CN102161245B - 正温度系数器件制造方法及平面发热体防过热*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正温度系数器件制造方法及平面发热体防过热***，包括混合从乙烯丙烯酸丁酯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、聚氧化乙烯中选出的一种或两种以上高分子树脂、炭黑及添加剂，挤压成为薄膜形状并在两面附着电极之后，照射电子射线以进行交联处理的步骤。之后，串联多个上述正温度系数器件用作平面发热体控制器的防过热传感器电缆，并按一定间隔附着于发热体表面，而正温度系数防过热传感器电缆，在使用平面发热体的部位向任意方向弯曲设置，从而在任意位置分散设置正温度系数器件。在因异常运行而在附着正温度系数的部分及周围发生过热现象，则通过控制平面发热体的通电，从而提高防过热安全性，节省能源，容易施工，节省费用且提高耐久性。

Description

正温度系数器件制造方法及平面发热体防过热***

技术领域

本发明涉及正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)器件制造方法及利用上述正温度系数器件的平面发热体防过热***，串联多个正温度系数器件用作平面发热体控制器的防过热传感器，从而在发生过热(或蓄热)现象时，控制平面发热体的通电，以提高平面发热体的安全性。

背景技术

到目前为止，广泛使用的地面取暖和其它各种取暖装置大部分为使用石油、天然气等化石燃料的取暖装置，但因不完全燃烧时所产生的有害气体所导致的环境污染问题和化石燃料的枯竭的严重问题，人们对利用替代能源的取暖装置的关心越来越高，而且对其进行持续的研究和开发，从而开发出替代化石燃料而使用电的电热器具现在使用较多。但是，在用电发热时，到目前为止主要采用通过电阻体、电弧、感应加热等的局部加热或一维线的加热方式，取暖热集中分布在热源周围，因此，从效率性方面考虑，需要较宽的二维平面的均匀发热，从而进行了对新电热源的研究并开发出平面发热体。

平面发热体是呈薄膜形状、通过在其两端***薄的电极连接电源、通过所供应的电流及材料自身所具备的电阻成分发热的材料，其因具有出色的柔软性，可在二维的平面上均匀发热，而且可替代化石能源，获得经济、环保的效果，从而作为新一代取暖装置用热源，用于各种形式的取暖***(底面、墙壁、屋顶等)及工业加热器。

在平面发热的温度调节方式中，最广泛采用的一种方式是通过温度传感器的电控制方式。它是通过在发热体表面设置温度传感器，从而以显示于传感器的温度为标准调节发热的方式。在将平面发热体用于地面取暖***时，最广泛采用的对发热体的温度调节方法为：将温度传感器(热敏电阻、双金属等)附着于发热体表面并测量发热体温度，从而以所设定的温度为标准进行控制。

这种方式最大的问题是，以传感器周围的发热温度值为标准调节整个***的温度。若整个表面能够维持一定的温度，这种方式不会成为问题，但若除传感器部位之外的某个部分蓄热(集热)，则会损伤饰面材料及产品，因此，需引起用户格外的注意。例如，有因蓄热(集热)导致饰面材料损伤、降低产品性能及破损的现象，在日常生活中，若被子、地垫及具有可阻止向空气散热的性质的物体长时间接触温度控制用传感器部位之外的部分，则较之控制温度，其温度将急剧上升，而若继续维持这样的状态，则将导致饰面材料损伤、降低产品性能及破损的现象。

即，因为通过只测量温度传感器所处位置的温度控制发热体，因此，根据外部隔热程度和周围温度，可能导致邻近温度传感器的部分和相隔较远的部分的显著温差，但不能控制发热体所产生的热，从而需引起用户格外的注意。即，若在没有温度传感器的部分，长时间放置被子、地垫等具有可阻止散热的性质的物体，则较之周围控制温度，其温度将急剧上升，从而导致降低产品性能或损伤饰面材料的现象。

为解决上述问题，优选地，通过在整个平面发热体范围内进行温度管理，从而防止发生温度上升至正常使用温度以上的过热现象。

现有技术的多渠道温度检测方式受***开发及施工的限制。在多渠道温度检测方式中，以从各渠道接收的数据值为标准调节大面积的温度并非易事。若多个温度传感器中的一个传感器发生异常，将给整个***产生影响，因此，很难找到最佳取暖条件，现实性较差。另外，因地面取暖***的结构复杂，因此，难以安装施工，且施工费用也相对较高。

另外，PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)发热体(正温度系数发热体)以电极间距较窄的小型加热器部件为主，取暖用产品用于很小面积的施工，但其费用相对较高，而且大部分产品为低电压产品。其原因是，若为使正温度系数发热体发热而反复施加强电压(AC100V以上)，则因正温度系数发热体的劣化和正温度系数器件的反复性限制，产品容易受损。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种平面发热体防过热***及其运行方法，其制造适用作防过热传感器的正温度系数器件，且将多个正温度系数器件串联并按一定间隔附着于发热体表面，从而在平面发热体取暖***中，防止部分过热(或蓄热)现象，而且具有优秀的耐久性及安装施工性，提高安全性。

下面，对本发明进行详细说明。

在制造本发明正温度系数器件过程中，结晶型聚烯烃类树脂可使用本行业所公开的所有类型，而优选地，使用从乙烯丙烯酸丁酯(ethylene butyl acrylate)共聚物、乙烯醋酸乙烯酯(ethylene vinylacetate)共聚物、聚氧化乙烯(polyethylene oxide)中选出的一种或两种以上树脂。具体而言，优选地，作为平面发热体的防过热传感器使用适用于最佳温度40～120℃的高分子树脂，以在比较窄的温度范围内对温度增加做出反应，从而增加合成物的电阻，而使用量为20～70重量份。若高分子树脂的含量低于20重量份，则正温度系数器件的混合及成型较难，而若超过70重量份，则因相对减少导电性填充剂的含量，因此，常温条件下正温度系数的导电率较高。

另外，优选地，用于本发明的导电性填充剂使用从平均粒径70～300nm中选出的一种或两种以上的炭黑。具有优秀正温度系数特性的炭黑的选择条件为，粒子大小大，但相对表面积小，这时的正温度系数强度(PTC intensity)大。若平均粒径小于70nm，则虽然常温状态下的导电率好，但正温度系数强度不足，而若大于300nm，则虽然正温度系数强度大，但因常温状态下的导电率小，而优选地，其使用量为30～80重量份。若炭黑的含量小于30重量份，则常温状态下的导电率不足，而若大于80重量份，则因高分子树脂的含量相对减少，从而混合及成型较难。

上述添加剂，可使用从防氧化剂、UV稳定剂及交联剂中选出的一种或两种以上的混合物，而只要是相应领域中通常使用的，则没有特别的限制。具体而言，防氧化剂可使用石碳酸类的Irganox和磷类防氧化剂Ultranox、Richnox等；UV稳定剂可使用Tinuvin、Chimassob等；而交联剂可使用Dicumyl peroxide等。上述添加剂，可使用从防氧化剂、UV稳定剂及交联剂中选出的一种或两种以上的混合物。而优选地，使用量为0.1～3重量份，若使用量大于3重量份，则正温度系数器件在常温状态下的导电率高，而正温度系数强度小。

优选地，本发明正温度系数器件的混合温度为高于所使用的高分子树脂熔融点20℃以上的温度。若混合温度低于熔融点，则导电性填充剂与高分子树脂之间的混合不完全，而若温度过高，则将导致高分子树脂的热分解所引起的特性变化。混合装置可使用已公开的任何一种装置。

优选地，在高分子树脂的熔融温度范围内，将上述过程中充分混合的导电性合成物在两面形成电极(金属板)，并制作成厚度为0.2～3mm的薄膜形状的正温度系数器件，若厚度小于0.2mm，则难以成型，而若超过3mm，则因电极间距较大，从而常温电阻较高。此时，所使用的金属板为电阻低，不易氧化的金属板(铜、铝、不锈钢等)，只要是已公开的即可。

接着，完成改变高分子树脂内部结合状态的交联工序，以增加树脂的强度及耐久性，并在熔融点以上温度去除负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)现象，从而使正温度系数现象表现得更稳定。上述交联工序是用电子射线进行照射，用以在高分子树脂内形成物理***联结构，从而在熔融点以上，通过炭黑的再絮凝去除负温度系数现象。优选地，电子射线照射量为5～320keV，若低于5keV，则因高分子树脂的交联不足，从而减少正温度系数的反复特性，而若高于320keV，则因高分子树脂的热分解等，降低正温度系数的强度。

另外，可根据需要在电子射线交联之后或制作防过热传感器电缆之后，增加进行退火(Annealing)的步骤。正温度系数器件在其制造过程中，受到各种形式的热冲击，而为了确保最终正温度系数器件的正温度系数性能，可经过退火工序进一步提高正温度系数特性，即在高分子树脂的熔融温度一下维持一定时间，以缓和潜在的热应力。

本发明可制造在适合于平面发热体防过热传感器的40～120℃中表现正温度系数特性，而且具备优秀的常温电阻、正温度系数强度及正温度系数反复特性的正温度系数器件，而且通过将上述正温度系数器件用作平面发热体的防过热传感器，提供提高了防止平面发热体过热(或蓄热)现象的安全性的平面发热体防过热***。

附图说明

图1为第一实施例的根据电子射线照射量的正温度系数器件的特性曲线图；

图2为第二实施例的根据电子射线照射量的正温度系数器件的特性曲线图；

图3为第三实施例的根据电子射线照射量的正温度系数器件的特性曲线图；

图4为第四实施例的根据电子射线照射量的正温度系数器件的特性曲线图；

图5为第五实施例的根据电子射线照射量的正温度系数器件的特性曲线图；

图6为第六实施例的根据电子射线照射量的正温度系数器件的特性曲线图；

图7为第七实施例的根据电子射线照射量的正温度系数器件的特性曲线图；

图8为第八实施例的根据电子射线照射量的正温度系数器件的特性曲线图；

图9为第七实施例的退火前正温度系数器件的特性曲线图；

图10为第七实施例的退火(在60℃中退火12小时)后正温度系数器件的特性曲线图；

图11为在第三实施例中以20keV照射电子射线之后的正温度系数反复特性曲线图；

图12为在第七实施例中以20keV照射电子射线之后的正温度系数反复特性曲线图；

图13为利用正温度系数器件的防过热传感器电缆的概略平面图；

图14为在平面发热体上设置正温度系数防过热传感器电缆的示意图，其是单渠道控制电路概略图；

图15为在平面发热体上设置正温度系数防过热传感器电缆的示意图，其是多渠道控制电路概略图；

图16为本发明自动温度调节器一实施例的结构图；

图17为本发明自动温度调节方法一实施例的流程图；

图18为根据现有技术自动温度调节器的取暖***蓄热现象曲线图；

图19为根据利用根据本发明实施例7的正温度系数器件的防过热传感器电缆的平面发热体防过热***的取暖***蓄热现象曲线图。

具体实施方式

下面，结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明的范围不受下述实施例的限制。

以下表1所示的含量及条件制造正温度系数器件。

[表1]

树脂1：乙烯丙烯酸丁酯共聚物

树脂2：乙烯醋酸乙烯酯共聚物

树脂3：乙烯醋酸乙烯酯共聚物

树脂4：聚氧化乙烯

CB1：粒子大小300nm

CB2：粒子大小70nm

防氧化剂：Richnox

UV稳定剂：Chimassob

交联剂：Dicumyl peroxide

制造而成的正温度系数器件的特性如下：图1至图8为根据电子射线交联强度的正温度系数器件的物性曲线图。如图1至图8所示，从整体而言，在20keV以上条件下，因在正温度系数器件内形成三维网状结构阻止炭黑的移动，稳定正温度系数的活动，从而不出现负温度系数现象。

图9及图10为根据退火的正温度系数特性变化曲线图。对于附着引线时所受的热冲击压力，在基体树脂的熔融温度一下，实施12小时的退火。

图9及图10表示根据退火的正温度系数器件的特性变化结果。如图所示，初期常温电阻的变化不大，但正温度系数电阻及正温度系数强度相对增加100倍以上。

接着，对正温度系数器件的反复特性进行实验。反复实验以温度变化试验(30℃，10分钟90℃，10分钟，100次)的方式实施，而如图11及图12所示，在正温度系数运行温度60℃及100℃中，正温度系数强度持续维持10⁴以上。

如图13所示，利用本发明正温度系数器件的防过热传感器电缆通过利用焊接或连接器按一定间隔串联多个正温度系数器件制作而成。为了从物理冲击及湿气中密闭保护，上述正温度系数器件利用绝缘材料包裹。

上述绝缘材料混合从环氧树脂、聚氨酯树脂、硅树脂、聚酯树脂、三聚氰胺树脂或乙烯醋酸乙烯酯类等粘合剂中选出的一种或两种以上树脂制作而成，而优选地，选用具备优秀的耐冲击性，以抵抗物理冲击并防止湿气透湿的树脂。

防过热传感器电缆为串联数个至数百个正温度系数器件的电缆形式，而如图14及图15所示，可在使用平面发热体的部位以任意长度切断并向任意方向弯曲，并以之字形附着于平面发热体前面，从而在任意位置分散设置正温度系数器件。根据不同的使用环境存在差异，但优选地，单位面积(m²)上至少设置一个以上。

本发明平面发热体防过热***涉及自动温度调节器及其运行方法，其中，自动温度调节器包括：温度传感器，使发热体发热至一定温度；防过热传感器电缆，运行异常时防止过热并利用正温度系数器件制作而成；控制部，根据从上述传感器(温度传感器、防过热传感器电缆)输入的信号控制平面发热体电源。

图16为本发明自动温度调节器的结构图，包括输入/输出部、微型计算机、发热体控制部、正温度系数传感器测量部。输入部从用户接受设定温度并传送至微型计算机，而输出部从微型计算机接受当前发热温度并显示给用户。基本运行顺序如下：接通自动温度调节器电源并由用户输入设定温度之后，微型计算机通过温度传感器获知发热温度，若发热温度低于设定温度，则通过控制控制部施加电源，而若发热温度高于设定温度，则通过控制控制部切断电源，以控制发热体。

正温度系数传感器测量部通过定期检测防过热传感器电缆，并在因异常运行而导致过热现象时，控制发热体控制部。图17表示说明上述自动温度调节方法的一实施例的流程。

如上所述，本发明利用正温度系数器件的平面发热体防过热***，其最大应用面积取决于自动温度调节装置的容量，因此，根据施工面积采用由一个渠道构成的但渠道***(图14)及将一定区域划分为一个渠道的多渠道防过热***(图15)，而且可构成在某个部分过热时迅速检测并切断电流，以瞬间控制相应渠道过热现象的电路，从而在不给整个取暖***产生影响的前提下，只对过热的一定区域进行控制。

实现了利用平面发热体的地面取暖***，在地面面积2*2M上，以运行功率850W，进行如图14的安装施工之后，将重量约为2Kg，大小为1*1.5M左右的隔热物质(毯子)放置于施工面，实施人为的蓄热现象，以验证本发明防过热***。

图18为附着现有技术的一般自动温度调节器的情况，其是验证未附着温度传感器的部位的蓄热现象的曲线图；而图19为作为温度传感器和本发明防过热传感器电缆，单位面积(m²)附着四个第七实施例的正温度系数器件的情况，其是验证未附着温度传感器的任意部位的蓄热现象的曲线图。

如曲线图所示，在现有技术的一般自动温度调节器的情况下，经过逐渐蓄热，在试验时间结束时，蓄热部位的温度上升至100℃，而在利用本发明正温度系数器件的平面发热体防过热***的情况下，蓄热的饰面材料表面温度维持在50～55℃，从而确保安全性。

Claims (9)

1.一种正温度系数器件的制造方法，包括如下步骤：

a)混合从乙烯丙烯酸丁酯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、聚氧化乙烯中选出的一种或两种以上高分子树脂、平均粒径为70～300nm的炭黑、以及添加剂，以制备混合合成物；

b)在所述合成物两面形成电极并制作成薄膜形状的正温度系数器件；以及

c)通过向所述薄膜照射电子射线以进行交联处理来制造所述正温度系数器件，所述正温度系数器件运行温度是60℃到100℃，所述正温度系数强度超过10⁴Ωcm，

其中，所述添加剂是包括防氧化剂、UV稳定剂及交联剂的混合物。

2.根据权利要求1所述的正温度系数器件的制造方法，其特征在于：所述混合合成物包括20～70重量％的高分子树脂、30～80重量％的炭黑以及0.1～3重量％的添加剂。

3.根据权利要求1所述的正温度系数器件的制造方法，其特征在于：在所述b)步骤中，形成电极的薄膜的厚度为0.2～3mm。

4.根据权利要求1所述的正温度系数器件的制造方法，其特征在于：在所述c)步骤中，电子射线交联在5～320keV条件下进行。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的正温度系数器件的制造方法，其特征在于：还包括在交联后或制作防过热传感器电缆之后进行退火的步骤。

6.一种平面发热体防过热传感器电缆，其串联多个由根据权利要求1至5中任一项所述的制造方法制造而成的正温度系数器件并用绝缘材料密封。

7.一种自动温度调节器，其检测根据权利要求6所述的平面发热体防过热传感器电缆并以此控制平面发热体的发热量。

8.一种平面发热体取暖***，其具备根据权利要求6或7的任一项所述的平面发热体防过热传感器电缆或自动温度调节器。

9.一种组合式取暖***，其具备根据权利要求6或7的任一项所述的平面发热体防过热传感器电缆或自动温度调节器。