[发明专利]具有PTC效应的电热膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有PTC效应的电热膜及其制备方法，所述电热膜包括导电填料，支撑材料和第三组分，所述导电填料填充在所述第三组分中，所述第三组分的热膨胀系数较所述支撑材料的热膨胀系数大。本发明中通过对第三组分的调节和组合，在同一种支撑材料的电热膜中设计具有不同温度的PTC效应的电热膜，可有效解决现有技术中依靠高分子支撑材料提供体积热膨胀存在的问题，缩短产品开发流程和降低开发成本。

技术领域

本发明涉及电热材料技术领域，具体涉及一种具有PTC效应的电热膜及其制备方法。

背景技术

PTC效应指的正温度系数效应，是指当材料的温度升高到某个温度后，材料的电阻率会迅速增加，材料由导体变为不良导体甚至绝缘体。正是因为这一特点，具有PTC效应的材料经常被用于设计和制备在通电加热的条件下需要自限温的电热材料，这种电热材料在加热达到一定温度后会由于电阻变大发热功率降低而实现自动限温效果。

高分子基电热膜一般以炭黑、碳纤维、石墨烯或者金属等导电粒子作为导电填料加入到高分子支撑材料中制备而成。电热膜在通电后会发热，这时如果局部有覆盖物，容易引起该局部热量聚集而导致局部温度过高。由于高分子材料的耐热性一般不佳，故这种热量积累会烧毁和损坏电热膜，更严重现象是引起覆盖物燃烧而发生火灾事故。因此，需要实现高分子电热膜的限温。对此，目前采用的方法主要是使用温度传感器测量温度，当达到某一温度后继电器断电。这种方法的缺点在于如果温度过高的局部位置正好不是温度传感器的放置位置，或是温控器自身意外故障而失灵，这两种情况都会导致温度监测失效和温度失控。另外一类方法就是采用具有PTC效应的电热膜。这种电热膜如果某个局部温度过高，那么这个局部会由于PTC效应而发热功率自动降低，达到自动调节的目的。

这类技术中，电热膜PTC效应的实现是依靠高分子基体的热膨胀所产生的稀释效应。其原理是：在导电加热过程中，电热膜的高分子支撑体因为温度升高导致体积膨胀，使得原来互相接触的导电填料由于支撑体的膨胀而分开，从而由导电通路变为不导电通路，导致电热膜的发热功率下降和温度下降，实现自限温目的。

这类技术的缺陷在于实现PTC效应主要依赖于支撑体在受热后的体积膨胀，需要高分子支撑体同时提供热膨胀能力和体系的力学性能及尺寸稳定性能力，这在实际使用中很难兼顾。而且由于电热材料体现出PTC效应的温度依赖于支撑体的热膨胀程度，因此对同一种支撑材料而言，电热材料的PTC效应温度是一样的，无法满足电热材料在不同场合下限温的要求。如有的场合需要电热膜限温在50度，有的场合则需要电热膜限温在80度。此外，采用此类技术开发自限温电热膜，当PTC效应的实现温度不同时，只能通过更换发热体支撑材料来实现，而支撑材料的更换则会导致加工参数甚至加工设备的更改，使得产品开发周期长、开发成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于导电填料和第三组分的具有PTC效应的高分子电热膜及其制备方法。在本发明中，可以使用炭黑充当导电填料，第三组分的热膨胀系数较发热体支撑材料的热膨胀系数高，提供体积膨胀和电热膜实现PTC效应的能力；而发热体支撑材料，提供力学性能和尺寸稳定性。本发明中可通过对第三组分的调节和组合，在同一种支撑材料的电热膜中设计具有不同温度的PTC效应的电热膜，可有效解决现有技术中依靠高分子支撑材料提供体积热膨胀存在的问题，缩短产品开发流程和降低开发成本。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种具有PTC效应的电热膜，包括导电填料，支撑材料和第三组分，所述导电填料填充在所述第三组分中，所述第三组分的热膨胀系数较所述支撑材料的热膨胀系数大。

可选的，所述导电填料为炭黑，所述支撑材料为聚氨酯。

可选的，所述第三组分是不溶于水的有机分子、高分子聚合物或者他们的组合，所述第三组分的熔点比电热膜需要实现的自限温度高。

可选的，所述第三组分的熔点比电热膜需要实现的自限温度高10-25℃。