一种海岛结构导电复合材料及PTC元件制造技术

本发明专利技术公开了一种海岛结构导电复合材料及PTC元件。所述的海岛结构导电复合材料，电阻率不超过10Ω.cm，包含：第一导电复合材料组合物和第二导电复合材料组合物，第一导电复合材料组合物中的第一结晶性聚合物比第二导电复合材料组合物中的第二结晶性聚合物熔点高15℃以上；所述的第一导电复合材料组合物以颗粒形态分布在第二导电复合材料组合物中，呈现出海岛结构，粒径在0.1

【技术实现步骤摘要】
一种海岛结构导电复合材料及PTC元件


[0001]本专利技术涉及一种海岛结构导电复合材料及PTC元件的制备，尤其是一种“电阻
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温度”(RT)曲线呈现双台阶式保护特征的PTC元件。

技术介绍

[0002]由聚合物和导电填料共混得到的聚合物基导电复合材料，其电阻与温度通常具有非线性关系，随着温度的升高，聚合物基体的热膨胀导致导电颗粒间间距增大，使得材料的体积电阻率增大，而当外界温度接近聚合物基体熔点时，此时基体热膨胀最为显著，导电颗粒间距被急剧拉大，因此，导电复合材料的体积电阻率会出现几个数量级的增大，即出现PTC（电阻正温度系数）效应。这类聚合物导电复合材料在电子线路保护元件、加热器、传感器等领域有诸多应用。
[0003]对于电子线路保护元件，一般来说希望有尽可能低的室温电阻和尽可能高正温度系数效应。而对于乙烯
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醋酸乙烯酯共聚物、乙烯
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丁烯共聚物、乙烯
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辛烯共聚物、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯等相对低熔点聚合物，难以在很低的室温电阻下获得足够高的PTC强度；制备成电子线路保护器件后，在保护过程中自身很容易出现烧片烧毁等现象。而高密度聚乙烯、聚丙烯和聚偏氟乙烯等相对高熔点聚合物，在很低的室温电阻下其PTC强度也往往较高；但是将其制备成电子线路保护元件后，由于其“电阻
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温度”(RT)曲线的转折温度较高，很难在低温时及时触发保护。
[0004]本专利技术结合低熔点和高熔点聚合物的特点，将导电填料与相对高熔点聚合物共混复合，磨粉成导电复合材料组合物颗粒，以海岛结构形式分散在低熔点聚合物基导电复合材料中，采用这种海岛结构导电复合材料制备的PTC元件，当电子线路中出现过电流故障时，首先低熔点聚合物发生热膨胀，出现正温度系数效应，起到一级保护作用，而在其保护程度不够甚至失效时，高熔点聚合物再发生热膨胀，正温度系数效应进一步得到加强，起到二级保护作用，从而有效的保证电子线路安全。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于：提供一种海岛结构导电复合材料，以满足尽可能低的室温电阻和尽可能高正温度系数效应。
[0006]本专利技术的再一目的在于：提供一种采用海岛结构导电复合材料的PTC元件。
[0007]本专利技术所述的技术问题通过下述技术方案实现：一种海岛结构导电复合材料，在环境温度25℃下，电阻率不大于10Ω.cm；包含：a) 第一导电复合材料组合物，由第一结晶性聚合物、第一导电填料组成，所述的第一结晶性聚合物占所述的第一导电性复合材料组合物的体积分数在20~90%，其余为第一导电填料；b）第二导电复合材料组合物，由第二结晶性聚合物、第二导电填料组成，所述的第二结晶性聚合物占所述的第二导电性复合材料组合物的体积分数在20~90%，其余为第二导
电填料；其中，第一结晶性聚合物比第二结晶性聚合物熔点高15℃以上；所述的第一导电复合材料组合物以颗粒形态分布在第二导电复合材料组合物中，呈现出海岛结构特征，海岛颗粒粒径在0.1
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50um，所述的第一导电复合材料组合物占所述的海岛结构导电复合材料体积分数在8%～60%。
[0008]进一步的，所述的第一结晶性聚合物可以是选择乙烯
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丁烯共聚物、乙烯
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辛烯共聚物、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯和聚偏氟乙烯中的任意一种。
[0009]进一步的，所述的第二结晶性聚合物可以是选择乙烯
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醋酸乙烯酯共聚物、乙烯
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丁烯共聚物、乙烯
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辛烯共聚物、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯中的任意一种。
[0010]所述的导电填料可以是炭黑、碳纤维、陶瓷粉末、陶瓷纤维、金属粉末和金属纤维中的任意一种。
[0011]本专利技术还提供了一种利用所述的海岛结构导电复合材料制备的PTC元件，由两个金属电极和海岛结构导电复合材料片材构成，所述金属电极与所述的海岛结构导电复合材料片材紧密连接，其中，所述的金属电极可用于接受电能以使电流通过该PTC元件，所述的海岛结构导电复合材料片材的厚度为0.01~3.00mm，被分割成具有平面形状的单个元件，所述单个元件即有与电流流过方向垂直的两个表面，在25℃时PTC元件的电阻率不大于10Ω.cm。
[0012]由其制备的PTC元件，“电阻
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温度”(RT)曲线呈现双台阶式保护特征，具有优秀的过电流保护效果。
[0013]进一步的，所述的单个元件为方形、三角形、圆形、环形、多边形或其他不规则形状的片状结构。
[0014]本专利技术所述的PTC元件的制备方法，包括下述步骤：1）将第一结晶性聚合物和第一导电填料，进行熔融共混，得到第一导电复合材料组合物，然后将第一导电组合物通过磨粉方式，加工成颗粒形态，颗粒直径0.1~50μm，优选颗粒直径为0.5~35μm；2）将颗粒形态的第一导电复合材料组合物、第二结晶聚合物、第二导电填料，进行熔融混合，熔融混合温度介于第一结晶性聚合物和第二结晶性聚合物之间，然后将混合好的海岛结构导电复合材料通过挤出成型、模压成型或压延成型的方式，加工成厚度0.01~3.0mm的海岛结构导电复合材料片材，优选厚度为0.08~2.3mm，为了加工的方便，更优为0.1~1.8mm；3）在海岛结构导电复合材料片材还处于熔融状态时，通过热压辊或平板热压合的方式，将金属电极紧密连接在该片材的上下表面获得复合片材；4）把复合片材通过冲压、划切或激光切割成单个元件，所述单个元件具有平面形状，即有与电流流过方向垂直的两个表面，且两个表面之间的距离不大于3.0mm，优选的是不大于2.0mm，更优选的事不大于1.5mm，制备成PTC元件；5）对PTC元件进行交联和/或热处理，通常可借助交联和/或热处理的方式来使得PTC元件特性稳定，交联可采用化学或高能射线辐照交联，PTC元件辐照交联一般不超过64Mrads，更优的选择6.4~32Mrads，更优的选择9.6~24Mrads；热处理可以是退火、热循环、
高低温交变，例如85℃/
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40℃高低温交变。
[0015]本专利技术的优越性在于：海岛结构导电复合材料导电性能良好，由其制备的PTC元件，“电阻
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温度”(RT)曲线呈现双台阶式保护特征，具有突出的过电流保护效果，可有效避免过电流保护元件发生烧片烧毁和不能够及时触发保护的缺点。
[0016]下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步的详细说明。
附图说明
[0017]图1为本专利技术PTC元件的结构示意图；图2为本专利技术PTC元件的另一种结构示意图；图3为比较例1和比较例2的“电阻
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温度”(RT)曲线；图4为本专利技术实施例1和实施例2的“电阻
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温度”(RT)曲线；图中标号说明：11为第二导电复合材料组合物12为海岛结构的第一导电复合材料组合物13，14为金属电极15，16本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海岛结构导电复合材料，其特征在于：环境温度25℃下，电阻率不大于10Ω.cm，包含：a) 第一导电复合材料组合物，由第一结晶性聚合物、第一导电填料组成，所述的第一结晶性聚合物占所述的第一导电性复合材料组合物的体积分数在20~90%，其余为第一导电填料；b）第二导电复合材料组合物，由第二结晶性聚合物、第二导电填料组成，所述的第二结晶性聚合物占所述的第二导电性复合材料组合物的体积分数在20~90%，其余为第二导电填料；所述的第一结晶性聚合物比第二结晶性聚合物熔点高15℃以上；所述的第一导电复合材料组合物以颗粒形态分布在第二导电复合材料组合物中，呈现出海岛结构，粒径在0.1
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50um，占所述的海岛结构导电复合材料体积分数在8%～60%。2.根据权利要求1所述的海岛结构导电复合材料，其特征在于：第一导电复合材料组合物颗粒直径为0.5~35μm。3.根据权利要求1所述的海岛结构导电复合材料，其特征在于：所述的第一结晶性聚合物可以是选择乙烯
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丁烯共聚物、乙烯
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辛烯共聚物、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯和聚偏氟乙烯中的任意一种。4.根据权利要求1所述的海岛结构导电复合材料，其特征在于：所述的第二结晶性聚合物可以是选择乙烯
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醋酸乙烯酯共聚物、乙烯
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丁烯共聚物、乙烯
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辛烯共聚物、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和聚丙烯中的任意一种。5.根据权利要求1所述的海岛结构导电复合材料，其特征在于：所述的导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹清华，赵鑫建，赵电，郁益根，方明，邓安甲，吴国臣，张伟，
申请(专利权)人：上海维安电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：