CN100480318C - 负温度系数复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种负电阻温度系数复合材料及其制备方法和应用领域。所述的负电阻温度系数复合材料，其组份的质量百分比分别为：60%～80%的基体聚合物、5%～20%的导电填料、10%～20%的非导电填料和1%～5%的助剂，其中基体聚合物为熔融温度在100℃～150℃范围的热塑性高分子材料。其制备方法简单，即将所有组份混合挤出造粒即可。本发明所述的负电阻温度系数复合材料NTC特性明显，且柔软，具有足够的强度，除用作浪涌保护器、点温度探测器等一般用途外，还可以应用在大面积温度场的连续监测和要求柔软的场合，并且加工和使用都十分容易。

Description

负温度系数复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种负电阻温度系数复合材料及其制备方法和应用领域。
背景技术
现有的负电阻温度系数材料一般为合金或金属氧化物，B值一般为2000K～5000K，20℃时的电阻温度系数为—0.023℃～—0.058℃，可应用于浪涌保护器、点温度探测器等。如发明专利87101848A(《线性负温度系数热敏材料》)涉及一种线性负温度系数热敏陶瓷，需要在1200℃～1400℃下烧结1～6小时制成小圆片状。总的来说，合金或金属氧化物类的负电阻温度系数材料硬度大，加工和使用都不方便，并且对于大面积温度场的监测以及有柔软要求的场合都不适合。
发明内容
本发明的目的之一就是克服上述缺点，提供一种制备方法简单、并且对于大面积温度场的监测以及有柔软要求的场合也都适合的负电阻温度系数复合材料。
本发明的另一个目的是提供所述负电阻温度系数复合材料的制备方法。
本发明还有一个目的是提供所述负电阻温度系数复合材料的用途。
一种负电阻温度系数复合材料，其组份的质量百分比分别为：60％～80％的基体聚合物、5％～20％的导电填料、10％～20％的非导电填料和1％～5％的助剂，其中基体聚合物为熔融温度在100℃～150℃范围的热塑性高分子材料。
本发明中所述的热塑性高分子材料为聚乙烯或聚氯乙烯，其随温度升高物理性能变化明显，可为复合材料提供大部分NTC特性，并且其柔软、容易加工。
本发明中所述的导电填料为炭黑、金属及其氧化物粉末等，所述的金属及其氧化物可以是铜、氧化铜、氧化锌等，其比例多少可以决定复合材料室温时的体积电阻率，还可提供小部分NTC特性。
本发明中所述的非导电填料，其作用主要是增加复合材料的强度和硬度，可以是碳酸钙、滑石粉、玻璃微珠、高岭土等。
本发明中所述的助剂为一般高分子材料用的助剂，如抗氧剂、稳定剂、润滑剂等，可以提高材料的耐老化性能和加工性能。
本发明所述的负电阻温度系数复合材料各组成的具体比例根据应用需要确定，通过各组份比例的调整，可以得到不同电阻温度系数和室温体积电阻率的复合材料。
本发明所述的负电阻温度系数复合材料在较低温度时，由于导电填料的含量相对较低，整体呈现绝缘性，体积电阻率较高。当温度升高后，由于基体聚合物是热塑性，且熔融温度较低，其分子链段运动加剧程度大，聚合物中的导电载流子浓度急剧增加，聚合物本身的体积电阻率急剧下降，导电填料粒子间的电子流动加速，结果就使复合材料呈现NTC效应。
本发明所述的负电阻温度系数复合材料的制备方法为：将所有组份混合挤出造粒即可。
本发明所述的负电阻温度系数复合材料除用作浪涌保护器、点温度探测器等一般用途外，还可以应用在大面积温度场的连续监测和要求柔软的场合，如一种用于大面积连续温度监测设备的感温电缆或电热毯及类似产品的加热电缆。
本发明的有益效果：本发明所述的负电阻温度系数复合材料为热塑性的，加工和使用都十分容易。其NTC特性明显，且柔软，具有足够的强度，可以挤包在其它材料上，应用于大面积温度场的连续监测和要求柔软的场合。本发明所述的负电阻温度系数复合材料在室温到100℃间的电阻温度系数几乎为常数，即电阻温度特性几乎为线性。
附图说明
图1是一种用于大面积连续温度监测设备的感温电缆结构图。
图2是一种电热毯及类似产品的加热电缆结构图。
具体实施方式
实施例1
把质量百分比为80％的聚乙烯通过双螺杆挤出机挤出，在挤出过程中加入高导电炭黑7％、碳酸钙10％、抗氧剂1010和EVA共3％，在模头处切粒即可得到NTC材料。其体积电阻率20℃时为109Ω·m，100℃时为106Ω·m，则B值为9445K，20℃时电阻温度系数α为—0.110℃-1。
实施例2
把质量百分比为75％的聚氯乙烯及其增塑剂DOP、10％的氧化锌、10％的滑石粉、钙锌稳定剂和硬脂酸共5％的配方组份用高速混合机混合均匀后，用单螺杆挤出机挤出造粒即可得到NTC材料。其体积电阻率20℃时为3.5×1012Ω·m，100℃时为1.2×109Ω·m，则B值为10909K，20℃时电阻温度系数α为—0.127℃-1。
实施例3
把质量百分比为60％的聚乙烯通过双螺杆挤出机挤出，在挤出过程中加入高导电炭黑20％、滑石粉19％、抗氧剂300和EVA共1％，在模头处切粒即可得到NTC材料。其体积电阻率20℃时为107Ω·m，则B值为9122K。
实施例4
把质量百分比为80％的聚氯乙烯和增塑剂DOP通过双螺杆挤出机挤出，在挤出过程中加入铜7％、碳酸钙10％、铅盐稳定剂和硬脂酸锌共3％，在模头处切粒即可得到NTC材料。其体积电阻率20℃时为4×1012Ω·m，则B值为9877K。
实施例5
把质量百分比为聚氯乙烯及其增塑剂DOP75％、氧化铜11％、高岭土15％、铅盐稳定剂和硬脂酸共4％的配方组份用高速混合机混合均匀后，用单螺杆挤出机挤出造粒即可得到NTC材料。其体积电阻率20℃时为3.7×1012Ω·m，则B值为9761K。
将以上实施例1～5所使用的原料及结果参数列入表一。
表一 制备负电阻温度系数复合材料实施例1～5所使用的原料及结果参数
 
实施例   基体 导电填料 非导电填料       助剂 20℃体积电阻率       B值
1 聚乙烯，80 导电炭黑，7 碳酸钙，10 抗氧剂1010和EVA，3 1×10<sup>9</sup> 9445
2 聚氯乙烯和增塑剂DOP，75         氧化锌，10 滑石粉，10 钙锌稳定剂和硬脂酸，5 3.5×10<sup>12</sup> 10909
3 聚乙烯，60 导电炭黑，20         滑石粉，19 抗氧剂300和EVA，1  1×10<sup>7</sup> 9122
4 聚氯乙烯和增塑剂DOP，80         铜，7 碳酸钙，10 铅盐稳定剂和硬脂酸锌，3      4×10<sup>12</sup> 9877
5 聚氯乙烯和增塑剂DOP，70         氧化铜，11 高岭土，15 铅盐稳定剂和硬脂酸，4 3.7×10<sup>12</sup> 9761
以上各组份均为质量百分比，体积电阻率的单位为Ω·m，B值单位为K。
实施例6
中国实用新型专利99225368.3(《模拟式可恢复感温电缆》)涉及一种用于大面积连续温度监测设备的感温电缆，其结构如图1，其中两根导体1外面包覆层2就可采用本发明NTC材料，当环境温度升高(降低)时包覆层2由于NTC特性，其电阻下降(增大)，导体间的电流增大(减小)，连接在感温电缆终端的设备就会检测到变化并作出反应。
实施例7
中国发明专利98812968.x(《电热毯及类似产品的技术改进》)涉及一种电热毯及类似产品的加热电缆，其结构如图2，其中心导体3是加热导体，外面的同轴导体4不但是加热导体也是检测导体，它们之间的熔断层5就可采用本NTC材料，正常情况下加热电缆上的电流只有交流电的正半周，当加热电缆的温度升高，熔断层5电阻降低，电流的负半周就会进入回路，控制器就会检测到并作出反应。

Claims (5)

1、一种负电阻温度系数复合材料，其组份的质量百分比分别为：60％～80％的基体聚合物、5％～20％的导电填料、10％～20％的非导电填料、1％～5％的助剂，其中基体聚合物为熔融温度在100℃～150℃范围的热塑性高分子材料聚氯乙烯，所述的导电填料为金属及其氧化物粉末，所述的非导电填料是碳酸钙、滑石粉、玻璃微珠或高岭土。
2、如权利要求1所述的负电阻温度系数复合材料的制备方法，该方法是：将所有组份混合挤出造粒。
3、如权利要求1所述的负电阻温度系数复合材料在柔软场合的加热电缆中的应用。
4、如权利要求3所述的负电阻温度系数复合材料在电热毯中的应用。
5、如权利要求1所述的负电阻温度系数复合材料在大面积连续温度监测设备的感温电缆中的应用。
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