[其他]正温度系数(PTC)材料制造方法及其设备无效
申请号: | 87102932 | 申请日: | 1987-04-19 |
公开(公告)号: | CN87102932A | 公开(公告)日: | 1988-11-02 |
发明(设计)人: | 蒋淮渭;苏洪钎 | 申请(专利权)人: | 中国科学技术大学 |
主分类号: | C08L23/06 | 分类号: | C08L23/06;C08K3/04;H05B3/14 |
代理公司: | 中国科学院合肥专利事务所 | 代理人: | 童建安 |
地址: | 安徽省合肥市*** | 国省代码: | 安徽;34 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 温度 系数 ptc 材料 制造 方法 及其 设备 | ||
本发明涉及电热材料的制造工艺及其电加热器件。
传统电热器的电热元件是用金属电阻材料作为发热体,其电阻率随温度变化较小,在额定电压下,电热功率基本是恒定的。只有通过外加电子控制设备,才能实现功率的自动调节,但技术比较复杂,造价较高,不便维持。1961年F.Ko-hler用低压聚乙烯(HDPE)充填炭黑(CB)制得复合材料,发现其电阻率具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient),简称PTC材料。该材料的电阻率不仅随温度升高而增大,而且在特定温区急剧跃增,以至于阻断电流,具有热敏电开关特性。使其电阻率发生跃增的温度,定义为PTC材料的开关温度(Ts)。不同的PTC材料,其开关温度(Ts)不同,它主要取决于原料组成及制造工艺。美国较早的使用了PTC材料作发热体制成自限加热器的原型(USP3,243,753)。用PTC材料制作的自限加热器,通电工作时,不仅可以加热,而且能够自动限定最高加热温度,该温度定义为加热器的自限温度(Tr)。自限温度(Tr)的高低,取决于PTC材料的开关温度(Ts),它能使加热器的最高加热温度稳定地工作在Ts附近。自限温度Tr是自限温加热器的一项主要指标,它决定了加热器的适用范围。1974年美国已经研制出适合工业使用的自限加热器(即Self-Regulating Heater)。在USP3,914,363专利文献中,所公开的自限导电挤出物的制造方法,使做成的加热器必须在120-150℃温度下退火15小时以上,因而要求加热器的外套材料(高聚物)的熔点必须比内部PTC材料的高几十度,以保证在退火温度下电热元件不软化变形。目前,国外(如美国)已商品化生产出Tr为65℃,110℃,120℃及150℃不同种类的自限加热器。1980年以来国内开始涉入上述领域,研制出Tr等于65℃的自限加热带。由于所述加热器(带)具有自动限温,补偿加热的特殊性能,现已被广泛应用于防冻,防凝结,气液输运管线,石油开采等许多需要加热保温的工程上,获得了公认的优异效果。在民用方面,自限加热器也得到越来越广泛地开发应用。这引起国内外科技界的重视,并从多方面探索PTC材料的发热效率(JP昭57-12061),导电性能(JP昭57-21441,JP昭56-84437)以及加热器的工作寿命(JP昭55-98801)等。但是,在已有技术及公开的资料中,均未涉及到Ts=85±5℃温区的PTC材料的组成和制造工艺,以及应用该PTC材料为原料生产的Tr=80℃的自限加热器。
本发明的目的在于公开一种开关温度(Ts)为85℃的PTC材料的制造方法及应用该材料作发热体制造的自限温度(Tr)为80℃的加热器。
本发明的要点是:将高压聚乙烯(LDPE)、工业炭黑(CB)及其它添加物,按一定配比经热混炼制成PTC材料,其Ts=85±5℃;并应用该材料制得Tr=80±5℃的自动限温加热带。PTC材料的成分配比及制造工艺详述如下:该材料含有A,B,C,D,E,F,G成分。其中,A是LDPE,作为PTC材料的基本成分,取其重量为100%。A料可优先选用电缆型或薄膜型聚乙烯(PE),其熔融指数MI=0.3-7。其它各成分相对于基材A料的配比为:B是HDPE,用量为0-5Wt%A;C是爽滑剂,可选择硬酯酸或其Pb、Ba的盐,用量为0-0.5Wt%A;D是抗氧剂,可选择酚类或胺类化合物,用量为0.1-0.5Wt%A;E是无机填料,可选用CaCO3、TiO2或ZnO等粉料,理想的平均粒度小于1μm,用量为5-12Wt%A;F是工业炭黑(CB),但糟黑除外,其平均粒度20-100nm为宜,最佳粒度为20-40nm,用量与选用的A、B料有关,可为22-35Wt%A;G是金属离子抑制剂,可选用酰肼类或酰胺类化合物,用量为0.1-0.5Wt%A。
制造工艺:按照上述成分配比,用双辊筒炼塑机热混炼。将炼塑机予热至A料的软化温度以上,开始投入A料,待其塑化后,依B,C,D,E,F,G先后顺序进料混炼。每次进料均待该料混入、分散之后,再加后续成分。经反复炼制,最后簿通混炼均匀,即可下料冷却,制得片状PTC材料,造粒后备用。根据所用A料不同,炼塑机辊筒温度保持在140-190℃。从进料到簿通完毕下料每片PTC材料的炼制时间为10-20分钟。在加后续成分时,F料可分多次加完。
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