本發(fā)明涉及PTC熱敏電阻器及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速響應(yīng)的熱敏電阻及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

目前，空調(diào)、加濕器、電暖器等家用電器一般使用帶風(fēng)機(jī)的電加熱器進(jìn)行制熱。但是，當(dāng)風(fēng)機(jī)在堵轉(zhuǎn)、失效或者因工作電壓偏低等情況下導(dǎo)致轉(zhuǎn)速降低或停止運轉(zhuǎn)時，若電加熱器不能及時斷開，加熱元件會持續(xù)進(jìn)行干燒，可能導(dǎo)致家用電器整機(jī)過熱變形，甚至著火。

熱敏電阻器是一種電阻值對溫度極為敏感的電阻器，其最基本的特性是其阻值隨溫度的變化而變化。高分子PTC熱敏電阻器是由填充了炭黑顆粒的聚合物材料制做而成的熱敏電阻器，其廣泛應(yīng)用于郵電通訊、計算機(jī)、汽車摩托車電子、手機(jī)電池、通訊衛(wèi)星、避雷裝置、運載火箭、飛機(jī)、坦克、醫(yī)療儀器、糧食倉庫、火災(zāi)報警、家用電器等電子線路中，起過流保護(hù)或過溫保護(hù)的作用。相比于普通的熱敏電阻器，高分子PTC熱敏電阻器的電阻可恢復(fù)，具有可重復(fù)多次使用的特點，從而使得高分子PTC熱敏電阻器的研究受到越來越多的關(guān)注。眾所周知，對于高分子PTC熱敏電阻器而言，動作時間越短，其越能快速而有效的發(fā)揮過流保護(hù)或過溫保護(hù)的作用。一般而言，流經(jīng)電路的電流越大，或工作環(huán)境溫度越高，高分子PTC熱敏電阻器的動作時間越短。因此，在流經(jīng)電路的電流一致的情況下，高分子PTC熱敏電阻器在環(huán)境溫度更高時具有更短的動作時間和更小的殘余電流，而環(huán)境溫度(T)與高分子PTC熱敏電阻器的阻抗值(R)密切相關(guān)。到目前為止，為了降低高分子PTC熱敏電阻器的殘余電流，減少響應(yīng)時間，人們采用的比較常見的方法有往原料里添加金屬顆粒，比如銀、鎢、銅、鎳、鐵等做導(dǎo)電劑的，或者提高原料中導(dǎo)電炭黑的添加量，但是這些方法都不夠理想，其均無法實現(xiàn)縮短動作時間，降低殘余電流的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種對溫度非常敏感，響應(yīng)時間短的高分子熱敏電阻器，本發(fā)明的目的還在于提供所述快速響應(yīng)的高分子熱敏電阻材料在加熱器上的應(yīng)用。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種快速響應(yīng)的熱敏電阻，由以下重量份的原料制成：聚有機(jī)硅氧烷50～60份、聚碳酸酯100～150份、環(huán)氧樹脂30～50份、PVP 150～200份、碳材料15～30份、金屬纖維5～15份、二氧化硅3～12份、阻燃劑0.1～0.8份、抗氧化劑0.1～0.3份、抗紫外線劑0.1～0.3份、潤滑劑0.3～0.5份。

優(yōu)選的，所述快速響應(yīng)的熱敏電阻，由以下重量份的原料制成：聚有機(jī)硅氧烷50份、聚碳酸酯120份、環(huán)氧樹脂32份、PVP 180份、碳材料20份、金屬纖維8份、二氧化硅6份、阻燃劑0.3份、抗氧化劑0.3份、抗紫外線劑0.1份、潤滑劑0.3份。

優(yōu)選的，所述碳材料為碳納米管、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纖、碳納米球、乙炔黑、炭黑、活性炭、多孔碳中的一種。

優(yōu)選的，所述快速響應(yīng)的熱敏電阻的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過化學(xué)交聯(lián)法將PVP制備成片狀水凝膠，將片狀水凝膠干燥固化后，在惰性氣體中煅燒3～5h，煅燒溫度為400～600℃，得到碳骨架；

(2)將有機(jī)硅氧烷、聚碳酸酯、環(huán)氧樹脂溶于有機(jī)溶劑中，在90～100℃下保溫0.5～2h，冷卻至50～60℃，然后依次加入碳材料、金屬纖維、二氧化硅，球磨1～2h，再加入阻燃劑、抗氧化劑、抗紫外線劑和潤滑劑，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)將碳骨架完全浸入混合基料中，超聲5～10min，再靜置30～60min，取出碳骨架，然后在輻射劑量率為200Gy/s～500Gy/s的條件下輻照60～100kGy，得到快速響應(yīng)的熱敏電阻。

優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為乙醇、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃、甲基四氫呋喃、甲基異丙酮中的一種或多種。

一種快速響應(yīng)的熱敏電阻的應(yīng)用，所述快速響應(yīng)的熱敏電阻在空調(diào)電加熱器上的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供了一種含有碳骨架的平板熱敏電阻，通過將凝膠碳化得到碳骨架，并在碳骨架中填充熱敏電阻材料，由于碳骨架具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，使得熱敏電阻具有均勻的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，從而實現(xiàn)縮短動作時間，降低殘余電流的目的，有效的發(fā)揮過流保護(hù)或過溫保護(hù)的作用；聚碳酸酯具有良好的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性，聚有機(jī)硅氧烷具有良好的耐腐蝕性；碳材料不僅對導(dǎo)電聚合物具有補(bǔ)強(qiáng)效果，增強(qiáng)熱敏電阻的力學(xué)強(qiáng)度，還具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，進(jìn)一步提升熱敏電阻的安全性。本發(fā)明的熱敏電阻器以碳為骨架，貫穿整個熱敏電阻，有效的縮短的動作時間，響應(yīng)迅速，降低了殘余電流，提高了熱敏電阻的安全性，且具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性，適用范圍廣。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1：

一種應(yīng)用于空調(diào)電加熱器上的快速響應(yīng)的熱敏電阻的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過化學(xué)交聯(lián)法將150份PVP制備成片狀水凝膠，將片狀水凝膠干燥固化后，在保護(hù)氣氬氣中煅燒3h，煅燒溫度為600℃，得到碳骨架；

(2)將50份有機(jī)硅氧烷、150份聚碳酸酯、30份環(huán)氧樹脂溶于乙醇、N,N-二甲基乙酰胺的混合溶液中，在100℃下保溫0.5h，冷卻至50～60℃，然后依次加入25份石墨烯、10份銀纖維、12份二氧化硅，球磨1.5h，再加入0.8份阻燃劑、0.1份抗氧化劑、0.1份抗紫外線劑和0.5份潤滑劑，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)將碳骨架完全浸入混合基料中，超聲5～10min，再靜置30～60min，取出碳骨架，然后在輻射劑量率為200Gy/s的條件下輻照60kGy，得到快速響應(yīng)的熱敏電阻。

實施例2：

一種應(yīng)用于空調(diào)電加熱器上的快速響應(yīng)的熱敏電阻的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過化學(xué)交聯(lián)法將180份PVP制備成片狀水凝膠，將片狀水凝膠干燥固化后，在保護(hù)氣氬氣中煅燒4h，煅燒溫度為450℃，得到碳骨架；

(2)將50份有機(jī)硅氧烷、120份聚碳酸酯、32份環(huán)氧樹脂溶于二甲基亞砜中，在90℃下保溫1h，冷卻至50～60℃，然后依次加入20份多壁碳納米管、8份鎳?yán)w維、6份二氧化硅，球磨1.5h，再加入0.3份阻燃劑、0.3份抗氧化劑、0.1份抗紫外線劑和0.3份潤滑劑，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)將碳骨架完全浸入混合基料中，超聲8min，再靜置30min，取出碳骨架，然后在輻射劑量率為400Gy/s的條件下輻照80kGy，得到快速響應(yīng)的熱敏電阻。

實施例3：

一種應(yīng)用于空調(diào)電加熱器上的快速響應(yīng)的熱敏電阻的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過化學(xué)交聯(lián)法將180份PVP制備成片狀水凝膠，將片狀水凝膠干燥固化后，在保護(hù)氣氬氣中煅燒4h，煅燒溫度為500℃，得到碳骨架；

(2)將60份有機(jī)硅氧烷、100份聚碳酸酯、40份環(huán)氧樹脂溶于二甲基亞砜、四氫呋喃的混合溶液中，在90℃下保溫2h，冷卻至50～60℃，然后依次加入30份碳纖維、5份鐵纖維、3份二氧化硅，球磨1h，再加入0.1份阻燃劑、0.3份抗氧化劑、0.3份抗紫外線劑和0.5份潤滑劑，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)將碳骨架完全浸入混合基料中，超聲5～10min，再靜置30～60min，取出碳骨架，然后在輻射劑量率為500Gy/s的條件下輻照100kGy，得到快速響應(yīng)的熱敏電阻。

實施例4：

一種應(yīng)用于空調(diào)電加熱器上的快速響應(yīng)的熱敏電阻的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過化學(xué)交聯(lián)法將200份PVP制備成片狀水凝膠，將片狀水凝膠干燥固化后，在保護(hù)氣氮氣中煅燒5h，煅燒溫度為400℃，得到碳骨架；

(2)將60份有機(jī)硅氧烷、120份聚碳酸酯、50份環(huán)氧樹脂溶于N,N-二甲基甲酰胺和甲基異丙酮的混合溶液中，在100℃下保溫1h，冷卻至50～60℃，然后依次加入15份銅納米球、15份金屬纖維、5份二氧化硅，球磨～2h，再加入0.6份阻燃劑、0.3份抗氧化劑、0.1份抗紫外線劑和0.3份潤滑劑，球磨20～30min，得到混合基料；

(3)將碳骨架完全浸入混合基料中，超聲5～10min，再靜置30～60min，取出碳骨架，然后在輻射劑量率為300Gy/s的條件下輻照90kGy，得到快速響應(yīng)的熱敏電阻。

綜上，本發(fā)明實施例具有如下有益效果：本發(fā)明的熱敏電阻器以碳為骨架，貫穿整個熱敏電阻，有效的縮短了動作時間，響應(yīng)迅速，降低了殘余電流，提高了熱敏電阻的安全性，且具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性，適用范圍廣。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。