ptc的学位论文(东南大学 博士) page 06

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1、第四章聚合物PTC传感元件的加工T艺第四章、聚合物PTC传感元件的加工工艺'4.1引言聚合物PTC传感元件的加工工艺对PTCS的性能影响很大，由于高聚物对温度、压力、剪切速度、时间等因素非常敏感，且在加工过程中可能发生的化学变化(如降解、交联)和物理变化(如结晶、取向)都会直接影响材料的性能，另一方面，由于炭黑粒径小，结构性高，需尽可能地建立和改善炭黑在基体中的空iul网络结构，因此，加工工艺和工艺条件在很大程度上决定了聚合物PTCS性能优劣。为研制性能优越的聚合物PTCS，必须研究聚合物PTCS

2、的加工工艺与工艺条件。本章在第三章确定聚合物PTCS材料配比的基础上，系统研究加工工艺对性能的影响。夸4.2聚合物PTC传感元件的工艺流程与工艺条件高聚物与炭黑(CB)为影响PTCS的关键材料，本文重点针对这两种材料来确定加工工艺。一般情况下，炭黑/聚乙烯复合材料的加工工艺流程为:其中:混合指通过高速混合机使各原材料均匀分布，同时保证各个批试性能的一致性。★密炼也称塑炼，即借助加热和高剪切力使混合物获得熔化与混合，该过程是在密炼机中实现的。通过对混合物施加连续的剪切、翻滚和撕扯，实现理想混合F55

3、]若选择合适的密炼时间和温度，适宜的剪切速率可以使炭黑在基体中均匀分散，并形成稳定的导电网状链，使聚合物PTCS材料具有优良的力学性能与导电性能。在密炼过程中，我们发现:随着密炼时间的延长，电导率。渐升，如继续密炼，反而下降。这是由于密炼时间的延长，炭黑粒子在基体中的分散不断均匀，导电通道不断增加:若继续密炼，因剪切作用。使炭黑的网状结构受到破坏，导致相互聚集分散，另外，进一步的密炼，也使作为基体的聚合物氧化降解或交联，使炭黑无法聚集。随着密炼温度的升高，电导率。渐升，如继续升温，反而下降，这是由

4、于随着升温，减低了整个混合物的表观粘度，使混合过程的剪切应力下降，减少对炭黑结构的破坏，利于形成更为完善的导电网络。但是靠提高混合温度来降低粘度东南大学博士学位论文是有限的，过分提高混合温度加速副反应(降解、交联)的发生，从而降低导电性能。高的剪切速率可以改善CB的分散状态，提高材料力学性能，同时也会破坏炭黑的结构性，应选用合适的剪切速率。本文通过多次试验，确定如下工艺参数:密炼温度:2000C;密炼时间:20分钟;密炼转速:50r/min★开炼密炼下料，通过开炼二次混合，一方面使混合物充分混合，

5、另一方面可以排掉混合物中的气泡，消除材料中的缺陷。开炼是在开炼机或称二辊混炼机上实现，f时V.筒转速:20r/min辊筒表面温度1800C.★造粒造粒指对开炼后的平板料在切粒机上制成便于成型的密实的球型、圆柱形或其他形状颗粒状的操作，造粒后，可以对粒料进行充分烘干，排除水份，为挤出工艺做好准备。★挤出对埋线式聚合物PTCS，挤出工艺是重要的工艺环节，既是聚合物PTCS的成型工艺，同时其参数设置对聚合物PTCS的性能影响很大。挤出工艺的目的就是将混合材料包裹在多股电极上，形成“电缆”，图4-1为“电

6、缆”的截面示意图。本体料多股电极图4-1截面示意图技术难点:1)电极必须位于材料的中间;2)电极与材料结合紧密，无空隙;3)电缆表面光滑，无毛刺。为解决上述技术问题，挤出工艺以挤出机为核心，配以引线加热及牵引等辅助设备，并合理设置有关参数。挤出机采用单螺杆挤出机[56]其工作过程是:粒料随着螺杆的旋转，经固体输送、熔融、熔体输送和混合等区段，最后到达机头输出。在机头穿有多股引线，混合熔体随着螺杆旋转速度和牵引速度在机头均匀地包裹在引线上。“电缆”外形由装在机头上的口模确定。引线加热的作用是:提高引

7、线表面温度，保证熔体混合物与引线紧密结合，提高引线与本体材料的导电性接触。引线加热设备为自制，实为长约80cm的圆形加热腔，内部用电阻丝加热，外加石棉保温。牵引设备是履带式牵引机，其作用是:协调本体料挤出与引线移动速度，使本体料均匀、平滑地包裹在引线表面。牵引速度与挤出机内部各段温度、本体料的组成、口模的大小等因素有关。调试关键工艺:1,机头与口模的对准。通过多次调试可以实现。第四章聚合物PTC传感元件的加TT艺2、挤出机各段温度设置。与螺杆的转速相协调，转速越快，温度越高根据混合料在各段的熔融状

8、态，机身各段温度设置各有不同。本文实验中机身各段温度设置为:I段17f(:.11段2001C,m段2001C,IV段170'C。3,速度的协调。首先确定螺杆速度，使本体料在挤出机机身内能边熔融，边混和，边向机头推进;再不断调试牵引速度，保证挤出的“电缆”连续，表面均匀、光滑。★切割抽头该工序实现两个目的:1,将电极从本体料中剥出规定长度。2、将“电缆”按规定高度切割。该工序形成样品的外形如图4-2多股电极图4-2PTCS半成品外形示意图多股电极从本体料中剥出，是为了可以与单股电极焊