| 单词 | 复合PTC热敏材料 |
| 释义 | 【复合PTC热敏材料】 拼译：composite themistor materials with PTC effect 复合PTC(Positive Temperature Coefficient)热敏材料由有机高聚物材料和无机材料经适当的复合工艺制备而成，它既具有有机高聚物诸多优点，又具有过去仅为无机材料PTC特性，即存在着一个使其导电特性发生剧变的温度(居里温度Tc)。在这一温度以下它具有半导体特性，而在这一温度之上却转呈绝缘体特性。在居里温度附近一个相当狭窄的过渡区间，其电阻率随着温度的增加而急剧增大，从而导致这种导电特性的转变。采用这类材料制成的自控温加热元件在施加一定交流或直流电压后，会迅速使温度升高并恒定在预定温度。 有机材料导电性能研究开始于本世纪初期。50年代无机半导体领域所取得的理论与应用研究成果，起了较大的促进作用。人们对于有机材料的导电机制以及载流子的形成、传输和分子结构、杂质缺陷、表面状态等之间的关系有了比较深入的认识；同时发现，有机高聚物材料一旦由无定形状态转变为结晶状态，其导电率可提高几个数量级。即聚集状态的改变可能导致一般呈绝缘性的有机高聚物材料突变成半导体材料。1970年前后，日本中山邦之等通过把碳黑、金属粉末等导电性无机材料填充到诸如聚乙烯、聚丙烯这样一些结晶性的有机高聚物材料中，以增强后者处于晶态时的半导体特性，成功地制备了以有机高聚物材料为基材的复合PTC热敏材料。美国瑞侃(Raychem)公司利用这样一类材料生产了Chemelex AutoTrace系列自控温电伴热线，并应用在石油采运以及其它一些工业和家用目的。由于复合PTC热敏材料具有有机高聚物良好的力学性能(如柔软性、抗冲性等)和加工性能，适于制成面状发热体或长尺寸发热带，替代加压蒸汽或镍铬电阻丝等传统伴热方式用于石油采运或流体贮存的防冻保温，可以克服蒸汽伴热设备庞大、能耗大和镍铬电阻丝伴热功率不易调节、易因局部过热而烧毁等缺点，因而受到青睐。但是，单纯添加碳黑而制成的复合PTC热敏材料，其电阻率受制造工艺影响很大，质量难以稳定；而单纯添加金属粉末的复合PTC热敏材料又有加速有机高聚物材料老化的弊端，且在水汽环境中易于腐蚀，不利于材料PTC特性的长期稳定。80年代前后，中山邦之等在把乙炔碳黑填充到聚乙烯的同时，还添加诸如滑石粉、粘土之类的填料以及相应抗氧剂、防锈剂、稳定剂、增塑剂等一系列助剂。此外还通过一些适当的手段(如有机过氧化物、硫磺等的化学交联、高能电子束的辐射交联等)，使有机高聚物材料形成适度的网状结构，成功地制造45±5℃和100±5℃的复合PTC热敏加热带。有机高聚物材料分子链间的适度交联是为了克服温度高于其软化点时通常容易出现的热敏材料电阻率下降的弊端，另外一些报道，如在导电性碳黑中掺入某些离子成分(日本特开昭61－140091)，多种活性不同的碳黑的共同掺入(日本特开昭61－140092)，使用两种或两种以上具不同软化点的结晶性有机高聚物材料进行共混(日本特开昭58－58793)，都是为了这一的目的。日本特开昭62－51184以高软化温度(＞200℃)的热塑性高聚物材料作为基材，添加低分子量的聚酰胺和抗氧剂等，所制备的热敏材料的电阻率在低分子量聚酰胺的熔点附近急剧增大，但在温度超过聚酰胺熔点时，则由于基材远末达到其软化点温度而使这一高电阻率得以稳定保持。抗氧剂可抑制有机高聚物材料分子量的下降，使其PTC特性不致于随使用时间的延长而发生过大的变化，为了增加热敏材料的电阻温度系数，日本特开昭60－250279采用结晶性树脂与膨胀率不同的热塑性橡胶所成的共混材料作为基材，利用橡胶的收缩来抑制树脂的膨胀。这样，当橡胶处于热变形极限时，便出现树脂的膨胀占主导地位的局面，此时热敏材料的电阻率便会急剧上升。日本特开昭58－212090则在加热带四周设置阻止热敏材料膨胀的阻挡层，利用结晶性有机高聚物材料因未能实现膨胀而产生的内部应力，同样达到使材料的电阻率急剧增大的目的。F．Buech和R．Newnham等分别将过渡金属氧化物和V2O3添加到有机高聚物材料中制备复合PTC热敏材料获得成功，进一步拓宽所用无机材料的范围。1989年吴百源等将V2O3、V2O5添加到聚乙烯或聚丙烯中，可获得具有十个数量级左右电阻温度变化率的复合PTC热敏材料。为了防止过大的冲击电流，可在加热带电极的周围设置中间电阻层，后者在常温下应具有高于热敏材料的电阻率，而在恒定工作温度下的电阻率又应低于热敏材料(日本特开昭58－209885)，也可在电极之间设置绝缘层(日本特开昭58－212089)。尽管以结晶性有机高聚物为基材的复合PTC热敏材料的研究近20年来有了较大的发展，但其PTC特性仍然赶不上纯粹无机陶瓷所成的PTC热敏材料。如何既保留其力学性能、加工性能方面的优点，又克服其PTC特性方面的不足，仍将是今后10～20年内这一领域研究的热点。例如，本身具有PTC特性的钛酸钡系陶瓷粉末与碳黑一起作为聚乙烯的填料(日本特开昭56－6379)或先以化学镀膜或真空镀膜的方法对钛酸钡系陶瓷粉末作表面处理，使其表面形成一导电性薄层后再填充到有机高聚物材料中，以期降低室温下复合PTC热敏材料的电阻率(日本特开昭60－130083)，这都是一些提高复合PTC热敏材料PTC特性的新尝试。由于可选用的有机高聚物材料和无机材料品种繁多，它们复合成PTC热敏材料的方式又可以是多种多样的。深入探明这类材料PTC特性的形成机制和影响因素，充分利用有机高聚物材料最新研究成果，对于推动这一领域研究和应用的发展，无疑将具有重大意义。【参考文献】：1 Buech F．J．Appl．Phys．，1973，54∶5322 Meier H．Organic Semiconductors，Verlag Chemie，GmbH，D－694，Weinheim，19743 中山邦之，JP 60－2628564 Hu R A，et al．Phase Trans．，1986，7∶15 Newnham R，et al．J．Am．Cream．Soc．，1987，706 陈幼松，PTC加热器，世界发日用，1988，11：17 Moffatt D M，et al．J．Mater．Sci．，1989，24∶609(厦门大学丁马太教授、熊兆贤副教授撰) |
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