CN101333299A - 干法复合法及所得的高分子ptc热敏材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备高分子PTC热敏材料的方法，其包括如下的步骤：①按常规制备PTC热敏材料的薄膜基材；②将①制得的薄膜与金属箔通过干法复合的方法，制得半成品膜；③将②制得的复合薄膜在恒温室中时效处理；④将③制得的复合薄膜进行辐照交联。采用本发明方法生产的高分子PTC热敏电阻可适于机械化生产，成本低而效率高，制得的高分子PTC热敏材料增大了金属电极和高分子基质的复合力，实现产品生产流程简单化，减小设备投入，可收卷，制品能制作成小的制件。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子PTC热敏材料、其制备方法以及其用途。
背景技术
众所周知，在结晶性或半结晶性高分子聚合物中添加导电因子，可表现正温度系数(Positive Temperature Coefficient即PTC)特性：电阻率在一个比较短的温度范围内可以随温度的上升而快速增加，由于高分子PTC热敏电阻器具有较低的初始阻值，并且在较快的时间内迅速增加近5个数量级，可有效防止电路发生故障，如短路、搭接、感应等情况发生时，避免电路中产生大电流对电路中其他重要元件的破坏。当电路故障排除后，热敏电阻的温度下降，其阻值有恢复到低阻值状态，不需要人工进行更换，所以高分子PTC热敏电阻又称为自恢复保险丝。
高分子PTC热敏材料所具有的这种温度开关效应可被用于电路过流保护、自控温加热器等诸多场合。如作为一次性保险丝的替代品，广泛地应用到通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中；作为伴热产品，如伴热电缆在石油钻探、原油运输、化学化工、铁路运输、电信传送、园林园艺等诸多户外作业领域发挥独特的作用。
中国专利申请200510112415.9中公开了一种高分子PTC芯片多层复合制造方法。该专利申请的高分子PTC芯片多层复合结构，包括高分子PTC材料层及复合在材料层外面的电极，其中，高分子PTC材料层可以为二层或二层以上，在各高分子PTC材料层之间可以加入有铜片层。其优点是：采用此结构所制得的高分子PTC热敏电阻器芯片，能有效降低恢复后的电阻漂移。但其制备方法采用的是压制法，即：这种高分子PTC芯片多层复合结构是通过高分子芯材与表层的复合电极片压制而成。这类方法特别适合制备单片或一定数量的电子元件，但不适合制备可卷绕PTC电子元件材料。中国专利02137202.0、02137203.9、02145483.3中也公开了类似的方法。
中国专利申请200610026057也公开了一种高分子PTC热敏材料及其制备方法，其包括如下的步骤：
①按常规制备PTC热敏电阻的母料；
②将上述母料制成薄膜；
③将步骤②制得的薄膜进行表面处理，提高表面张力；
④在表面处理过的薄膜两面镀上金属电极；
⑤将镀上金属电极的薄膜进行辐照交联。
上述专利申请的方法能够制备出可卷绕的PTC产品，从而提高了产品的生产效率。但由于采用电镀的方式复合电极，设备投入较大流程比较复杂，而且常因金属电极和高分子基质的复合不够紧密，增大了热敏电阻常温下的阻值，并且难以保证金属镀层的均匀性，阻值通常在1-10Ω之间，难以达到热敏电阻mΩ级的使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔软可卷绕的高分子PTC热敏材料以及能够生产这种高分子PTC热敏材料的制备方法。
为实现上述发明的目的，一方面，本发明提供了一种包括如下步骤的高分子PTC热敏材料的制备方法：
①制备高分子PTC热敏材料所需要的的薄膜基材；
②通过干法复合的方法，将步骤①制得的薄膜基材与金属箔进行复合，制得半成品的复合薄膜；
③将步骤②得到的复合薄膜在恒温室中进行时效处理；
④将步骤③得到的复合薄膜进行辐照交联。
其中，步骤①中可以将选用的母料，经过流延、拉伸、吹膜等常规的方式，制备出PTC热敏材料所需的薄膜基材。
优选地，步骤②中的干法复合的方法为粘合法，该方法可通过在薄膜基材的两侧涂上导电胶粘剂，然后与金属箔进行复合。例如，可以通过涂布机、粘胶辊以及其它的方式，在薄膜基材的两侧涂布上一层导电胶粘剂。
其中，导电胶粘剂的可以是双组分或者单组分的聚氨酯胶粘剂，其中添加了碳黑、铜粉、镍粉、银粉或其它金属粉以及聚苯胺等高分子导电填料。为了实现胶粘剂体系良好的流动性，润湿能力，需要配比好一定量的溶剂，如二甲苯、丙酮、乙酸乙酯等。涂上导电胶后，在薄膜基材的两侧复合上金属箔(电极)，制得半成品的复合薄膜。
步骤③将步骤②中得到的复合薄膜放在恒温室中恒温、恒湿一段时间后，例如1～7天，取出备用。恒温室的温度可控制在20～90℃之间。
步骤④中的辐照剂量可参考现有技术。通常将上述复合的热敏薄膜用γ射线(Co60)或电子束辐照交联，剂量为5～100Mrad。
另一方面，本发明还提供了一种高分子PTC热敏材料，该高分子PTC热敏材料是采用上述方法制得的、能够卷绕的复合薄膜，该复合薄膜是在高分子材料上复合有金属箔而形成的，其中，复合薄膜的厚度为10-300μm，宽度为100mm-5m，金属箔厚度为5-200μm。
优选地，复合薄膜的厚度为10-100μm薄；金属箔的厚度为10-100μm。
进一步优选地，在上述的高分子PTC热敏材料复合薄膜的上、下表层上，均复合有金属箔。
本发明，金属箔可以为铝箔、铜箔、锡箔，也可以是其它合金箔。
本发明的热敏材料复合薄膜能制成PTC热敏电阻，特别是可通过卷绕方式用于制造低电阻、小尺寸的热敏电阻；也可制成任意形状的平面图形作为自控温加热元件用于管道加热、地板采暖、电热毯或其它形式的加热场合。
本发明的制备方法首次成功地将制膜工艺应用到PTC热敏材料的制备领域，并且制备方法中的各步骤简单，均可在现有机械上实现，故可实现机械化、工业化生产，具有效率高的特点。
与现有技术相比，本发明高分子PTC热敏复合薄膜具有以下优点：(1)能生产电阻更低，尺寸更小的热敏电阻；(2)省去了芯材薄膜表面处理(如电晕)的工艺过程；(3)在更加友好的环境下制得产品，避免产生环境污染物可能性；(4)具有突出的高效率，节约能源，成本更低成本。采用本发明的技术生产热敏复合薄膜，不仅工序少，而且机械化程度提高，且机械设备的产能均较大，可实现高效率、低成本生产。同时，在本发明的复合薄膜中，薄膜芯材与金属电极具有良好的贴合性能。
附图说明
图1为采用本发明干法复合工艺的一种装置的示意图，图中，各附图标记的含义为：
1 母料薄膜基材 2 胶粘剂溶液槽 3 粘胶辊
4 导辊 5 金属箔 6 支撑辊
7 压辊 8 展平辊 9 收卷辊
10 烘干装置 11 压辊
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明并不仅限于这些具体的实施方式。
其中，各实施例中所采用的高分子母料的配方如表1所示，导电胶粘剂的配方如表2所示。
表1单位：％(重量比)
表2单位：％(重量比)
实施例1
将按表1配方制得的母料经过流延制得厚度为30um宽度为2.0m的薄膜基材，然后在图1所示的装置中进行干法复合。薄膜基材经过涂布机组，在薄膜基材一侧涂布上导电胶粘剂(其配方如表2所示)，然后在涂有导电胶粘剂的一侧复合上一层铝箔，复合好一侧后采用上述同样的方式在薄膜基材的另一侧复合好铝箔，制得半成品的复合薄膜，该半成品的复合薄膜放入40-80℃的恒温室中2天后，再将该复合薄膜用电子束辐照，剂量为50～80Mrad，即制得本发明的高分子PTC热敏薄膜。
实施例2
将表1配方所制得的母料加入到高低压吹膜机组，挤出膜管经风环鼓入压缩空气，使膜管吹胀，再通过定型框使之冷却定型，然后用人字板压平膜管，制得膜厚为30um、膜宽为2.0m的薄膜基材。该薄膜基材经过涂布机组，在薄膜基材的一侧涂布上导电胶粘剂(其配方如表2所示)，然后在涂有导电胶粘剂的一侧复合上一层铝箔，复合好一侧后采用上述同样的方式在薄膜基材的另一侧复合好铝箔，制得半成品的复合薄膜。该半成品的复合薄膜放入40-80℃的恒温室中2天后，再将该复合薄膜用γ射线(Co60)辐照，剂量为50～80Mrad，即制得本发明的高分子PTC热敏薄膜。
实施例3
将按表1中配方所制得的母料经过流延制得厚度为100um宽度为2.0m的薄膜基材。该薄膜基材经过涂布机组，在薄膜基材的一侧涂布上导电胶粘剂(其配方如表2所示)，然后在涂有导电胶粘剂的一侧复合上一层铝箔，复合好一侧后采用上述同样的方式在薄膜基材的另一侧复合好铝箔，制得半成品的复合薄膜。该半成品的复合薄膜放入40-80℃的恒温室中2天后，再将该复合薄膜用电子束辐照，剂量为50-80Mrad，即制得本发明的高分子PTC热敏薄膜。
实施例4
将按表1中配方所制得的母料经过流延制得厚度为100um宽度为2.0m的薄膜基材。该薄膜基材经过涂布机组，在薄膜基材的一侧涂布上导电胶粘剂(其配方如表2所示)，然后在涂有导电胶粘剂的一侧复合上一层铝箔，复合好一侧后采用上述同样的方式在薄膜基材的另一侧复合好铝箔，制得半成品的复合薄膜。该半成品的复合薄膜放入40℃的恒温室中2天后，再将该复合薄膜用γ射线(Co60)辐照，剂量为50-80Mrad，即制得本发明的高分子PTC热敏薄膜。
测试例1
将实施例1所制得的热敏薄膜切成长宽各为5mm正方形，分别在两个表面焊上两根引线制成热敏电阻。用电阻测试仪测得该电阻常温下的电阻为5.1m Ω。将其置于150℃烘箱中2分钟后，测得其电阻为5500Ω。
将实施例2所制得的热敏薄膜切成长宽各为5mm正方形，分别在两个表面焊上两根引线制成热敏电阻。用电阻测试仪测得该电阻常温下的电阻为4m Ω。将其置于150℃烘箱中2分钟后，测得其电阻为5200Ω。
将实施例3所制得的热敏薄膜切成长宽各为5mm正方形，分别在两个表面焊上两根引线制成热敏电阻。用电阻测试仪测得该电阻常温下的电阻为7m Ω。将其置于150℃烘箱中2分钟后，测得其电阻为5100Ω。
将实施例4所制得的热敏薄膜切成长宽各为5mm正方形，分别在两个表面焊上两根引线制成热敏电阻。用电阻测试仪测得该电阻常温下的电阻为8mΩ。将其置于150℃烘箱中2分钟后，测得其电阻为5600Ω。
测试例2
将实施例1和实施例2所制得的热敏薄膜切成宽度为5mm，长20mm的长方形。分别在两端的不同表面焊上两根引线。再将该长方形与同样大小的绝缘膜聚酯膜叠在一起并卷绕，得到宽为5mm、直径为3mm的电阻。用电阻测试仪测得这些电阻常温下的电阻，再将其置于150℃烘箱中2分钟后，测得其电阻。结果如表3所示：
表3
| 实施例 | 常温电阻(mΩ) | 150℃电阻(Ω) |
| 1 | 4.7 | 1000 |
| 2 | 3.5 | 5800 |
| 3 | 5.1 | 5600 |
| 4 | 6.3 | 5700 |
Claims (9)
1、一种制备高分子PTC热敏材料的方法，该方法包括如下的步骤：
①制备高分子PTC热敏材料所需要的的薄膜基材；
②通过干法复合的方法，将步骤①制得的薄膜基材与金属箔进行复合，制得半成品的复合薄膜；
③将步骤②得到的复合薄膜在恒温室中进行时效处理；
④将步骤③得到的复合薄膜进行辐照交联。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤②中所述的干法复合的方法为粘合法，其是通过在所述薄膜基材的两侧涂上导电胶粘剂，然后与所述的金属箔进行复合。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的导电胶粘剂包括双组分或者单组分的聚氨酯胶粘剂或者环氧树脂胶粘剂、导电填料、以及溶剂。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的导电填料为碳黑、铜粉、镍粉、银粉和/或有机物导电填料。
5、如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤③中所述恒温室的温度为20～90℃，所述时效处理的处理时间为1～7天。
6、一种高分子PTC热敏材料，其特征在于，所述高分子PTC热敏材料是按权利要求1-5之一所述的方法制得的、能够卷绕的复合薄膜，该复合薄膜是在高分子材料上复合有金属箔而形成的，其中，所述的复合薄膜的厚度为10-300μm，宽度为100mm-5m；所述的金属箔厚度为5-200μm。
7、如权利要求6所述的高分子PTC热敏材料，其特征在于，所述的复合薄膜的上、下表层均复合有所述的金属箔。
8、如权利要求6或7所述的高分子PTC热敏材料，其特征在于，所述的金属箔为铝箔、铜箔、锡箔或合金箔。
9、如权利要求6-8之一所述的高分子PTC热敏材料在制备热敏性电阻或自控温加热元件中的应用。
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|---|---|---|---|---|
| CN111477839A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-07-31 | 苏州凌威新能源科技有限公司 | 一种电池极片的制作方法及电池极片 |
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