产品技术可行性分析报告.docx

高分子 PTC 过流保护元器件工程可行性争论报告一、工程实施的背景和意义1.1 工程背景传统的电路保护中装置主要是承受承受金属熔断器或电子保护电路来实现电路的安全保护，这些方法对电路的保护作用的缺点是可恢复性差、电路设计简洁，以及本钱较高，因此目前很多电子产品制造商为了追求利润，往往就舍去电路保护装置、或承受熔断器式的保护装置来实现电路保护功能，这样给产品的维护使用带来了相应的麻烦， 特别是对于一些民用产品，设计生产厂家为了保证其安全性，不得不承受比较简洁的电子电路来保护其产品的安全，这样不仅使其本钱提高，而且给电子产品生产厂商的效劳带来诸多不便。聚合物基正温度系数材料是利用导电粒子与结晶或半结晶的聚合物复合制得的一种型功能材料，其最主要的功能为电流及温度的过载保护，应用范围相当广泛，包括电脑与周边设备、电池、汽车、通讯、玩具及家电等领域均会使用到PPTC，起对于电流及温度之高度敏感，充分运用在各类电子产品上，不管是半导体、IC 元件、印刷电路板、电源器材、连接器及线路系统之保护极为有用，特别在高密度电路整合系统中，PPTC 之电路保护功能，是传统保险丝无法取代的。PPTC 属智能型材料科技产品具可重复性，体积轻薄，而成为主要保护元件之重要进展趋势。随着人们生活水平不断提高，家用电子产品广泛地应用我们的日常生活当中。不仅如此，工业、军事各个领域电子产品比比皆是。如手机、计算机、汽车电器、 机、DVD、VCD、Modem、无绳 、电视机、电冰箱等等家用电器已经普遍应用与每一个家庭。而全部这些家用电器都与电源及电路有关，因而电源及电路保护是其安全使用的保证。便携消费电子进展的趋势越来越小型化，设计工程人员格外渴求其所用的元器件尺寸小、阻值低，因此 PPTC 产品的低阻小型化是重要进展方向。然而目前这类尖端产品的技术，主要把握在美国和日本的少数国际大公司手中，如日本藤昌电线公司和世界最大的电气、电子元件制造商和效劳商美国泰科电子(TYCO)。1.2 预期实现的经济和社会效益适合PPTC 产品应用的电路保护市场格外宽阔，产品的应用领域也格外多，其中电池的保护是最大也是最前沿的市场，型高性能锂离子电池和聚合物电池对保护元器件提出更高了要求，这两类高能电池在受热高温以及短路状况下简洁发生爆炸事故，对其供给短路过流的保护格外必要，是本工程产品针对的主要市场。据报道，随着全球电信的进展，2023 年全球手机用户数到达 40 亿，其中中国用户超 6 亿的使用量猛增至世界的第一位，据工信部统计 2023 年上半年仅手机产量就到达了 2.95 部，再加上使用锂离子和聚合物电池做电源的 MP3、MP4、数码相机、导航仪、手提电脑等便携设备的用量，移动便携设备电池及其充电器的用量是相当可观的，据统计 2023 年我国锂电和镍氢电池产量已经突破 25 亿只左右，那么不包括电池电路和电池充电器上PPTC 的用量，那么仅封装在电池组内部用的电池保护片的用量就在 20 亿左右。深圳是全国甚至是全球手机、MP3 等移动便携产品的生产基地及贸易集散地；这里有完善的电子产业链，有为移动设备生产供给能源的众多电池生产企业，其中就有全国最大锂离子电池生产商比亚迪、比克电池、德赛电池和聚合物锂电池厂家 TCL。因此高性能 PPTC 电池保护片具有宽阔的市场前景，工程很好的融合到了深圳的电子企业产业链中，具有显着的企业协同效益和社会效益。然而由于高导电、高 PTC 强度，高耐压性能的高分子 PTC 复合材料技术为美国和日本的少数几家大企业垄断，生产本钱为 0.1 元左右的产品售价到达了1.0-1.5 元，比一般产品高出 3-5 倍，国内企业的选购本钱格外昂扬。工程研发成功按 0.5-0.8 元/pcs 价格销售，能很好的打破国外公司的技术垄断，降低国内电子企业选购 PPTC 产品本钱，增加我国电子企业 的国际上竞争力，此外产品售价高利润高，产品量产后，按初期年产2023 万只，估量销售收入 1000-1500 万，利润 800-1200 万，经济效益格外显着。二、技术进展趋势及国内外进呈现状2.1 技术进展趋势PTC 材 料 是 指 某 种 具 有 很 大 的 正 电 阻 温 度 系 数(Positivetemperaturecoefficient,PTC)的材料。由于这种材料能在很窄的温度范围内使其电阻发生几个数量级的变化，故具有热敏开关的特性，可广泛用于制作自控温加热电缆、过电流保护元件及热敏传感器等。目前，国内外使用的 PTC 材料大体上可分为两大类:一类是以陶瓷类 PTC 材料，另一类是由有机高分子聚合物与导电材料组成的型有机复合 PTC 材料。由于陶瓷热敏材料性脆，生产工艺较简洁，室温电阻很难做得很低，加工和成型都较困难，制造本钱高，故价格较贵。而聚合物基 PTC 复合热敏材料，由于具有质软、可挠曲、易加工成型、制造本钱较低、可以在较低的温度下使用等优点正日益受到重视。它是利用导电粒子与结晶或半结晶的聚合物复合制得的一种型功能材料。PPTC 材料不仅原料易得、价格廉价、加工成型工艺简洁， 还具有高分子材料的很多优异性能。随着移动科技的进展和人们生活水平不断提高，移动便携产品普及到人们的生活中。小型、多功能，高集成是便携消费电子进展的主要趋势，因此工程人员在设计产品时格外留意元器件的尺寸，而对于PPTC 电路保护产品来说，低阻小型化是顺应市场需求的重要技术进展方向。然而绝大多数的聚合物PTC 材料的室温电阻都比较高，PPTC 材料存在低室温体积电阻率和高 PTC 强度之间的冲突，以及降低产品电阻同保持耐压性能之间的冲突。因此开发低室温体积电阻、 PTC 强度的PPTC 复合材料体系是PTC 材料研发的重要进展，具有尺寸小、内阻低等特点过流保护元件，是高分子 PTC 元器件进展的趋势。目前这类尖端产品的技术，主要把握在美国和日本的少数国际大公司手中，如日本藤昌电线公司和世界最大的电气、电子元件制造商和效劳商美国泰科电子(TYCO)。2.2 国内外进呈现状PPTC 材料以美国的争论开发水平居国际领先地位，上世纪 80 年月美国首先开发成有用型 PPTC 材料，以美国泰科电子为代表的一些企业，制得的聚合物基 PTC 过电流保护元件在医疗、计算机、程控 交换机、手机电池、汽车配件、家电产品、工业仪表、运载火箭、火灾报警等领域得到了广泛的应用。由于高分子基 PTC 材料技术含量高, 应用广泛,利润丰厚,故各国都投入大量的资金进展争论开发。国内外近十年来，聚合物 PTC 复合材料争论和开发的进度明显加快，表达在相关的期刊文献报道快速增多，相关专利数目急剧膨胀。国外消灭了如Bourns、Littlefuse 等聚合物 PTC 过流保护元件的公司。国内在这方面起步较晚,对PTC 材料的争论起始于八十年月后期， 中国科技大学在八十年月末开头了自限温加热带的研发，而聚合物 PTC材料做为电路过流保护元件使用时要求 PTC 材料具有低的室温体积电阻率、高的 PTC 强度以及确定的循环稳定性，由于技术难度较高，直到九十年月初才有较多的争论报道。近几年国内间续消灭生产聚合物基 PTC 过电流保护元件的企业主要集中在上海、深圳，但多是一些小企业。国内真正有实力能自主开发并生产聚合物基 PTC 过电流保护元件的企业不多，主要有深圳金瑞电子材料、上海维安电热材料、上海科特电子材料。无论是在企业规模，市场占有率，研发实力，同国际电路保护巨头泰科、 TDK 等都有较大的差距。但这个差距正的缩小，虽然国际企业在产品的开发和推出上仍处于领先地位，但国内企业已经能以较短的时间紧跟趋势推出产品； 随着用户对PPTC 产品使用的增多，特性的生疏，它们越来越倾向于选择性价比高的国内企业的产品，国内生产企业市场占有率也在稳步提升。三、工程主要争论内容工程开发的PPTC 复合材料不仅体积电阻率低，而且 PTC 强度也高， 以其为芯材生产的产品外形尺寸是一般产品的 1/4，内阻是一般产品的 1/5，具有尺寸小、内阻低、承受绿油封装的特点。特别适用于高性能锂离子和聚合物电池的保护，有很好的市场前景，是高分子 PTC 元器件进展的趋势。3.1 工程拟解决的关键技术问题该工程目前面临的挑战是：绝大多数的聚合物 PTC 材料的室温电阻都比较高，PPTC 材料存在低室温体积电阻率和高 PTC 强度之间的冲突，以及降低产品电阻同保持耐压性能之间的冲突。本工程拟解决的关键技术问题是：（1） PTC 复合材料的组分选择是该工程研发的重点和难点目前PTC 产品应用比较成熟的是HDPE/CB 的配方体系，该体系经过20 多年的开发应用，使用格外广泛。但现在任凭携消费电子进展的趋势越来越小型化，要求元件的尺寸和电阻的要求越来越小，当前的HDPE/CB 的配方体系无论是阻值还是电性能已经不能满足需求，限制了产品更加广泛的应用。因此，本工程将在前期争论的根底上开拓的思路，需开发的高分子 PTC 材料配方体系，降低电阻提高电性能，并通过设计和试验相结合的方法开发出尺寸小至 3×4mm，电阻在4-12m 产品。（2） 探究出一套适合配方体系的工业化生产复合工艺，是保证产品性能全都性的关键。对于高分子材料的复合，我们已经在试验阶段争论过多种方法可以解决导电粒子和微量添加剂在基体材料中的均匀分布问题，但在大批生产中的效果确不够抱负。此外不同的聚合物和导电粒子自己的相容性差异较大，同样的加工工艺复合得到效果不一样。我们必需探究出有效率的工艺结适宜合的设备，改善材料性能的全都性。（3） 电极膜的处理，改善产品长期稳定性能，优化性能。高分子PTC热敏电阻器其构造是由高分子聚合物基体和分散在其 中的导电填料、阻燃填料等构成的芯材与金属电极，通过高温热压复合的方法粘合在一起的。金属电极是由经粗化的铜箔构成，由于金属和非金属界面膨胀系数差异较大，假设金属电极与芯材粘接不牢、剥离强度差、界面空隙大，接触电阻就高，PTC热敏电阻器电性能就变差， 易打火、烧片，外表易起泡变形。铜箔与芯材的直接接触，在电场和高温下由铜引起的高分子聚合物催化分解，影响产品的长期稳定性。因此，需要对铜箔进展相应处理，拟实行的方法是：铜箔一面镀一层2 3um的NiC复合镀层，另一面镀一层一般镍，通过适宜的工艺把握来提高复合镀层中固体微粒碳黑与镍离子的共沉积，提高镀层的含碳量， 提高电极膜同芯材的粘接强度。3.2 课题的技术原理、技术方法、技术路线以及工艺流程（1） 首先以 HDPE 为高分子基体，选用不同外形尺寸的高导电金属、非金属粒子，通过调整配方组成、优化混炼复合工艺进展芯材料的制备，（2） 对铜膜进展镀碳处理，与芯材热压复合，以获得电极芯材结合结实，转变温度在 125，室温电在 7m左右，芯片尺寸 3×4mm， 耐压 6V，具有良好电阻温度系数的样品。（3） 争论 PPTC 元件在不同服役状态下的性能稳定性等综合性能，如耐压、耐电流冲击、抗老化等；调整和优化配方工艺，获得综合性能良好的PTC 高分子电流保护元件。（4） 在课题开展的过程中，对不同争论阶段进展小结和总结，完成产品 TUV、UL 等安全认证，利用争论结果申请国家制造专利和撰写学术论文。（5） 争论成果的中试，和批量生产销售实现效益。本工程所述的PPTC元件制造工艺流程如下：A、将复合材料各组分高分子聚合物、导电填料和其它填料及加工助剂在190温度下于密炼机中混炼均匀，然后用模压或挤出的方法制成芯材。B、将芯材夹在两层经过镀炭处理过的铜箔之间，放于压模中，在 25t 平板硫化机压片，压制成型条件 :预热 5min，热压 3min，热压压力15MPa，热压温度 160，片材厚度 2mm。C、将压好的片材，冲成需要的半成品尺寸外形、同过回流焊在覆有铜膜的两面分别焊上引出镍电极，而后在烘箱中热处理，将焊好的样品用射线Co60辐照交联。D、最终在PPTC元件外表涂上绝缘绿油，并进展紫外线或热固化。其制造工艺流程见图3-1。称量绿油固密炼混压制芯覆膜压冲片图包3-封1P绿PTC 过流辐保照护元件热制处造流程图焊镍电3.3 工程特色和创点1开发低体积电阻率高 PTC 强度的高分子复合材料，是当前高分子热敏元件进展的必定趋势和要求。一般而言导电填料的填充量越多，复合材料的导电性能越好，但耐压性能却越差。另外高填充量影响了复合材料的力学性能和加工性能，增加生产本钱，限制了材料的应用范围。绝大多数的聚合物 PTC 材料的室温电阻都比较高，一般要到达 12V 耐压要求的产品电阻值都在 30 毫欧左右，而信息技术和微电子工业的进展迫切要求有低室温电阻高 PTC 强度的聚合物 PTC 材料，因此低阻值产品的开发势在必行。工程开发的产品外形尺寸是一般产品的 1/4，内阻是一般产品的 1/5， 具有尺寸小、内阻低的特点。2选择适合工业化生产的复合工艺，对保证产品性能全都性有重要意义。争论说明，要降低材料体系电阻可能选择多种外形的填料 (纤维、片状，纳米尺寸)这些导电填料在高分子基体中的分散有确定难度，假设其中还添加了不同的金属导电粒子制得材料均匀性更加难把握。影响材料的电导率和元件的性能全都性。因此该工程的其次个创点就是争论适合不同材料配方体系工业化生产的混炼复合工艺。3电极膜的处理，改善产品长期性能和动作后电阻变化率。 高分子PTC热敏电阻器其构造是由高分子PTC芯材与金属电极，通过高温热压复合的方法粘合在一起的。金属电极是由经粗化的铜箔构成，由于金属和非金属界面膨胀系数差异较大，金属电极与芯材粘接不牢接触电阻高，产品外表易起泡变形，易打火、烧片。铜箔与芯材的直接接触，在电场和高温下由铜引起的高分子聚合物催化分解，影响产品的长期稳定性。因此，需要对铜箔进展相应处理，在铜箔一面镀一层23um的NiC复合镀层，提高电极膜同芯材的粘接强度。因而电极膜的处理是产品的其次个特色。4使用绝缘绿油封装小尺寸产品任凭携消费电子进展的趋势越来越小型化，要求元件的尺寸越来越小，但用生产现有产品的工艺生产小尺寸产品效率不高。目前电池保护片产品的外部封装都是实行贴绝缘标贴的方法，当产品尺寸小到确定程度后，对产品贴标效率极低不适合规模生产。承受外涂绿油， 而后再紫外线固化封装，不仅生产效率高，而且产品更加美观，外部绝缘效果更好，可以更好的防止产品打火的状况的消灭，此工艺特别时候小尺寸产品的生产，是该工程的第四个创点。四、工程预期目标工程产品的主要技术指标：研制出出具有正温度系数效应、室温电阻率在 10-2 、PTC 强度大于 7 个数量级的高分子 PTC 复合材料配方体系，并通过完成配方体系的设计，制备出用于手机等便携电子产品电路保护用的超小尺寸，超低电阻的 PPTC 产品。在 PPTC 材料产品的小尺寸和低阻化应用方面跨出实质性一步，打破国外元件厂商的技术垄断，降低国内电子企业的选购本钱。主要技术指标：试样芯片尺寸 3.0×4.0mm，焊镍电极测试电极膜同芯材粘接良好室温25电阻R<14 m25升阻比=LogR /R 7;耐电压6Vmaxmin耐老化 1 分钟通电+1 分钟断电循环疲乏 1000 次，不烧不裂预期成果和经济指标：该系列产品芯片尺寸小至 3.0×4.0mm，电阻 4-14m，耐压 6V， 使用电流从 1.2-3.5A 连续可变。系列包含 JK-D120M、JK-D170M、JK-D190M、JK-D250M、JK-D350M 几大产品。工程将完成产业化生产试验，实现销售制造效益。产品量产后，打破国外公司的技术垄断，降低国内电子企业选购 PPTC 产品本钱，在国际上增加我国电子企业的竞争力；按年产 2500 万只，估量销售收入 1500 万，制造利润 900 万， 具有很好的企业经济效应和产业协同效应。五、工程争论实施方案5.1 工程实施方案该工程实施，由广东省深圳市金瑞电子材料组织工程小组，由技术部经理田宗谦高级工程师带着技术部工程组成员做产品开发，并联合公司生产、质检部门进展研发成果的中试和产业化。（1） 前期技术部研发小组，进展配方设计和试验，通过调整配方组成、优化混炼复合工艺进展芯材料的制备，对铜膜进展镀碳处理， 与芯材热压复合，以获得电极芯材结合结实，转变温度在 125，室温电在 7m 左右，芯片尺寸 3×4mm，耐压 6V，具有良好电阻温度系数的样品（2） 在前期工作根底上，联合生产、质检部门进展产品生产中试，各部门准时反响相关信息，对生产相关工艺和技术进展总结，调整，改进，实现中试的最终成功。在此根底上确定确定生产工艺流程、技术标准、检验标准，实现材料的产业化。（3） 后期产品形成销售后，不断吸取市场反响的状况，依据市场需求扩宽、改进产品的型号，完善产品线和性能，更好的满足客户要求。公司现有高分子 PTC 各种工程试验及测试分析设备，可以满足工程研发需要。公司拥有多年的 PPTC 产品生产阅历，本研发工程试产成功、实现产业化供给了坚实的根底。同时企业在 PPTC 电路保护市场多年耕耘，建立了的强大销售网络，拥有一批具有丰富市场销售阅历的营销人员；小尺寸低电阻产品的开发后，通过已有的销售通道，翻开销售。并在销售的过程中不断承受市场反响的信息，完善和推出各种型号的产品。六、现有争论开发根底和条件6.1 公司总体状况深圳市金瑞电子材料是国家认定的高技术企业，专业从事高技术产品高分子 PTC 型功能材料研发、生产、销售。10 年高技术产品销售营业收入 2200 万，比上年度增长 29，产品毛利率 58，利润 874 万，上缴利税 527 万。金瑞公司开发的高分子 PTC过流保护元件是依托中国科学院沈阳金属争论所，集中了强大的科研力气和各种丰富的 PTC 生产阅历以及设备力气的优势。公司共有研发人员 14 人,其中高级工程师 1 名,硕士争论生 4 名,本科学历 8 名，大专学历 2 名,占总人数的 11%，公司预算 2023 年投入研发资金 300 万元，占公司年度收入的 6。公司办公生产面积 4460 平方米，现有高分子 PTC 生产和测试的成套设备如双螺杆物料混炼机，真空液压成型设备，先进的凹凸温循环 处理工艺设备，低阻测试仪、耐压测试仪、循环测试仪、 PTC 曲线测试仪等。各种工程试验及测试分析设备，可以满足工程研发需要。公 司拥有多年的PPTC 产品生产阅历，本研发工程试产成功即可用现有生 产设备实现产业化。同时企业在 PPTC 电路保护市场多年耕耘，建立了的强大销售网络，拥有一批具有丰富市场销售阅历的营销人员，长期 供货于国内几家大型锂离子电池、玩具生产企业如深圳比亚迪、欣 旺达、德赛电池、东莞豪鹏、广州梁氏、天津力神、福州飞毛腿电池、深圳孩之宝玩具；小尺寸低电阻产品的开发必能快速翻开销售通 道，给企业带来利润，为社会增加效益。公司自成立以来依据市场需求，紧跟行业技术进展趋势，不断开发出产品。2023 年研发完成多股线型的插件 PTC 过流保护元件，在此根底上自主研发了贴片式的插件 PTC，在短短的几年中相继研制开发成功与瑞侃相匹配的各种系列，包括低压 JK6，JK16，JK30，JK60， JK72,JK90。高压 JK250，JK500 等各种型号共 120 多种，这些系列用于电信设备保护元件的通过了信息产业部邮电争论所的鉴定，用于其它领域各的系列通过了 UL,TUV,SGS 等国际权威的产品安全认证。金瑞的产品不断进步和创，在插件的 PTC 成功的工业化生产后又成功的开发了带状环状电池片过流保护元件，在短短一年内成功的完成了电池片过流保护元件的配方，工艺的研制。开发各系列的 29 种型号的电池片过流保护元件产品.公司的技术都是自己制造制造的，也紧跟国外的领先者瑞侃，准时推出了用于线性变压器初级保护高压 240V 系列产品。电池片低温保护系列也是紧跟瑞侃推出产品的开发工程，现在也在顺当进展中。这两项产品的开发将因领域的使用而带来的效益增长点。公司在工艺上将不断的学习承受高分子材料加工领域的设备和工艺，使高分子 PTC 的大规模生产中提高生产效率，提高产品质量， 降低生产本钱，如双螺杆物料混炼工艺，真空液压成型设备，承受先进的凹凸温循环处理工艺设备，使产品的性能更稳定。由于公司有着一个功底深，阅历丰富，擅长学习和创的技术研发队伍，完全有力气完成客户提出的特别要求的各种型号的样品，并使之工业化生产，满足客户在质量上和数量上的需求，给公司的销售带来的效益增长点。公司技术队伍能够担当本领域提出的任何的产品的开发的任务。用坚韧的毅力和刻苦学习的精神，攻克各种技术难关，保证我们的产品在行业中的领先地位。6.2 关于研发状况说明1技术研发战略金瑞公司战略目标：把金瑞公司建设成为一个有确定规模的、技术含量较高、盈利力气较高， 在国内、外同行业占据领先地位的公司，为实现这一目标，金瑞公司制定了公司战略方向业务进展方向：具体包括插件高分子PTC 材料、贴片电池片高分子PTC 材料,SMD 高分子PTC 材料等.每个领域都要做大做强。并具体制定了公司的经济指标即 2023-2023 年经济指标每年以 30%以上的速度增长，争取到 2023 年实现销售收入 3500 万元，实现净利润 1200 万元左右。2核心自主学问产权状况：拥有以下 1 项制造专利的十年独占许可：序号专利号专利名称授权公告日专利类型许可方式许可期限2023 年1一种具有正温度系数效应的导电复合材料及其制备七、争论开发工程组人员名单1、研发人员:7 月 25日制造独占许可10 年金瑞公司共有研发人员 14 人,其中高级工程师 1 名,硕士争论生 4 名,大学本科 8 名,大专 2 名，占总人数的 11%。技术人员业务学问扎实,实际阅历丰富,有创精神，努力完成自己的本职工作并发挥团结友爱的精神,能够胜任及完成任何一项研发创工程.金瑞公司的技术水平不断向前进展,给公司带来创效益的的亮点。研发团队研发人员名单职称技术总监高级工程师研发工程师研发工程师研发工程师研发工程师研发工程师研发工程师王龙周研发工程师26大学本科高分子化学与物理伟31大学本科应用化学研发工程师延研发团队的规模和构造姓名年龄学历专业胡嵊生47本科高分子材料田宗谦70大学本科高分子化学梁凤梅33大学本科材料学赵红娟32大学本科材料学陈瑜31硕士材料学林孟平31硕士高分子材料冯立强32大学本科高分子材料曾庆煜28硕士高分子材料彤刘晓43大学本科无机非金属材料研发工程师弘沈广30大学本科生物技术研发工程师荣任行38大专化 学 工 程与工艺研发工程师