[发明专利]一种双控温PTC导电印刷油墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电油墨技术领域，涉及一种可用于丝网印刷的双控温PTC导电油墨及其制备方法。

背景技术

PTC是Positive Temperature Coefficient的缩写，意思是正的温度系数，泛指导电材料的电阻，随着温度升高，逐渐甚至迅速增加的性能。

钛酸钡陶瓷是最典型的PTC半导体材料，该材料做为温控开关已经得到广泛应用。在聚合物中分散了碳等导电粒子，当导电粒子的填充浓度超过一定阙值（称为渗透阙值）时，就会显示出导电性，这类导电复合材料中，某些具有典型的PTC性能，正在得到广泛应用，市场上已经出现各种此类PTC复合材料制备的自控温加热元器件，如自控温加热电缆。利用PTC特性而制作的加热器件，与传统的加热电阻器件相比，具有以下潜在优势：1)自感温/自控温。

本发明PTC材料的特点是加热材料本身对温度有感应，从而自动调整加热功率。低温时，电阻小，输出功率大；高温时，电阻大，输出功率小。由于省去了测温及控温装置，所以整个加热原件结构简单。

2)安全可靠。

首先由于不需要测温及控温装置，所以不存在由于这些测温及控温装置失灵而造成的各种危险。再者，由于PTC特性是该材料的内在性质，哪里热，哪里就自动降低加热功率，不会产生局部过热现象；小孩坐上，再也不会担心烫伤；衣物覆盖，也不用担心烧焦。另外，加热功率的可控，使该加热原件可以低压驱动，避免了高压触电的危险。

3)升温速度快。

假设根据应用需要（预定的使用温度），电热器件的功率需要10瓦，普通电热器的功率是固定的，起始加热功率也只能是10瓦，而PTC电热膜的起始加热功率可以设计为100瓦，达到预定温度时自动降为10瓦，这样大大缩短了到达预定使用温度的时间。

4)发热均匀，效率高。

由于该PTC电阻元器件是PTC油墨均匀印刷在平面基材上的薄膜，各个区域的电阻（并联电阻）几乎相同，通电电流和发热功率也一致，这样的加热方式，可以避免局部过热，也提高了加热效率。

5)节能省电。

基于碳黑的ＰＴＣ加热器件，属于黑体红外辐射，电热转换效率近于１００％。另外电流（功率）随温度变化的自控性，使耗电量得到更进一步的有效控制，从而带来省电节能效果。

目前PTC复合材料的典型加工方法之一是高温挤压成型。例如，中国发明专利公开号CN101465185A，这种制备方法，制成的加热器件板材，原材料耗量大，制作成本高，尤其是在制造形状不规则的面状加热元件时，挤压成型的方法已经不适用，因而限制了该技术的应用范围和市场发展。

PTC复合材料的另一典型加工方法是由ＰＴＣ导电油墨印刷成膜。此技术生产的ＰＴＣ薄膜，薄，轻，韧，软；不仅耗材用量少，且可大面积成膜，因而成本较低。如中国发明专利公开号CN202650568U，所公开的恒温加热膜，就采用了PTC导电油墨印刷的方式制备。

然而，目前市场上的PTC薄膜仍存在一些致命的缺陷。其一PTC性能比较差，如中国发明专利公开号CN103108906A，所公开的PTC导电油墨及其相应的PTC元件，虽然利用碳纳米管的特殊性能，改善了材料的NTC性能，但是其PTC性能依然很差，60℃相对20℃的电阻变化只有1.5倍，甚至到了80℃电阻增加也不到2倍，这样的PTC性能难以满足60℃以内自控温恒温的应用需要。

其二，也是更致命的：市场上现有的PTC薄膜普遍在超过一定温度时会出现由正温度系数效应（PTC＝Positive Temperature Coefficient）转变为负温度系数效应（NTC＝Negative Temperature Coefficient）现象；也就是在温度超过一定数值后，其电阻不再随温度增加而增加，反而随温度增加而下降；其后果就是：越热，电阻越小，加热功率越大，造成自我毁灭或自燃，这无疑是安全的一个致命隐患。图1是某市场产品典型的PTC工作曲线，可以看到，在低于90℃时，产品具有PTC性能；但是当温度超过90℃时，产品由PTC效应转换为NTC效应，电阻开始下降，电压恒定情况下，加热功率随温度升高而增加，在没有控制的情况下，越热，电阻越小，加热功率越大，导致无法想象的后果。在这里如图1所示，低于该转换温度呈PTC效应的区间称之为工作区，高于该转换温度呈NTC效应的区间称之为隐患区。