CN106280444A - 一种基于导电聚合物的ptc热敏电阻器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器及其应用，所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，由聚亚酰胺、聚乙炔、酚醛环氧树脂、导电填料、导热填料、二氧化硅、氧化钙、滑石粉组成，本发明的导电聚合物PTC热敏电阻器具有对温度敏感性高，响应时间短，残余电流低、稳定性高的特点，还具有优良的卷绕性和抗折性，能广泛应用于板式自控温加热器、自控温加热带、管式自控温加热器以及自控温加热电缆中等多种形状的自控温加热器中，且适用寿命长。

Description

一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器及其应用
技术领域
本发明涉及基于导电聚合物的PTC热敏电阻器及其应用技术领域，具体涉及一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器及其应用。
背景技术
热敏电阻器按其电阻-温度特性可分为正温度系数热敏电阻器(PTCR)及负温度系数热敏电阻器(NTCR)。目前得到广泛应用的PTC热敏电阻器主要是BaTiO3系材料和导电高分子复合材料(CPCs)。导电高分子复合材料是将导电填料加入到聚合物基体中制成的功能性复合材料。
自Frydman1945年发现此现象以来，高分子PTC已成为研究和开发的热点。高分子PTC材料的应用主要分为两类：热敏电阻材料和自限温发热材料。高分子PTC可被制成热敏电阻器，其对温度和电流敏感的温度开关效应，可用于电路的过流保护装置，当电路出现故障、电路温度过高造成电流过大时，热敏电阻器的电阻会迅速升高而切断电路，从而起到了过热保护的作用；作为一次性保险丝的代替品，广泛地应用于通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中。自限温发热材料是利用高分子PTC材料导电的热效应而制成的，当电流通过时将电能变成热能，当超过一定温度时，电阻急剧增大，使工作电流急剧减少甚至被切断，以保持自身温度与环境温度的平衡，从而起到了自动限定发热温度，防止系统出现过热现象；目前高分子PTC材料在石油钻探、原油运输、化学化工等领域发挥了其独特的作用。
目前出现的室温下低电阻值的高分子PTC材料中的导电材料一般为炭黑，为了达到较低的电阻值，导电阈值一般较高，需要加入较大量的炭黑，这会导致PTC材料强度的下降和材料密度的提高；另一方面，目前的高分子PTC材料均为刚性的，缺少柔性及可卷绕性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种透明的热敏电阻器，它以导电聚合物为主要成分，不仅具有良好的柔韧性和可卷绕性，还具有对温度敏感性高，响应时间短，残余电流低、稳定性高的特点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，由以下重量份的物质组成：聚亚酰胺90～120份、聚乙炔15～24份、酚醛环氧树脂20～40份、导电填料10～20份、导热填料10～20份、二氧化硅3～8份、氧化钙2～5份、滑石粉5～12份、抗老化剂0.3～0.8份、阻燃剂0.5～1.2份、防滴落剂0.1～0.3份。
优选的，所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，由以下重量份的物质组成：聚酰亚胺100份、聚乙炔20份、酚醛环氧树脂25份、导电填料18份、导热填料18份、二氧化硅6份、氧化钙3份、滑石粉8份、抗老化剂0.5份、阻燃剂0.5份、防滴落剂0.1份。
优选的，所述聚酰亚胺为侧链中含有酚羟基的聚酰亚胺。
优选的，所述导电填料为炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、金属粉末、金属纤维中的一种。
优选的，所述导热填料为碳化硅、碳化钨、氧化铝、氧化镁中的一种。
优选的，所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后加入聚乙炔和酚醛环氧树脂，加热至80～90℃，保温1～3h后，自然冷却至40～50℃，加入导热填料、导电填料、二氧化硅、氧化钙、滑石粉球磨0.5～2h，然后加入抗老化剂、阻燃剂、防滴落剂，搅拌10～20min后，干燥冷却，得到复合母粒；
(2)将挤出机预热至160～180℃，投入母粒，升温至200～220℃，保温3～5min，挤出成型，得到片材，将片材用热压机模压3～6min，然后在30～50℃下保温5～10min，以2℃/min的速率冷却至室温，再经辐射处理，得到基于导电聚合物的PTC热敏电阻器。
优选的，所述辐射源为Co60、Fe55、Co57、Se75、Cs137中的一种。
一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器的应用，所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器在自控温加热元件中的应用。
本发明的有益效果：本发明通过聚酰亚胺和酚醛环氧树脂的相互作用，赋予了高分子材料柔性和可卷绕性，克服了现有技术中高分子PTC材料所缺乏的柔韧性性和抗折性；适量的乙炔黑可以减小颗粒在聚合物中的分子间距，有利于电子月前，使材料的导电性迅速增加；采用二氧化硅、氧化钙、滑石粉作为填料，并在加工时研磨，增强了分子间的网络结构，具有加强耐热、耐硫、耐压和提高电阻变化稳定性的作用，同时还能降低导电阀值，通过球磨混料，是各成分的分散性、兼容性以及导电网络更加温度，提高了PTC的强度和稳定性，从而提升了PTC的使用寿命。本发明的导电聚合物PTC热敏电阻器具有对温度敏感性高，响应时间短，残余电流低、稳定性高的特点，还具有优良的卷绕性和抗折性，适用范围广，适用寿命长。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100份侧链中含有酚羟基的聚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后加入20份聚乙炔和25份酚醛环氧树脂，加热至80℃，保温3h后，自然冷却至40℃，加入18份碳化硅、18份墨烯、6份二氧化硅、3份氧化钙、8份滑石粉球磨1h，然后加入0.5份抗老化剂、0.5份阻燃剂、0.1份防滴落剂，搅拌10～20min后，干燥冷却，得到复合母粒；
(2)将挤出机预热至160℃，投入母粒，升温至2000℃，保温3～5min，挤出成型，得到片材，将片材用热压机模压3～6min，然后在50℃下保温5～10min，以2℃/min的速率冷却至室温，再经Co60辐射处理，得到基于导电聚合物的PTC热敏电阻器。
所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器用于板式自控温加热器、自控温加热带、管式自控温加热器以及自控温加热电缆中。
实施例2：
一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将90份侧链中含有酚羟基的聚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后加入15份聚乙炔和40份酚醛环氧树脂，加热至80℃，保温2h后，自然冷却至40℃，加入10份氧化镁、10份碳纳米管、3份二氧化硅、3份氧化钙、12份滑石粉球磨1.5h，然后加入0.5份抗老化剂、1.2份阻燃剂、0.1份防滴落剂，搅拌10～20min后，干燥冷却，得到复合母粒；
(2)将挤出机预热至160℃，投入母粒，升温至200℃，保温3～5min，挤出成型，得到片材，将片材用热压机模压3～6min，然后在40℃下保温5～10min，以2℃/min的速率冷却至室温，再经Cs137辐射处理，得到基于导电聚合物的PTC热敏电阻器。
所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器用于板式自控温加热器、自控温加热带、管式自控温加热器以及自控温加热电缆中。
实施例3：
一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将100份侧链中含有酚羟基的聚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后加入18份聚乙炔和30份酚醛环氧树脂，加热至90℃，保温2后，自然冷却至50℃，加入20份氧化铝、15份银粉、8份二氧化硅、5份氧化钙、8份滑石粉球磨2h，然后加入0.3份抗老化剂、0.5份阻燃剂、份0.1防滴落剂，搅拌10～20min后，干燥冷却，得到复合母粒；
(2)将挤出机预热至180℃，投入母粒，升温至220℃，保温3～5min，挤出成型，得到片材，将片材用热压机模压3～6min，然后在40℃下保温5～10min，以2℃/min的速率冷却至室温，再经Fe55辐射处理，得到基于导电聚合物的PTC热敏电阻器。
所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器用于板式自控温加热器、自控温加热带、管式自控温加热器以及自控温加热电缆中。
实施例4：
一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将120份侧链中含有酚羟基的聚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后加入24份聚乙炔和20份酚醛环氧树脂，加热至90℃，保温1h后，自然冷却至50℃，加入15份碳化钨、20份镍纤维、5份二氧化硅、2份氧化钙、5份滑石粉球磨0.5h，然后加入0.8份抗老化剂、0.5份阻燃剂、0.3份防滴落剂，搅拌10～20min后，干燥冷却，得到复合母粒；
(2)将挤出机预热至180℃，投入母粒，升温至220℃，保温3～5min，挤出成型，得到片材，将片材用热压机模压3～6min，然后在30℃下保温5～10min，以2℃/min的速率冷却至室温，再经Se75辐射处理，得到基于导电聚合物的PTC热敏电阻器。
所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器用于板式自控温加热器、自控温加热带、管式自控温加热器以及自控温加热电缆中。
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明的导电聚合物PTC热敏电阻器具有对温度敏感性高，响应时间短，残余电流低、稳定性高的特点，还具有优良的卷绕性和抗折性，适用范围广，适用寿命长。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，其特征在于，由以下重量份的物质组成：聚亚酰胺90～120份、聚乙炔15～24份、酚醛环氧树脂20～40份、导电填料10～20份、导热填料10～20份、二氧化硅3～8份、氧化钙2～5份、滑石粉5～12份、抗老化剂0.3～0.8份、阻燃剂0.5～1.2份、防滴落剂0.1～0.3份。
2.如权利要求1所述的基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，其特征在于，由以下重量份的物质组成：聚酰亚胺100份、聚乙炔20份、酚醛环氧树脂25份、导电填料18份、导热填料18份、二氧化硅6份、氧化钙3份、滑石粉8份、抗老化剂0.5份、阻燃剂0.5份、防滴落剂0.1份。
3.如权利要求2所述的基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，其特征在于，所述聚酰亚胺为侧链中含有酚羟基的聚酰亚胺。
4.如权利要求3所述的基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，其特征在于，所述导电填料为炭黑、石墨、石墨烯、碳纤维、碳纳米管、金属粉末、金属纤维中的一种。
5.如权利要求4所述的基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，其特征在于，所述导热填料为碳化硅、碳化钨、氧化铝、氧化镁中的一种。
6.如权利要求5所述的基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，其特征在于，所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚酰亚胺溶于有机溶剂中，然后加入聚乙炔和酚醛环氧树脂，加热至80～90℃，保温1～3h后，自然冷却至40～50℃，加入导热填料、导电填料、二氧化硅、氧化钙、滑石粉球磨0.5～2h，然后加入抗老化剂、阻燃剂、防滴落剂，搅拌10～20min后，干燥冷却，得到复合母粒；
(2)将挤出机预热至160～180℃，投入母粒，升温至200～220℃，保温3～5min，挤出成型，得到片材，将片材用热压机模压3～6min，然后在30～50℃下保温5～10min，以2℃/min的速率冷却至室温，再经辐射处理，得到基于导电聚合物的PTC热敏电阻器。
7.如权利要求6所述的基于导电聚合物的PTC热敏电阻器，其特征在于，所述辐射源为Co60、Fe55、Co57、Se75、Cs137中的一种。
8.一种如权利要求1～7任一所述的基于导电聚合物的PTC热敏电阻器的应用，其特征在于，所述基于导电聚合物的PTC热敏电阻器在自控温加热元件中的应用。
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