CN101938859B - 发热器用电致热有机电极浆料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发热器用电致热有机电极浆料。该浆料主要配方配比按重量百分比为：环氧改性高分子聚合物5％-30，阻燃耐温高分子聚合物2％-6％，潜伏性固化剂3％-6％，潜伏性固化促进剂1％-2％，硅系改性高分子聚合物5％-10％，超细金属粉体导电填料50％-70％，抗氧助剂1％-3％，贱金属合金粉导电填料0％-5％，除上述主要配方外，还含有少量功能辅助相。本发明解决了普通浆料难以实现薄型化、轻型化或特型化的问题，本发明具有低温固化、高温使用的特性，并可直接印刷或喷涂，满足了电热器趋向小型化、薄型化、轻型化及(形状、用途)特形化的技术发展要求。

Description

发热器用电致热有机电极浆料

技术领域

本发明涉及一种有机电致热导体材料，具体涉及一种发热器用电致热有机电极浆料。

背景技术

普通发热器的发热方式迄今仍采用传统的镍/鉻合金电阻丝或膜作为发热材料。随着国内外对发热器性能、结构、安全、环保等要求的提高，对板式发热器需求的不断增加，特别是高新技术领域，对发热器薄型化、特型化性能提出了更高的要求。传统的以镍/鉻合金电阻丝或膜作为发热模式及发热材料已经无法满足技术发展的要求。

目前已商品化的电阻丝发热器，一般是电极导线铆接或焊接在基板上，该电极导线主要存在如下缺点：

(1)受电极结构、连接形状的限制，发热器难以实现小型化、薄型化和特型化。

(2)电极导线特别是高温电极制作工艺复杂，生产周期长，生产成本高。

(3)发热板制作工艺复杂，使得电路设计的自由度小，自动化程度低。

(4)焊点受热易脱落，表面易于氧化，使用寿命短。

(5)铆接处易打火，易松弛开裂，导致使用不安全。

(6)发热器的线路设计只能是串联式结构，线路设计的局限性大，故障率高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发热器用电致热有机电极浆料，其解决了现有技术难以实现薄型化、轻型化和特型化的技术问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种发热器用电致热有机电极浆料，它的配方按重量百分比计含有：

本发明上述较适宜的主要配方的重量百分比(WT/％)之方案一如下：

本发明上述较佳的主要配方的重量百分比(WT/％)之方案一如下：

本发明上述较佳的主要配方的重量百分比(WT/％)之另一方案如下：

以上所述环氧改性高分子聚合物是邻甲酚甲醛环氧树脂或多官能缩水甘油醚型环氧树脂；阻燃耐温高分子聚合物是硼酚醛树脂或氮系有机阻燃剂；潜伏性固化剂是胺类有机化合物与纳米级无机粉体材料的混合物；潜伏性固化促进剂是聚脲有机化合物、叔胺或叔胺盐；硅系改性高分子聚合物是三维交联的多官能度高分子量甲基有机硅树脂、甲基/苯基有机硅树脂或改性有机硅树脂；所述超细金属粉体导电填料是超细金属粉体材料银、镍；所述贱金属合金粉导电填料是镍/鉻合金、镍粉、不锈钢粉或二氧化锡粉任一或不锈钢粉和二氧化锡粉混合物。

以上所述抗氧助剂主要是紫外线吸收剂；液体增稠剂是马来树脂及改性脲甲基吡咯烷酮溶液BYK-410；液体消泡剂是不含有机硅的破泡聚合物溶液BYK-055或环氧硅油；液体流平剂是丙烯酸酯溶液或有机硅树脂类；液体防沉剂是液体的BYK-410；固体触变剂是有机膨润土、气相二氧化硅或触变性醇酸树脂；硬脂酸盐热稳定剂是硬脂酸钡、硬脂酸锌或硬脂酸钙；浸润分散剂是脂肪酸二乙醇胺、卵磷脂、低分子量的碱性聚酰胺(BYK-130)、高分子不饱和聚羧酸、高分子聚羧酸的盐或BYK-163分散剂；高沸点溶剂是沸点150℃以上的醇、酮、脂或醚类溶剂。

以上所述多官能缩水甘油醚型环氧树脂是二苯甲酮型环氧、四苯乙烯四缩水甘油醚、萘环酚醛型环氧、三酚基甲烷三缩水甘油醚改性环氧树脂或四酚基乙烷四缩水甘油醚型环氧树脂；氮系有机阻燃剂是己二胺或碳酸胍吉膦酸胍；所述胺类有机化合物与纳米级无机粉体材料的混合物是二氰二胺及其改性的双胍化合物苯基双胍、三氟化硼-胺络合物、三氟化硼-苄胺络合物、三氟化硼-单乙胺、三氟化硼-苄胺络合物、2.4甲基苯胺、有机酸酰肼或硼胺594；所述聚脲有机化合物是有机脲或苯基脲；所述改性有机硅树脂是环氧改性的有机硅树脂、醇酸树脂改性的有机硅树脂或聚氨酯改性的有机硅树脂。

液体流平剂用丙烯酸酯溶液是PLA-1、BLP-402、GA-1、BYK-VP-3609或BYK-354；液体流平剂用有机硅树脂是聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷或有机基改性聚甲基硅氧烷；高沸点溶剂用醇、酮、脂或醚类溶剂是松油醇、石油醚、丁基卡必醇、二乙二醇二乙脂任一或任意两种以任意比例混合的混合液。

本发明具有如下优点：

(1)本发明将电极直接印刷在基板上，可满足电热器趋向小型化、薄型化、轻型化及(形状、用途)特形化的技术发展要求。

(2)本发明以有机材料作为粘结材料，使产品具有低温固化、高温使用的特性，具体可在250～300℃条件下完全固化成型，亦可在远红外履带隧道炉中525℃下烧结成型。

(3)本发明可印刷、可喷涂，电路设计自由度大和可控的功率变化系数宽泛，印刷性及浸润性良好，与基材的附着力强。

(4)本发明的材料复配使体系具有具有较好的分散性及共溶性，不仅实现了阻燃、耐热、抗老化、环保等复合功能，而且提高了体系的稳定性。

(5)发热材料变化率与基材热膨胀系数匹配一致，不会出现电路松弛、短路或断路，使用安全，使用寿命长。

(6)本发明的材料复配使得产品及其生产成本均较低，易于实现规模化批量生产。

(7)本发明将电极直接印刷在基板上，可满足电热器趋向小型化、薄型化、轻型化及(形状、用途)特形化的技术发展要求。

具体实施方式

本发明提供了一种尤适于板式发热器用的电致热耐高温有机电极浆料，其主要由有机粘结相、功能相、功能助剂辅助相以及其它功能相几部分组成。配方机理说明如下：

有机粘结相是体系配方的主体，主要为环氧改性高分子聚合物、硼元素的阻燃耐温高分子聚合物及硅系改性高聚物有机体的共混物。主要为浆料体系提供与承印基材优异的附着力，以及与承印基材优异的几何变形一致性；为固化膜提供稳定的几何结构和表面硬度，使固化膜具有优良的耐温性能、及良好的阻燃、抗热氧老化性能；为印刷工艺提供合适的粘度、流平性能、触变性能和丝网印适性；为导电功能相实现功能性提供必要的保证条件；为粉体材料在浆料体系中的良好分散提供媒介作用。

功能相是体系配方的重要组成部分，主要为超细贱金属合金粉体材料及硅系改性材料的复合物。主要为浆料体系提供必要的导电功能、稳定的电性能、良好的抗老化、抗银迁移功能以及良好的尺寸稳定性能。

功能助剂辅助相是体系配方的辅助部分，主要为浆料体系提供与承印基材之间牢固连接的桥梁作用，为浆料体系提供稳定的储存性能、良好的印刷性能以及良好的加工工艺性能，调整浆料体系的物性指标。

其它功能相是体系配方的辅助部分，主要为浆料体系提供适度的使用粘度及其需要的物性，赋予浆料良好的润湿性能。

一种发热器用电致热有机电极浆料，它的配方按重量百分比计含有：

本发明上述较适宜的主要配方的重量百分比(WT/％)之方案一如下：

本发明上述较佳的主要配方的重量百分比(WT/％)之方案一如下：

本发明上述较佳的主要配方的重量百分比(WT/％)之另一方案如下：

本发明具体实施例一至十，以重量百分比(WT/％)计具体如下：

本发明主要配方材料特性及配伍的详细说明：

环氧改性高分子聚合物是有机粘结相的主体材料，由于其含有杂环且有较多的活性集团，所以固化物交联密度及玻璃化温度高，具有稳定的几何形状、优异的粘结性能及良好的耐热性能，能为浆料体系提供良好的粘结性能，保证浆料体系对承印基材有优异的附着力。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的耐热性能，过少时影响体系的附着力。这类物质主要是邻甲酚甲醛环氧树脂；其次是多官能缩水甘油醚型环氧树脂，如：二苯甲酮型环氧，四苯乙烯四缩水甘油醚，萘环酚醛型环氧。及三酚基甲烷三缩水甘油醚改性环氧树脂，四酚基乙烷四缩水甘油醚型环氧树脂。

阻燃耐温高分子聚合物主要为浆料体系提供良好的阻燃性能。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的附着力，过少时影响体系的阻然性能。这类物质毒性低，热稳定性好，少烟雾，易分散，主要是硼酚醛树脂THC-400，THC-800和FB阻燃剂，其次是氮系有机阻燃剂，如：己二胺，碳酸胍吉膦酸胍。

潜伏性固化剂主要用于在一定的温度，压力条件下打开引发反映的锁链，释放出活性粒子或基团与浆料有机体上的活性基团发生反应，为浆料体系提供所需要的交联密度及固化度，从而使浆料物性稳定，储存期长，其固化膜具有网状结构的稳定的几何形状并实现其功能性。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的储存稳定性，过少时影响体系的固化度。这类物质主要是胺类有机化合物与纳米级无机粉体材料的混合物，如：二氰二胺及其改性的双胍化合物苯基双胍；其次是三氟化硼-胺络合物，三氟化硼-苄胺络合物，三氟化硼-单乙胺，三氟化硼-苄胺络合物，2.4甲基苯胺，有机酸酰肼及硼胺594。

潜伏性固化促进剂是潜伏性固化剂的辅助促进剂，主要用于提高固化速率，降低固化温度。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的储存稳定性，过少时影响体系的固化速率这类物质主要是聚脲有机化合物。如有机脲，苯基脲，其次是叔胺及其盐，如：2.4.6-三(二甲基氨基甲盐)苯酚，苄基二甲胺壬基酚等。

硅系改性高分子聚合物主要为浆料体系提供良好的耐热性能。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的附着力，过少时影响体系的耐热性能。这类物质主要是三维交联的多官能度高分子量甲基有机硅树脂和甲基/苯基有机硅树脂；其次是改性有机硅树脂如：环氧改性的有机硅树脂，醇酸树脂改性的有机硅树脂和聚氨酯改性的有机硅树脂等。

超细金属粉体导电填料是功能相的主要成分，由导电性能优良的超细的贵/贱金属粉体材料组成，主要为浆料体系提供导电功能性。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的附着力，过少时影响体系的电性能。这类物质主要是超细金属粉体材料银、镍等。

超细贱金属合金粉导电填料是功能相的另一主要成分，为浆料体系提供导电功能性。其含量在配方体系中所占比例过多或过少时都会影响体系的电性能。这类物质主要是镍/鉻合金，也可以是镍粉，不锈钢粉和二氧化锡粉及其混合物。

抗氧助剂主要是防止有机体氧化，提高浆料体系的抗老化性能，其含量在配方体系中所占的比例过多时影响体系的电性能，过少时作用不明显。这类物质主要是紫外线吸收剂UV-531和UV-9。

液体增稠剂主要是防止浆料分层，以提高浆料体系的储存稳定性；其含量在配方体系中所占的比例过多时影响体系的电性能，过少时作用不明显。这类物质主要是马来树脂及改性脲甲基吡咯烷酮溶液BYK-410。

功能助剂辅助相中的液体消泡剂主要是消除浆料体系中的气泡，改善浆料的物性指标。其含量在配方体系中所占的比例过多时影响体系的附着力及电性能，过少时作用不明显。这类物质主要是不含有机硅的破泡聚合物溶液BYK-055和环氧硅油。

功能助剂辅助相中的液体流平剂主要是改善浆料体系的印刷性能。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的附着力及电性能，过少时作用不明显。这类物质主要是丙烯酸酯溶液，如：PLA-1，BLP-402，GA-1，BYK-VP-3609，BYK-354等也可是有机硅树脂类如：聚二甲基硅氧烷，聚甲基苯基硅氧烷，有机基改性聚甲基硅氧烷等。

功能助剂辅助相中的液体防沉剂主要是防止浆料储存过程中的沉淀和分层，改善浆料体系的储存稳定性。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的附着力及电性能，过少时作用不明显。这类物质主要是液BYK-410。

功能助剂辅助相中的固体触变剂主要是改善浆料体系的印刷性能，保证印刷图形的饱满性。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的附着力及电性能，过少时作用不明显。这类物质主要是有机膨润土，其次是气相二氧化硅和触变性醇酸树脂等。功能助剂辅助相中的硬脂酸盐热稳定剂主要是改善浆料体系在加工和使用过程中的热稳定性能。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的附着力及电性能，过少时作用不明显。这类物质主要是硬脂酸钡，其次是硬脂酸锌和硬脂酸钙。

功能助剂辅助相中的浸润分散剂主要是改善浆料体系的加工性能及粉体材料在有机体中的分散均匀性能。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的附着力及电性能稳定性，过少时作用不明显。这类物质主要是脂防酸二乙醇胺PD-85其次是卵磷脂，低分子量的碱性聚酰胺BYK-130，高分子不饱和聚羧酸，高分子聚羧酸的盐及BYK-163分散剂等。

其它相中的高沸点溶剂主要是调节浆料的粘度指标及改善浆料体系对印刷基材的侵润性。其含量在配方体系中所占比例过多时影响体系的稳定性能，过少时作用不明显。这类物质主要是沸点150℃以上的醇，酮，脂及醚类溶剂如：松油醇，石油醚，丁基卡必醇，二乙二醇二乙脂及其混合液等。

本发明的最主要优点是将有机浆料用于发热器的电极，具有耐高温、抗氧化、不迁移、安全可靠、使用方便、适用范围广，综合成本低等，是印刷型的板式发热器的必备材料，使电热器实行小型化、薄型化、轻型化及特形化成为现实。

本发明实施的工艺流程如下：

(i)将杂环环氧双重改性高分子聚合物、含硼元素的阻燃耐温高分子聚合物、潜伏性固化剂、潜伏性固化促进剂、硅系改性高分子聚合物以及硬脂酸盐热稳定剂等有机液体材料，加入多功能反应釜，复配混合为树脂乳液。

(ii)将树脂乳液置于密闭混合机中，加入液体消泡剂、液体流平剂、液体防沉剂、固体触变剂、浸润分散剂以及高沸点溶剂和温度系数调整助剂，混合均匀。

(iii)再加入贵金属导电填料、超细贱金属合金粉导电填料、硅系改性材料；用粉碎分散机组进行预混合后，静置2小时。

(iv)最后，用篮式砂磨机和三辊研磨机辊轧至需要的细度和粘度。

按照实施例中配方3的组分比例，以千克为单位分别取各物质，采用本发明前述工艺流程，生产出的产品利用细度规、粘度仪、功率测试仪、红外测温仪、多功能数字万用表、高低温烘箱、远红外履带隧道炉、贴片式多点测温仪等设备及仪器，参照功率、电阻、附着力、热稳定性、寿命、耐温性能、载流量等试验方法，分别对产品的粘度、细度、方阻、附着力、热态阻值稳定性、基本使用寿命、固化膜耐温性能、载流量、通断电耐压冲击等性能进行测试，结果如下：

Claims (8)

1.一种发热器用电致热有机电极浆料，它的配方按重量百分比计含有：

2.根据权利要求1所述的发热器用电致热有机电极浆料，其特征在于：所述的配方按重量百分比计含有：

3.根据权利要求1所述的发热器用电致热有机电极浆料，其特征在于：所述的配方按重量百分比计含有：

4.根据权利要求1所述的发热器用电致热有机电极浆料，其特征在于：所述的配方按重量百分比计含有：

5.根据权利要求1至4任一所述的发热器用电致热有机电极浆料，其特征在于：所述环氧改性高分子聚合物是邻甲酚甲醛环氧树脂或多官能缩水甘油醚型环氧树脂；所述阻燃耐温高分子聚合物是硼酚醛树脂或氮系有机阻燃剂；所述潜伏性固化剂是胺类有机化合物与纳米级无机粉体材料的混合物；所述潜伏性固化促进剂是聚脲有机化合物、叔胺或叔胺盐；所述硅系改性高分子聚合物是三维交联的多官能度高分子量甲基有机硅树脂、甲基/苯基有机硅树脂或改性有机硅树脂；所述超细金属粉体导电填料是超细金属粉体材料银、镍；所述贱金属合金粉导电填料是镍/鉻合金、镍粉、不锈钢粉或二氧化锡粉任一或不锈钢粉和二氧化锡粉混合物。

6.根据权利要求5所述的发热器用电致热有机电极浆料，其特征在于：所述抗氧助剂主要是紫外线吸收剂；所述液体增稠剂是马来树脂及改性脲甲基吡咯烷酮溶液BYK-410；所述液体消泡剂是不含有机硅的破泡聚合物溶液BYK-055或环氧硅油；所述液体流平剂是丙烯酸酯溶液或有机硅树脂类；所述液体防沉剂是液体的BYK-410；所述固体触变剂是有机膨润土、气相二氧化硅或触变性醇酸树脂；所述硬脂酸盐热稳定剂是硬脂酸钡、硬脂酸锌或硬脂酸钙；所述浸润分散剂是脂防酸二乙醇胺、卵磷脂、低分子量的碱性聚酰胺BYK-130、高分子不饱和聚羧酸、高分子聚羧酸的盐或BYK-163分散剂；所述高沸点溶剂是沸点150℃以上的醇、酮、脂或醚类溶剂。

7.根据权利要求6所述的发热器用电致热有机电极浆料，其特征在于：所述多官能缩水甘油醚型环氧树脂是二苯甲酮型环氧、四苯乙烯四缩水甘油醚、萘环酚醛型环氧、三酚基甲烷三缩水甘油醚改性环氧树脂或四酚基乙烷四缩水甘油醚型环氧树脂；所述氮系有机阻燃剂是己二胺或碳酸胍吉膦酸胍；所述胺类有机化合物与纳米级无机粉体材料的混合物是二氰二胺及其改性的双胍化合物苯基双胍、三氟化硼-胺络合物、三氟化硼-苄胺络合物、三氟化硼-单乙胺、三氟化硼-苄胺络合物、2.4甲基苯胺、有机酸酰肼或硼胺594；所述聚脲有机化合物是有机脲或苯基脲；所述改性有机硅树脂是环氧改性的有机硅树脂、醇酸树脂改性的有机硅树脂或聚氨酯改性的有机硅树脂。

8.根据权利要求6所述的发热器用电致热有机电极浆料，其特征在于：液体流平剂用丙烯酸酯溶液是PLA-1、BLP-402、GA-1、BYK-VP-3609或BYK-354；液体流平剂用有机硅树脂是聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷或有机基改性聚甲基硅氧烷；高沸点溶剂用醇、酮、脂或醚类溶剂是松油醇、石油醚、丁基卡必醇、二乙二醇二乙脂任一或任意两种以任意比例混合的混合液。