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PTC陶瓷电加热器如何使用液体硅胶

作为一种安全可靠的加热方式,PTC陶瓷电加热器已经在暖风机、空调、干衣机等家用电器上得到了广泛的应用。尤其是在空调辅佐加热范畴的许多应用,给PTC陶瓷加热器的开展带来了前所未有的商机,PTC元件制造业、加热器拼装业及各资料配套业获得了巨大的开展。在这种布景下,有必要对PTC陶瓷加热器的资料、制造工艺、老化及失效形式作具体的研讨。

加热器功能取决于完善的结构设计、优质的资料及精巧的制造工艺。其中,资料的选取是至关重要的。在所有资猜中,PTC元件和硅胶的品质决定了加热器的耐压(击穿)及老化(功率衰减)功能。


在加热器的抗老化(功率衰减)效果方面,硅胶及PTC元件背负了非常大的“职责”。可是许多加热器拼装企业只从成本的角度挑选相关的资料,这样势必会形成产品功能的低质,拖累PTC产业的健康开展,因此,在资料的挑选上,除了PTC元件的资料挑选外,兼具有杰出的耐高温性和杰出的导热性的硅橡胶也是PTC加热器具有高功能和高可靠性的确保条件之一。

在本实验中,咱们对日本东芝的XE14-A0425和XE13-A8341硅胶及成都拓利化工实业有限公司的NS-083和NH-100G-2硅胶做了具体的比照实验。成果显现,成都拓利化工实业有限公司生产的液体硅胶具有更优异的抗老化功能。
加热器的老化涉及多方面的因素,在本文中,咱们只是评论液体硅胶对PTC加热器的老化功能的影响。

第一章:实验进程
一、实验办法
1. 老化实验设备:空调机组40台、控制器(ON/OFF)、大功率调压器、高低温环境实验箱
2. 实验办法:略
3. 测验设备:PF140A功率计、DM3051万用表(风机转速测验)、风机转速频率仪器、HPA-1120(2KVA)变频稳压电源(风机电源)、GEW-210(10KVA) 变频稳压电源(加热器电源),数显温度表、ZRQF-D30JP风速仪,UT58A万用表(加热器电阻测验)
4、测验样品:选用日本东芝的XE14-A0425和XE13-A8341硅胶拼装的PTC加热器。选用成都拓利化工实业有限公司的NS-083和NH-100G-2拼装的PTC加热器

第二章:实验测验数据
一、HALT高低温循环实验(-50℃~170℃/Cycle time18min)
咱们将加热器放置于高低温实验箱,从-50℃至170℃,再从170℃冷却至-50℃,一次循环时刻是18min,通过1867次循环,加热器电阻随时刻的改变率如下:
选用XE14-A0425 和XE13-A8341硅胶的加热器的电阻老化率是13.5%,而选用NH-100G-2硅胶的加热器的电阻老化率是9%,NH-100G-2的抗高低温老化功能显着优于东芝胶。

二、ON/OFF老化实验
将加热器装在空调机组内,设定老化电压为工作电压的1.15倍,风速设定为1m/s,进行ON/OFF通电通风老化实验(通电时刻90S,断电时刻70S),每隔必定时刻取下加热器,在25℃的环境温度下,在标准功率测验机上测验功率,通过10万次的通断老化后,成果如下:注:A1、A2是选用XE14-A0425和XE13-A8341硅胶的加热器老化曲线,A3、A4是选用NS-083和NH-100G-2硅胶的加热器老化曲线。
第三章:实验成果剖析与评论
在评论加热器的老化前,有必要阐明一下PTC加热器的导电机理。在陶瓷电加热器结构中,PTC和电极片由硅胶粘结,然后用聚酰亚胺薄膜包裹并被铝管压紧。
一般以为,因为硅胶是绝缘资料,所以PTC和电极片之间不能实现导电。可是因为电极片外表在微观下是高低不平的,PTC外表的铝电极也是呈现颗粒状的,所以PTC和电极片间的触摸,并不整个面的触摸,而是分布在触摸面上一些点的触摸。其凹坑处由硅胶填充,起到粘结效果,凸点触摸起导电效果。电阻则和凸点触摸的数量有关,还和凸点之间的压力有关。
在加热器老化进程中,因为冷热循环的效果,资料都会发生膨胀和收缩。

资料在热胀冷缩时,弹性量S与长度L、热胀系数a和温差(T1-T0)间存在如下联系:
S=L×a×(T-T0)
铝的热胀系数是2.36×10-5,不锈钢电极的热胀系数是1.2×10-5,陶瓷PTC的热胀系数约是0.7×10-5
在-50℃~170℃冷热循环下,各资料的弹性量为:
铝的弹性量S=L×a×(T-T0) =600×2.36×10-5×(170+50)=3.12mm
不锈钢的弹性量S=L×a×(T-T0) =600×1.2×10-5×(170+50)=1.58mm
PTC陶瓷的弹性量S=L×a×(T-T0) =600×0.7×10-5×(170+50)=0.92mm
能够看出,因为各金属和陶瓷的膨胀系数的不匹配,在热效果下,电极片和PTC之间会发生冲突错位,长时间冲突会引起PTC和电极片间粘结强度的降低,严峻的状况下还会形成局部脱胶,然后使原本触摸的凸点变成不再触摸了,而且凸点之间的压力也变小了,然后引起加热器电阻的增大。
这就是加热器在热循环效果下电阻改变的一个主要原因,其中加热器的功能安稳与否与所使用的硅胶的功能有严峻联系。

为了解释东芝胶和成都拓利化工实业有限公司的硅胶产品具有那些不同的电阻老化率,咱们对不同的液体硅胶的剪切强度也做了相应的高温老化比照。

从上文能够发现,在任何老化时刻下,NH-100G-2硅胶比东芝硅胶的剪切强度大,显着高于东芝胶。因此在高低温实验中,NH-100G-2胶的加热器电阻老化比较小,显现了优异的抗老化功能。可见,硅胶的剪切强度对加热器的电阻老化具有非常大的影响。
为了研讨硅胶对加热器功率老化的影响,咱们解剖了加热器。咱们发现通过数万次老化实验的加热器的PTC电极受到了严峻的电蚀。通过tear down实验,PTC电极被电蚀而引起的功率老化占整个老化份额的11~22%。

该电蚀本质上是由电极片和PTC外表的铝电极发生的电火花放电引起的。当电极片和PTC铝电极严密触摸时,两者之间不会发生放电,当通过无数次的蠕动后,凸点之间发生了空气间隙,然后引起火花放电,电火花烧毁了硅胶和电极,发生所谓的电蚀,然后引起PTC加热器的功率老化。显然,硅胶的粘结强度越大,凸点之间发生的空地可能性越小。因为NH-100G-2硅胶比东芝胶的剪切强度大,所以加热器的功率老化小,这和实验成果符合。
第四章:实验结论,NH-100G-2硅胶比XE14-A0425 和XE13-A8341具有更好的剪切强度,使陶瓷电加热器功率老化更小,并且具有更好的抗高低温冲击功能,显现出优异的抗老化功能,成功应用于PTC加热器,在格力、美的空调辅佐加热器上获得广泛应用。