CN113174097B - 一种自限温发热体及其制造方法，以及自限温发热片 - Google Patents
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Abstract
一种自限温发热体及其制造方法，以及自限温发热片，所述自限温发热体由高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物制成。所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为5Х10‑6m/mk～150Х10‑6m/mk。所述粒子状高分子聚合物的直径为1mm～5mm。所述自限温发热片包括自限温发热体，两层分别设置在所述自限温发热体两侧的绝缘层，以及两条设置在所述绝缘层上的电极。所述绝缘层与所述自限温发热体固定连接，两条所述电极分别与所述自限温发热体电性连接。所述自限温发热体在发热时使得所述发热体的内部的电阻趋于无穷大，这时发热体电流趋近无穷小，从而使温度不再上升，达到自限温的目的。本发明还提供一种自限温发热体的制造方法及自限温发热片。
Description
技术领域
本发明涉及发热材料技术领域，特别涉及一种自限温发热体及其制造方法，以及自限温发热片。
背景技术
当前各行业使用的发热体有金属丝、碳纤维和新型复合纤维膜。但是现有的这些材料本身都没有自限温的功能，即在加载电压后，其温度将一直升高，特别是这些材料上面有覆盖物的时候。如果这些发热体做成发热膜，并使用在现有产品，如高铁的保温材料，电动汽车的电池组上等等，如果其一直升温，直到达到其最大功率，其必然会导致事故的产生，如特斯拉的电动汽车自燃事故，原因就是电池组外面的保温材料的温度一直升高导致，即使在炎热的夏天。还有使用在地板领域，如果温度一直升高，直到达到其最大功率，就会有火灾的发生可能，特别是当地板上有覆盖物时。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可以根据所设定的温度进行自限温的自限温发热体及其制造方法，以及自限温发热片，以解决上述技术问题。
一种自限温发热体，其由高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物制成。所述高密度聚乙烯的百分含量为66％～75％，所述纳米镍粉的百分含量为1％～5％，石墨烯的百分含量为0.2％～0.5％，所述纳米导电碳黑粉的百分含量为5％～20％，所述PTC增强剂的百分含量为5％～7％，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为12％～35％。所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为5Х10-6m/mk～150Х10-6m/mk。所述粒子状高分子聚合物的直径为1mm～5mm。
进一步地，所述粒子状高分子聚合物由热固性塑料制成。
进一步地，所述热固性塑料为酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料及有机硅塑料中的一种或几种。
进一步地，根据所述自限温发热片的设定温度来调节所述粒子状高分子聚合特的含量及粒子的直径大小。
进一步地，当所述自限温发热片的最高温度大于60度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为22％～26％，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为5Х10-6m/mk～30Х10- 6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为3mm～5mm。
进一步地，当所述自限温发热片的最高温度为30度至60度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为28％～35％，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为40Х10-6m/mk～100Х10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为2mm～3.5mm。
进一步地，当所述自限温发热片的最高温度为低于30度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为30％～35％，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为90Х10-6m/mk～130Х10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为3mm～5mm。
一种自限温发热片，其包括一层如上所述的自限温发热体，两层分别设置在所述自限温发热体两侧的绝缘层，以及两条设置在所述绝缘层上的电极。所述绝缘层与所述自限温发热体固定连接，两条所述电极分别与所述自限温发热体电性连接。
进一步地，通过调节加载在所述电极上的电压的大小调节所述自限温的设定温度。
一种自限温发热体的制造方法，其包括如下步骤：
按比例提供高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，以及纳米导电碳黑粉，并将其放入高精度混料机进行充分搅拌混合；
按比例提供粒子状高分子聚合物，进行再次搅拌混合；
提供流延机，淋膜机，压延机中的一种；
将混合好的高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，PTC增强剂，以及粒子状高分子聚合物倒入所述流延机，淋膜机，压延机中的一种以制成所述自限温发热体，在制备所述自限温发热体时，所述流延机，淋膜机，压延机中的一种的工作温度大于120℃。
与现有技术相比，本发明所提供的自限温发热体由于具有所述高密度聚乙烯，其起基材的作用，使得混合在其中的纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物可以通过压延工艺、淋膜工艺、以及流延工艺等工艺制造出来，所添加的纳米镍粉能使所述自限温发热体每一处的电阻值都基本相等从而使得在通电时该发热体的温度更均匀，而所添加的石墨烯和纳米导电碳黑粉可以提高该自限温发热体的韧性，并提高其导电性和热传导性。当为所述自限温发热体通电且其发热的过程中，所述粒子状高分子聚合物的将会膨胀，当该自限温发热体的温度达到其设定的最高温度时，所述粒子状高分子聚合物膨胀到最大，从而阻断了所述纳米镍粉、石墨烯、以及纳米导电碳黑粉之间的电连接，进而使得所述发热体的内部的电阻趋于无穷大，这时发热体电流趋近无穷小，从而使温度不再上升，达到自限温的目的。
附图说明
图1为本发明提供的自限温发热片的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
本发明提供的一种自限温发热体由高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物制成。所述高密度聚乙烯用于为所述自限温发热体提供基础材料，即其用于形成一个载体，以容纳所述纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物。所述高密度聚乙烯本身应当为现有技术，在此不再赘述。使用该高密度聚乙烯制成的自限温发热体具有很好的耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性，使得其应用范围很广。当然可以想到的是，根据实际的需要，该高密度聚乙烯还可以使用其他的材料来代替，如聚丙烯等。所述高密度聚乙烯的百分含量为66％～75％。所述高密度聚乙烯的使用量根据所述纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物的使用量来确定。所述纳米镍粉主要起导电的作用，其掺杂在所述高密度聚乙烯中，以通过电流而发热。所述纳米镍粉本身也应当为现有技术，在此不再赘述。所述纳米镍粉的导电性较好，从而可以提高该自限温发热体的升温速度。所述石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，其具有优异的光学、电学、力学特性，同时也具有非常好的热传导性能，而且石墨烯本身的电阻值较大，因此在导电的同时会产生大量的热。因此通过使用该石墨烯不仅可以提高发热全的升温速度，也使得整个发热体的温度均匀一致。通过所述石墨烯与纳米镍粉的结合，使得整个自限温发热体的导电性将非常好，这有利于提高自限温发热体的升温速度。所述纳米导电碳黑粉，又名炭黑，是一种无定形碳，是一种轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，其在导电的同时，电阻值很大，因此其在流过电流的同时，也会产生大量热。而由于所术这纳米导电碳黑具有很大的表面积，因此使得整个自限温发热体的每一处都会变得很热。所述粒子状高分子聚合物由热固性塑料制成，以使得在制作所述自限温发热体时，其粒子状高分子聚合物不会软化或变形，具体地，所述粒子状高分子聚合物由酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料及有机硅塑料中的一种或几种制成。优选的是，所述粒子状高分子聚合物为球状结构，从而形成一种微球状的高分子聚合物，其均匀地混合在所述高密度聚乙烯中。所述粒子状高分子聚合物的膨胀率应当为5Х10-6m/mk～150Х10-6m/mk，因此当温度升高时该粒子状高分子聚合物将膨胀，当膨胀到一定程序即可扯断纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉之间的电连接，从而使得电流流过的导体减少，随着温度越来越高，所述粒子状高分子聚合膨胀的越来越大，从而阻断的电流流过的路径越来越多，进而使得产生的热越来越少，达到自限温的目的。而当温度降低后，所述粒子状高分子聚合物又逐渐回缩到原始状态，从而使得电流流过的路径又越来越多，即纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉之间的电连接又重新建立起来了，进而使得其又开始产生热，从而周而复始地升温或降温，这样即可使得该自限温发热体限定在一个温度值上。只要该自限温发热体达到该温度值，所述粒子状高分子聚合物便膨胀到一定程度，使得纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉之间的脱离电连接，从而使得产生的热量减小，不再升温。
为了实现上述的技术目的，所述自限温发热体的各组份也不应当是任意的，其应当符合一定的要求，才能完成上述目的，具体地，所述高密度聚乙烯的百分含量为66％～75％，所述纳米镍粉的百分含量为1％～5％，石墨烯的百分含量为0.2％～0.5％，所述纳米导电碳黑粉的百分含量为5％～20％，以及所述粒子状高分子聚合物的百分含量为12％～35％。而且所述自限温发热体的最高温度可以设置，即通过设置所述粒子装高分子聚合物的含量，膨胀系数，以及粒径即可能设置该自限温发热体的最高温度。例如，当所述自限温发热片的最高温度为70度至80度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为22％～26％，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为5Х10-6m/mk～30Х10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为3mm～5mm。当所述自限温发热片的最高温度为30度至60度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为28％～35％，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为40Х10-6m/mk～100Х10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为2mm～3.5mm。当所述自限温发热片的最高温度为低于30度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为30％～35％，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为90Х10-6m/mk～130Х10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为3mm～5mm。
在本实施例中，所述所述高密度聚乙烯的百分含量为68％，所述纳米镍粉的百分含量为3％，石墨烯的百分含量为0.3％，所述纳米导电碳黑粉的百分含量为15％，以及所述粒子状高分子聚合物的百分含量为13.7％。所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为15Х10- 6m/mk，所述粒子状高分子聚合物为球状物，且其粒径为3mm，从而得到的该自限温发热体的最高温度大于60℃。因为自限温发热体的具体温度也与环境因素有关，如气温，湿度等等。在环境因素不确定时，其最高温度将是不确定的。
本发明还提供了一种自限温发热体的制造方法，其包括如下步骤：
STEP101：按比例提供高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，并将其放入高精度混料机进行充分搅拌混合；
STEP102：按比例提供粒子状高分子聚合物，进行再次搅拌混合；
STEP103：提供流延机，淋膜机，压延机中的一种；
STEP104：将混合好的高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物倒入所述流延机，淋膜机，压延机中的一种以制成所述自限温发热体。
在步骤STEP101中，所述高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，以及纳米导电碳黑粉的比例可以根据本实施所述的比例来配比。可以将在一个搅拌机中充分混合均匀。
在步骤STEP102中，当完成STEP101时再将所述粒子状高分子聚合物放入混合后的高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，以及纳米导电碳黑粉中，这样可以避免发生一些不必要的化学反应，从而可以避免所述粒子状高分子聚合物失去其效力。
在步骤STEP103中，所述流延机，淋膜机，压延机本身应当为一种现有技术，在此不再赘述。
在步骤STEP104中，通过使用所述流延机，淋膜机，压延机中的一种来制备所述自限温发热体，以适应不同的应用场合，如衣柜，电池，动车领域，高铁设备，测试产品设备，以及地板中。
如图1所示，本发明还提供一种自限温发热片，其包括一层所述自限温发热体10，两层分别设置在所述自限温发热体10的两侧的绝缘层11，以及两条设置在所述绝缘层11上的电极12。所述绝缘层11与所述自限温发热体10固定连接，其可以由涤纶树脂制成。所述绝缘层11不仅可以保护所述自限温发热体10，还可以导热。所述电极12固定在所述绝缘层11上，并与所述自限温发热体10电性连接，从而为所述自限温发热体10提供电力。可以想到的是，当通以电源后，还可以通过调节加载在所述电极12上的电压的大小来调节所述自限温的设定温度。
与现有技术相比，本发明所提供的自限温发热体由于具有所述高密度聚乙烯，其起基材的作用，使得混合在其中的纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物可以通过压延工艺、淋膜工艺、以及流延工艺等工艺制造出来，所添加的纳米镍粉能使所述自限温发热体每一处的电阻值都基本相等从而使得在通电时该发热体的温度更均匀，而所添加的石墨烯和纳米导电碳黑粉可以提高该自限温发热体的韧性，并提高其导电性和热传导性。当为所述自限温发热体通电且其发热的过程中，所述粒子状高分子聚合物的将会膨胀，当该自限温发热体的温度达到其设定的最高温度时，所述粒子状高分子聚合物膨胀到最大，从而阻断了所述纳米镍粉、石墨烯、以及纳米导电碳黑粉之间的电连接，进而使得所述发热体的内部的电阻趋于无穷大，这时发热体电流趋近无穷小，从而使温度不再上升，达到自限温的目的。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (5)
1.一种自限温发热体，其特征在于：所述自限温发热体由高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物制成，所述高密度聚乙烯的百分含量为66%~75%，所述纳米镍粉的百分含量为1%~5%，石墨烯的百分含量为0.2%~0.5%，所述纳米导电碳黑粉的百分含量为5%~20%，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为12%~35%，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为5×10-6m/mk~150×10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为1mm~5mm，所述粒子状高分子聚合物由热固性塑料制成，所述热固性塑料为酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料及有机硅塑料中的一种或几种；
根据自限温发热体的设定温度来调节所述粒子状高分子聚合物的含量及粒子的直径大小；
当自限温发热体的最高温度为大于60度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为12%~26%，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为5×10-6m/mk~30×10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为3mm~5mm；
当自限温发热体的最高温度为30度至60度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为21%~35%，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为40×10-6m/mk~100×10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为2mm~3.5mm。
2.如权利要求1所述的自限温发热体，其特征在于：当自限温发热体的最高温度为低于30度时，所述粒子状高分子聚合物的百分含量为30%~35%，所述粒子状高分子聚合物的膨胀率为90×10-6m/mk~130×10-6m/mk，所述粒子状高分子聚合物的直径为3mm~5mm。
3.一种自限温发热片，其特征在于：所述自限温发热片包括一层如权利要求1至2任一项所述的自限温发热体，两层分别设置在所述自限温发热体两侧的绝缘层，以及两条设置在所述绝缘层上的电极，所述绝缘层与所述自限温发热体固定连接，两条所述电极分别与所述自限温发热体电性连接。
4.如权利要求3所述的自限温发热片，其特征在于：通过调节加载在所述电极上的电压的大小调节所述自限温的设定温度。
5.如权利要求1所述的自限温发热体的制造方法，其包括如下步骤：
按比例提供高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，以及纳米导电碳黑粉，并将其放入高精度混料机进行充分搅拌混合；
按比例提供粒子状高分子聚合物，进行再次搅拌混合；
提供流延机，淋膜机，压延机中的一种；
将混合好的高密度聚乙烯，纳米镍粉，石墨烯，纳米导电碳黑粉，以及粒子状高分子聚合物倒入所述流延机，淋膜机，压延机中的一种以制成所述自限温发热体，在制备所述自限温发热体时，所述流延机，淋膜机，压延机中的一种的工作温度大于120℃。
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