[發明專利]聚合物基正溫度系數熱敏電阻材料

有效

• 申請號: 200910100323.7
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101597396A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 袁建波;付文斐;楊輝;沈烈
• 申請（專利權）人: 浙江華源電熱有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/12;C08L27/16;C08L77/00;C08L25/06;C08L33/12;C08L59/00;C08L63/00;C08L67/02;C08L23/08;C08K3/04;C08K7/06;C08L51/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種熱敏電阻材料，尤其是適用于制備過流保護器件、自控溫伴熱帶的聚合物基正溫度系數熱敏電阻材料。

背景技術

將炭黑、碳纖維或者金屬粒子等導電填料與某些高分子基體共混可以得到具有電阻正溫度系數(PTC)效應的熱敏電阻材料。這類材料在電路保護器件、加熱器、傳感器等領域有諸多應用。對于熱敏電阻材料，一般來說希望組合物有盡可能低的室溫電阻率和導電填料添加量、盡可能高的PTC強度以及足夠的穩定性。

填料在體系中形成的導電網絡是材料性能最本質和最重要的影響因素，材料的電性能直接取決于常溫下導電網絡的形成和完善程度以及在聚合物膨脹時導電網絡的破壞程度。然而，一般情況下這兩個方面往往是相互矛盾的。增加體系中導電填料的添加量，可以促進導電網絡的完善從而降低室溫電阻率，但是越完善的導電網絡越不容易在聚合物膨脹時被破壞從而使PTC強度降低。同時，增加填料含量，不僅會增加成本，更主要的是還會給加工性能劣化并影響材料的力學性能。而降低填料含量往往又難以獲得足夠低的室溫電阻率(例如小于100Ω·cm)從而限制材料在諸多方面的應用。

在以往制備的PTC材料中，以單一聚合物為基體的復合體系，所需的填料含量一般較高，尤其是在要求電阻率較低時，例如：名稱為“高分子聚合物正溫度系數熱敏電阻材料”(申請號93110575.7)的中國專利公開了一種以聚乙烯或聚乙烯-丙烯酸共聚物為基體的正溫度系數熱敏電阻材料，其需要的導電填料含量體積分數為20-30％。名稱為“低電阻熱敏電阻器及其制造方法”(申請號98122016.9)的中國專利公開了一種制備正溫度系數熱敏電阻材料的方法，其需要的導電填料含量重量分數為34-60％。名稱為“高分子熱敏電阻及其制造方法”(申請號200510033330.1)的中國專利公開了高分子熱敏電阻及制備方法，其需要的導電填料含量重量分數為30-60％。采用兩種不相容的聚合物的共混物作為基體，使填料分布在其中一相形成雙滲流導電網絡結構，是降低導電填料含量的有效手段之一。名稱為“正溫度系數型導電高分子復合材料組成及其制造方法”(申請號97108956.6)的中國專利公開了一種在兩種不相容的聚合物的共混物作為基體的正溫度系數熱敏電阻材料的制備方法。通過導電填料在基體中的選擇性分布降低了填料含量(1-40wt％)，但是室溫電阻率仍然較高，為10²-10⁷Ω·cm。

因此，如何能有效構筑導電網絡，在降低填料含量的同時保持較高的室溫電導率，并在穩定性和PTC強度方面也具備良好的綜合性能，對熱敏電阻材料的實際應用意義重大。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有正溫度系數(PTC)效應的熱敏電阻材料。該材料在室溫電導率、PTC強度、穩定性及填料含量方面有良好的綜合性能。

本發明的聚合物基正溫度系數熱敏電阻材料，它的組分及其體積百分數含量為：

導電填料3.1-18％，PTC增強劑1-10％，余量為聚合物基體，上述組分的體積百分數含量之和為100％；所說的聚合物基體是兩種互不相容或僅部分相容的聚合物的共混物，兩種聚合物的組分比滿足基體能形成雙連續相結構；所說的導電填料是由導電粒子和導電纖維組成，其中，導電粒子的體積分數為3-15％，導電纖維的體積分數為0.1-3％。

上述的聚合物選自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、尼龍、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、環氧樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

上述的導電粒子的粒徑為1-500nm，優選導電粒子的粒徑為50-100nm。

上述的導電纖維的長度為30-300μm，優選導電纖維的長度為100-200μm。

上述的導電粒子可以是炭黑、石墨、金屬粒子、金屬氧化物粒子或導電陶瓷粒子。所述的導電纖維可以是碳纖維、金屬纖維或碳納米管。

所述的PTC增強劑為含有馬來酸酐基團的接枝聚合物或共聚物。

本發明中，導電粒子的體積分數為3-15％，體積分數的選擇應不低于其在雙連續相聚合物基體中的滲流閾值，該滲流閾值視所添加的填料種類和基體種類而定。

本發明的聚合物基正溫度系數熱敏電阻材料可以直接通過熔融混煉加工得到。混煉時間一般為5-20分鐘，并可以通過控制混煉時間來控制導電纖維的長度。

本發明的有益效果在于：