专利名称：Ptc复合材料及由其制备的ptc芯片和制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于过流防护的电子元器件，更具体地，本发明涉及一种热固性高分子PTC复合材料和利用这种热固性高分子PTC复合材料制作的热固性高分子PTC芯片，以及PTC芯片的制备方法。
背景技术：
高分子PTC复合材料及其基础上发展起来的高分子PTC电子元器件在现代电子电气领域已得到广泛应用，此类复合材料及其构成的电子元器件一般统称为高分子PTC(正温度系数材料/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树脂是以聚乙烯、聚偏氟乙烯等为代表的热塑性树脂。热塑性树脂和导电填料经分散混合、压延成型、贴合箔片金属电极制成高分子PTC芯片。高分子PTC芯片在额定保护电流以上时，因电流的热效应而迅速升温，复合材料中的热塑性树脂会在其熔点附近发生迅速的相转变，体积突然膨胀，使分散在树脂中的导电填料粒子间距增加，导电通路的数量骤减。这时复合材料从宏观导体突变为绝缘体，从而隔断电流，实现电路保护的功能。但是，众所周知，热塑性树脂用做高分子PTC复合材料的基材，必须与填料经多次分散混合和加工成型、多次热处理才能制成高分子PTC芯片。而且热塑性高分子PTC芯片还必须经过高能辐射的后处理才能彻底固化交联。这些都给高分子PTC的生产制造带来极大不便，同时也对高分子PTC元件的质量控制和信赖性产生难以消除的影响。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供了一种PTC复合材料及由其制备的PTC芯片。本发明的目的是以基本的热固性树脂来充当高分子PTC基材，它们不必预先进行化学改性，具有热塑性树脂所不具备的直接固化能力，固化后剥离强度高，电性能优良，可以同时克服热塑性树脂加工工艺长、热处理过程复杂等缺点。同时本发明加工过程无溶剂、无辐射，安全绿色，环境友好。本发明目的可通过下述技术方案实现
一种PTC复合材料，其特征在于所述复合材料包括热固性树脂、固化剂、高分子填料、导电陶瓷粒子以及其他助剂，所述复合材料按质量百分比为
热固性树脂5% 20%;
固化剂5% 20%;
高分子填料1% 20%;
导电陶瓷粒子39. 5% 88. 5%;
其他助剂0.5% 10%;
所述热固性树脂为环氧树脂、呋喃树脂、酚醛树脂、聚氨酯、硅树脂的一种或其多种组合；所述固化剂为含有两个或两个以上酸酐基团或活泼氢基团的有机物，所述活泼氢基团包括一COOH、— OH, 一NH2、一NH —的一种或其多种组合；所述高分子填料为热塑性树脂、改性热固性树脂、橡胶的一种或其多种组合；所述其他助剂为固化促进剂、阻燃剂、分散剂、增容剂中的ー种或其多种组合。本发明的另一方面，所述热固性树脂为环氧树脂或聚氨酯，所述固化剂为酸酐或酯环胺，所述固化剂可通过热量使复合材料 体系固化。本发明的另一方面，所述高分子填料按质量百分比为10% 20%。本发明的另一方面，所述高分子填料为聚こ烯、こ丙烯共聚物、聚偏氟こ烯、丁腈橡胶或改性环氧树脂中的一种或其多种组合。优选地，所述高分子填料为聚こ烯或聚偏氟こ烯。本发明的另一方面，所述导电陶瓷粒子按质量百分比为40% 78%。本发明的另一方面，所述导电陶瓷粒子为IVB、VB、VIB族金属氮化物或碳化物，以及它们的固溶物或混合物。优选地,所述IVB族金属氮化物为氮化钛,所述IVB族金属碳化物为碳化钛。本发明的另一方面，所述氮化钛或碳化钛其粒径为O. I 4. 8μπι ;密度为4. 3
5.6kg/m3ο本发明的另一方面，所述其他助剂按质量百分比为1% 5%。本发明的另一方面，所述其他助剂为固化促进剂。优选地，所述固化促进剂为叔胺类催化剂。本发明的另ー实施方面，一种热固性高分子PTC芯片，其由所述PTC复合材料作为芯材，由贴覆于芯材两面的金属箔构成电极，芯片的成型和芯材的固化在同一过程ー步完成。一种热固性高分子PTC芯片的制造方法，其包括下述步骤
(1)将所述热固性树脂、固化剂、高分子填料、导电陶瓷粒子和其他助剂放入容器中于40 100°C的超声波水浴中搅拌5 60分钟；
(2)将(I)制得的浆料填充/涂覆于金属电极表面，再覆盖上另ー层金属电极；
(3)真空热压固化成型，制得热固性高分子PTC夹心复合板材；
(4)将所述热固性高分子PTC夹心复合板材切割至成品。本发明的有益效果是本发明的PTC复合材料具备直接固化能力，无需后固化；固化和成型一歩完成，无需高温混炼；整个加工制作过程无溶剂、无辐射，环境友好，緑色安全。同时克服了热塑性树脂加工エ艺长、热处理过程复杂和热固性树脂需溶剂稀释、溶剂挥发的缺点。同时，本发明的高分子PTC芯片室温电阻低至15Π1Ω ;无溶剂芯材极少气孔，剥离强度高达3. 9kg/cm。
图I本发明的热固性闻分子PTC芯片不意 图2本发明的热固性高分子PTC元件示意 图3本发明的实施例配方样品电阻一温度性能曲线对比图。图中标记为1.上层金属箔电极，2.热固性高分子PTC复合材料,3.下层金属箔电极，4.上层引出电极，5.下层引出电极。
具体实施例方式如图1-2示意，本发明的热固性高分子PTC芯片由固化后的高分子复合材料芯材和贴覆于上述芯材两面的金属 箔片构成，在该金属箔片上焊接引脚即可形成最简单的热固性PTC元件,此元件外亦可以包覆绝缘材料。所述芯材由热固性高分子PTC复合材料固化而成，所述热固性高分子PTC复合材料由热固性树脂、固化剂、高分子填料、导电陶瓷粒子、其他助剂组成，热固性高分子PTC复合材料的配方如下(按质量百分比计)
材料(质量百分比％)配方I配方2配方3配方4配方5配方6配方7配方8 环氧树脂5 10 20 10 20 15 30 20
酸酐固化剂5 10 20 10 20 — — 20
酯环胺固化剂 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 -
碳化钛88.5 78 5865 4065 40 39.5
其他助剂0.5 II5 105 10 0.5
其中可以在环氧树脂中混合呋喃树脂或聚氨酯改善综合性能。本实施例选用导电陶瓷粒子为碳化钛，其粒径为0. I 4. 8 ii m ;密度为4. 3 5. 6kg/m3。上述的其他助剂中包括固化促进剂、阻燃剂、分散剂、增容剂中的一种或其组合。其中，固化促进剂可以加速固化过程；阻燃剂选用三氧化二铝、氢氧化镁、水合氧化铝等。一种热固性高分子PTC芯片的制造方法依下述步骤进行将热固性树脂、固化剂、高分子填料、导电陶瓷粒子和其他助剂依比例搅拌混合，放入容器中于40 100°C的超声波水浴中搅拌5 60分钟；将搅拌制得的浆料依一定量填充/涂覆于金属电极表面，再覆盖上另一层金属电极；真空模压定型后夹心复合层的厚度为0. 3mm,在150°C预热5min后于150°C高温固化I小时，再180°C固化0. 5小时后即制得热固性高分子PTC夹心复合板材；把板材切割为3mmX4mm的矩形芯片,在金属电极上焊接引脚后即可制成电阻IO-IOOmQ的待检测热固性高分子PTC元件样品，可应用于锂离子可充电电池的过流保护。以下述配方例进行性能测试比较，配方9制造流程完全相同，配方10使用开炼机混合
材料(质量百分比％)配方9配方10 环氧树脂010
液态酸酐010
聚乙烯200
碳化钛79 80
其他助剂I0
为检测所得热固性高分子PTC的附着力性能，分别测试各组样品的剥离强度(Icm宽薄片样品在固定速率下剥离金属箔所需拉力)。测试结果见表I.
权利要求
1.ー种PTC复合材料，其特征在于所述复合材料包括热固性树脂、固化剂、高分子填料、导电陶瓷粒子以及其他助剂，所述复合材料按质量百分比为 热固性树脂5% 20%; 固化剂5% 20%; 高分子填料1% 20%; 导电陶瓷粒子39. 5% 88. 5%; 其他助剂O. 5% 10%; 所述热固性树脂为环氧树脂、呋喃树脂、酚醛树脂、聚氨酯、硅树脂的一种或其多种组合；所述固化剂为含有两个或两个以上酸酐基团或活泼氢基团的有机物，所述活泼氢基团包括一COOH、— OH, 一NH2、一NH —的一种或其多种组合；所述高分子填料为热塑性树脂、改性热固性树脂、橡胶的一种或其多种组合；所述其他助剂为固化促进剂、阻燃剂、分散剂、增容剂中的ー种或其多种组合。
2.根据权利要求I所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述热固性树脂为环氧树脂或聚氨酯，所述固化剂为酸酐或酯环胺，所述固化剂可通过热量使复合材料体系固化。
3.根据权利要求I所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述高分子填料按质量百分比为10% 20%。
4.根据权利要求I所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述高分子填料为聚こ烯、こ丙烯共聚物、聚偏氟こ烯、丁腈橡胶或改性环氧树脂中的一种或其多种组合。
5.根据权利要求4所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述高分子填料为聚こ烯或聚偏氟こ烯。
6.根据权利要求I所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述导电陶瓷粒子按质量百分比为40% 78%。
7.根据权利要求I所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述导电陶瓷粒子为IVB、VB、VIB族金属氮化物或碳化物，以及它们的固溶物或混合物。
8.根据权利要求7所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述IVB族金属氮化物为氣化钦，所述IVB族金属碳化物为碳化钦。
9.根据权利要求8所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述氮化钛或碳化钛其粒径为O. I 4. 8 μ m ;密度为4. 3 5. 6kg/m3。
10.根据权利要求I所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述其他助剂按质量百分比为1% 5%。
11.根据权利要求I所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述其他助剂为固化促进齐 。
12.根据权利要求11所述的ー种PTC复合材料，其特征在于所述固化促进剂为叔胺类催化剂。
13.一种热固性高分子PTC芯片，其特征在于其由所述PTC复合材料作为芯材，由贴覆于芯材两面的金属箔构成电极，所述芯片的成型和芯材的固化在同一过程一歩完成。
14.根据权利要求13所述的ー种热固性高分子PTC芯片的制造方法，其特征在于其包括下述步骤 (I)将所述热固性树脂、固化剂、高分子填料、导电陶瓷粒子和其他助剂放入容器中于40 100°C的超声波水浴中搅拌5 60分钟；(2)将(I)制得的浆料填充/涂覆于金属电极表面，再覆盖上另ー层金属电极；(3)真空热压固化成型， 制得热固性高分子PTC夹心复合板材；(4)将所述热固性高分子PTC夹心复合板材切割至成品。
全文摘要
本发明涉及一种PTC复合材料及由其制备的PTC芯片和制备方法。本发明公开了一种PTC复合材料，所述复合材料包括热固性树脂、固化剂、高分子填料、导电陶瓷粒子以及其他助剂，所述复合材料按质量百分比为热固性树脂5％～20％；固化剂5％～20％；高分子填料1％～20％；导电陶瓷粒子39.5％～88.5％；其他助剂0.5％～10％。本发明还公开了一种PTC芯片和制备方法。本发明的一种高分子PTC芯片具有加工流程短，制造过程无溶剂、无辐射，电阻低，电极剥离强度高等优点。
文档编号C08L9/02GK102660106SQ201210155508
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者侯李明, 史宇正, 赵亮 申请人:上海神沃电子有限公司