本發(fā)明屬于電發(fā)熱材料領(lǐng)域,尤其涉及一種聚合物ptc電發(fā)熱材料及其制備方法。
背景技術(shù):
聚合物基PTC材料的基體是有機(jī)聚合物,然后在其中加入一些無機(jī)導(dǎo)電填料而形成的一種復(fù)合材料,這種材料最早是Frydman在1948年發(fā)現(xiàn)的,但是當(dāng)時人們對此并不是非常重視,直到60年代報道炭黑復(fù)合材料等也具有PTC效應(yīng)才引起了科學(xué)研究者的注意,首先于20世紀(jì)末在美國進(jìn)行了實(shí)際使用與開發(fā)。這種材料很好地綜合了無機(jī)填料導(dǎo)電性能及聚合物材料好的柔韌性能,具有很好的綜合性能。聚合物基PTC導(dǎo)電復(fù)合材料性能表現(xiàn)出良好與綜合性特點(diǎn),聚合物基PTC材料具有較低的室溫電阻率、PTC強(qiáng)度較高、成本低廉便宜及容易加工成型等性能,這些特點(diǎn)也是陶瓷基PTC材料所具有的,這些優(yōu)勢特點(diǎn)使聚合物基PTC材料成為了PTC材料研發(fā)的熱點(diǎn)與重點(diǎn),聚合物基PTC不僅廣泛地使用在衛(wèi)生醫(yī)療、自限溫伴熱帶及各種加熱裝置中,在過流過壓保護(hù)、弱電系統(tǒng)溫度補(bǔ)償?shù)确矫嬉灿泻艽蟮氖褂门c發(fā)展前景。目前的有機(jī)PTC 材料主要以石墨和炭黑為導(dǎo)電填料,主要存在的問題為該填料在聚合物中分散性較差,導(dǎo)致成品的穩(wěn)定性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足,提供一種聚合物ptc電發(fā)熱材料及其制備方法
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
一種聚合物ptc電發(fā)熱材料,它是由下述重量份的原料制成的:
低密度聚乙烯90-100、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物16-20、石墨粉20-30、鋁粉10-15、碳納米管10-16、三羥甲基丙烷0.7-1、羧甲基纖維素鈉1-2、十二烷基硫醇4-6、二烷基對二苯酚0.6-1、羥基錫酸鋅2-3、甲基纖維素4-5、棕櫚酸鈣0.8-1、苯乙烯10-14、過氧化二苯甲酰0.1-0.2、松香2-3、對氨基苯磺酸1-2、抗壞血酸0.7-1、過氧化鈉0.3-1。
進(jìn)一步地,所述低密度聚乙烯的密度為0.915-0.925g/cm3。
一種聚合物ptc電發(fā)熱材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將上述石墨粉加入到質(zhì)量比為3-4:1的硫酸、硝酸溶液中,所述的硫酸的濃度為90-95%,硝酸的濃度為96-98%,升高溫度為60-70℃,超聲1-2小時,過濾,將沉淀水洗2-3次,在60-70℃下真空干燥1-2小時,得酸化石墨粉;
(2)將上述二烷基對二苯酚加入到其重量16-20倍的無水乙醇中,攪拌均勻,升高溫度為70-75℃,加入上述三羥甲基丙烷,保溫攪拌4-10分鐘,得丙烷醇分散液;
(3)將上述碳納米管、抗壞血酸混合,加入到混合料重量75-100倍的去離子水中,在80-90℃下保溫攪拌20-30分鐘,加入上述過氧化鈉,超聲40-54分鐘,過濾,將沉淀水洗2-3次,常溫干燥,得氧化碳納米管;
(4)將上述酸化石墨粉、氧化碳納米管混合,加入到混合料重量35-40倍的去離子水中,加入上述對氨基苯磺酸,超聲10-15分鐘,得磺化復(fù)合填料;
(5)將上述苯乙烯加入到其重量10-15倍的二甲基甲酰胺中,加入上述十二烷基硫醇,升高溫度為70-75℃,加入上述過氧化二苯甲酰,通入氮?dú)?,加入上述磺化?fù)合填料,保溫反應(yīng)2-3小時,加入上述棕櫚酸鈣,攪拌至常溫,抽濾,將沉淀用二甲基甲酰胺洗2-3次,真空50-60℃下干燥1-2小時,得改性聚合物;
(6)將上述甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉混合,加入到混合料重量100-120倍的去離子水中,攪拌均勻,得復(fù)合纖維分散液;
(7)將上述丙烷醇分散液、復(fù)合纖維分散液混合,攪拌均勻,加入上述改性聚合物、低密度聚乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物,超聲1-2小時,過濾,常溫干燥,在130-200℃真空條件下熔融混合,攪拌均勻,與剩余各原料混合,攪拌30-40分鐘,擠出造粒,壓制成片材,再在片材表面壓制導(dǎo)線,即得到PTC電發(fā)熱材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的材料具有耐高溫的優(yōu)點(diǎn),其發(fā)熱要求可以滿足高溫的發(fā)熱要求,不會發(fā)生燒帶現(xiàn)象,本發(fā)明采用苯乙烯為單體,在制備聚合物的過程中將經(jīng)過表面處理后的石墨粉和碳納米管混合,將填料有效的分散到聚合物中,有效的提高了各原料成分之間的兼容性,導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的更加穩(wěn)固,大大提高了本發(fā)明的PTC 強(qiáng)度和PTC 穩(wěn)定性,電阻穩(wěn)定、溫度均勻,增強(qiáng)了成品材料的穩(wěn)定性。
具體實(shí)施方式
以下是本發(fā)明的實(shí)施例一。
一種聚合物ptc電發(fā)熱材料,它是由下述重量份的原料制成的:
低密度聚乙烯90、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物16、石墨粉20、鋁粉10、碳納米管10、三羥甲基丙烷0.7、羧甲基纖維素鈉1、十二烷基硫醇4、二烷基對二苯酚0.6、羥基錫酸鋅2、甲基纖維素4、棕櫚酸鈣0.8、苯乙烯10、過氧化二苯甲酰0.1、松香2、對氨基苯磺酸1、抗壞血酸0.7、過氧化鈉0.3。
其中,所述低密度聚乙烯的密度為0.915g/cm3。
以下是本發(fā)明的實(shí)施例二。
一種聚合物ptc電發(fā)熱材料,它是由下述重量份的原料制成的:
低密度聚乙烯95、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物18、石墨粉25、鋁粉13、碳納米管14、三羥甲基丙烷0.9、羧甲基纖維素鈉1.5、十二烷基硫醇5、二烷基對二苯酚0.8、羥基錫酸鋅2、甲基纖維素4.5、棕櫚酸鈣0.9、苯乙烯12、過氧化二苯甲酰0.1、松香2.5、對氨基苯磺酸1.5、抗壞血酸0.9、過氧化鈉0.7。
其中,所述低密度聚乙烯的密度為0.920g/cm3。
以下是本發(fā)明的實(shí)施例三。
一種聚合物ptc電發(fā)熱材料,它是由下述重量份的原料制成的:
低密度聚乙烯100、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物20、石墨粉30、鋁粉15、碳納米管16、三羥甲基丙烷1、羧甲基纖維素鈉2、十二烷基硫醇6、二烷基對二苯酚1、羥基錫酸鋅3、甲基纖維素5、棕櫚酸鈣1、苯乙烯14、過氧化二苯甲酰0.2、松香3、對氨基苯磺酸2、抗壞血酸1、過氧化鈉1。
其中,所述低密度聚乙烯的密度為0.925g/cm3。
一種聚合物ptc電發(fā)熱材料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將上述石墨粉加入到質(zhì)量比為4:1的硫酸、硝酸溶液中,所述的硫酸的濃度為95%,硝酸的濃度為98%,升高溫度為70℃,超聲2小時,過濾,將沉淀水洗3次,在70℃下真空干燥1小時,得酸化石墨粉;
(2)將上述二烷基對二苯酚加入到其重量20倍的無水乙醇中,攪拌均勻,升高溫度為75℃,加入上述三羥甲基丙烷,保溫攪拌10分鐘,得丙烷醇分散液;
(3)將上述碳納米管、抗壞血酸混合,加入到混合料重量100倍的去離子水中,在90℃下保溫攪拌30分鐘,加入上述過氧化鈉,超聲54分鐘,過濾,將沉淀水洗2次,常溫干燥,得氧化碳納米管;
(4)將上述酸化石墨粉、氧化碳納米管混合,加入到混合料重量35倍的去離子水中,加入上述對氨基苯磺酸,超聲15分鐘,得磺化復(fù)合填料;
(5)將上述苯乙烯加入到其重量15倍的二甲基甲酰胺中,加入上述十二烷基硫醇,升高溫度為75℃,加入上述過氧化二苯甲酰,通入氮?dú)猓尤肷鲜龌腔瘡?fù)合填料,保溫反應(yīng)2小時,加入上述棕櫚酸鈣,攪拌至常溫,抽濾,將沉淀用二甲基甲酰胺洗2次,真空50℃下干燥2小時,得改性聚合物;
(6)將上述甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉混合,加入到混合料重量100倍的去離子水中,攪拌均勻,得復(fù)合纖維分散液;
(7)將上述丙烷醇分散液、復(fù)合纖維分散液混合,攪拌均勻,加入上述改性聚合物、低密度聚乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物,超聲2小時,過濾,常溫干燥,在200℃真空條件下熔融混合,攪拌均勻,與剩余各原料混合,攪拌30分鐘,擠出造粒,壓制成片材,再在片材表面壓制導(dǎo)線,即得到PTC電發(fā)熱材料。