[發明專利]一種雙控溫PTC導電印刷油墨及其制備方法

無效

• 申請號: 201410217613.0
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN103965696A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 肖淑勇;吳開;李智慧
• 申請（專利權）人: 寧波市加一新材料有限公司
• 主分類號: C09D11/52
• 分類號: C09D11/52;C09D11/103;C09D11/107
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 張強

技術領域

本發明屬于導電油墨技術領域，涉及一種可用于絲網印刷的雙控溫PTC導電油墨及其制備方法。

背景技術

PTC是Positive Temperature Coefficient的縮寫，意思是正的溫度系數，泛指導電材料的電阻，隨著溫度升高，逐漸甚至迅速增加的性能。

鈦酸鋇陶瓷是最典型的PTC半導體材料，該材料做為溫控開關已經得到廣泛應用。在聚合物中分散了碳等導電粒子，當導電粒子的填充濃度超過一定闕值（稱為滲透闕值）時，就會顯示出導電性，這類導電復合材料中，某些具有典型的PTC性能，正在得到廣泛應用，市場上已經出現各種此類PTC復合材料制備的自控溫加熱元器件，如自控溫加熱電纜。利用PTC特性而制作的加熱器件，與傳統的加熱電阻器件相比，具有以下潛在優勢：1)自感溫/自控溫。

本發明PTC材料的特點是加熱材料本身對溫度有感應，從而自動調整加熱功率。低溫時，電阻小，輸出功率大；高溫時，電阻大，輸出功率小。由于省去了測溫及控溫裝置，所以整個加熱原件結構簡單。

2)安全可靠。

首先由于不需要測溫及控溫裝置，所以不存在由于這些測溫及控溫裝置失靈而造成的各種危險。再者，由于PTC特性是該材料的內在性質，哪里熱，哪里就自動降低加熱功率，不會產生局部過熱現象；小孩坐上，再也不會擔心燙傷；衣物覆蓋，也不用擔心燒焦。另外，加熱功率的可控，使該加熱原件可以低壓驅動，避免了高壓觸電的危險。

3)升溫速度快。

假設根據應用需要（預定的使用溫度），電熱器件的功率需要10瓦，普通電熱器的功率是固定的，起始加熱功率也只能是10瓦，而PTC電熱膜的起始加熱功率可以設計為100瓦，達到預定溫度時自動降為10瓦，這樣大大縮短了到達預定使用溫度的時間。

4)發熱均勻，效率高。

由于該PTC電阻元器件是PTC油墨均勻印刷在平面基材上的薄膜，各個區域的電阻（并聯電阻）幾乎相同，通電電流和發熱功率也一致，這樣的加熱方式，可以避免局部過熱，也提高了加熱效率。

5)節能省電。

基于碳黑的ＰＴＣ加熱器件，屬于黑體紅外輻射，電熱轉換效率近于１００％。另外電流（功率）隨溫度變化的自控性，使耗電量得到更進一步的有效控制，從而帶來省電節能效果。

目前PTC復合材料的典型加工方法之一是高溫擠壓成型。例如，中國發明專利公開號CN101465185A，這種制備方法，制成的加熱器件板材，原材料耗量大，制作成本高，尤其是在制造形狀不規則的面狀加熱元件時，擠壓成型的方法已經不適用，因而限制了該技術的應用范圍和市場發展。

PTC復合材料的另一典型加工方法是由ＰＴＣ導電油墨印刷成膜。此技術生產的ＰＴＣ薄膜，薄，輕，韌，軟；不僅耗材用量少，且可大面積成膜，因而成本較低。如中國發明專利公開號CN202650568U，所公開的恒溫加熱膜，就采用了PTC導電油墨印刷的方式制備。

然而，目前市場上的PTC薄膜仍存在一些致命的缺陷。其一PTC性能比較差，如中國發明專利公開號CN103108906A，所公開的PTC導電油墨及其相應的PTC元件，雖然利用碳納米管的特殊性能，改善了材料的NTC性能，但是其PTC性能依然很差，60℃相對20℃的電阻變化只有1.5倍，甚至到了80℃電阻增加也不到2倍，這樣的PTC性能難以滿足60℃以內自控溫恒溫的應用需要。

其二，也是更致命的：市場上現有的PTC薄膜普遍在超過一定溫度時會出現由正溫度系數效應（PTC＝Positive Temperature Coefficient）轉變為負溫度系數效應（NTC＝Negative Temperature Coefficient）現象；也就是在溫度超過一定數值后，其電阻不再隨溫度增加而增加，反而隨溫度增加而下降；其后果就是：越熱，電阻越小，加熱功率越大，造成自我毀滅或自燃，這無疑是安全的一個致命隱患。圖1是某市場產品典型的PTC工作曲線，可以看到，在低于90℃時，產品具有PTC性能；但是當溫度超過90℃時，產品由PTC效應轉換為NTC效應，電阻開始下降，電壓恒定情況下，加熱功率隨溫度升高而增加，在沒有控制的情況下，越熱，電阻越小，加熱功率越大，導致無法想象的后果。在這里如圖1所示，低于該轉換溫度呈PTC效應的區間稱之為工作區，高于該轉換溫度呈NTC效應的區間稱之為隱患區。