充高分子导电材料等方式。碳黑因电阻率大，且极易团聚或者附聚，制成的热敏电阻易产生负温度系数，且无法达到期望的低电阻；而金属粉末，如镍粉等，易氧化，电阻不稳定；而无氧陶瓷粉末因自身结构优势，电阻率低，又不易氧化，故受到大家的观注。但是由于陶瓷粉末的导电材料主要通过堆叠的方式形成导电通路，当该复合材料中的结晶性高分子聚合物因过流或者过温受热后冷却，生产高分子再结晶现象，会导致陶瓷粉堆叠方式发生改变，使得导电通路减少，造成该导电复合材料的电阻在反复承受过流或者反复承受过高温的触发反应时电阻不易回复至初始值，出现电阻再现性差的问题。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供一种高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法及装置，解决现有高分子正温度系数热敏电阻器件的室温低电阻性能和电阻再现性较差的技术问题。

根据本发明的一个实施例，提供一种高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法，包括：将聚合物材料和陶瓷粉末材料组成的组合材料通过密炼塑化和造粒以形成颗粒复合材料；将所述颗粒复合材料进行真空压合以形成高分子正温度系数热敏电阻材料；对形成的高分子正温度系数热敏电阻材料进行辐照交联；通过真空压合将金属箔片压合到辐照交联后的高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面以形成高分子正温度系数热敏电阻芯片；以及通过高温焊接将电极片焊接到所述高分子正温度系数热敏电阻芯片的金属箔片表面以形成高分子正温度系数热敏电阻元件。

优选的，所述将所述颗粒复合材料进行真空压合以形成高分子正温度系数热敏电阻材料，包括：将所述颗粒复合材料填充在两个钢板模框中间；将两个钢板模框对齐并进行真空压合；以及将真空压合后的颗粒复合材料进行裁切而形成高分子正温度系数热敏电阻材料。

优选的，所述通过真空压合将金属箔片压合到辐照交联后的高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面以形成高分子正温度系数热敏电阻芯片，包括：通过真空压合将金属箔片压合到所述高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面；以及将真空压合后的颗粒复合材料进行裁切而形成高分子正温度系数热敏电阻芯片。

优选的，在所述通过真空压合将金属箔片压合到辐照交联后的高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面以形成高分子正温度系数热敏电阻芯片之后，还包括：对形成的高分子正温度系数热敏电阻芯片重复多次进行辐照交联和真空压合。

优选的，所述高温焊接是通过锡膏进行回流焊。

优选的，所述组合材料中聚合物材料和陶瓷粉材料的体积比为30:70至70:30。

优选的，所述聚合物材料为乙烯聚合物、丙烯聚合物或聚氟化合物中的一种或组合，所述陶瓷粉材料为碳化钛、碳化钨或碳化铌中的一种或组合。

优选的，所述真空压合的温度为155至185℃，压合压力为10至15mpa。

根据本发明另一个实施例，还提供一种高分子正温度系数热敏电阻材料的制造装置，包括密炼塑化单元、造粒单元、真空压合单元、辐照交联单元和高温焊接单元，所述密炼塑化单元用于将聚合物材料和陶瓷粉末材料组成的组合材料进行密炼塑化，所述造粒单元用于将所述密炼塑化单元密炼塑化后的组合材料进行造粒而形成颗粒复合材料，所述真空压合单元用于将所述造粒单元形成的颗粒复合材料进行真空压合以形成高分子正温度系数热敏电阻材料、并将金属箔片压合到所述高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面以形成高分子正温度系数热敏电阻芯片，所述辐照交联单元用于对所述真空压合单元真空压合形成的高分子正温度系数热敏电阻材料进行辐照交联，所述高温焊接单元用于将电极片焊接到所述高分子正温度系数热敏电阻芯片的金属箔片表面以形成高分子正温度系数热敏电阻元件。

优选的，所述辐照交联单元和真空压合单元还用于对高分子正温度系数热敏电阻芯片重复多次进行辐照交联和真空压合。

本发明提供的高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法及装置，将聚合物材料和陶瓷粉末材料组成的组合材料通过密炼塑化和造粒以形成颗粒复合材料；将所述颗粒复合材料进行真空压合以形成高分子正温度系数热敏电阻材料；对形成的高分子正温度系数热敏电阻材料进行辐照交联；通过真空压合将金属箔片压合到辐照交联后的高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面以形成高分子正温度系数热敏电阻芯片；以及通过高温焊接将电极片焊接到所述高分子正温度系数热敏电阻芯片的金属箔片表面以形成高分子正温度系数热敏电阻元件。本发明通过辐照交联和真空压合，使颗粒复合材料的聚合物材料内部无定形区结构发生交联而形成网状结构，固定所述陶瓷粉材料的内部结构，避免部分陶瓷粉末材料堆叠现象，降低了密炼塑化后所述陶瓷粉末材料的表面活性，避免陶瓷粉末材料和聚合物材料的表面发生排斥，降低了陶瓷粉末材料发生堆叠的概率，避免了聚合物材料再结晶过程中导电材料堆叠方式发生改变的情况，提升了高分子正温度系数热敏电阻元件的室温低电阻性能和电阻再现性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法的流程示意图。

图2为本发明一个实施例中真空压合形成高分子正温度系数热敏电阻材料的流程示意图。

图3为本发明一个实施例中真空压合形成高分子正温度系数热敏电阻芯片的流程示意图。

图4为本发明一个实施例中高分子正温度系数热敏电阻元件的结构示意图。

图5为本发明另一个实施例中高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法的流程示意图。

图6为本发明一个实施例中高分子正温度系数热敏电阻元件的制造装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

图1为本发明一个实施例中高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法的流程示意图。如图所示，所述高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法，包括：

步骤s101：将聚合物材料和陶瓷粉末材料组成的组合材料通过密炼塑化和造粒以形成颗粒复合材料。

所述组合材料中聚合物材料和陶瓷粉材料的体积比为30:70至70:30，优选45:55至55:45，本实施例采用比例为50:50。所述聚合物材料为高结晶或半结晶的高分子材料，比如乙烯聚合物、丙烯聚合物或聚氟化合物，具体的如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚酰胺、聚偏氟乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等的一种或组合，本实施例采用美国利安德巴塞尔公司生产的型号为lb832001的高密度聚乙烯，hdpe。所述陶瓷粉材料为碳化物陶瓷粉末，比如碳化钛、碳化钨或碳化铌中的一种或组合。所述陶瓷粉材料经过球磨后粒径控制在0.1-100微米，优选为10-25微米，所述陶瓷粉材料球磨后可以呈球状、内球状、正方体等各种形状。本实施例采用陶瓷粉材料的是湖南株洲三立硬质金属粉末有限公司生产的碳化钨wc。

在获取到组合材料后，将所述聚合物材料比如高密度聚乙烯加入到密炼机中进行密炼塑化熔融5分钟以上，密炼机温度设定在165℃，再将所述陶瓷粉材料比如碳化钨加入到密炼机中，在30转/分钟下密炼10分钟后进一步以60转/分钟密炼塑化密炼30分钟后出料，再经过密炼机的单螺杆造粒工艺制成粒径为3-5毫米的圆柱颗粒复合材料。

步骤s102：将所述颗粒复合材料进行真空压合以形成高分子正温度系数热敏电阻材料。

参见图2，在形成颗粒复合材料后，所述真空压合形成高分子正温度系数热敏电阻材料，包括：

步骤s201：将所述颗粒复合材料填充在两个钢板模框中间。

步骤s202：将两个钢板模框对齐并进行真空压合。

步骤s203：将真空压合后的颗粒复合材料进行裁切而形成高分子正温度系数热敏电阻材料。

在本实施例中，将颗粒复合材料填充在上下对称的钢板模框中间，所述钢板模框厚度为0.3毫米，钢板上下再各设置一层脱模布，将所述钢板模框对齐放置在真空压机中预热5分钟，预热温度为185℃，经真空抽气后缓慢增加压力到15mpa，并保持压力5分钟后缓慢冷却取出，最终将颗粒复合材料裁切成100*100毫米正方形的高分子正温度系数热敏电阻材料。所述真空压合的温度为155至195℃，优选185℃，压合压力为10至20mpa，优选15mpa。

在本实施例中，通过密炼塑化后的真空压合，降低了密炼塑化后所述陶瓷粉末材料的表面活性，可避免陶瓷粉末材料和聚合物材料的表面发生排斥，降低了陶瓷粉末材料发生堆叠的概率，避免了聚合物材料再结晶过程中导电材料堆叠方式发生改变的情况，提升了高分子正温度系数热敏电阻元件的室温低电阻性能和电阻再现性。

步骤s103：对形成的高分子正温度系数热敏电阻材料进行辐照交联。

在本实施例中，辐照交联的剂量可以是1-32kgy，优选为8-16kgy。通过辐照交联co⁶⁰辐照，使所述颗粒复合材料的聚合物材料内部无定形区结构发生交联而形成网状结构，固定所述陶瓷粉材料的内部结构，可避免部分陶瓷粉末材料堆叠现象，提升了高分子正温度系数热敏电阻元件的室温低电阻性能和电阻再现性。

步骤s104：通过真空压合将金属箔片压合到辐照交联后的高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面以形成高分子正温度系数热敏电阻芯片。

参见图3，通过真空压合形成高分子正温度系数热敏电阻芯片，包括：

步骤s301：通过真空压合将金属箔片压合到所述高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面。

步骤s302：将真空压合后的颗粒复合材料进行裁切而形成高分子正温度系数热敏电阻芯片。

在本实施例中，通过真空压机将两片金属箔片上下对称地物理压合在高分子正温度系数热敏电阻材料上下表面，该金属箔片可选用高粗化铜箔或高粗化镀镍铜箔，厚度为35±5微米，接着压合专用缓冲材、脱模布以及钢板而形成多层结构，再进行真空压合，压合时间为10分钟，压力15mpa，压合温度为185℃，待冷却后裁切成3*4毫米的长方形的高分子正温度系数热敏电阻芯片。

在制备高分子正温度系数热敏电阻芯片时，再次对高分子正温度系数热敏电阻材料进行真空压合，真空压合可以降低了陶瓷粉末材料发生堆叠的概率，能减少聚合物材料再结晶过程中导电材料堆叠方式发生改变的情况，提高电阻再现性，另真空压合，减少了基体材料内部的无规则排列以及其它空气压入，可以提升材料的致密度有效降低了室温电阻。

步骤s105：通过高温焊接将电极片焊接到所述高分子正温度系数热敏电阻芯片的金属箔片表面以形成高分子正温度系数热敏电阻元件。

在本实施例中，将两金属电极片以锡膏通过回流焊经过高温焊接在金属箔上，而最终制成条形状用于过流保护的高分子正温度系数热敏电阻元件。参见图4，最终制成的高分子正温度系数热敏电阻元件，包括组合材料层1、金属箔片2和电极片3，所述金属箔片2设置在所述组合材料层1上下表面，所述电极片3焊接在所述金属箔片2表面并延伸。

图5为本发明另一个实施例中高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法的流程示意图。如图所示，所述高分子正温度系数热敏电阻元件的制造方法，包括：

步骤s401：将聚合物材料和陶瓷粉末材料组成的组合材料通过密炼塑化和造粒以形成颗粒复合材料。

步骤s402：将所述颗粒复合材料进行真空压合以形成高分子正温度系数热敏电阻材料。

步骤s403：对形成的高分子正温度系数热敏电阻材料进行辐照交联。

步骤s404：通过真空压合将金属箔片压合到辐照交联的高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面以形成高分子正温度系数热敏电阻芯片。

步骤s405：对形成的高分子正温度系数热敏电阻芯片重复多次进行辐照交联和真空压合。

步骤s406：通过高温焊接将电极片焊接到所述高分子正温度系数热敏电阻芯片的金属箔片表面以形成高分子正温度系数热敏电阻元件。

在本实施例中，在经过辐照交联和真空压合形成高分子正温度系数热敏电阻芯片后，进一步重复多次的进行辐照交联和真空压合，辐照交联的剂量可以是1-32kgy，优选为8-16kgy，辐照和真空压合的重复次数可根据产品内阻和电阻再现性要求灵活配置，可以为1-10次以内，优选2-5次。通过重复多次的进行辐照交联和真空压合，使颗粒复合材料的聚合物材料内部无定形区结构再次发生交联而形成网状结构，固定所述陶瓷粉材料的内部结构，继续提高交联度能避免大部分陶瓷粉末材料堆叠现象，降低了密炼塑化后所述陶瓷粉末材料的表面活性，避免陶瓷粉末材料和聚合物材料的表面发生排斥，降低了陶瓷粉末材料发生堆叠的概率，避免了聚合物材料再结晶过程中导电材料堆叠方式发生改变的情况，提升了高分子正温度系数热敏电阻元件的室温低电阻性能和电阻再现性。同时如果重复辐照和真空压合次数过多，费时费力的情况下，还可能造成高分子材料变脆老化，以及产品厚度变薄性能降低的可能，因此本实施例采用重复次数为1-10次，优选2-5次。

参见图6，基于上述方法实施例，本发明还提供一种高分子正温度系数热敏电阻元件的制造装置10包括密炼塑化单元1、造粒单元2、真空压合单元3、辐照交联单元4和高温焊接单元5。

在本实施例中，所述密炼塑化单元1可选用密炼机，将聚合物材料和陶瓷粉末材料组成的组合材料进行密炼塑化。所述造粒单元2可选用单螺杆造粒机，将所述密炼塑化单元1密炼塑化后的组合材料进行造粒而形成颗粒复合材料。

所述真空压合单元3可选用真空压机，将所述造粒单元2形成的颗粒复合材料进行真空压合以形成高分子正温度系数热敏电阻材料、并将金属箔片压合到所述高分子正温度系数热敏电阻材料的上下表面以形成高分子正温度系数热敏电阻芯片。

所述辐照交联单元4可通过co⁶⁰辐照对所述真空压合单元3真空压合形成的高分子正温度系数热敏电阻材料进行辐照交联，使所述颗粒复合材料的聚合物材料内部无定形区结构发生交联而形成网状结构，固定所述陶瓷粉材料的内部结构，避免部分陶瓷粉末材料堆叠现象，提升了高分子正温度系数热敏电阻元件的室温低电阻性能和电阻再现性。

所述高温焊接单元5可选用回流焊设备，将电极片焊接到所述高分子正温度系数热敏电阻芯片的金属箔片表面以形成高分子正温度系数热敏电阻元件。

在本实施例中，通过辐照交联单元4和真空压合单元3辐照交联和真空压合，使颗粒复合材料的聚合物材料内部无定形区结构发生交联而形成网状结构，固定所述陶瓷粉材料的内部结构，避免部分陶瓷粉末材料堆叠现象，降低了密炼塑化后所述陶瓷粉末材料的表面活性，避免陶瓷粉末材料和聚合物材料的表面发生排斥，降低了陶瓷粉末材料发生堆叠的概率，避免了聚合物材料再结晶过程中导电材料堆叠方式发生改变的情况，提升了高分子正温度系数热敏电阻元件的室温低电阻性能和电阻再现性。

在一些实施例中，所述辐照交联单元4和真空压合单元3还进一步对高分子正温度系数热敏电阻芯片重复进行辐照交联和真空压合，进一步提升了高分子正温度系数热敏电阻元件的室温低电阻性能和电阻再现性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。