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当改善高分子PTC材料可恢复过流保护性能的

发布时间:2021-09-11 21:55:35 阅读: 来源:绗缝机厂家

改善高分子PTC材料可恢复过流保护性能的老化方法

中图分类号:TN373 文献标识码:A 文章编号:(1999) 聚乙“没有喷水灭火装置烯(PE)-碳黑(CB)导电高分子复合材料是一种典型的具有正温度系数(PTC)功能的材料〔1,2〕,由其制成的高分子PTC元件(或称为可恢复保险丝)具有较为理想的可恢复过流保护功能〔3〕,在通讯、家电、仪器仪表等领域得到广泛应用。尽管由PE-CB复合材料制成的高分子PTC元件具有良好的PTC效应,但在有些场合中,对其过流保护性能有着较高的要求,这就要求我们在PTC效应的基础上,不断改善其性能,以满足各种使用场合的需要。文献〔1〕仅讨论了加工方法与工艺条件对PTC效应的影响,文献〔4〕分析了PE-CB材料热处理后的I-U特性。本文则针对通讯用高分子PTC材料对可恢复过流保护性能的要求,系统研究了热老化、电老化对其常温阻值偏移、耐流、耐压、耐雷击等性能的影响,对正确认识与提高高分子PTC材料过流保护性能有一定的指导意义。1 实验 材料采用齐鲁石化公司生产的高密度聚乙烯(HDPE),国产CB,助剂若干。样品的制备是将上述原材料按一定比例混合,将混合物移入密炼机中,在180℃下静置10 min后加热混合,用开炼机充分混合均匀;通过造粒,用挤出机将混合材料挤包在两根平行的多股电极上,经切割成型、电焊单股电极形成样品;用环氧树脂包封。样品的基本技术参数:阻值20 Ω,偏差±0.5 Ω;外观尺寸(见图1),a=8 mm,b=11 mm,c高份子分离膜材料制备技术;抗微生物高份子材料制备技术;高份子包装新材料制备技术;液晶高份子材料、形状记忆高份子材料、高份子相变材料、高份子转光材料、智能化高份子材料等新功能高份子材料制备技术;导电、抗静电、导热、阻燃、阻隔等功能高份子材料的高性能化制备技术;具有特殊功能、高附加值的高份子材料制备技术及以上材料的利用技术等=4.5 mm,d=5 mm。图1 样品的外观2 结果与讨论2.1 热老化对高分子PTC材料阻值的影响

在高分子PTC材料加工过程中,每道工序都或多或少对其阻值产生影响,这就给控制阻值造成一定困难。文献〔1,4〕已指出了高分子PTCR热处理后阻值都有所下降。而本文在实验中发现,阻值的变化不仅与热老化温度而且还与老化过程有关(见表1)。表1 热老化对阻值的影响热老化方式老化前

平均阻值

R/Ω老化后

平均阻值

R/Ω阻值

偏移量

R/Ω120℃→145℃→135℃→常温

120℃→145℃→125℃→常温

120℃→145℃→115℃→常温

120℃→145℃→105℃→常温

120℃→145℃→95℃→常温

120℃→145℃→75℃→常温

120℃→常温19.8

20.0

20.4

20.1

19.8

19.8

20.628.1

19.4

19.0

18.1

17.1

16.7

16.18.3

-0.6

-1.4

-2.0

-2.7

这就要求生产厂的检测实验要和生产同步进行-3.1

-4.5 注:120℃温度点停留半小时,然后升温至145℃后,以1℃/min的速度降温至各温度点,最后急剧冷却。 由表1可知,在温度上限一致的前提下,高分子PTC材料的阻值随温度下降到不同温度点(135℃除外)而降低。135℃温度点(又称开关温度)阻值大幅度升高。这是由于135℃温度点接近PE熔点,当急剧冷却时,PE分子链的活动迅速减小而来不及作充分的调整,使得结晶很快形成,位于非晶部分的CB粒子未能及7月起时分散和充分絮凝,影响了导电通道的形成,阻值上升。对于低于135℃(即低于PE熔点)冷却,随着温度不断降低,CB粒子不断充分絮凝附聚,使导电通道不断增多,导致阻值不断下降。这里将温度升至145℃,目的是高于PE熔点,可以使前道工序造成的不完善晶体在较高温度下进一步完善,这样导电通道可以“理顺”,阻值也就趋向均衡与稳定。

2.2 电老化对高分子PTC材料电性能的影响

2.2.1 电老化方法

方法一:直接加电100 V,停1 min;方法二:直接加电220 V,停1 min;方法三:加电100 V停2 s,再升至220 V停1 min。

2.2.2 对电性能的影响

从过流保护的角度看,试验后,高分子PTC材料的阻值变化是其电性能稳定性的主要标志。下面分别讨论不同老化条件在耐流、耐压、雷击试验后对高分子PTC材料电性能的影响。

(1)阻值变化

由表2可知,220 V电老化后,阻值变化大,而这与加电过程无关。说明高分子PTC材料在电场的作用下,引起阻值发生较大变化。由表2我们还可以发现,老化后阻值上浮,这是由于老化时,高分子PTC材料因焦耳热使自身温度升高,直至开关温度,高分子PTC材料处于高阻态。根据表1所述,若断开外部电源,材料本体温度急剧冷却,使阻值升高,上升幅度不同,则是由于在100 V电场作用下,提供给材料的功率比220 V作用要低,使最高温度点比220 V老化要低。表2 电老化对阻值的影响老化方法阻值平均变化率100 V5.4%220 V13.2%100~220 V13.4%表3 电老化对耐流、耐压和耐雷击性能的影响老化方法耐流试验1)

ΔR.R-1/%耐压试验2)

ΔR.R-1/%耐雷击试验3)

ΔR.R-1/%未老化30.920.948(承受9次)100 V17.813.0122(承受7次)220 V010.029(承受10次)100 ~220 V-4.67.4>200(承

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