[發(fā)明專利]一種聚合物碳納米管碳黑復(fù)合自控溫PTC電發(fā)熱材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010242175.5
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN102344598A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝志軍
• 申請（專利權(quán)）人: 謝志軍
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/08;C08L9/02;C08L63/00;C08L27/16;C08L51/06;C08K13/06;C08K7/00;C08K3/04;C08K3/22;C08K3/36;C08K5/134;B29C47/92
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技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種正溫度系數(shù)高PTC強度自控溫高分子聚合物復(fù)合導(dǎo)電發(fā)熱材料，具體地說，以碳黑和碳納米管作為導(dǎo)電填料制備一種高PTC強度導(dǎo)電復(fù)合材料，該復(fù)合材料尤其適用于制備電熱取暖，自控溫發(fā)熱器件等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

PTC材料是一種具有正溫度系數(shù)(Positive?Temperature?Coefficient)導(dǎo)電熱敏電阻材料，具有在某一個溫度范圍內(nèi)，阻值發(fā)生巨大突變(阻值提升至少3個數(shù)量級以上)的特征。

PTC材料分為兩大類，一類是陶瓷PTC材料，另一類是高聚物基的PTC材料。聚合物基PTC材料，由于轉(zhuǎn)變溫度低，易于加工成型以及成本低等特點，目前已廣泛用于自控溫伴熱帶，過流限制器，及溫度傳感器等領(lǐng)域。

一般聚合物PTC材料，選用一種或多種結(jié)晶性高聚物和導(dǎo)電填料復(fù)合而成，導(dǎo)電填料一般選用，碳黑，石墨，碳纖維以及金屬粉末等。隨著市場的需求，對聚合物PTC材料提出了越來越高的要求，耐大電流，高電壓，這就需要聚合物PTC材料，在低的室溫電阻率下，還有很高的PTC強度，以產(chǎn)生很小的漏電流來滿足產(chǎn)品的安全性，這正是聚合物PTC技術(shù)的關(guān)鍵點，一般碳黑的含量越高，復(fù)合材料的電阻率就越低，體系的導(dǎo)電性越高，但是體系的PTC強度就會降低，所以選擇導(dǎo)電填料就顯得格外重要。聚合物PTC的導(dǎo)電機理一般認為是導(dǎo)電粒子接觸導(dǎo)電和粒子間隧道導(dǎo)電機理共同作用的結(jié)果，單獨選用碳黑作為導(dǎo)電填料，要獲得低體積阻抗(小于0.5Ω.cm)高PTC強度(大于10⁵)很困難，單獨選用碳納米管作為導(dǎo)電填料，需要填充的碳納米管質(zhì)量百分數(shù)在20％以上，這樣材料的成本太高，同時復(fù)合體系的阻值熱穩(wěn)定性并不好，如果單獨使用金屬粉末填充聚合物，由于金屬密度大，容易沉積，分散不均勻，且金屬粒子容易氧化，材料性能并不穩(wěn)定。

為此本專利公開一種聚合物正溫度系數(shù)導(dǎo)電發(fā)熱材料，低電阻率，高PTC強度，良好的阻值穩(wěn)定性，極低的漏電流保證了材料的安全性，此材料可以滿足大電流和高電壓的要求，同時根據(jù)高分子基體的不同，做成不同發(fā)熱功率的導(dǎo)電發(fā)熱材料。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種PTC效應(yīng)(正溫度系數(shù))導(dǎo)電復(fù)合發(fā)熱材料，該材料低電阻率和高PTC強度可滿足高電流和高電壓的要求，具有易加工，良好的阻值穩(wěn)定性。

為達到上述目的，本發(fā)明揭示一種正溫度系數(shù)效應(yīng)導(dǎo)電復(fù)合材料，它包含：

(1)一種或多種聚合物為基體，質(zhì)量百分比：35％～75％。

(2)碳黑，納米碳管質(zhì)量百分比：15～55％，其中納米碳管占總質(zhì)量的0.5％～5％。

(3)馬來酸酐接枝物聚合物：質(zhì)量百分比：3％～6％。

(4)無機填充料：質(zhì)量百分比：3％～15％

(5)抗氧化劑：質(zhì)量百分比：0.02％～0.1％

本發(fā)明聚合物基體是：高密度聚乙烯，低密度聚乙烯，乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，丁晴橡膠，環(huán)氧樹脂或聚偏氟乙烯一種或幾種混合物。

本發(fā)明的導(dǎo)電填料的效果在于：用碳黑和碳納米管作為導(dǎo)電物質(zhì)。將碳黑和碳納米管加入聚合物中，這該復(fù)合材料具有兩種填料的導(dǎo)電特征，碳納米管提供了遠程電子輸送(可達幾個微米)，而碳黑粒子則增加碳納米管之間的接觸，碳黑粒子提供近程導(dǎo)電，通過碳黑粒子的橋梁作用，啟動碳納米管之間的接觸，導(dǎo)致復(fù)合材料電導(dǎo)率的增加，碳黑粒子和碳納米管近程和遠程導(dǎo)電相結(jié)合，比單一碳黑，單一納米碳管填充或粒子性導(dǎo)電填料體系具有顯著導(dǎo)電優(yōu)勢。碳黑的粒徑為：10nm～200nm，最好是：60～150nm，吸油量(DBP)：30～200ml/100g，最好是：50～120ml/100g。碳納米管：直徑：10～20nm，長度：5～15um，比表面積：300～400m²/g。馬來酸酐接枝聚合物：接枝率：0.3％～10％。無機填充料：氫氧化鎂，三氧化二鋁或者二氧化硅粉末，粒徑：1～10um，最好2～5um，無機填充料主要起阻燃滅弧作用。抗氧化劑機：β-(3，5-二叔基-4-羥基苯基)丙酸十八碳酸醇酯。