CN106009204A - 一种ptc热敏电阻基材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种PTC热敏电阻基材及其制备方法，所述PTC热敏电阻基材由以下重量份的原料组成：HDPE 60‑70份、PET 15‑20份、EEA 3‑5份、镀银铜粉25‑30份、碳纤维4‑8份、石墨烯0.8‑1份、坡缕石粉末5‑6份、玄武岩纤维3‑5份、硅灰石3‑4份、云母粉2‑3份、过氧化二异丙苯2‑3份、纳米填料5‑8份、偶联剂3‑5份、抗氧化剂2‑3份、有机硅阻燃剂2‑4份，其制备方法步骤主要包括称量、预混、混炼，本发明中的PTC热敏电阻具有较低的室温电阻率，较高的耐热性，同时具有高稳定性及高强度，综合性能优异。

Description

一种PTC热敏电阻基材及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种PTC热敏电阻基材及其制备方法。

背景技术

PTC(positive temperature coefficient)为正温度系数热敏材料，它具有电阻率随温度升高而增大的特性。PTC元件可由陶瓷或有机聚合物构成，有机聚合物掺杂有导电性粒子如石墨或炭黑。导电性粒子由于它们彼此接触而允许在低温下的电流流动，但通过加热，聚合物基体膨胀，因而粒子接触变松，并最后阻碍电流流动或甚至不再可能流动。现如今，PTC热敏电阻已广泛应用于加热器中。

目前很多PTC热敏电阻都使用了高分子材料HDPE，但其熔点只有130℃左右，从而限制了PTC材料的应用范围。同时，目前的有机PTC材料主要以石墨和炭黑为导电填料，其主要存在室温电阻分布较宽，PTC强度小、稳定性较低等问题。

中国专利CN 104861273 A公开了一种“用于热敏电阻的复合材料及其制备方法和应用”，其采用HDPE为主要基体，使用特定配比的二硼化钛、碳纤维和多壁碳纳米管的混合物作为导电填料，使该材料在室温电导率、PTC强度和稳定性方面有良好的综合性能，但是由于HDPE本身熔点的影响，从而限制了其应用范围。故对HDPE进行改性，使其耐热性提升，具有较大的实际意义。

发明内容

本发明提供了一种PTC热敏电阻基材及其制备方法，本发明中的PTC热敏电阻具有较低的室温电阻率、较高的耐热性，同时具有高稳定性及高强度，综合性能优异。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种PTC热敏电阻基材，由以下重量份的原料组成：HDPE 60-70份、PET 15-20份、EEA 3-5份、镀银铜粉25-30份、碳纤维4-8份、石墨烯0.8-1份、坡缕石粉末5-6份、玄武岩纤维3-5份、硅灰石3-4份、云母粉2-3份、过氧化二异丙苯2-3份、纳米填料5-8份、偶联剂3-5份、抗氧化剂2-3份、有机硅阻燃剂2-4份。

优选地，所述PTC热敏电阻基材由以下重量份的原料组成：HDPE 65份、PET 18份、EEA 4份、镀银铜粉28份、碳纤维6份、石墨烯1份、坡缕石粉6份、玄武岩纤维4份、硅灰石3份、云母粉2份、过氧化二异丙苯3份、纳米填料7份、偶联剂4份、抗氧化剂2.5份、有机硅阻燃剂3份。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

优选地，所述抗氧化剂为胺类抗氧化剂或酚类抗氧化剂。

优选地，所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛的混合物。

PTC热敏电阻基材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称量：按比例称取各原料；

(2)预混：将镀银铜粉、碳纤维、石墨烯、坡缕石粉末、玄武岩纤维、硅灰石、云母粉、过氧化二异丙苯、纳米填料、偶联剂、抗氧化剂、有机硅阻燃剂加入到乙醇中进行超声波搅拌，然后进行喷雾干燥，得预混粉末；

(3)混炼：将HPDE、PET、EEA加入到双辊开炼机中，混炼10-15min后，得混合料，再将步骤(2)中的预混粉末加入到双辊开炼机的辊筒中，使其与混合料充分混合，以达到充分熔融混炼的目的，混炼时间为20-25min，最后经拉片出料、冷却、切割，得所述PTC热敏电阻基材。

本发明的有益效果是：

本发明采用耐热性较高的PET与HDPE进行共混，采用EEA对体系进行增容，有效的增强了PTC热敏电阻基材的耐热性，添加坡缕石粉及玄武岩纤维，可有效的改善耐热性能及力学强度，同时可提高其耐酸碱及降低其吸湿性。本发明中加入碳纤维，其不仅作为一种导电填料存在，同时可改善拉伸性能及冲击性能。导电填料采用大量的镀银铜粉及少量的石墨烯，镀银铜粉导电性好，化学稳定性高，不易氧化，价格低，少量的石墨烯就可使塑料具备良好的导电性，同时显著提高其耐热性能及增强拉伸性及韧性。采用的硅灰石可提高热变形温度、抗阻燃性能、力学性能及降低吸水性，云母粉的加入则可提高塑料耐高温性、耐酸碱性及耐腐蚀性。在制备中先将一部分原料进行预混，采用超声波搅拌后喷雾干燥，增加了各原料组份的分散性及兼容性，有利于提高本发明的PTC强度和稳定性。本发明中的PTC热敏电阻具有较低的室温电阻率，较高的耐热性，同时具有高稳定性及高强度，综合性能优异。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，实施例不能理解为是对技术解决方案的限制。

实施例1：

一种PTC热敏电阻基材，由以下重量份的原料组成：HDPE 65份、PET 18份、EEA 4份、镀银铜粉28份、碳纤维6份、石墨烯1份、坡缕石粉6份、玄武岩纤维4份、硅灰石3份、云母粉2份、过氧化二异丙苯3份、纳米填料7份、硅烷偶联剂4份、胺类抗氧化剂2.5份、有机硅阻燃剂3份。所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛的混合物。

PTC热敏电阻基材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称量：按比例称取各原料；

(2)预混：将镀银铜粉、碳纤维、石墨烯、坡缕石粉末、玄武岩纤维、硅灰石、云母粉、过氧化二异丙苯、纳米填料、硅烷偶联剂、胺类抗氧化剂、有机硅阻燃剂加入到乙醇中进行超声波搅拌，然后进行喷雾干燥，得预混粉末；

(3)混炼：将HPDE、PET、EEA加入到双辊开炼机中，混炼15min后，得混合料，再将步骤(2)中的预混粉末加入到双辊开炼机的辊筒中，使其与混合料充分混合，以达到充分熔融混炼的目的，混炼时间为20min，最后经拉片出料、冷却、切割，得所述PTC热敏电阻基材。

实施例2：

一种PTC热敏电阻基材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：HDPE 70份、PET 15份、EEA 5份、镀银铜粉25份、碳纤维8份、石墨烯0.8份、坡缕石粉末6份、玄武岩纤维3份、硅灰石4份、云母粉2份、过氧化二异丙苯3份、纳米填料5份、钛酸酯偶联剂5份、酚类抗氧化剂2份、有机硅阻燃剂4份。所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛的混合物。

PTC热敏电阻基材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称量：按比例称取各原料；

(2)预混：将镀银铜粉、碳纤维、石墨烯、坡缕石粉末、玄武岩纤维、硅灰石、云母粉、过氧化二异丙苯、纳米填料、钛酸酯偶联剂、酚类抗氧化剂、有机硅阻燃剂加入到乙醇中进行超声波搅拌，然后进行喷雾干燥，得预混粉末；

(3)混炼：将HPDE、PET、EEA加入到双辊开炼机中，混炼10min后，得混合料，再将步骤(2)中的预混粉末加入到双辊开炼机的辊筒中，使其与混合料充分混合，以达到充分熔融混炼的目的，混炼时间为25min，最后经拉片出料、冷却、切割，得所述PTC热敏电阻基材。

实施例3：

一种PTC热敏电阻基材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：HDPE 60份、PET 20份、EEA 3份、镀银铜粉30份、碳纤维4份、石墨烯1份、坡缕石粉末5份、玄武岩纤维5份、硅灰石3份、云母粉3份、过氧化二异丙苯2份、纳米填料8份、硅烷偶联剂3份、酚类抗氧化剂3份、有机硅阻燃剂2份。所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛的混合物。

PTC热敏电阻基材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称量：按比例称取各原料；

(2)预混：将镀银铜粉、碳纤维、石墨烯、坡缕石粉末、玄武岩纤维、硅灰石、云母粉、过氧化二异丙苯、纳米填料、硅烷偶联剂、酚类抗氧化剂、有机硅阻燃剂加入到乙醇中进行超声波搅拌，然后进行喷雾干燥，得预混粉末；

(3)混炼：将HPDE、PET、EEA加入到双辊开炼机中，混炼12min后，得混合料，再将步骤(2)中的预混粉末加入到双辊开炼机的辊筒中，使其与混合料充分混合，以达到充分熔融混炼的目的，混炼时间为22min，最后经拉片出料、冷却、切割，得所述PTC热敏电阻基材。

实施例4：

一种PTC热敏电阻基材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：HDPE 70份、PET 20份、EEA 3份、镀银铜粉25份、碳纤维8份、石墨烯0.9份、坡缕石粉末5份、玄武岩纤维4份、硅灰石3.5份、云母粉3份、过氧化二异丙苯2份、纳米填料6份、钛酸酯偶联剂4份、胺类抗氧化剂2份、有机硅阻燃剂2份。所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛的混合物。

PTC热敏电阻基材的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称量：按比例称取各原料；

(2)预混：将镀银铜粉、碳纤维、石墨烯、坡缕石粉末、玄武岩纤维、硅灰石、云母粉、过氧化二异丙苯、纳米填料、钛酸酯偶联剂、胺类抗氧化剂、有机硅阻燃剂加入到乙醇中进行超声波搅拌，然后进行喷雾干燥，得预混粉末；

(3)混炼：将HPDE、PET、EEA加入到双辊开炼机中，混炼13min后，得混合料，再将步骤(2)中的预混粉末加入到双辊开炼机的辊筒中，使其与混合料充分混合，以达到充分熔融混炼的目的，混炼时间为24min，最后经拉片出料、冷却、切割，得所述PTC热敏电阻基材。

实施例5：

一种PTC热敏电阻基材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：HDPE 60份、PET 15份、EEA 5份、镀银铜粉230份、碳纤维4份、石墨烯0.8份、坡缕石粉末6份、玄武岩纤维5份、硅灰石3份、云母粉2份、过氧化二异丙苯3份、纳米填料8份、硅烷偶联剂3份、胺类抗氧化剂2份、有机硅阻燃剂4份。所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛的混合物。

PTC热敏电阻基材的制备方法同实施例1。

实施例6：

一种PTC热敏电阻基材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：HDPE 68、PET 16份、EEA 5份、镀银铜粉30份、碳纤维8份、石墨烯0.8份、坡缕石粉末6份、玄武岩纤维5份、硅灰石3份、云母粉2份、过氧化二异丙苯3份、纳米填料7份、钛酸酯偶联剂4份、酚类抗氧化剂3份、有机硅阻燃剂4份。所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛的混合物。

PTC热敏电阻基材的制备方法同实施例2。

性能检测：

将本发明中实施例1-6所制得的PTC热敏电阻基材压制成片材，制备成长100mm、宽10mm、厚2mm的条形样品，再在片材表面压制导线，即得到PTC发热片，再将PTC发热片进行性能测试。

测试结果为：室温(25℃)下的平均电阻率为0.008Ω·m，PTC强度达到8.4以上，将其在-20℃和150℃之间热循环200次后其室温电阻率仍在0.01Ω·m以下，并且在热循环中电阻的变化情况稳定，具有长期通流大于100A的通流能力。由此可见，本发明所制得的热敏电阻具有较低的室温电阻率，较高的耐热性，同时具有高稳定性及高强度。

Claims (6)

1.一种PTC热敏电阻基材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：HDPE 60-70份、PET 15-20份、EEA 3-5份、镀银铜粉25-30份、碳纤维4-8份、石墨烯0.8-1份、坡缕石粉5-6份、玄武岩纤维3-5份、硅灰石3-4份、云母粉2-3份、过氧化二异丙苯2-3份、纳米填料5-8份、偶联剂3-5份、抗氧化剂2-3份、有机硅阻燃剂2-4份。

2.根据权利要求1所述的PTC热敏电阻基材，其特征在于，由以下重量份的原料组成：HDPE 65份、PET 18份、EEA 4份、镀银铜粉28份、碳纤维6份、石墨烯1份、坡缕石粉6份、玄武岩纤维4份、硅灰石3份、云母粉2份、过氧化二异丙苯3份、纳米填料7份、偶联剂4份、抗氧化剂2.5份、有机硅阻燃剂3份。

3.根据权利要求2所述的PTC热敏电阻基材，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

4.根据权利要求2所述的PTC热敏电阻基材，其特征在于，所述抗氧化剂为胺类抗氧化剂或酚类抗氧化剂。

5.根据权利要求2所述的PTC热敏电阻基材，其特征在于，所述纳米填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化钛的混合物。

6.根据权利要求1-5任一项所述的PTC热敏电阻基材的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)称量：按比例称取各原料；

(2)预混：将镀银铜粉、碳纤维、石墨烯、坡缕石粉、玄武岩纤维、硅灰石、云母粉、过氧化二异丙苯、纳米填料、偶联剂、抗氧化剂、有机硅阻燃剂加入到乙醇中进行超声波搅拌，然后进行喷雾干燥，得预混粉末；

(3)混炼：将HPDE、PET、EEA加入到双辊开炼机中，混炼10-15min后，得混合料，再将步骤(2)中的预混粉末加入到双辊开炼机的辊筒中，使其与混合料充分混合，以达到充分熔融混炼的目的，混炼时间为20-25min，最后经拉片出料、冷却、切割，得所述PTC热敏电阻基材。