CN110804234A - 一种新型的石墨烯制备pptc过流保护元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，涉及PPTC制造技术领域，包括石墨烯浆料与高密度聚乙烯的混合、干燥、研磨，挤出料的制备以及开炼成型等步骤，本发明通过将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨，保证了石墨烯能够均匀分散到高密度聚乙烯中，完美解决了现有技术中由于石墨烯的分散性很差，直接添加石墨烯会导致石墨烯分子相互团聚，阻值不降反升的技术问题。

Description

一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法
技术领域
本发明属于PPTC制造技术领域，具体涉及一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法。
背景技术
目前国内国外生产的PPTC过流保护元件，主要使用的材料是导电炭黑、高密度聚乙烯和无机填料。将这几种材料混炼、造粒后复合而成，其中阻值大小决定了PPTC过流保护元件的耐电压能力，耐电压能力是PPTC过流保护元件最关键的性能之一，耐电压的好坏，决定了PPTC过流保护元件可以涉及的产品应用领域的大小。一般来说阻值越大耐压越好，阻值越小耐压越差，阻值大小的控制方法主要有两个，一个是调整导电炭黑和高密度聚乙烯的比例，导电炭黑越多阻值越小；另一个是通过尺寸大小来调整阻值，尺寸越大，阻值越低。现在PPTC行业中都希望降低阻值同时提升耐电压能力，但当导电炭黑增加到一定量后，阻值已经降无可降的时候，一般只能通过增大产品尺寸来降低阻值，而在电子产品逐渐小型化的今天，增大产品尺寸显然不是一个很好的方法，且这种降低阻值的方法，带来的一定是耐电压极差的结果。
随着技术的发展，目前对于PPTC过流元件，在配方上将导电炭黑的一部分使用多层石墨烯替代，众所周知石墨烯的导电性比炭黑好很多倍，替代比例控制在产品成本预算之内，并不会增加成本负担，但阻值可以比原配方降低2-3倍。如中国专利申请号为CN2015103548991、CN2015106202266以及CN2015109318368均公开了采用石墨烯作为导电填料的方案，但是通过分析其技术方案可知，前两个均是直接将导电填料(石墨烯)与原料进行混合、干燥，然后挤出造粒，但是目前由于石墨烯的分散性很差，直接添加石墨烯会导致石墨烯分子相互团聚，阻值不降反升。第三个首先将导电填料(石墨烯)用2-5wt％偶联剂的乙醇溶液进行浸泡处理，并将上述填料抽滤、干燥后进行充分研磨，再进行后续的原料混合、研磨，最终获得所需的电极浆料，但是其本身属于一种涂层，用于涂覆在易短路的电子元器件表面，并非PPTC元件本身，故与本发明的目的不同。
目前能购买到的，可分散的石墨烯只有浆料(液体)，而我司的材料均为粉料，无法将石墨烯浆料添加进去，因此有必要对研发出一种新型的制备工艺以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，以解决现有技术中导致的上述缺陷。
一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨成粉料A；
(2)取一定量的导电填料、无机填料与粉料A进行高速搅拌混合，混合后的原料经双螺杆挤出机抽真空挤出获得挤出料，挤出温度分为八个温区，温度分别为174-179℃、172-177℃、173-178℃、172-177℃、173-178℃、172-177℃、173-178℃、174-179℃，前三个温区为预热温区，时间为55-65分钟；
(3)将一定量的挤出料粉碎后倒入开炼机内，拉出后形成芯材，再将芯材裁切成所需的尺寸，即可获得所需产品；
上述石墨烯、高密度聚乙烯、导电填料、无机填料的配比如下(按质量百分比计)：石墨烯0.5％-5％、高密度聚乙烯50％-60％、导电填料25％-40％、无机填料5％-15％。
优选的，所述导电填料具体为导电炭黑、导电金属粉、导电陶瓷粉中的一种或多种。
优选的，所述导电填料采用导电炭黑。
优选的，所述无机填料具体为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。
优选的，所述步骤(2)中挤出温度分为八个温区，温度分别为177℃、174℃、175℃、174℃、175℃、174℃、175℃、176℃，前三个温区为预热温区，时间为60分钟。
本发明还公开了一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨成粉料A；
(2)取一定量的导电填料、无机填料与粉料A进行高速搅拌混合，混合后的原料经双螺杆挤出机抽真空挤出获得挤出料，挤出温度分为八个温区，温度分别为177℃、174℃、175℃、174℃、175℃、174℃、175℃、176℃，前三个温区为预热温区，时间为60分钟；
(3)将一定量的挤出料粉碎后倒入开炼机内，拉出后形成芯材，再将芯材裁切成所需的尺寸，即可获得所需产品；
上述石墨烯、高密度聚乙烯、导电填料、无机填料的配比如下(按质量百分比计)：石墨烯1％、高密度聚乙烯55％、导电填料32.9％、无机填料11.1％。
本发明有益效果：
(1)本发明通过将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨，保证了石墨烯能够均匀分散到高密度聚乙烯中，完美解决了现有技术中由于石墨烯的分散性很差，直接添加石墨烯会导致石墨烯分子相互团聚，阻值不降反升的技术问题。
(2)本发明中采用少量的石墨烯替代原配方中的导电填料(导电炭黑)，其他材料比例不变，产品阻值得到了下降的同时，耐电压能力依然保持不变，因此可以显著降低产品的尺寸，降低了成本，提高了本发明的适用范围。
附图说明
图1为本发明中原配方无石墨烯的产品在电子显微镜下的分子结构。
图2为本发明实施例1中石墨烯制备的产品在电子显微镜下的分子结构。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨成粉料A；
(2)取一定量的导电炭黑、无机填料与粉料A进行高速搅拌混合，混合后的原料经双螺杆挤出机抽真空挤出获得挤出料，挤出温度分为八个温区，温度分别为177℃、174℃、175℃、174℃、175℃、174℃、175℃、176℃，前三个温区为预热温区，时间为60分钟；
(3)将一定量的挤出料粉碎后倒入开炼机内，拉出后形成芯材，再将芯材裁切成所需的尺寸，即可获得所需产品；
上述石墨烯、高密度聚乙烯、导电炭黑、无机填料的配比如下(按质量百分比计)：石墨烯1％、高密度聚乙烯55％、导电炭黑32.9％、无机填料11.1％。
实施例2
一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨成粉料A；
(2)取一定量的导电炭黑、无机填料与粉料A进行高速搅拌混合，混合后的原料经双螺杆挤出机抽真空挤出获得挤出料，挤出温度分为八个温区，温度分别为174℃、172℃、173℃、172℃、173℃、172℃、173℃、174℃，前三个温区为预热温区，时间为65分钟；
(3)将一定量的挤出料粉碎后倒入开炼机内，拉出后形成芯材，再将芯材裁切成所需的尺寸，即可获得所需产品；
上述石墨烯、高密度聚乙烯、导电炭黑、无机填料的配比如下(按质量百分比计)：石墨烯0.5％、高密度聚乙烯60％、导电炭黑33.4％、无机填料6.1％。
实施例3
一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨成粉料A；
(2)取一定量的导电炭黑、无机填料与粉料A进行高速搅拌混合，混合后的原料经双螺杆挤出机抽真空挤出获得挤出料，挤出温度分为八个温区，温度分别为176℃、175℃、176℃、175℃、175℃、175℃、176℃、175℃，前三个温区为预热温区，时间为60分钟；
(3)将一定量的挤出料粉碎后倒入开炼机内，拉出后形成芯材，再将芯材裁切成所需的尺寸，即可获得所需产品；
上述石墨烯、高密度聚乙烯、导电炭黑、无机填料的配比如下(按质量百分比计)：石墨烯5％、高密度聚乙烯52％、导电炭黑27.9％、无机填料14.1％。
实施例4
一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，包括如下步骤：
(1)将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨成粉料A；
(2)取一定量的导电金属粉、无机填料与粉料A进行高速搅拌混合，混合后的原料经双螺杆挤出机抽真空挤出获得挤出料，挤出温度分为八个温区，温度分别为179℃、177℃、178℃、177℃、178℃、177℃、178℃、179℃，前三个温区为预热温区，时间为55分钟；
(3)将一定量的挤出料粉碎后倒入开炼机内，拉出后形成芯材，再将芯材裁切成所需的尺寸，即可获得所需产品；
上述石墨烯、高密度聚乙烯、导电金属粉、无机填料的配比如下(按质量百分比计)：石墨烯1％、高密度聚乙烯55％、导电金属粉32.9％、无机填料11.1％。
由图1和图2所示，明显看出含有石墨烯的产品导电链接更多，更紧密，这样阻值会大幅度降低，而高密度聚乙烯和无机填料的比例没有改变，所以耐电压能力不会降低。
本发明中石墨烯与导电填料的总量在整个配方中的比例控制在一个固定值，即导电填料由石墨烯替代，减少多少量的导电填料，就要用多少量的石墨烯替代。
基于上述，本发明通过将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨，保证了石墨烯能够均匀分散到高密度聚乙烯中，完美解决了现有技术中由于石墨烯的分散性很差，直接添加石墨烯会导致石墨烯分子相互团聚，阻值不降反升的技术问题。本发明中采用少量的石墨烯替代原配方中的导电填料(导电炭黑)，其他材料比例不变，产品阻值得到了下降的同时，耐电压能力依然保持不变，因此可以显著降低产品的尺寸，降低了成本，提高了本发明的适用范围。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨成粉料A；
(2)取一定量的导电填料、无机填料与粉料A进行高速搅拌混合，混合后的原料经双螺杆挤出机抽真空挤出获得挤出料，挤出温度分为八个温区，温度分别为174-179℃、172-177℃、173-178℃、172-177℃、173-178℃、172-177℃、173-178℃、174-179℃，前三个温区为预热温区，时间为55-65分钟；
(3)将一定量的挤出料粉碎后倒入开炼机内，拉出后形成芯材，再将芯材裁切成所需的尺寸，即可获得所需产品；
上述石墨烯、高密度聚乙烯、导电填料、无机填料的配比如下(按质量百分比计)：石墨烯0.5％-5％、高密度聚乙烯50％-60％、导电填料25％-40％、无机填料5％-15％。
2.根据权利要求1所述的一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，其特征在于：所述导电填料具体为导电炭黑、导电金属粉、导电陶瓷粉中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，其特征在于：所述导电填料采用导电炭黑。
4.根据权利要求3所述的一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，其特征在于：所述无机填料具体为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，其特征在于：所述步骤(2)中挤出温度分为八个温区，温度分别为177℃、174℃、175℃、174℃、175℃、174℃、175℃、176℃，前三个温区为预热温区，时间为60分钟。
6.根据权利要求4所述的一种新型的石墨烯制备PPTC过流保护元件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨烯浆料与高密度聚乙烯混合后真空干燥，再研磨成粉料A；
(2)取一定量的导电填料、无机填料与粉料A进行高速搅拌混合，混合后的原料经双螺杆挤出机抽真空挤出获得挤出料，挤出温度分为八个温区，温度分别为177℃、174℃、175℃、174℃、175℃、174℃、175℃、176℃，前三个温区为预热温区，时间为60分钟；
(3)将一定量的挤出料粉碎后倒入开炼机内，拉出后形成芯材，再将芯材裁切成所需的尺寸，即可获得所需产品；
上述石墨烯、高密度聚乙烯、导电填料、无机填料的配比如下(按质量百分比计)：石墨烯1％、高密度聚乙烯55％、导电填料32.9％、无机填料11.1％。
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