CN108863160A - 一种ntc镍基热敏电阻材料的制备方法 - Google Patents

一种ntc镍基热敏电阻材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，先按照分子式(Ni1‑xZnx)1‑yFeyO进行配料，其中0.01≤x≤0.04，0.001≤y≤0.005，分段煅烧得到镍基电阻粉末，然后与马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚复合制备的导电填料混合，经双螺旋挤出机挤出造粒，在经过模压成型即得镍基热敏电阻材料。本发明首次采用分段煅烧获得镍基电阻材料，第一段在650～760℃下，第二段在930～980℃，避免了一次高温煅烧使得过渡金属镍和铁等易挥发的问题，通过马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚复合得到高分子聚合物并制备了耐高温导电填料，二者复合得到的镍基热敏电阻材料组份均匀，具有较高的耐高温和耐高压的能力。

Description

一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，属于电阻材料制备领域。
背景技术
热敏电阻器是一类对温度敏感、在不同的温度下表现出不同的电阻值的敏感元件，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。其中负温度系数热敏电阻器(NTC)是一类电阻值随温度增大而减小的半导体材料，具有测温、控温、温度补偿、抑制浪涌等作用。常温NTC热敏电阻器中，主要采用过渡金属锰、镍、钴、铁、铜的氧化物制成的尖晶石结构NTC热敏电阻元件，但由于这些过渡金属氧化物的挥发温度较低，这类NTC热敏电阻元件的制备烧结过程中容易产生原材料成分的挥发，造成批间不一致的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适合高温下烧结制备NTC镍基热敏电阻材料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：按照分子式(Ni1-xZnx)1-yFeyO进行配料，其中0.01≤x≤0.04，0.001≤y≤0.005，原料选择碱式碳酸镍、氧化铁和醋酸锌，碱式碳酸镍和氧化铁溶解于稀硝酸，加入氨水调节pH值为8左右，醋酸锌溶解于去离子水中，然后将两溶液混合并在磁力搅拌中混合均匀，加热干燥得到粉末，然后先在650～760℃下煅烧2～3h，再升温至930～980℃保温1～2h，取出急冷后得到镍基电阻粉末；
S2：将高分子聚合物30～50份，石墨10～15份，纳米碳纤维20～25份，金属粉20～25份，碳酸钙10～15份，二氧化硅10～15份，硅烷偶联剂2～5份，抗氧化剂1～3份，交联剂2～4份混合，在乙醇中研磨共混，然后在260～300℃下密炼1～2h得到导电填料；
S3：将S1得到的镍基电阻粉末和S2得到的导电填料混合，经双螺旋挤出机挤出造粒，在经过模压成型即得镍基热敏电阻材料。
步骤S1中，所述升温的速率为10～20℃/min，优选15℃/min。
步骤S2中，所述高分子聚合物通过如下方法制备：将聚偏氟乙烯和马来酸酐按照质量比1:0.8～1.2混合，油浴温度100℃左右依次加入二月桂二丁基锡和过氧化氢，搅拌反应3～5h得到马来酸酐接枝聚偏氟乙烯，将得到的马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚按重量比1～1.2～1.5混合，在反应温度285-310℃下加入过硫酸钾，搅拌反应2～3h即得。
步骤S2中，所述金属粉选自铜粉、锌粉、镍粉中的一种或多种的组合。
步骤S2中，所述抗氧化剂为硫代双酚、对苯二胺、对苯二酚和二苯胺中的一种或多种的组合。
步骤S2中，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
有益效果：
本发明首次采用分段煅烧获得镍基电阻材料，第一段在650～760℃下，第二段在930～980℃，避免了一次高温煅烧使得过渡金属镍和铁等易挥发的问题，得到(Ni1-xZnx)1- yFeyO镍基热敏电阻材料，通过马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚复合得到高分子聚合物并制备了耐高温导电填料，二者复合得到的镍基热敏电阻材料组份均匀，具有较高的耐高温和耐高压的能力。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
实施例1
S1：按照分子式(Ni0.97Zn0.03)0.998Fe0.002O进行配料，称取碱式碳酸镍、氧化铁和醋酸锌，碱式碳酸镍和氧化铁溶解于稀硝酸，加入氨水调节pH值为8左右，醋酸锌溶解于去离子水中，然后将两溶液混合并在磁力搅拌中混合均匀，加热干燥得到粉末，然后先在720℃下煅烧2.5h，再以15℃/min升温至960℃保温1.5h，取出急冷后得到镍基电阻粉末；
S2：将聚偏氟乙烯和马来酸酐按照质量比1:1混合，油浴温度100℃左右依次加入二月桂二丁基锡和过氧化氢，搅拌反应3～5h得到马来酸酐接枝聚偏氟乙烯，将得到的马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚按重量比1～1.4混合，在反应温度285-310℃下加入过硫酸钾，搅拌反应2～3h得到高分子聚合物；
将高分子聚合物45份，石墨13份，纳米碳纤维22份，金属粉23份，碳酸钙12份，二氧化硅14份，硅烷偶联剂3份，对苯二酚2份，三烯丙基异氰脲酸酯3份混合，在乙醇中研磨共混，然后在280℃下密炼2h得到导电填料；
S3：将S1得到的镍基电阻粉末和S2得到的导电填料混合，经双螺旋挤出机挤出造粒，在经过模压成型即得镍基热敏电阻材料。
实施例2
S1：按照分子式(Ni0.99Zn0.01)0.995Fe0.005O进行配料，称取碱式碳酸镍、氧化铁和醋酸锌，碱式碳酸镍和氧化铁溶解于稀硝酸，加入氨水调节pH值为8左右，醋酸锌溶解于去离子水中，然后将两溶液混合并在磁力搅拌中混合均匀，加热干燥得到粉末，然后先在650℃下煅烧3h，再以10℃/min升温至930℃保温2h，取出急冷后得到镍基电阻粉末；
S2：将聚偏氟乙烯和马来酸酐按照质量比1:0.8混合，油浴温度100℃左右依次加入二月桂二丁基锡和过氧化氢，搅拌反应3～5h得到马来酸酐接枝聚偏氟乙烯，将得到的马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚按重量比1～1.2混合，在反应温度285-310℃下加入过硫酸钾，搅拌反应2～3h得到高分子聚合物；
将高分子聚合物30份，石墨10份，纳米碳纤维20份，金属粉20份，碳酸钙10份，二氧化硅10份，硅烷偶联剂2份，对苯二酚1份，三烯丙基异氰脲酸酯2份混合，在乙醇中研磨共混，然后在260℃下密炼2h得到导电填料；
S3：将S1得到的镍基电阻粉末和S2得到的导电填料混合，经双螺旋挤出机挤出造粒，在经过模压成型即得镍基热敏电阻材料。
实施例3
S1：按照分子式(Ni0.96Zn0.04)0.999Fe0.001O进行配料，称取碱式碳酸镍、氧化铁和醋酸锌，碱式碳酸镍和氧化铁溶解于稀硝酸，加入氨水调节pH值为8左右，醋酸锌溶解于去离子水中，然后将两溶液混合并在磁力搅拌中混合均匀，加热干燥得到粉末，然后先在760℃下煅烧2h，再以20℃/min升温至980℃保温1h，取出急冷后得到镍基电阻粉末；
S2：将聚偏氟乙烯和马来酸酐按照质量比1:1.2混合，油浴温度100℃左右依次加入二月桂二丁基锡和过氧化氢，搅拌反应3～5h得到马来酸酐接枝聚偏氟乙烯，将得到的马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚按重量比1～1.5混合，在反应温度285-310℃下加入过硫酸钾，搅拌反应2～3h得到高分子聚合物；
将高分子聚合物50份，石墨15份，纳米碳纤维25份，金属粉25份，碳酸钙15份，二氧化硅15份，硅烷偶联剂5份，硫代双酚3份，三烯丙基异氰脲酸酯4份混合，在乙醇中研磨共混，然后在300℃下密炼1h得到导电填料；
S3：将S1得到的镍基电阻粉末和S2得到的导电填料混合，经双螺旋挤出机挤出造粒，在经过模压成型即得镍基热敏电阻材料。
对比例
S1：按照分子式(Ni0.97Zn0.03)0.998Fe0.002O进行配料，称取碱式碳酸镍、氧化铁和醋酸锌，碱式碳酸镍和氧化铁溶解于稀硝酸，加入氨水调节pH值为8左右，醋酸锌溶解于去离子水中，然后将两溶液混合并在磁力搅拌中混合均匀，加热干燥得到粉末，然后在880℃下煅烧4h，取出急冷后得到镍基电阻粉末；
S2：将聚偏氟乙烯和马来酸酐按照质量比1:0.8混合，油浴温度100℃左右依次加入二月桂二丁基锡和过氧化氢，搅拌反应3～5h得到马来酸酐接枝聚偏氟乙烯，将得到的马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚按重量比1～1.2混合，在反应温度285-310℃下加入过硫酸钾，搅拌反应2～3h得到高分子聚合物；
将高分子聚合物30份，石墨10份，纳米碳纤维20份，金属粉20份，碳酸钙10份，二氧化硅10份，硅烷偶联剂2份，对苯二酚1份，三烯丙基异氰脲酸酯2份混合，在乙醇中研磨共混，然后在260℃下密炼2h得到导电填料；
S3：将S1得到的镍基电阻粉末和S2得到的导电填料混合，经双螺旋挤出机挤出造粒，在经过模压成型即得镍基热敏电阻材料。
将实施例1～3和对比例分别制备的镍基热敏电阻材料进行性能测试，发现对比例中镍和铁含量明显低于实施例1～3，说明分段煅烧能够解决过渡金属高温易挥发的问题。
本发明提供了一种镍基热敏电阻材料的制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按照分子式(Ni1-xZnx)1-yFeyO进行配料，其中0.01≤x≤0.04，0.001≤y≤0.005，原料选择碱式碳酸镍、氧化铁和醋酸锌，碱式碳酸镍和氧化铁溶解于稀硝酸，加入氨水调节pH值为8左右，醋酸锌溶解于去离子水中，然后将两溶液混合并在磁力搅拌中混合均匀，加热干燥得到粉末，然后先在650～760℃下煅烧2～3h，再升温至930～980℃保温1～2h，取出急冷后得到镍基电阻粉末；
S2：将高分子聚合物30～50份，石墨10～15份，纳米碳纤维20～25份，金属粉20～25份，碳酸钙10～15份，二氧化硅10～15份，硅烷偶联剂2～5份，抗氧化剂1～3份，交联剂2～4份混合，在乙醇中研磨共混，然后在260～300℃下密炼1～2h得到导电填料；
S3：将S1得到的镍基电阻粉末和S2得到的导电填料混合，经双螺旋挤出机挤出造粒，在经过模压成型即得镍基热敏电阻材料。
2.根据权利要求1所述的一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述升温的速率为10～20℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述高分子聚合物通过如下方法制备：将聚偏氟乙烯和马来酸酐按照质量比1:0.8～1.2混合，油浴温度100℃左右依次加入二月桂二丁基锡和过氧化氢，搅拌反应3～5h得到马来酸酐接枝聚偏氟乙烯，将得到的马来酸酐接枝聚偏氟乙烯与聚苯硫醚按重量比1～1.2～1.5混合，在反应温度285-310℃下加入过硫酸钾，搅拌反应2～3h即得。
4.根据权利要求1所述的一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述金属粉选自铜粉、锌粉、镍粉中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述抗氧化剂为硫代双酚、对苯二胺、对苯二酚和二苯胺中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的一种NTC镍基热敏电阻材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。
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