自控温加热片及其制备方法

技术领域

本发明涉及加热片技术领域，具体涉及一种自控温加热片及其制备方法。

背景技术

为保护制热装置的安全，需要在制热装置中设置限温式温控器。当制热装置超过限定温度时，限温式温控器的触点会断开，从而停止制热装置中的电热体的发热，并继续保持触点断开状态，当温度低于下限阈值时，则再次导通触点，或者直至人工干预才能使限温式温控器触点重新闭合复位。

但这种加热的方式，存在较大的温度波动，并且断路器或者控制器根据温度的反馈控制较为不及时，存在滞后，导致温度控制不精准。

发明内容

基于此，有必要提供一种自控温加热片及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种自控温加热片，包括以下组分：

载体和导电填料；

所述载体为高分子材料，所述导电填料为金属粒子和无机非金属导电填料中的至少一种。

在一个实施例中，所述载体为聚丙烯和聚乙烯中的至少一种。

在一个实施例中，所述导电填料为镍粉、铝粉、铜粉、银粉、镀银玻璃微珠、镍包石墨粉、镍包碳粉、镀银铜粉、镀银铝粉、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯和石墨粉中的一种或任意几种。

在一个实施例中，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:0.2～4。

在一个实施例中，所述导电炭黑的粒径为1～70μm。

在一个实施例中，所述镍包碳粉包括：镍包碳纤维、镍包碳化硼和镍包碳化硅中的一种或任意几种。

一种自控温加热片的制备方法，包括以下步骤：

将第一预设重量份的载体进行开炼，得到一次产物；

将第二预设重量份的导电填料加入一次产物中，进行混合密炼，得到混合产物；

将混合产物挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，得到自控温加热片。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种自控温加热片，通过所述载体与所述导电填料按照一定比例混合，制得的自控温加热片，当接入电流后，随着自控温加热片温度的上升，自控温加热片的电阻率在特定温度或特定温度范围内迅速上升，上升幅度为指数级变化，使得自控温加热片的阻值趋近于无穷大，通过电流趋近于无穷小，此时自控温加热片停止发热，当自控温加热片在温度较低时，功率较大，升温迅速，当其又达到特定温度或特定温度范围时，电阻率迅速上升，功率自动下降，从而实现自控温，具有热效率高、升温速度快、安全节能的优点，使得温度控制更为及时、准确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一个实施例的自控温加热片的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在一个实施例中，一种自控温加热片，包括以下组分：载体和导电填料；所述载体为高分子材料，所述导电填料为金属粒子和无机非金属导电填料中的至少一种。

在本实施例中，所述载体为聚丙烯和聚乙烯中的至少一种，聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料，具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀；聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，具有优良的耐低温性能，且化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，吸水性小，所述导电填料为镍粉、铝粉、铜粉、银粉、镀银玻璃微珠、镍包石墨粉、镍包碳粉、镀银铜粉、镀银铝粉、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯和石墨粉中的一种或任意几种，进一步地，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:0.2～4。

在本实施例中，通过所述载体与所述导电填料按照一定比例混合，制得的自控温加热片，当接入电流后，随着自控温加热片温度的上升，自控温加热片的电阻率在特定温度或特定温度范围内迅速上升，即达到导电填料的居里温度时，电阻率的上升幅度为指数级变化，使得自控温加热片的阻值趋近于无穷大，通过电流趋近于无穷小，此时自控温加热片停止发热，当自控温加热片在温度较低时，功率较大，升温迅速，当其又达到特定温度或特定温度范围时，电阻率迅速上升，功率自动下降，从而实现自控温，具有热效率高、升温速度快、安全节能的优点，使得温度控制更为及时、准确。

在一个实施例中，所述镍包碳粉包括：镍包碳纤维、镍包碳化硼和镍包碳化硅中的一种或任意几种。

在一个实施例中，所述导电炭黑的粒径为1～70μm。

为了提高自控温加热片的居里温度，使得自控温加热片具有较大的居里温度范围，在一个实施例中，所述载体为聚丙烯，所述导电填料为镍包石墨粉和镀银玻璃微珠，通过在载体中加入镍包石墨粉，镍被磁化后具有很强的磁性，但随着温度的升高，镍中的金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，当温度达到足以破坏磁畴磁矩的整齐排列时，磁畴被瓦解，平均磁矩变为零，但在达到镍的居里温度时，期间存在着很强的磁阻效应，即电阻随着磁场的增加而减少，由于外强磁场与离子磁矩的相互作用，使得导电填料中的镍包石墨粉由铁磁到顺磁的转变过程被拉长，延时出现转变至顺磁状态，从而使得自控加热片能够具有较大的居里温度范围，进一步地，所述导电填料为镍粉、镍包石墨粉和镀银玻璃微珠时，自控加热片的居里温度较高。

当载体的质量份数不变，随着导电填料质量份数的增加，容易使得通电中的自控温加热片上的温度上升，其耐热性需要相应提高，在本实施例中，在玻璃微珠上镀银，配合镍包石墨粉，在满足导电填料在通电过程中具有较强的磁场能够使金属到半导体的转变温度增高和转变过程趋于平缓，且在一定范围内存在着磁阻效应，使得电流增大能够升温迅速，具有较大的居里温度范围的情况下，玻璃微珠能够提高导热填料整体的耐热性。相应地，导电填料质量份数的增加，也容易提高自控温加热片的导电性，镀银玻璃微珠中的玻璃微珠具有良好的电绝缘性，这样，使得自控温加热片整体的导电性能不变，且具有较大的居里温度范围。进一步地，所述载体为聚丙烯和聚乙烯的情况下，载体具有良好的耐高温和耐低温性能，能够适应导电填料中的镍包石墨粉和镀银玻璃微珠较达数值的居里温度。

在一个实施例中，提供一种自控温加热片的制备方法。

如图1所示，一种自控温加热片的制备方法包括以下步骤：

步骤110，将第一预设重量份的载体进行开炼，得到一次产物。

具体的，本步骤中，将载体加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。

步骤120，将第二预设重量份的导电填料加入一次产物中，进行混合密炼，得到混合产物。

具体的，本步骤中，将本步骤中，本步骤中，将导电填料加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。其中，通过调整密炼的时间，可以使各组分间分散得更好，从而解决组分间混炼时的相容性问题。

步骤130，将混合产物挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，得到自控温加热片。

具体的，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成片，得到自控温薄膜，该自控温薄膜具有PTC效应，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片，自控温加热片的电路电极可采用铜箔或不锈钢片。

在一个实施例中，所述载体为聚丙烯和聚乙烯中的至少一种，所述导电填料为镍粉、铝粉、铜粉、银粉、镀银玻璃微珠、镍包石墨粉、镍包碳粉、镀银铜粉、镀银铝粉、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯和石墨粉中的一种或任意几种。

在本实施例中，所述镀银玻璃微珠的处理方法为：提供玻璃微珠，对玻璃微珠进行碱洗、粗化预处理，使用敏化液对粗化处理后的玻璃微珠进行敏化处理，将敏化后的玻璃微珠置于镀铜溶液中，在搅拌条件下加入还原液，过滤得到镀铜玻璃微珠，将镀铜后的玻璃微珠置于镀银溶液中，在搅拌条件下加入银氨溶液，并于40-55℃下进行置换镀银，最后过滤清洗得到镀银玻璃微珠。

具体的，将玻璃微珠置于腐蚀剂中，加热至20～50℃，并缓慢搅拌20～40分钟后过滤，并用清水清洗至中性，然胡将粗化处理后的玻璃微珠置于敏化液中，于20～55℃下敏化处理10～250分钟后过滤，再将敏化后的玻璃微珠置于镀铜溶液中，边搅拌边加入还原液，并于35～65℃下还原镀铜处理10～25分钟后过滤，最后将镀铜后的玻璃微珠置于镀银溶液中，在搅拌条件下加入银氨溶液，并于40-55℃下置换镀银10～30分钟后过滤，并以清水清洗至中性后烘干，所述腐蚀剂为氢氟酸溶液，其浓度为5～28wt％；所述敏化液为氯化亚锡溶液和盐酸溶液的混合液，其中，氯化亚锡溶液的浓度为5～15g/L，盐酸溶液的浓度为20ml～80ml/L；以1L计，所述镀铜溶液的组成为：硫酸铜：20～120g，EDTA和/或EDTA二钠：40～150g，酒石酸钾钠和/或酒石酸钾：50～150g，氨水：10～60ml，氢氧化钠和/或氢氧化钾：1～10g，蒸馏水：余量；所述还原液为醛类或糖类，所述镀银溶液的组成为：EDTA和/或EDTA二钠：40～150g，酒石酸钾钠和/或酒石酸钾：10～80g，氢氧化钠和/或氢氧化钾1～10g/L，蒸馏水：余量。

在本实施例中，所述镍包石墨粉的处理方法为：提供石墨粉，对石墨粉进行表面清理及敏化处理，对敏化处理后的石墨粉进行活化处理，将活化处理后的石墨粉与镀液充分混合，镀液包括硫酸镍、水合联氨和柠檬酸，充分搅拌直至反应完全，得到镍包石墨粉复合材料。具体的，用质量浓度为80-90g/L的氢氧化钠溶液对石墨粉表面清理油处理，然后粉置于质量浓度为3-5g/L的SnCl2中进行敏化处理，敏化处理时间为15-17min，然后将敏化处理后的石墨粉置于PdCl2溶液中活化，活化的PH为1-2，温度为35-39℃，最后进行石墨粉表面包镍复合，与镀液充分混合反应，镀液包括主盐、还原剂和络合剂，充分搅拌镀液和石墨粉，直至反应完全，得到镍包石墨粉复合材料。

在本实施例中，所述导电炭黑的粒径为1～70μm。

在本实施例中，所述镍包碳粉包括：镍包碳纤维、镍包碳化硼和镍包碳化硅中的一种或任意几种。

下面用具体实施例进一步描述本发明。

实施例1

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚丙烯，所述导电填料为镍粉，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:0.5。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚丙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将镍粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

实施例2

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚乙烯，所述导电填料为铝粉，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:1。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚乙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将铝粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

实施例3

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚丙烯，所述导电填料为铜粉和银粉，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:1。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚丙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将铜粉和银粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

实施例4

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚乙烯，所述导电填料为镀银玻璃微珠，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:1.2。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚乙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将玻璃微珠加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

实施例5

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚丙烯，所述导电填料为镍包石墨粉和导电炭黑，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:1.5。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚丙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将镍包石墨粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

实施例6

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚乙烯，所述导电填料为镍包碳粉和石墨粉，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:2。

所述镍包碳粉为镍包碳化硅和镍包碳纤维。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚乙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将镍包碳粉和石墨粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

实施例7

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚丙烯和聚乙烯，所述导电填料为镍粉、镀银玻璃微珠和镍包石墨粉，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:3。

所述镀银玻璃微珠的处理方法为：提供玻璃微珠，对玻璃微珠进行碱洗、粗化预处理，使用敏化液对粗化处理后的玻璃微珠进行敏化处理，将敏化后的玻璃微珠置于镀铜溶液中，在搅拌条件下加入还原液，过滤得到镀铜玻璃微珠，将镀铜后的玻璃微珠置于镀银溶液中，在搅拌条件下加入银氨溶液，并于40-55℃下进行置换镀银，最后过滤清洗得到镀银玻璃微珠。

所述镍包石墨粉的处理方法为：提供石墨粉，对石墨粉进行表面清理及敏化处理，对敏化处理后的石墨粉进行活化处理，将活化处理后的石墨粉与镀液充分混合，镀液包括硫酸镍、水合联氨和柠檬酸，充分搅拌直至反应完全，得到镍包石墨粉复合材料。所述石墨粉的粒径为20μm。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚丙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将镍粉、镀银玻璃微珠和石墨粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

本实施例中的自控温加热片，具有较大的居里温度范围，且整体的绝缘性能好，耐高温和耐低温性能较优。

实施例8

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚乙烯，所述导电填料为镍粉、铝粉、铜粉、银粉和镍包石墨粉，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:4。

所述镍包碳粉包括：镍包碳纤维、镍包碳化硼和镍包碳化硅。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚乙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将镍粉、铝粉、铜粉、银粉和镍包石墨粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

实施例9

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚丙烯和聚乙烯，所述导电填料为铝粉、铜粉和银粉，铝粉、铜粉和银粉之间的比例为1:1:3，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:1.2。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚丙烯和聚乙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将铝粉、铜粉和银粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

实施例10

在本实施例中，所述自控温加热片，以质量份计，包括以下组分：所述载体为聚乙烯，所述导电填料为镍粉、铝粉、铜粉、银粉、镀银玻璃微珠、镍包石墨粉、镍包碳粉和石墨粉，所述载体与所述导电填料的质量分数比为1:3。

所述镀银玻璃微珠的处理方法为：提供玻璃微珠，对玻璃微珠进行碱洗、粗化预处理，使用敏化液对粗化处理后的玻璃微珠进行敏化处理，将敏化后的玻璃微珠置于镀铜溶液中，在搅拌条件下加入还原液，过滤得到镀铜玻璃微珠，将镀铜后的玻璃微珠置于镀银溶液中，在搅拌条件下加入银氨溶液，并于40-55℃下进行置换镀银，最后过滤清洗得到镀银玻璃微珠

所述镍包石墨粉的处理方法为：提供石墨粉，对石墨粉进行表面清理及敏化处理，对敏化处理后的石墨粉进行活化处理，将活化处理后的石墨粉与镀液充分混合，镀液包括硫酸镍、水合联氨和柠檬酸，充分搅拌直至反应完全，得到镍包石墨粉复合材料。所述石墨粉的粒径为20μm。

所述镍包碳粉包括：镍包碳纤维、镍包碳化硼和镍包碳化硅中的一种或任意几种。

本实施例提供的自控温加热片的制备方法：

将聚乙烯加入至密炼机中，炼制温度为160-200摄氏度，炼制时间为40-50分钟，得到一次产物。然后将镍粉、铝粉、铜粉、银粉、镀银玻璃微珠、镍包石墨粉、镍包碳粉和石墨粉加入密炼机中与中一次产物混合，密炼至135℃，炼制时间为20-45分钟，从而得到混合均匀的具有导电性能的混合产物。最后，将混合产物通过挤出模具、双辊压延机挤出压延成型，得到自控温薄膜，然后在自控温薄膜上设计开环线路，形成自控温加热片。

综上所述，本发明提供的一种自控温加热片以有机聚合物为支撑材料，在其中加入导电填料，并通过调整各组分的比例，使得制备出的自控温加热片的具有较大范围的居里温度，能够满足不同使用场景的范围需求，且具有一定的阻值范围，能够满足不同的加热温度需求，自控温加热片在温度较低时，功率较大，升温迅速，当其又达到特定温度或特定温度范围时，电阻率迅速上升，功率自动下降，从而实现自控温，具有热效率高、升温速度快、安全节能的优点，使得温度控制更为及时、准确。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施方式仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。