CN110611964B - 具有ptc效应的加热膜材料及其制备方法 - Google Patents

具有ptc效应的加热膜材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有PTC效应的加热膜材料及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：将导电材料、PTC添加剂分别与溶剂混合形成导电材料分散液、PTC添加剂分散液；将所述导电材料分散液与PTC添加剂分散液均匀混合，形成混合溶液；去除所述混合溶液中的溶剂，获得PTC包覆导电材料颗粒；将所述PTC包覆导电材料颗粒在惰性气氛中于300‑500℃煅烧1‑3h，获得PTC包覆导电材料；将所述PTC包覆导电材料与高分子树脂、溶剂、分散剂与偶联剂调配形成均匀浆料；将所述浆料制成膜材料，并与基膜复合。本发明的方法简单易行，可控性好，制备得到的PTC效应的加热膜材料温度系数可调，增加了加热膜材料应用的可控性、安全性，适用于大规模生产应用。

Description

具有PTC效应的加热膜材料及其制备方法
技术领域
本发明特别涉及一种具有PTC效应的加热膜材料及其制备方法，属于加热膜材料技术领域。
背景技术
随着新世纪能源危机的逐渐显现，低碳环保的生活理念逐步深入到生活的方方面面，相对于传统的取暖方式，电地暖不需要锅炉房、储煤、堆灰、管网等设施，不产生废气、废水、废物等污染物。另外，电地暖没有传热管网，避免了热量传输过程中的能量损失。因此电地暖取代其他取暖方式是大势所趋。
近年来，逐步发展的碳纤维电地暖、碳晶加热膜电地暖，其加热原理为通电后，碳原子之间相互摩擦、碰撞产生大量热，并以波长为8-15μm的远红外辐射能方式释放，安全健康，且具有理疗作用。但目前地暖温度控制只能通过外在电路系统进行控温，却无法监控发热材料表面温度，当发热材料热量散失不良产生聚热时，局部温度升高，容易产生火灾隐患。
目前具有PTC高分子材料多采用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、其他添加剂组成，由于聚乙烯为固态，加工过程需在融融状态下进行，且各组分材料为纯物理混合，界面结合性差、混合不均匀、性能不稳定。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有PTC效应的加热膜材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种具有PTC效应的加热膜材料的制备方法，其包括如下步骤：
将导电材料、PTC添加剂分别与溶剂混合形成导电材料分散液、PTC添加剂分散液；
将所述导电材料分散液与PTC添加剂分散液均匀混合，形成混合溶液；
去除所述混合溶液中的溶剂，获得PTC包覆导电材料颗粒；
将所述PTC包覆导电材料颗粒在惰性气氛中于300-500℃煅烧1-3h，获得PTC包覆导电材料；
将所述PTC包覆导电材料与高分子树脂、溶剂、分散剂与偶联剂调配形成均匀浆料；
将所述浆料制成膜材料，并与基膜复合。
本发明实施例提供了一种利用前述方法制备的、具有PTC效应的加热膜材料。
与现有技术相比，本发明具有PTC效应的加热膜材料的方法简单易行，可控性好，制备得到的加热膜材料温度系数可调，增加了加热膜材料应用的可控性、安全性，适用于大规模生产应用。
附图说明
图1为本发明一典型实施案例中涂布过程示意图；
图2为本发明一典型实施案例中涂布、压合示意图；
图3为本发明一典型实施案例中制备的具有PTC效应的发热膜功率与温度关系图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种具有PTC效应的加热膜材料的制备方法，包括如下步骤：
将导电材料、PTC添加剂分别与溶剂混合形成导电材料分散液、PTC添加剂分散液；
将所述导电材料分散液与PTC添加剂分散液均匀混合，形成混合溶液；
去除所述混合溶液中的溶剂，获得PTC包覆导电材料颗粒；
将所述PTC包覆导电材料颗粒在惰性气氛中于300-500℃煅烧1-3h，获得PTC包覆导电材料；
将所述PTC包覆导电材料与高分子树脂、溶剂、分散剂与偶联剂调配形成均匀浆料；
将所述浆料制成膜材料，并与基膜复合。
进一步的，所述PTC包覆导电材料包含60wt％-90wt％导电材料和5wt％-40wt％PTC添加剂。
在一些较为具体的实施方案中，所述PTC添加剂为纳米SiO2、纳米Al2O3、TiO2、BaTiO3、ZrO2中的一种或两种以上组合，但不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述导电材料为碳纳米管、富勒烯、石墨烯、碳纤维粉、炭黑中的一种或两种以上组合，但不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述溶剂选自挥发性溶剂，所述挥发性溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述混合溶液还包含表面活性剂，所述表面活性剂包括LAS，以改善导电材料与PTC添加剂界面性。
在一些较为具体的实施方案中，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种，但不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，所述高分子树脂为酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂中的一种或两种以上组合，但不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，为实现纳米颗粒的均匀分散，分散剂选自CTAB、DDAC、BYK、TECH、KV01中的一种或两种组合，但不限于此。
在一些较为具体的实施方案中，为增强固体颗粒与树脂之间的界面结合力，偶联剂选自硅烷偶联剂KH560。
在一些较为具体的实施方案中，所述的制备方法具体包括：通过加热挥发方式去除所述混合溶液中的溶剂，获得PTC包覆导电材料颗粒。
在一些较为具体的实施方案中，所述的制备方法具体包括：将所述浆料涂覆至图案化铝箔麦拉表面并烘干固化成型，获得所述膜材料。
优选的，所述烘干固化成型采用的烘干温度为100-200℃，烘干时间10-30min。
在一些较为具体的实施方案中，所述的制备方法还包括：利用收卷机将所述膜材料卷绕，之后利用热熔胶涂胶机在所述膜材料和/或基膜上涂胶，再将所述膜材料和基膜复合，形成所述加热膜材料。
在一些较为具体的实施方案中，所述基膜为PET膜。
本发明实施例还提供了由所述方法制备的具有PTC效应的加热膜材料。
进一步的，所述加热膜材料包含0.1wt％-30wt％PTC包覆导电材料和30wt％-90wt％高分子树脂。
更进一步的，所述具有PTC效应的加热膜材料的PTC效应为10％-100％。
在一些更为具体的实施方案中，一种具有PTC效应的加热膜材料的制备方法包括如下步骤：
(1)将导电材料、PTC添加剂分别与挥发性溶剂制备成分散液；
(2)将两种分散液按照比例混合，并加入少量改善导电材料与PTC添加剂界面的表面活性剂；
(3)将混合后溶液混合均匀，加热使溶剂挥发，形成PTC包覆导电材料颗粒；
(4)将混合颗粒研磨后，在300-500℃下惰性气体氛围中煅烧1h，使导电材料与PTC结合牢固；
(5)将步骤(4)中制备好的PTC包覆导电材料、高分子树脂、溶剂、分散剂与偶联剂按照一定比例调配，并将浆料搅拌均匀；
(6)将调配好的浆料，利用涂布机涂覆至图案化铝箔麦拉表面并进行烘干固化成型；
(7)利用收卷机，将步骤(6)中固化完成的膜材料卷绕；
(8)用热熔胶涂胶机，将步骤(7)中收卷的膜材涂胶并与PET膜复合，并收卷。
优选的，所述步骤(6)中，烘干固化成型的烘干温度为≤200℃，烘干时间≤30min。
在本发明的一优选实施案例中，可以先将导电材料、PTC添加剂分别与挥发性溶剂制备成分散液，然后将两种分散液按照比例混合，并加入少量改善导电材料与PTC添加剂界面的表面活性剂，加热使溶剂挥发，形成PTC包覆导电材料颗粒；之后再将混合颗粒研磨后，在300-500℃下惰性气体氛围中煅烧1h，使导电材料与PTC结合牢固，然后将包覆颗粒材料、高分子树脂、溶剂、分散剂与偶联剂按照一定比例调配，并将浆料搅拌均匀得到浆料。加入的分散剂、偶联剂可以以增强浆料中导电材料、PTC添加剂与高分子树脂的均一性和界面性。
本发明提出一种具有PTC效应的加热膜材料的制备方法，该方法首先制备PTC包覆导电材料，再将包覆材料、偶联剂、分散剂分散在挥发性溶剂中，然后与高分子树脂混合均匀得到浆料，将浆料涂覆在铝箔麦拉表面，经过烘干固化得到电阻膜材料，之后再采用热熔胶涂胶设备，涂覆热熔胶、压合、收卷、固化即可得到具有PTC效应的加热膜材料。此方法成型的加热膜材料具有显著的PTC效应，且通过调节中PTC添加剂种类和比例即可调整PTC包覆导电材料的性能，从而改变PTC效应的温度系数。
本发明的方法简单易行，可控性好，制备得到的PTC效应的加热膜材料温度系数可调，增加了加热膜材料应用的可控性、安全性，适用于大规模生产应用。
如下将结合附图以及具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
实施例1
将10份(如下若非特别说明，则均为重量份)碳纳米管，1.5份分散剂KV01，0.5份表面活性剂LAS，38份乙醇经充分研磨、搅拌分散，制成20wt％的分散液；将5份纳米SiO2，5份BaTiO3粉末，1.5份分散剂KV01，0.5份表面活性剂LAS，88份乙醇经充分研磨、搅拌分散，制成10wt％的分散液；再将两种分散液各100份混合，并加入0.5份表面活性剂LAS，混合均匀后，溶液挥发形成导电材料为66wt％的PTC包覆导电材料颗粒，经研磨并在氮气氛围中于300-500℃煅烧1-3h后形成PTC包覆导电材料待用。将10份PTC包覆导电材料，2份分散剂KV01、1份KH560硅烷偶联剂、30乙醇经过充分研磨、搅拌分散，之后与57份聚酯树脂混合均匀，得到浓度为包覆材料10wt％的浆料。
提前准备好铝箔麦拉材料，其铝箔厚度5μm，PET膜厚度110μm，在涂布机上将导电浆料涂覆至铝箔麦拉上，涂布头要严格控制涂覆厚度和均一性，再经过100℃烘干固化10min，收卷即得到电阻膜，如图1所示；通过热熔胶涂布机，将环氧热熔胶在140℃融化后，涂覆在PET膜上，然后经压辊与铝箔麦拉压合，收卷后在常温下固化24h左右，即可得到一种具有30％PTC效应的加热膜材料，如图2所示。具有30％PTC效应的电热膜功率随温度的变化如图3所示。
实施例2
将8份(如下若非特别说明，则均为重量份)石墨烯，1.4份分散剂KV01，0.6份表面活性剂LAS，40份乙醇经充分研磨、搅拌分散，制成16wt％的分散液；将4份纳米TiO2，4份BaTiO3粉末，1.5份分散剂KV01，0.5份表面活性剂LAS，90份乙醇经充分研磨、搅拌分散，制成8wt％的分散液；再将两种分散液各100份混合，并加入0.5份表面活性剂LAS，混合均匀后，溶液挥发形成导电材料为62wt％的PTC包覆导电材料颗粒，经研磨并在惰性气氛中300-400℃煅烧1-3h后形成PTC包覆导电材料待用。将15份PTC包覆导电材料，2.5份分散剂KV01、0.5份KH560硅烷偶联剂、30乙醇经过充分研磨、搅拌分散，之后与52份聚酯树脂混合均匀，得到浓度为包覆材料15wt％的浆料。
提前准备好铝箔麦拉材料，其铝箔厚度5μm，PET膜厚度110μm，在涂布机上将导电浆料涂覆至铝箔麦拉上，涂布头要严格控制涂覆厚度和均一性，再经过90℃烘干固化10min，收卷即得到电阻膜，如图1所示；通过热熔胶涂布机，将环氧热熔胶在140℃融化后，涂覆在PET膜上，然后经压辊与铝箔麦拉压合，收卷后在常温下固化24h左右，即可得到一种具有70％PTC效应的加热膜材料，如图2所示。具有70％PTC效应的电热膜功率随温度的变化如图3所示
实施例3
将10份(如下若非特别说明，则均为重量份)碳纳米管，1份分散剂KV01，0.5份表面活性剂LAS，38.5份乙醇经充分研磨、搅拌分散，制成20wt％的分散液；将5份纳米SiO2，10份BaTiO3粉末，1.5份分散剂KV01，0.5份表面活性剂LAS，88份乙醇经充分研磨、搅拌分散，制成15wt％的分散液；再将两种分散液各100份混合，并加入0.5份表面活性剂LAS，混合均匀后，溶液挥发形成导电材料为57wt％的PTC包覆导电材料颗粒，经研磨并在惰性气氛中300-500℃煅烧1-3h后形成PTC包覆导电材料待用。将20份PTC包覆导电材料，1.5份分散剂KV01、1份KH560硅烷偶联剂、30乙醇经过充分研磨、搅拌分散，之后与47.5份聚酯树脂混合均匀，得到浓度为包覆材料20wt％的浆料。
提前准备好铝箔麦拉材料，其铝箔厚度5μm，PET膜厚度110μm，在涂布机上将导电浆料涂覆至铝箔麦拉上，涂布头要严格控制涂覆厚度和均一性，再经过100℃烘干固化10min，收卷即得到电阻膜，如图1所示；通过热熔胶涂布机，将环氧热熔胶在140℃融化后，涂覆在PET膜上，然后经压辊与铝箔麦拉压合，收卷后在常温下固化24h左右，即可得到一种具有30％PTC效应的加热膜材料，如图2所示。具有100％PTC效应的电热膜功率随温度的变化如图3所示。
碳材料具有优异的导电导热性能以及耐氧化性，而PTC陶瓷具有电阻率随温度升高而增大的特性，将二者结合，PTC材料包覆在碳材料表面，使得碳材料颗粒之间的点接触或面接触增加了PTC效应，同时通过分散、涂布制备而成的加热膜，PTC包覆碳材料分散更均匀、性能更稳定。
与现有技术相比，本发明的方法简单易行，可控性好，制备得到的PTC效应的加热膜材料温度系数可调，增加了加热膜材料应用的可控性、安全性，适用于大规模生产应用。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种具有PTC效应的加热膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将导电材料、PTC 添加剂分别与溶剂混合形成导电材料分散液、PTC 添加剂分散液；
将所述导电材料分散液与PTC 添加剂分散液、表面活性剂均匀混合，形成混合溶液；
去除所述混合溶液中的溶剂，获得PTC 包覆导电材料颗粒；
将所述PTC 包覆导电材料颗粒在惰性气氛中于300-500℃煅烧1-3h，获得PTC 包覆导电材料，所述PTC 包覆导电材料包含60wt%-90wt%导电材料和5wt%-40wt%PTC 添加剂；
将所述PTC 包覆导电材料与高分子树脂、溶剂、分散剂与偶联剂调配形成均匀浆料；
将所述均匀浆料涂覆至图案化铝箔麦拉表面并烘干固化成型，获得膜材料，其中，所述烘干固化成型采用的烘干温度为100-200℃，烘干时间10-30min；
利用收卷机将所述膜材料卷绕，之后利用热熔胶涂胶机在所述膜材料和/或基膜上涂胶，再将所述膜材料和基膜复合，形成加热膜材料，所述加热膜材料包含0.1wt%-30wt%PTC包覆导电材料和30wt%-90wt%高分子树脂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述PTC 添加剂包括纳米SiO2、纳米Al2O3、TiO2、BaTiO3、ZrO2中的任意一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述导电材料包括碳纳米管、富勒烯、石墨烯、碳纤维粉、炭黑中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂选自挥发性溶剂，所述挥发性溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂包括LAS。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括：通过加热挥发方式去除所述混合溶液中的溶剂，获得PTC 包覆导电材料颗粒。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高分子树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂中的任意一种或两种以上的组合。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述分散剂包括CTAB、DDAC中的任意一种或两种的组合。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH560。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述基膜为PET膜。
11.由权利要求1-10中任一项所述方法制备的具有PTC效应的加热膜材料。
12.根据权利要求11所述的具有PTC效应的加热膜材料，其特征在于：所述具有PTC效应的加热膜材料的PTC效应为10%-100%。
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