低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料，包括结晶性聚合物基体，以结晶性聚合物基体的重量为１００％，还包括以下各组分及其相对于结晶性聚合物基体重量的百分比：金属粉末４００～８００％，金属氧化物粉末２０～１００％，润滑剂０～０．５％，抗氧剂０．０５～０．５％，铜离子抑制剂０．１～０．５％，还提供了相关的制备方法，本发明专利技术的低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料具有低室温电阻率，高ＰＴＣ强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导电聚合物复合材料
，更具体地，涉及正温度系数型导电聚合 物复合材料
，特别是指一种低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料及其制 备方法，可以用于制造过温和过流保护器件。
技术介绍
目前，国内外研究和应用较为广泛的具有正温度系数(PTC)特性导电复合材料是 炭黑填充聚烯烃类基体所构成的复合材料，具有在较大范围内可调的导电性能，易于成 型，成本低等特点。存在的问题是室温电阻率偏高，PTC效应稳定性差，致使PTC强度及 输出功率衰减过快，保护后漏电流大等。这是由于炭黑所限制造成的，结晶性聚合物与 炭黑粒子之间的浸润性差，分散在基体内的炭黑粒子之间又具有较强的附聚力，因此炭 黑粒子在基体中的分散不稳定，当PTC材料在使用过程中随着温度升高-下降循环往复时， 处于非晶区的炭黑粒子很难回到原来的位置，尤其在聚合物结晶熔点以上时，因晶区熔 融和体积膨胀而分开的炭黑粒子很容易重新附聚，从而产生负温度系数效应(NTC), 最终导致炭黑分散状态发生变化，PTC效应的回复性变差。宏观表现为电阻率增加，PTC 强度和输出功率逐渐衰退。另外，其体积电阻率通常在l ~ 10欧姆《厘米，最低仅能做到约0.5欧姆*厘米，为了获 得较低的电阻率，通常需要在聚合物基体混入较高体积分数的炭黑，降低了复合材料的 熔融指数，造成加工困难。在成型加工过程中容易产生强力剪切混合，炭黑结构被破坏， 并导致加工温度过高，使聚合物基体发生降解、交联等副反应，降低了材料的导电性能 和机械性能。通常炭黑填充的PPTC复合材料超过熔点后电阻率升高102—4倍，保护器件电 阻从O.01 ~ 0.1欧姆升高到102 — 3欧姆，在一些情况下并不能有效的切断电路的故障电流。目前随着电子行业的发展，要求PTC保护器件电阻越小越好，保证正常电路中功耗 更小，并具有更高的切断电阻，保证电路切断后漏电流愈小愈好。
技术实现思路
本专利技术的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种低电阻率正温度系数 型导电聚合物复合材料及其制备方法，该导电聚合物复合材料具有低室温电阻率，高PTC 强度。为了实现上述目的，在本专利技术的第一方面，提供了一种低电阻率正温度系数型导电 聚合物复合材料，其特点是，包括结晶性聚合物基体，以所迷结晶性聚合物基体的重量 为100%,还包括以下各组分及其相对于所述结晶性聚合物基体重量的百分比金属粉末 400 ~ 800%,金属氧化物粉末20 ~ 100%,润滑剂0 ~ 0.5%,抗氧剂0.05 ~ 0.5%,铜离子抑 制剂0.1~0.5%。较佳地，所述结晶性聚合物基体是结晶度大于20%的热塑性聚合物，所迷金属粉末 是平均粒径为50nm ~ 5pm的粉末状或絮状的金属颗粒，所述金属氧化物粉末为平均粒径 为O.l ~ 10pm的具有阻燃特性的金属氧化物粉末，所述润滑剂为低分子量的高分子聚合物 或侧链结晶聚合物，所述抗氧剂为酚类或胺类抗氧剂，所述铜离子抑制剂为酰胺类化合 物或酰肼类化合物。本专利技术对结晶性聚合物无特殊限制，凡结晶度大于20°/ 的热塑性聚合物均可采用。 将金属粉末和金属氧化物粉末按照上述配比，均匀混合后共同作为导电填料使用。加入 润滑剂可以降低复合体系的熔体粘度，改善加工性能，降低破坏导电填料的几率。加入 抗氧剂可以抑制或延緩PTC材料的热氧降解，通常可以选用酚类、胺类抗氧剂，具体抗 氧剂选择根据聚合物基体的种类来决定。更佳地，所述热塑性聚合物为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、 线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-丙烯共聚物(EPM)、乙 烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)或热塑性聚酯的一种或 几种，所迷金属粉末为镍粉、铁粉、铝粉、铜粉或银粉的一种或几种，所述金属氧化物 粉末为氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、氧化锌、氧化钛或三氧化二锑的一种或几种，所 述润滑剂为有机硅树脂、聚乙烯蜡、氧化聚乙雄蜡、聚硬脂酸乙烯酯、脂肪酸酯、醇类 或金属皂类润滑剂的一种或几种，所述抗氧剂为硫代双酚类抗氧剂，所述铜离子抑制剂 双亚水杨基二胺。更进一步地，所述热塑性聚合物是低密度聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、高密度 聚乙烯、低密度聚乙蜂或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，所述金属粉末是镍粉，所迷金属氧化 物粉末为氮氣化镁，所述润滑剂是硬脂酸胺，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。较佳地，所述金属粉末的平均粒径为500nm l|am,所述金属氧化物粉末的平均粒径 为1 ~ 3拜。在本专利技术的第二方面，还提供了 一种上迷的低电阻率正温度系数型导电聚合物复合 材料的制备方法，其特点是，包括下述步骤a.混炼采用熔融共混方法混炼，将各组分分批加入到混炼设备中，在不低于所述 结晶性聚合物基体熔点的混炼温度混炼5 ~ 60分钟，混炼设备的滚筒或螺杆转速为 20 ~ 80rpm,获得混合物料；b. 造粒/粉碎将上述混合物料用造粒机切割造粒或粉碎机粉碎后，得到PTC复合材料粒料；c. 成型根据产品形状要求，将上述粒料通过模压、挤出或注射成型等技术成型；d. 交联成型后的PTC复合材料采用辐射、过氧化物、硅烷或光化学等方法交联；e. 热处理交联后的PTC复合材料在低于所述结晶性聚合物基体熔点5 IO度的温度 下，处理5 ~ 15小时。本专利技术的低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料将上述原料和助剂经过混炼、 造粒/粉碎、成型、交联、热处理等步骤制造而成，较佳地，在步骤a中，所述各组分加入 到混炼设备中时按照下迷方式之一进行(1)首先将所述结晶性聚合物基体与所述润滑剂，所述抗氧剂，所述铜离子抑制剂 混合均匀，然后逐渐加入混合均匀的所述金属粉末和所述金属氧化物粉末；(2 )首先将所述结晶性聚合物基体与事先混合均匀的所述金属粉末和所述金属氧化 物粉末混炼均匀，最后加入所述润滑剂，所述抗氧剂，所述铜离子抑制剂；(3 )首先将所述结晶性聚合物基体与所述金属粉末混炼均匀，再加入所述金属氧化 物粉末，最后加入所述润滑剂，所述抗氧剂，所述铜离子抑制剂。较佳地，在步骤a中，所述金属粉末和所述金属氧化物粉末每隔l 2分钟添加一次， 分数次加完，混炼时间是10 30分钟，转速为30 60rpm。混炼时间按开始加入填料至混 炼结束计时。混炼设备可选用双辊开炼机、密炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机以及 Brabender混合器等，最好选用双辊开炼机、密炼机或Brabender混合器。较佳地，在步骤d中，所述辐射方法包括p-射线和Y-射线辐射，剂量率为0.3-1.0Mrad/h，总剂量为10 ~ 60Mrad，辐照气氛为空气或限量空气。控制凝胶率在20 ~ 80%。更佳地，所述剂量率在0.5 ~ 0.8Mrad/h，所述总剂量为10 ~ 30Mrad,所述辐照气氛为 限量空气。控制凝胶率在40 ~ 70%。聚合物基体交联后形成网络，热稳定性和机械稳定性显著提高，可使导电填料牢固 地固定于网络上， 一定程度上阻碍了导电填料的运动；另一方面，聚合物分子链间的相 对滑动和位移变得困难，导电填料聚集体不能随之运动而互相接近形成新的导电通路， 从而进一步提高了导电结构和基体结构的稳定性，同时足够的交联可以消除NTC效应。由于PTC材料在成型加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料，其特征在于，包括结晶性聚合物基体，以所述结晶性聚合物基体的重量为１００％，还包括以下各组分及其相对于所述结晶性聚合物基体重量的百分比：金属粉末４００～８００％，金属氧化物粉末２０～１００％，润滑剂０～０．５％，抗氧剂０．０５～０．５％，铜离子抑制剂０．１～０．５％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董旭，史宇正，
申请(专利权)人：上海科特高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]