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高分子基PTC材料应用前景可期

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高分子基正温度系数材料(PTC)材料作为一种智能导电高分子材料充满活力。高分子基PTC材料是以有机聚合物为基体,掺入炭黑、石墨或金属粉、金属氧化物等导电填料而制成的一种复合材料。其最大特点是材料的电阻率随着温度的升高而增大,在结晶聚合物的熔点附近,电阻率可升高几个甚至十几个数量级。由于高分子基PTC材料电性能优良、成型加工方便、可设计性好,同时成本低,因而是一种应用前景很好的功能材料。目前,美国的瑞侃公司为世界范围内该领域的领头羊,上海长园维安为国内该领域的排头兵。另外,国内浙江大学、华东理工大学、中山大学、北京航空航天大学、深圳长园维安以及一些其他的科研企业单位也开展了对高分子基PTC材料的研制。

 

高分子基PTC复合材料由于具有质地柔软、易加工成型、制造成本较低、具有较大的导电范围、室温电阻率低、可以在较低的温度下使用等优点,正日益受到重视,且迅速成为PTC材料开发研制的热点,在医疗、计算机、程控电话交换机、手机电池、汽车配件、家电产品、工业仪表、运载火箭、火灾报警等领域也得到了广泛的应用。

 

将高分子基PTC材料作为电路保护元件串联于负荷电路中,当电路处于工作状态时,流过高分子基PTC保护元件的电流不足以使其温度超过开关温度,PTC保护元件呈低阻状态;一旦电路出现故障(如过流、过压、过热),就会使回路电流增大,此时PTC元件的电阻因自热而迅速增大,其电阻率以几个数量级(3~9)快速剧增,从而迫使电流迅速下降,使电路处于“断开”状态。而当故障排除后(即电流减小到正常状态或温度降低),由于材料的记忆特性,分子结构会返回到原来低温时的紧密规则状态,导电粒子重新接触,电流通道得到恢复,其电阻又恢复到低阻状态。作为保护元件,高分子基PTC材料在通信电路、节能灯电子镇流器、微电机、汽车等领域应用广泛。

 

高分子基PTC材料的室温电阻小,在温度超过临界点时,其电阻率随温度的升高而急剧增大,可抑制加热材料的继续升温,从而自动调节输出功率,实现温度的自发控制。以高分子材料为基体制成的自控温加热器具有许多优点,可广泛用于气液输送管道、仪表、罐体等的加热、保温、防冻及融雪装置等。已经形成工业化的国家主要有美国、英国、德国、日本等,我国也开始了这方面的研究和生产。可见,作为加热元件,高分子基PTC加热元件应用也非常广泛。

 

从总体上看,与当前的电子元器件发展方向一样,高分子基PTC材料制得的热敏电阻正向着高精度,高可靠,长寿命,小、薄、片式化等方向发展。从性能来看,在满足上述小、薄尺寸要求的前提下,耐高压、满足室温低电阻、低漏电流是热敏电阻的主要方向。 

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