一種自限溫電熱片及其制備方法
【專利說明】一種自限溫電熱片及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及熱敏電阻材料及其制備方法，尤其是一種自限溫電熱片及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]以聚合物為基體材料，加入導(dǎo)電碳黑形成的復(fù)合材料呈現(xiàn)具有正溫度系數(shù)(PTC)特性現(xiàn)象是Frydman于1945年首次發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)由于其特征不是很明顯，因而未引起注意。直到1966年，Kohler重新發(fā)現(xiàn)了這個(gè)現(xiàn)象。并且得到了非常明顯的PTC效應(yīng)，引起了工業(yè)界的極大重視。該材料的電阻隨溫度升高而增大，且在接近聚合物基體熔點(diǎn)附近，急劇升高，躍迀達(dá)幾個(gè)乃至幾十個(gè)數(shù)量級(jí)，從而具有開關(guān)特性。有機(jī)高分子復(fù)合成導(dǎo)電高分子材料，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域如下:抗靜電材料，抗電磁屏蔽材料，過熱及過流保護(hù)元件及傳感器等方面，還可以根據(jù)熱敏電阻特性開發(fā)自限溫發(fā)熱材料，由其將高分子基PTC材料用于制作自限溫面狀發(fā)熱體其優(yōu)點(diǎn)是溫度自控，功率自調(diào)，安全可靠，節(jié)能降耗，適應(yīng)高科技發(fā)展的要求然而運(yùn)用高分子基導(dǎo)電材料來做自限溫加熱元件在電阻熱循環(huán)重復(fù)穩(wěn)定性差。
[0005]高分子基PTC導(dǎo)電材料主要組成為高分子材料及導(dǎo)電粒子，二者本身的性能對(duì)復(fù)合材料的壽命，使用性能有很大的影響。由于PTC材料是由導(dǎo)電填充物與部分結(jié)晶聚合物和多種配合劑組成的系統(tǒng)，其不但具有導(dǎo)電材料，結(jié)晶聚合物，共混物所共有的特點(diǎn)，而且還具有其獨(dú)特的特點(diǎn)，所以影響復(fù)合材料PTC效應(yīng)的因素也特別的多，包括填充物的類型，尺寸和填料比例，及聚合物的結(jié)晶度交聯(lián)度，形態(tài)，熱膨脹系數(shù)，各組分的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等。目前這類材料在工業(yè)化中的困難在于它的配方，加工制備技術(shù)難度很大。PTC材料最重要的特性是室溫電阻，PTC強(qiáng)度，NTC現(xiàn)象的消除，穩(wěn)定性，重復(fù)性。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中自限溫電熱片作為加熱元件在通電后產(chǎn)生溫度不均勻發(fā)生聚熱擊穿現(xiàn)象，電熱片重復(fù)熱循環(huán)使用電阻變化大功率衰減快及使用壽命短的缺陷，提供一種自限溫電熱片及其制備方法。
[0008]本發(fā)明通過下述方案實(shí)現(xiàn):
一種自限溫電熱片，包括基材和與之電連接的鍍錫銅線，以質(zhì)量份計(jì)，所述基材包括以下組分:
低密度聚乙烯50-70份，
炭黑15-30份，
增韌劑5-8份，分散劑3-5份，
擴(kuò)散油1-3份，
抗氧劑0.5-0.8份，
相容劑3-5份，
增塑劑3-5份。
[0009]所述低密度聚乙烯為顆粒狀，其粒徑為2-4毫米，密度為0.915-0.940克/平方厘米。
[0010]所述炭黑為粉末狀，其粒徑為30-40納米。
[0011]所述增韌劑為顆粒狀的聚乙烯醇、羧基丁腈橡膠、聚乙烯醇縮丁醛中的一種，粒徑為2-4毫米。
[0012]所述抗氧劑為芳香胺類抗氧劑或者受阻酚類抗氧劑。
[0013]所述相容劑為環(huán)狀酸酐型或者羧酸型相容劑。
[0014]所述增塑劑為脂肪族二元酸酯類、苯二甲酸酯類、苯多酸酯類中的一種。
[0015]—種自限溫電熱片的制備方法，包括以下步驟:
第一步，將50-70質(zhì)量份的低密度聚乙烯加熱至160-180攝氏度，待其熔化后依次加入5-8質(zhì)量份的增韌劑、3-5質(zhì)量份的分散劑、1-3質(zhì)量份的擴(kuò)散油、0.5-0.8質(zhì)量份的抗氧劑、3-5質(zhì)量份的相容劑、3-5質(zhì)量份的增塑劑、15-30質(zhì)量份的炭黑高速攪拌20-40分鐘，得到面團(tuán)狀的產(chǎn)物，然后將其破碎為30-40毫米的顆粒，在85-95攝氏度下烘烤2_3小時(shí)，得到含水量為l_3wt%。的干燥產(chǎn)物；
第二步，將得到的干燥產(chǎn)物在溫度為170-210攝氏度、壓力為10-15MPa下塑化擠出，然后與鍍錫銅線進(jìn)行磨具成型，再進(jìn)行壓片處理，得到厚度為0.9-1.3毫米的壓片產(chǎn)物，在壓片產(chǎn)物上打孔就得到聚合物熱敏電阻材料成品。
[0016]所述低密度聚乙烯為顆粒狀，其粒徑為2-4毫米；所述炭黑為粉末狀，其粒徑為30-40納米；所述增韌劑為顆粒狀的聚乙烯醇、羧基丁腈橡膠、聚乙烯醇縮丁醛中的一種，粒徑為2-4毫米；所述抗氧劑為芳香胺類抗氧劑或者受阻酚類抗氧劑；所述相容劑為環(huán)狀酸酐型或者羧酸型相容劑；所述增塑劑為脂肪族二元酸酯類、苯二甲酸酯類、苯多酸酯類中的一種。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
1.本發(fā)明的一種自限溫電熱片中增韌劑的添加使材料的伸長率得到提升，電熱片在惡劣的環(huán)境中不易斷裂，分散劑的添加使整個(gè)材料的流動(dòng)性得到改善，加工成型更加便捷，擴(kuò)散油的添加使碳黑與低密度聚乙烯及其它助劑在混煉的過程中粘合的更好更均勻，使材料的性能更穩(wěn)定電阻更均勻，相容劑則使整個(gè)材料在溶合的過程中材料與各方面的助劑結(jié)合更緊密，使整個(gè)材料溶為一體，增塑劑使整個(gè)材料的物理性能及化學(xué)性能得到提升，總之在此材料中添加的所有助劑，使整個(gè)材料中的不同物理性能及化學(xué)性能得到改善，使用此材料生產(chǎn)出來的電熱片的電流、電阻穩(wěn)定、PTC效果好，消除了 NTC效應(yīng)，發(fā)熱量穩(wěn)定記憶性能強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生燒壞電熱片現(xiàn)象；
2.本發(fā)明的一種自限溫電熱片的制備是在壓力為10-15MPa下擠片，通過高壓擠出法，使得碳黑粒子均勻分布于結(jié)晶高分子空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，提高了工藝電阻穩(wěn)定性良好的自限溫聚合物。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)一步說明:
實(shí)施例1
一種自限溫電熱片，包括基材和與之電連接的鍍錫銅線，以質(zhì)量份計(jì)，所述基材包括以下組分:
低密度聚乙烯70份，
炭黑30份，
增韌劑8份，
分散劑4份，
擴(kuò)散油2份，
抗氧劑0.6份，
相容劑3份，
增塑劑3份。
[0019]所述低密度聚乙烯為顆粒狀，其粒徑為2-4毫米，密度為0.915-0.940克/平方厘米。
[0020]所述炭黑為粉末狀，其粒徑為30-40納米。
[0021]所述增韌劑為顆粒狀的聚乙烯醇、羧基丁腈橡膠、聚乙烯醇縮丁醛中的一種，粒徑為2-4毫米。增韌劑含有活性基團(tuán)，能與材料中的聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，固化后不完全相容，獲得較理想的增韌效果，使熱變形溫度不變或下降甚微，而抗沖擊性能又明顯改善，提尚了韋刃性。
[0022]所述抗氧劑為芳香胺類抗氧劑或者受阻酚類抗氧劑。抗氧劑可延緩或抑制聚合物氧化過程的進(jìn)行，從而阻止聚合物的老化并延長其使用壽命。
[0023]所述相容劑為環(huán)狀酸酐型或者羧酸型相容劑。增加兩種聚合物的相容性，使之兩種聚合物間粘接力增大，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使分散相和連續(xù)相均勻，即相容化。
[0024]所述增塑劑為脂肪族二元酸酯類、苯二甲酸酯類、苯多酸酯類中的一種。增塑劑能和高分子聚合物均勻混合，且混合時(shí)不發(fā)生化學(xué)變化，但能降低物料的玻璃化溫度和塑料成型加工時(shí)的熔體黏度，而其本身保持不變。
[0025]—種自限溫電熱片的制備方法，包括以下步驟:
第一步，將70質(zhì)量份的低密度聚乙烯加熱至160-180攝氏度，待其熔化后依次加入8質(zhì)量份的增韌劑、4質(zhì)量份的分散劑、2質(zhì)量份的擴(kuò)散油、0.6質(zhì)量份的抗氧劑、3質(zhì)量份的相容劑、3質(zhì)量份的增塑劑、30質(zhì)量份的炭黑在帶烘干高速混料機(jī)中混煉20-40分鐘，得到面團(tuán)狀的產(chǎn)物，然后將其破碎為30-40毫米的顆粒，在85-95攝氏度下烘烤2_3小時(shí)，得到含水量為l_3wt%。的干燥產(chǎn)物；
第二步，將得到的干燥產(chǎn)物在溫度為170-210攝氏度、壓力為10-15MPa下塑化擠出，塑化擠出是在同向平行雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行，然后與鍍錫銅線進(jìn)行磨具成型，再進(jìn)行壓片處理，得到厚度為0.9-1.3毫米的壓片產(chǎn)物，在壓片產(chǎn)物上打孔就得到聚合物熱敏電阻材料成品。
[0026]本實(shí)施例中，增韌劑的用量為8份，增韌劑的添加使材料的伸長率得到提升，使得電熱片在惡劣的環(huán)境中的抗斷裂能力增強(qiáng)。
[0027]所述低密度聚乙烯為顆粒狀，其粒徑為2-4毫米；所述炭黑為粉末狀，其粒徑為30-40納米；所述增韌劑為顆粒狀的聚乙烯醇、羧基丁腈橡膠、聚乙烯醇縮丁醛中的一種，粒徑為2-4毫米；所述抗氧劑為芳香胺類抗氧劑或者受阻酚類抗氧劑；所述相容劑為環(huán)狀酸酐型或者羧酸型相容劑；所述增塑劑為脂肪族二元酸酯類、苯二甲酸酯類、苯多酸酯類中的一種。
[0028]實(shí)施例2
一種自限溫電熱片，包括基材和與之電連接的鍍錫銅線，以質(zhì)量份計(jì)，所述基材包括以下組分:
低密度聚乙烯60份，
炭黑20份，
增韌劑7份，
分散劑5份，
擴(kuò)散油3份，
抗氧劑0.8份，
相容劑3份，
增塑劑3份。
[0029]所述低密度聚乙烯為顆粒狀，其粒徑為2-4毫米，密度為0.915-0.940克/平方厘米。
[0030]所述炭黑為粉末狀，其粒徑為30-40納米。
[0031]所述增韌劑為顆粒狀的聚乙烯醇、羧基丁腈橡膠、聚乙烯醇縮丁醛中的一種，粒徑為2-4毫米。增韌劑含有活性基團(tuán)，能與材料中的聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，固化后不完全相容，獲得較理想的增韌效果，使熱變形溫度不變或下降甚微，而抗沖擊性能又明顯改善，提尚了韋刃性。
[0032]所述抗氧