【关键词】PPTC；耐压耐流烧毁；无机纳米填料；导热

一、背景介绍

每个聚合物基热敏电阻（PPTC）都存在一个耐压极限Vmax，当接在PPTC两端的电压在Vmax以内，PPTC能够正常工作；而当接在PPTC两端的电压高于Vmax时，PPTC容易发生烧毁。组成PPTC的主要原料是聚乙烯（PE）和炭黑（CB），PE的燃点在340℃左右，而CB的燃点在600℃以上，因此PPTC发生烧毁时温度往往超过了340℃。

在PPTC产品配方设计时，为了使PPTC性能满足保持电流（Ihold）和Vmax的要求，需要对PE和CB的比例进行调试。CB含量增加有利于降低产品电阻，从而增加实测保持电流Imax，但同时会使Vmax降低，二者存在竞争关系。对于一款PPTC产品，同时满足Imax和Vmax时的PE/CB比例区间很窄，为了提高产品合格率，往往需要Imax和Vmax尽量高出标准要求。近些年随着市场的不断更迭，产品需求不断向着高电压、大电流发展，对炭黑系产品配方设计能力的要求进一步提高。如何在保证其他电性能不损失的情况下进一步提升PPTC的Vmax已经成为一个急需解决的难题。

实践表明，通过添加阻燃剂能够在一定程度上抑制PPTC的燃烧，提升PPTC的耐压等级[1]。我司用得最多的阻燃剂是氢氧化镁，其在340℃以上会吸收大量的热量分解成氧化镁和水，从而起到阻燃的作用。本文将从实验上探究PPTC的失效机理，判断影响耐压、耐流等级的因素，通过选用一些纳米无机填料，尤其是通过添加导热性能良好的纳米填料，来提升PPTC的耐压、耐流等级。通过本文的研究，希望能够给出切实有效的方法来提升PPTC的耐压、耐流等级，为开发炭黑系高电压大电流产品提供一定的指导帮助。

二、实验部分

（一）实验原料

所用聚乙烯为5000S，炭黑为3030B，纳米填料分别为日本陶土生产的氢氧化镁，以及北京德科岛金生产的氧化锌、α-氧化铝、γ-氧化铝、氮化铝，它们的物性参数见表1。

（二）PPTC电池片的制备

将PE、CB和纳米填料按重量比为PE：CB：填料=200：160：20的比例在密炼机中混合，随后用开炼机拉成210*125mm的薄膜，保持厚度在0.24～0.28mm之间，两面覆上电极片后冲成5*8mm的芯片，分别经过160kgy的辐照和120℃/2h的退火后，用上下引脚23H经过回流焊接并清洗，最后经过6次小交变后制得电池片。

（三）测试方法

加载相同电压时，由于本研究样品的耐流测试的烧毁总会早于耐压测试，因此本文用耐流测试来判断PPTC电池片的Vmax。具体方法为：将提前测好阻值的PPTC电池片（至少8个）夹在夹具两端，外接0.5Ω的电阻丝，从56V开始，每个通道通电6s断60s，每15min将电压增加2V，记录烧毁超过3个PPTC电池片时的电压，以此作为该PPTC电池片的Vmax。

三、结果与讨论

（一）PPTC的失效机理

PPTC的失效一般指的是PPTC在两端接一定电压时，芯片发生剧烈燃烧，使PPTC损坏的现象[2]。