一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，其特征在于，按重量计，包括30～70％的聚合物基体，35～60％的导电填料，1～3％的抗氧剂，0.1～4％的润滑剂，2～8％的耐压增强填料。本发明专利技术所得PTC聚合物导电复合材料通过改变聚合物基体的组分数及各组分比例，其PTC居里点在60～110℃转变。本发明专利技术实现了对PTC聚合物导电复合材料居里点的调控、缩短了动作时间，同时具有低成本、优异稳定性和耐压特性、无NTC效应，温度适用范围广，提高了PTC热敏电阻的安全性，能够对电路进行良好的过流与过温保护。本发明专利技术在过流及过热保护元件、温度传感器及汽车启动装置等领域有极大的发展应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料及制备方法
本专利技术属于功能高分子材料
，具体地说，涉及一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料及制备方法。
技术介绍
聚合物基PTC(PositiveTemperatureCoefficient)材料是指电阻率随温度升高而增加的一类导电高分子复合材料。聚合物基PTC导电复合材料的电阻率在居里点之前变化微小或基本保持不变，当达到居里点时，复合材料的电阻率急剧增加。由于其具有温度敏感的典型特征，该复合材料已广泛应用于过流及过热保护元件、温度传感器、汽车启动装置及抗电磁屏蔽材料等领域。聚合物基PTC材料由于成本低廉、化学稳定性好、易于成型加工等优点，同时具有电导率和外观的可设计性、电阻可恢复性，已成为国内外研究开发的热点之一。目前聚合物基PTC材料还存在很多问题，例如动作时间长、电阻稳定性差、耐压特性差、存在NTC(NegativetemperatureCoefficient)效应，这大大制约其在各个领域的广泛应用。其中动作时间过长将导致PTC热敏电阻不能有效的发挥过流或过温保护作用，这对所保护的元件是致命的。然而，动作响应时间与聚合物基PTC材料居里点密切相关，因此对聚合物基PTC材料居里点的调控具有极大的实际应用价值和意义。目前，大多数研究是通过选择不同单一组分聚合物基体改变PTC复合材料的居里点。例如，Liang等人(EffectsofheattreatmentonelectricalconductivityofHDPE/CBcomposites.PolymerTesting.2017,62:224)所制备的聚合物PTC复合材料的居里点温度约为110℃；Zhang等人(InfluenceofCFonPTCPropertiesofLDPE/CarbonFiberComposites.AdvancedMaterialsResearch.2014,1056：24)所制备的聚合物PTC复合材料的居里点温度约为70℃；窦强(PVDF/炭黑导电复合材料的PTC性能研究.工程塑料应用.2000，28：3)所制备的PTC材料居里温度约100℃；这种方法既增加了选择成本、又耗费大量的时间精力，且居里点范围窄，导致PTC复合材料应用局限性大。然而，通过系统研究聚合物基体的组分数及各组分比例对PTC聚合物基体居里点调控方面的研究却鲜有报道。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术旨在提供一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料及制备方法。本专利技术通过改变聚合物基体的组分数及各组分比例实现了对居里点的调控，且具有动作时间短、无NTC效应的优点，并通过添加耐压增强填料使得复合材料具有优异的耐压特性和电阻稳定性。为解决上述问题，本专利技术提出以下技术方案：一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，按重量计，包括30～70％的聚合物基体，35～60％的导电填料，1～3％的抗氧剂，0.1～4％的润滑剂，2～8％的耐压增强填料。优选的，一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，按重量计，包括35～60％的聚合物基体，35～55％的导电填料，1～3％的抗氧剂，0.1～3％的润滑剂，2～6％的耐压增强填料。优选的，所述聚合物基体是一种或多种结晶或半结晶聚合物。优选的，所述聚合物基体选自高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的一种或几种。在上述PTC聚合物导电复合材料中，聚合物基体在复合材料中所占重量比不变，通过改变组分数及各组分比例实现对居里点在60～110℃调控。所述聚合物基体分为双组分和三组分。双组分聚合物基体为HDPE和LDPE，LDPE和EVA，HDPE和EVA，且固定前者与后者比例为(1～10)：(1～9)；三组分聚合物基体为HDPE、LDPE和EVA，且固定三者的比例为(2～10)：(1～6)：(1～5)。优选的，导电填料为炭黑、碳纤维、金属粉或其氧化物、碳纳米管中的一种或几种。所述金属粉或其氧化物为铜粉、银粉、氧化锌粉末和氧化镁粉末中的至少一种。所述的导电填料为炭黑时，其特征在于，炭黑的平均粒径在20～60nm，所述炭黑的吸油值在50cm3/100g～140cm3/100g。优选的，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、胺类抗氧剂中的一种或几种。优选的，所述润滑剂选自氧化聚乙烯蜡、硬脂酸锌、聚乙烯蜡中的一种或者几种。优选的，所述耐压增强剂为氢氧化镁、氢氧化铝、微胶囊红磷、硼酸锌中的一种或几种。所述氢氧化镁的平均粒径在1～6μm；所述微胶囊红磷的粒度D100＜25μm，D50＜10μm。一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、按比例称取所述导电填料，抗氧剂，润滑剂，耐压增强填料，初步预混；b、按所述比例将聚合物基体加入密炼机中，温度控制在130～180℃，转速控制在40～70rpm，使树脂完全熔融，再将步骤(a)中分散均匀的预混料分多次加入，每次加入间隔时间为2～4min，共混总时间为10～20min；c、将步骤(b)所得的混合物料用双螺杆挤出机挤出，并通过压延机延成一定厚度的片材；d、将步骤(c)所得片材置入60～110℃的真空烘箱中热处理1～6h，最后用剂量为80～300KGy电子束辐照交联，得到PTC聚合物导电复合材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：(1)本专利技术为PTC聚合物基体居里点的调控方面提供了新的途径；(2)本专利技术实现了对PTC聚合物导电复合材料居里点的调控，同时具有优良的电阻稳定性和耐压特性、无NTC效应、动作时间短的优点。居里点温度可调控范围广60～110℃，能够满足目前市场上常见PTC热敏电阻高、中、低温需求。本专利技术在过流及过热保护元件、温度传感器、汽车启动装置及抗电磁屏蔽材料等领域有极大的发展应用潜力；(3)该方法减少了材料的选择成本，仅通过目前PTC热敏电阻常用聚合物HDPE、LDPE和EVA就能实现高、中、低温居里点调控，同时降低了加工工艺难度，重复性好，且电气特性优异有望实现大规模应用。附图说明图1是实施例1～6所制备的复合材料电阻-温度曲线图。图2是实施例1～6和比较例1～5所制备的复合材料耐压电阻变化率图。图3是实施例1～6和比较例1～5所制备的复合材料经100cycles电阻变化率图。具体实施方式以下是本专利技术的实施例，并结合附图对本专利技术技术方案作进一步地详细描述，对本专利技术不构成任何限制。实施例中的PTC聚合物导电复合材料的成份及来源如下：HDPE(密度0.96g/cm3，熔融指数0.35g/10min，北京燕山石化公司)；LDPE(密度0.92g/cm3，熔融指数0.3g/10min，茂名石油化工有限公司)；EVA(密度0.94g/cm3，熔融指数2g/10min，中国石化)；炭黑(N660，潍坊科伦比恩化工有限公本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，其特征在于，按重量百分比计，包括30～70％的聚合物基体，35～60％的导电填料，1～3％的抗氧剂，0.1～4％的润滑剂，2～8％的耐压增强填料。/n

【技术特征摘要】
1.一种居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，其特征在于，按重量百分比计，包括30～70％的聚合物基体，35～60％的导电填料，1～3％的抗氧剂，0.1～4％的润滑剂，2～8％的耐压增强填料。


2.根据权利要求1所述的居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，其特征在于，所述聚合物基体是一种或多种结晶或半结晶聚合物。


3.根据权利要求2所述的居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，其特征在于，所述聚合物基体选自聚偏氟乙烯(PVDF)、高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、茂金属聚乙烯(mLLDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、氯化聚乙烯(CPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和乙烯丙烯酸共聚物(EAA)中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，其特征在于，所述聚合物基体为双组分或三组分，双组分聚合物基体为质量比例在(1～10)：(1～10)之间的HDPE与LDPE的混合物，LDPE与EVA的混合物，HDPE与EVA的混合物；三组分聚合物基体为HDPE、LDPE和EVA的混合物，且三者的比例为(2～10)：(1～8)：(1～6)。


5.根据权利要求1所述的居里点可调控的PTC聚合物导电复合材料，其特征在于，所述导电填料选自炭黑、碳纤维、金属粉或其氧化物和碳纳米管中的至少一种；所述金属粉或其氧化物为铜粉、银粉、氧化锌粉末和氧化镁粉末中的至少一种。


6.根据权利要求5所述的居里点可调控的PTC...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊敏，陈锦标，
申请(专利权)人：东莞市竞沃电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44