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PTC陶瓷電加熱器如何使用液体硅胶

作为一种安全可靠的加热方式,PTC陶瓷電加熱器已经在暖风机、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陶瓷加熱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陶瓷加熱器的资料、制造工艺、老化及失效形式作具体的研讨。

加熱器功能取決于完善的結構設計、優質的資料及精巧的制造工藝。其中,資料的選取是至關重要的。在所有資猜中,PTC元件和矽膠的品質決定了加熱器的耐壓(擊穿)及老化(功率衰減)功能。


在加熱器的抗老化(功率衰減)效果方面,矽膠及PTC元件背負了非常大的“職責”。可是許多加熱器拼裝企業只從成本的角度挑選相關的資料,這樣勢必會形成産品功能的低質,拖累PTC産業的健康開展,因此,在資料的挑選上,除了PTC元件的資料挑選外,兼具有傑出的耐高溫性和傑出的導熱性的矽橡膠也是PTC加熱器具有高功能和高可靠性的確保條件之一。

在本實驗中,咱們對日本東芝的XE14-A0425和XE13-A8341矽膠及成都拓利化工實業有限公司的NS-083和NH-100G-2矽膠做了具體的比照實驗。成果顯現,成都拓利化工實業有限公司生産的液體矽膠具有更優異的抗老化功能。
加熱器的老化涉及多方面的因素,在本文中,咱們只是評論液體矽膠對PTC加熱器的老化功能的影響。

第一章:實驗進程
一、實驗辦法
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、測驗樣品:選用日本東芝的XE14-A0425和XE13-A8341矽膠拼裝的PTC加熱器。選用成都拓利化工實業有限公司的NS-083和NH-100G-2拼裝的PTC加熱器

第二章:實驗測驗數據
一、HALT高低温循环实验(-50℃~170℃/Cycle time18min)
咱們將加熱器放置于高低溫實驗箱,從-50℃至170℃,再從170℃冷卻至-50℃,一次循環時刻是18min,通過1867次循環,加熱器電阻隨時刻的改變率如下:
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老化實驗
將加熱器裝在空調機組內,設定老化電壓爲工作電壓的1.15倍,風速設定爲1m/s,進行ON/OFF通電通風老化實驗(通電時刻90S,斷電時刻70S),每隔必定時刻取下加熱器,在25℃的環境溫度下,在標准功率測驗機上測驗功率,通過10萬次的通斷老化後,成果如下:注:A1、A2是選用XE14-A0425和XE13-A8341矽膠的加熱器老化曲線,A3、A4是選用NS-083和NH-100G-2矽膠的加熱器老化曲線。
第三章:實驗成果剖析與評論
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。在陶瓷電加熱器结构中,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。
一般以爲,因爲矽膠是絕緣資料,所以PTC和電極片之間不能實現導電。可是因爲電極片外表在微觀下是高低不平的,PTC外表的鋁電極也是呈現顆粒狀的,所以PTC和電極片間的觸摸,並不整個面的觸摸,而是分布在觸摸面上一些點的觸摸。其凹坑處由矽膠填充,起到粘結效果,凸點觸摸起導電效果。電阻則和凸點觸摸的數量有關,還和凸點之間的壓力有關。
在加熱器老化進程中,因爲冷熱循環的效果,資料都會發生膨脹和收縮。

資料在熱脹冷縮時,彈性量S與長度L、熱脹系數a和溫差(T1-T0)間存在如下聯系:
S=L×a×(T-T0)
鋁的熱脹系數是2.36×10-5,不鏽鋼電極的熱脹系數是1.2×10-5,陶瓷PTC的熱脹系數約是0.7×10-5
在-50℃~170℃冷熱循環下,各資料的彈性量爲:
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
能夠看出,因爲各金屬和陶瓷的膨脹系數的不匹配,在熱效果下,電極片和PTC之間會發生沖突錯位,長時間沖突會引起PTC和電極片間粘結強度的降低,嚴峻的狀況下還會形成局部脫膠,然後使原本觸摸的凸點變成不再觸摸了,而且凸點之間的壓力也變小了,然後引起加熱器電阻的增大。
這就是加熱器在熱循環效果下電阻改變的一個主要原因,其中加熱器的功能安穩與否與所使用的矽膠的功能有嚴峻聯系。

爲了解釋東芝膠和成都拓利化工實業有限公司的矽膠産品具有那些不同的電阻老化率,咱們對不同的液體矽膠的剪切強度也做了相應的高溫老化比照。

從上文能夠發現,在任何老化時刻下,NH-100G-2矽膠比東芝矽膠的剪切強度大,顯著高于東芝膠。因此在高低溫實驗中,NH-100G-2膠的加熱器電阻老化比較小,顯現了優異的抗老化功能。可見,矽膠的剪切強度對加熱器的電阻老化具有非常大的影響。
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%。

該電蝕本質上是由電極片和PTC外表的鋁電極發生的電火花放電引起的。當電極片和PTC鋁電極嚴密觸摸時,兩者之間不會發生放電,當通過無數次的蠕動後,凸點之間發生了空氣間隙,然後引起火花放電,電火花燒毀了矽膠和電極,發生所謂的電蝕,然後引起PTC加熱器的功率老化。顯然,矽膠的粘結強度越大,凸點之間發生的空地可能性越小。因爲NH-100G-2矽膠比東芝膠的剪切強度大,所以加熱器的功率老化小,這和實驗成果符合。
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,使陶瓷電加熱器功率老化更小,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。

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