[發(fā)明專利]一種高PTC強度和穩(wěn)定性的聚合物基復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010177645.4
• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN102250400A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黨智敏;李維康
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L27/16;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于現(xiàn)代電子和電氣工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的聚合物基PTC復(fù)合材料，特別涉及高PTC強度、良好的循環(huán)性和穩(wěn)定性的一種PTC復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前聚合物基PTC材料主要以單組分結(jié)晶或半結(jié)晶聚合物為基體材料，以性價比高的導(dǎo)電炭黑(CB)為導(dǎo)電填料。隨著現(xiàn)代科技的日新月異，聚合物基PTC材料應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，單一結(jié)構(gòu)的聚合物基PTC材料已經(jīng)難以滿足社會的需要，而且材料難以實現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)及演變的控制，導(dǎo)致聚合物PTC產(chǎn)品的電熱性能不夠穩(wěn)定，相關(guān)電子器件的功能難以實現(xiàn)。存在的問題主要是室溫電阻率偏高，循環(huán)穩(wěn)定性差，與國外在理論和技術(shù)上存在一定的差距。因此，綜合性能更加優(yōu)良的聚合物基復(fù)合材料，是目前國內(nèi)外一項十分活躍的研究課題。具有一定長徑比的多壁碳納米管(MWNT)和CB粒子共填雙組份聚合物，能進(jìn)一步提高材料PTC效應(yīng)：較低的滲流閾值和室溫電阻率，較高的PTC強度，良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高PTC強度和穩(wěn)定性的聚合物基復(fù)合材料及其制備方法。

本發(fā)明為一種高PTC強度和穩(wěn)定性的聚合物基復(fù)合材料，復(fù)合材料中包括：聚合物基體材料超高分子量(分子量500萬級)聚乙烯(UHMWPE)和聚偏氟乙烯(PVDF)、鈦酸酯偶聯(lián)劑表面處理的CB和MWNT導(dǎo)電填料及抗氧劑1010；所述聚合物基體材料UHMWPE和PVDF的體積比為1∶1，所述的CB粒子占填料與聚合物基體材料總體積的4.0％，MWNT導(dǎo)電填料占總體積的體積分?jǐn)?shù)為0-3％，抗氧劑1010為基體總質(zhì)量的1％；多壁碳納米管(MWNT)的直徑10～30nm，長度5～15μm。

復(fù)合材料的制備包括以下步驟：

(1)CB的表面處理：為了提高CB在復(fù)合材料中的分散性，采用鈦酸酯偶聯(lián)劑(NDZ-102)對其進(jìn)行前期處理，將CB均放入鈦酸酯偶聯(lián)劑的乙醇溶液中，球磨2h后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，然后置于真空烘箱中120℃條件下反應(yīng)1h，得到改性CB，其中鈦酸酯偶聯(lián)劑與CB的質(zhì)量比為1∶100；

(2)MWNT的表面處理：將MWNT放入鈦酸酯偶聯(lián)劑的乙醇溶液中，超聲波處理2h后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，然后置于真空烘箱中120℃條件下反應(yīng)1h，得到改性的MWNT，其中鈦酸酯偶聯(lián)劑與MWNT的質(zhì)量比為1∶100；

(3)復(fù)合：按PVDF和UHMWPE體積比為1∶1稱取PVDF和UHMWPE，并稱取步驟(1)，(2)改性得到的CB和MWNT，使CB占填料和基體總體積分?jǐn)?shù)為4％，MWNT占總體積的體積分?jǐn)?shù)為0-3％；基體經(jīng)過真空干燥后，首先將PVDF加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中，調(diào)整轉(zhuǎn)速為50r/min，讓其加熱熔融2分鐘，然后加入另一基體UHMWPE和抗氧劑1010，抗氧劑1010為基體總質(zhì)量的1％；將兩種基體的混合物混煉10分鐘，然后加入填料，250℃混煉15分鐘；熔融共混完成后，出料；(4)成型：250℃，18MPa恒溫恒壓熱壓10分鐘，即得到樣品。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1.用鈦酸酯偶聯(lián)劑(NDZ-102)改性后的CB和MWNT在復(fù)合材料中具有較好的分散性。

2.通過在互不相容的雙組份基體中添加單一填料或兩種不同類型填料共填，經(jīng)熔融共混復(fù)合技術(shù)制備的聚合物基PTC材料，具有顯著的PTC性能：較高的PTC強度和良好的重復(fù)穩(wěn)定性。

3.采用互不相容的兩相基體使得復(fù)合材料能在較低填料含量時出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，具有較好的導(dǎo)電性和較低的室溫電導(dǎo)率，滲流閾值附近電導(dǎo)率達(dá)到10^-1，通過調(diào)節(jié)復(fù)合材料中填料的含量可以改變復(fù)合材料的導(dǎo)電性。

4.通過添加MWNT作為第二填料，使得體系的粘度增加，同時由于MWNT和CB長程導(dǎo)電和近程導(dǎo)電之間的協(xié)同作用，導(dǎo)電填料的重聚移動性減小，從而獲得較高的PTC強度和良好的重復(fù)穩(wěn)定性，NTC效應(yīng)降低。

附圖說明

圖1實施例1復(fù)合材料的斷面掃描電鏡照片；

圖2實施例2復(fù)合材料的斷面掃描電鏡照片；

圖3實施例1和對比例復(fù)合材料的室溫導(dǎo)電性能以及滲流閾值；

其中A-實例1；B-對比例

圖4添加不同體積分?jǐn)?shù)MWNT的復(fù)合材料的PTC性能研究；

A-實例1；B-實例2；C-實例3；D-實例4

圖5MWNTf_MWNT＝1％的復(fù)合材料的PTC重復(fù)性研究；

圖6MWNTf_MWNT＝2％的復(fù)合材料的PTC重復(fù)性研究；