複合擠出法及所得的高分子ptc熱敏材料的製作方法

2023-10-17 21:33:19 1

專利名稱：：複合擠出法及所得的高分子ptc熱敏材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種高分子PTC熱敏材料、其製備方法以及其用途。技術背景眾所周知，在結晶性或半結晶性高分子聚合物中添加導電因子，可表現正溫度係數(PositiveTe即eratureCoefficient即PTC)特性電阻率在一個比較短的溫度範圍內可以隨溫度的上升而快速增加，由於高分子PTC熱敏電阻器具有較低的初始阻值，並且在較快的時間內迅速增加近5個數量級，可有效防止電路發生故障，如短路、搭接、感應等情況發生時，避免電路中產生大電流對電路中其他重要元件的破壞。當電路故障排除後，熱敏電阻的溫度下降，其阻值有恢復到低阻值狀態，不需要人工進行更換，所以高分子PTC熱敏電阻又稱為自恢復保險絲。高分子PTC熱敏材料所具有的這種溫度開關效應可被用於電路過流保護、自控溫加熱器等諸多場合。如作為一次性保險絲的替代品，廣泛地應用到通信、計算機、汽車、工業控制、家用電器等眾多領域中；作為伴熱產品，如伴熱電纜在石油鑽探、原油運輸、化學化工、鐵路運輸、電信傳送、園林園藝等諸多戶外作業領域發揮獨特的作用。中國專利申請200510112415.9中公開了一種高分子PTC晶片多層複合製造方法。該專利申請的高分子PTC晶片多層複合結構，包括高分子PTC材料層及複合在材料層外面的電極，其中，高分子PTC材料層可以為二層或二層以上，在各高分子PTC材料層之間可以加入有銅片層。其優點是採用此結構所製得的高分子PTC熱敏電阻器晶片，能有效降低恢復後的電阻漂移。但其製備方法採用的是壓製法，即這種高分子PTC晶片多層複合結構是通過高分子芯材與表層的複合電極片壓制而成。這類方法特別適合製備單片或一定數量的電子元件，但不適合製備可巻繞PTC電子元件材料。中國專利02137202.0、02137203.9、02145483.3中也公開了類似的方法。中國專利申請200610026057也公開了一種高分子PTC熱敏材料及其製備方法，其包括如下的步驟①按常規製備PTC熱敏電阻的母料；②將上述母料製成薄膜；③將步驟②製得的薄膜進行表面處理，提高表面張力；④在表面處理過的薄膜兩面鍍上金屬電極；⑤將鍍上金屬電極的薄膜進行輻照交聯。上述專利申請的方法能夠製備出可巻繞的PTC產品，從而提高了產品的生產效率。但由於採用電鍍的方式複合電極，設備投入較大流程比較複雜，而且常因金屬電極和高分子基質的複合不夠緊密，增大了熱敏電阻常溫下的阻值，並且難以保證金屬鍍層的均勻性，阻值通常在1-10Ct之間，難以達到熱敏電阻mQ級的使用要求。
發明內容本發明的目的是提供一種柔軟可巻繞的高分子PTC熱敏材料以及能夠生產這種高分子PTC熱敏材料的製備方法。為實現上述發明的目的，一方面，本發明提供了一種包括如下步驟的高分子PTC熱敏材料的製備方法①製備高分子PTC熱敏材料所需要的高分子母料；②將步驟①所得的高分子母料經擠出機擠出，並在擠出機的擠出模頭處將金屬箔用擠出機擠出的熔融樹脂進行複合，製得複合膜；③將步驟②製得的複合薄膜在激冷輥上冷卻，然後收巻、分切得半成品膜；④將步驟③所得的複合薄膜進行輻照交聯。其中，步驟①採用任何現有技術如密煉機混煉，將含樹脂如HDPE、LLDPE、炭黑、抗氧劑以及其他功能助劑等成分共混造粒製成母料。優選地，步驟②中，在擠出模頭處，將擠出機擠出的熔融樹脂兩側均複合上金屬箔。更優選地，步驟②中，採用雙輥擠壓的方式，將擠出機擠出的熔融樹脂與左右兩層金屬箔複合。例如，步驟②在擠出模頭兩側預先裝好兩巻金屬箔巻，同時在配備有單螺杆擠出機或者雙螺杆擠出機的塑化系統中，將步驟①中的母料塑化熔融，經過連接管達到擠出模頭處，在模頭處金屬箔與熔融樹脂複合。步驟③將步驟②中的複合薄膜中還處於熔融狀態的樹脂，在急冷輥上冷卻，並在壓輥的壓力下展平，然後收巻，再分切製得半成品膜。步驟③中急冷輥溫度可控制在20~90℃之間。步驟④所述的輻照劑量可參考現有的文獻或現有技術。通常將上述複合的熱敏薄膜用Y射線(Co60)或電子束輻照交聯，劑量為510Mrad。另外，步驟②中所釆用的擠出機可以為單螺杆擠出機或者雙螺杆擠出機。另一方面，本發明還提供了一種高分子PTC熱敏材料，該高分子PTC熱敏材料是採用上述方法製得的、能夠巻繞的複合薄膜，該複合薄膜是在高分子材料上複合有金屬箔而形成的，其中，複合薄膜的厚度為10-300jum,寬度為100匪-5m,金屬箔厚度為5-200jum。優選地，複合薄膜的厚度為10-100jum薄；金屬箔的厚度為10-100ium。進一步優選地，在上述的高分子PTC熱敏材料複合薄膜的上、下表層上，均複合有金屬箔。本發明，金屬箔可以為鋁箔、銅箔、錫箔，也可以是其它合金箔。本發明的熱敏材料複合薄膜能製成PTC熱敏電阻，特別是可通過巻繞方式用於製造低電阻、小尺寸的熱敏電阻；也可製成任意形狀的平面圖形作為自控溫加熱元件用於管道加熱、地板採暖、電熱趙或其它形式的加熱場合。本發明的製備方法首次成功地將制膜工藝應用到PTC熱敏材料的製備領域，並且製備方法中的各步驟簡單，均可在現有機械上實現，故可實現機械化、工業化生產，具有效率高的特點。與現有技術相比，本發明高分子PTC熱敏複合薄膜具有以下優點(1)能生產電阻更低，尺寸更小的熱敏電阻；(2)省去了芯材薄膜表面處理(如電暈)的工藝過程；(3)在更加友好的環境下製得產品，避免產生環境汙染物可能性；(4)具有突出的高效率，節約能源，成本更低成本。採用本發明的技術生產熱敏複合薄膜，不僅工序少，而且機械化程度提高，且機械設備的產能均較大，可實現高效率、低成本生產。同時，在本發明的複合薄膜中，薄膜芯材與金屬電極具有良好的貼合性能。圖1為採用本發明擠出複合工藝的一種裝置的示意圖，圖中，各附圖標記的含義為:1同向雙螺杆擠出機2T型模頭3熔融膜4金屬箔巻(兩側各一)5金屬箔6壓輥7激冷輥8複合薄膜9導輥10展平輥11收巻輥具體實施方式下面結合實施例來進一步說明本發明，但本發明並不僅限於這些具體的實施方式。其中，各實施例中所採用的高分子母料的配方如表l所示表1單位％(重量比)tableseeoriginaldocumentpage8實施例1將按表l中配方、釆用常規方法製得的母料加入到擠出機複合組中，所用裝置如圖l所示。母料經雙螺杆擠出機擠出呈熔融狀(熔融加工溫度為200~240°C),經連接管達到擠出模頭處(模頭處溫度為190~23(TC)，在模頭處用雙輥擠壓的方式將熔融樹脂與左右兩層鋁箔複合，經過30~40。C的急冷輥，得到厚度為50jum、寬度為1.5m的薄膜。再將該熱敏薄膜用Y射線(Co6。)輻照，劑量為50~80Mrad,即製得本發明的高分子PTC熱敏薄膜。實施例2將表1中原料經密煉機混煉然後直接經單螺杆或者雙螺杆擠出機擠出呈熔融狀(熔融加工溫度為200~240°C)，經連接管達到擠出模頭處(模頭處溫度為190~230°C)，在模頭處用雙輥擠壓的方式將熔融樹脂與左右兩層銅箔複合，經過8010(TC的急冷輥，得到厚度為50)am、寬度為1.5m的薄膜。再將該熱敏薄膜用電子束輻照，劑量為50-80Mrad，即製得本發明的高分子PTC熱敏薄膜。實施例3將表l中所製得的母料加入到擠出機複合組中，母料經單螺杆或者雙螺杆擠出機擠出呈熔融狀(熔融加工溫度為200~240°C),經連接管達到擠出模頭處(模頭處溫度為190~230°C),在模頭處用雙輥擠壓的方式將熔融樹脂與左右兩層鋁箔複合，經過80~IO(TC的急冷輥，得到厚度為100iam、寬度為1.Om的薄膜。再將該熱敏薄膜用y射線(Co6°)輻照，劑量為5Q~80Mrad,即製得本發明的高分子PTC熱敏薄膜。實施例4將表1中原料經密煉機混煉然後直接經單螺杆或者雙螺杆擠出機擠出呈熔融狀(熔融加工溫度為200~240°C),經連接管達到擠出模頭處(模頭處溫度為190~23(TC)，在模頭處用擠壓的方式將熔融樹脂與左右兩層銅箔複合，經過8010(TC的急冷輥，得到厚度為100pm、寬度為1.0m的薄膜。再將該熱敏薄膜用電子束輻照，劑量為5080Mrad,即製得本發明的高分子PTC熱敏薄膜。測試例1將實施例1所製得的熱敏薄膜切成長寬各為5mm正方形，分別在兩個表面焊上兩根引線製成熱敏電阻。用電阻測試儀測得該電阻常溫下的電阻為2.~3mQ。將其置於150。C烘箱中2分鐘後，測得其電阻為5200Q。將實施例2所製得的熱敏薄膜切成長寬各為5腿正方形，分別在兩個表面焊上兩根引線製成熱敏電阻。用電阻測試儀測得該電阻常溫下的電阻為lmQ。將其置於150。C烘箱中2分鐘後，測得其電阻為3800Q。將實施例3所製得的熱敏薄膜切成長寬各為5mm正方形，分別在兩個表面焊上兩根引線製成熱敏電阻。用電阻測試儀測得該電阻常溫下的電阻為4mQ。將其置於15(TC烘箱中2分鐘後，測得其電阻為5000Q。將實施例4所製得的熱敏薄膜切成長寬各為5腿正方形，分別在兩個表面焊上兩根引線製成熱敏電阻。用電阻測試儀測得該電阻常溫下的電阻為lmQ。將其置於15(TC烘箱中2分鐘後，測得其電阻為5100Q。測試例2將實施例1和實施例2所製得的熱^:薄膜切成寬度為5mm，長20mm的長方形。分別在兩端的不同表面焊上兩根引線。再將該長方形與同樣大小的絕緣膜聚酯膜疊在一起並巻繞，得到寬為5醒、直徑為3隱的電阻。用電阻測試儀測得這些電阻常溫下的電阻，再將其置於150。C烘箱中2分鐘tableseeoriginaldocumentpage11權利要求1、一種製備高分子PTC熱敏材料的方法，該方法包括如下的步驟①製備高分子PTC熱敏材料所需要的高分子母料；②將步驟①所得的高分子母料經擠出機擠出，並在所述擠出機的擠出模頭處將金屬箔用所述擠出機擠出的熔融樹脂進行複合，製得複合膜；③將步驟②製得的複合薄膜在激冷輥上冷卻，然後收卷、分切得半成品膜；④將步驟③所得的複合薄膜進行輻照交聯。2、如權利要求l所述的方法，其特徵在於，步驟②中，在所述的擠出模頭處，將所述擠出機擠出的熔融樹脂兩側複合上金屬箔。3、如權利要求2所述的方法，其特徵在於，步驟②中，採用雙輥擠壓的方式，將所述擠出機擠出的熔融樹脂與左右兩層金屬箔複合。4、如權利要求l所述的方法，其特徵在於，步驟③中所述的急冷輥溫度為20~90°C。5、如權利要求l所述的方法，其特徵在於，步驟②中所採用的擠出機為單螺杆擠出機或者雙螺杆擠出機。6、一種高分子PTC熱敏材料，其特徵在於，所述高分子PTC熱敏材料是按權利要求l-5之一所述的方法製得的、能夠巻繞的複合薄膜，該複合薄膜是在高分子材料上複合有金屬箔而形成的，其中，所述的複合薄膜的厚度為10-300)am,寬度為100mm-5m;所述的金屬箔厚度為5-200|am。7、如權利要求6所述的高分子PTC熱敏材料，其特徵在於，所述的複合薄膜的上、下表層均複合有所述的金屬箔。8、如權利要求6或7所述的高分子PTC熱敏材料，其特徵在於，所述的金屬箔為鋁箔、銅箔、錫箔或合金箔。9、如權利要求6-8之一所述的高分子PTC熱敏材料在製備熱敏性電阻或自控溫加熱元件中的應用。全文摘要本發明公開了一種利用擠出複合法製備高分子PTC熱敏材料的方法，其包括如下步驟①按常規製備PTC熱敏材料的母料；②將①所得母料用擠出複合的方法，在擠出模頭處將金屬箔用熔融樹脂複合；③將步驟②製得的複合膜在激冷輥上冷卻，然後收卷、分切得半成品膜；④將③所得的複合薄膜進行輻照交聯。採用本發明的擠出複合法生產高分子PTC熱敏材料，適於機械化生產，成本低而效率高，製得的高分子PTC熱敏材料增大了金屬電極和高分子基質的複合力，可收卷，製品能製作成小的製件。文檔編號B32B37/02GK101335124SQ2007100289公開日2008年12月31日申請日期2007年6月29日優先權日2007年6月29日發明者吳耀根,勇沈,蔡敏傑,蔡朝輝申請人:佛山塑料集團股份有限公司