[发明专利]高分子PTC芯片及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于过流防护的电子元器件，具体涉及一种高分子PTC芯片及利用这种高分子PTC芯片制作的高分子PTC过流保护元件。

背景技术

功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，具有PTC特性的高分子复合导电材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行研究开发。所谓高分子PTC复合导电材料，就是具有PTC(positive temperature coefficient“正温度系数”)电阻特性的高分子复合导电材料。也就是说，在一定的温度范围内，这种导电材料自身的电阻率会随温度的升高而增大。这种高分子PTC材料由高分子材料填充导电粒子复合而成。所述的高分子材料包括热固性聚合物和热塑性聚合物，热塑性聚合物包括聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯等；热固性聚合物主要有环氧树脂。导电粒子包括碳黑，金属粉末以及其他一些导电性良好的粉末状物质。

目前实现商品化的高分子PTC复合导电材料有两种体系，一种是炭黑-高分子聚合物体系，另一种是镍粉-高分子聚合物体系。前者由于炭黑不易氧化，所以产品稳定性好，但是电阻率高，为了得到低电阻产品需要将产品体积做得很大；后者导电性好，可以制备小尺寸低阻值产品，但是由于镍粉容易氧化，导致产品电性能不稳定，并且由于为了得到低电阻产品，需要在高分子聚合物中填充大量的镍粉，使得材料机械性能差，不便于加工。

利用高分子PTC复合导电材料制成高分子过流保护元件，可以作为电路的过流保护装置。其串联在电路中使用，电路正常工作时，通过高分子过流保护元件的电流较低，其温度较低，呈现低电阻状态，不会影响电路正常工作。而当由电路故障引起的大电流通过此高分子过流保护元件时，其温度会突然升高，引起其自身电阻值骤然变大，这样就使电路呈现近似断路状态，从而起到保护电路作用。当故障排除后，高分子过流保护元件的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。因此，其实这是一种可以自动恢复的保险丝，已广泛地应用到计算机、通信设备、汽车电子、家用及工业控制电器设备等领域中。

高分子过流保护元件在过流防护领域已经得到普遍应用，电子元器件的小型化是目前的发展趋势，这也对高分子PTC复合导电材料的低电阻化提出了更高的要求。如何得到电阻低、电性能稳定、易于加工的高分子PTC复合导电材料，是本领域所面临的一个技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供电阻低、电性能稳定的高分子PTC芯片，并且易于加工生产，克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的高分子PTC芯片包括两片金属箔电极以及夹在所述两片金属箔电极之间的高分子PTC复合导电材料层复合构成。所述高分子PTC复合导电材料由包括下列组分及配比的原料复合而成：

有机高分子聚合物体积百分比为24.5％-40％；

导电陶瓷粒子体积百分比为55％-75％；

炭黑体积百分比为0.5％-10％。

优选的，所述高分子PTC复合导电材料由包括下列组分及配比的原料复合而成：

有机高分子聚合物体积百分比为26％-38％；

导电陶瓷粒子体积百分比为55％-73.5％；

炭黑体积百分比为0.5％-10％。

所述的高分子材料为热塑性聚合物，包括聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚偏氟乙烯等，优选高密度聚乙烯。

所述的导电陶瓷粒子为IV族金属氮化物，或者IV族金属碳化物，或者他们的混合物，优选碳化钛，氮化钛。导电粒子之所以选择IV族金属氮化物或碳化物，一方面是由于IV族金属氮化物和碳化物具有接近金属的导电性能，但是在空气中不会氧化，稳定性好；另一方面，研究发现，如果采用其他非金属导电物质如炭黑，石墨等，虽然也具有不易氧化的特性，但是由于其导电性较差，如果要想制得低电阻材料，需要填充量很大，造成这些材料的PTC特性很差，失去实用价值。

所述的炭黑，包括补强炭黑、色素炭黑和导电炭黑等，优选补强炭黑。由于上述导电陶瓷粒子与聚乙烯类热塑性聚合物相容性差，尤其是在高填充量时，会造成混合物的机械性能差，脆性大，难以加工成片材，因此需要同时加入一定量的炭黑，利用炭黑的润滑及补强作用，改善产品的可加工性能。

本发明的高分子PTC芯片可采用下列方法制备：