[發明專利]一種高靈敏耐高溫熱敏電阻復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710653878.9
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107286538A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 孔令翠
• 申請（專利權）人: 合肥歐仕嘉機電設備有限公司
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08L51/00;C08L33/00;C08K13/04;C08K7/06;C08K7/00;C08K7/24;C08K3/22;C08K5/098;C08J3/24
• 代理公司: 合肥道正企智知識產權代理有限公司34130
• 代理人: 武金花

技術領域

本發明涉及電阻材料技術領域，具體涉及一種高靈敏耐高溫熱敏電阻復合材料及其制備方法。

背景技術

具有正溫度系數（PTC）的聚合物復合材料廣泛應用于計算機及其外部設備、移動電話、電池組、遠程通訊和網絡裝備、變壓器、工業控制設備、汽車及其它電子產品中，起到過電流或過溫保護的作用。PTC聚合物復合材料是電阻值隨溫度的升高而上升的一種熱敏材料，即材料的電阻或者電阻率在某一定的溫度范圍內時基本保持不變或僅有微小量的變化，而當溫度達到材料的某個特定的轉變點溫度附近時，材料的電阻率會在幾度或十幾度狹窄的溫度范圍內發生突變，電阻率迅速增大10³～10⁹數量級。借助于這種電阻率隨溫度的變化關系，該正溫度系數復合材料可實現過電流或過溫保護的目的。對于熱敏電阻復合材料，一般希望其具有盡可能低的室溫電阻率、盡可能高的PTC強度以及足夠的穩定性。

目前，國內外研究和應用較為廣泛的具有正溫度系數( PTC )特性導電復合材料是炭黑填充的復合材料和金屬顆粒為導電填料的復合材料。炭黑填充的PTC聚合物復合材料具有在較大范圍內可調的導電性能，易于成型，成本低等特點；但存在的問題是室溫電阻率偏高，PTC效應穩定性差，致使PTC強度及輸出功率衰減過快，保護后漏電流大等。而金屬顆粒為導電填料的PTC聚合物復合材料，由于金屬顆粒在PTC升溫相變過程中始終是剛性顆粒，不發生相變，從而導致繼續升溫過程中出現較嚴重的負溫度電阻效應( NTC )；NTC現象的出現不僅使PTC材料的電性能發生不可逆的變化，而且在材料的使用過程中會因材料溫度過高而失效，甚至起火燃燒。因此，如何能有效構筑導電網絡，保持較低的室溫電阻率，并在穩定性和PTC強度方面也具備良好性能，對熱敏電阻材料的實際應用意義重大。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種高靈敏耐高溫熱敏電阻復合材料，該熱敏電阻復合材料的起始電阻低、響應速度快，溫度與電阻相關性優越，其可以在高溫等惡劣環境下保持良好的穩定性和可靠性，使用壽命大大提高；同時本發明的制備方法，原料易得，成本低、工藝簡明，具有較高的實用價值和良好的應用前景。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明提供了一種高靈敏耐高溫熱敏電阻復合材料，包括以下重量份的原料：

石墨烯5-7份、聚合物材料45-55份、稀土混合物3-7份、導電助料15-25份、偶聯劑3-5份、金屬氧化物填料6-8份、丙烯酸樹脂20-30份、交聯助劑3-5份、增性助劑2-4份。

優選地，所述高靈敏耐高溫熱敏電阻復合材料包括以下重量份的原料：

石墨烯6份、聚合物材料50份、稀土混合物5份、導電助料20份、偶聯劑4份、金屬氧化物填料7份、丙烯酸樹脂25份、交聯助劑4份、增性助劑3份。

優選地，所述石墨烯為雙層石墨烯；

所述聚合物材料為聚偏氟乙烯和馬來酸酐接枝改性的聚偏氟乙烯按照重量比6:1組成的混合物，所述馬來酸酐接枝改性的聚偏氟乙烯的接枝率為1.3％。

優選地，所述稀土混合物為包含鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪的氧化物的混合物。

優選地，所述導電助料包括以下重量份的原料：碳纖維5-7份、炭黑3-5份、導電陶瓷粉末1-3份、多壁碳納米管2-4份。

優選地，所述偶聯劑為硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑中的一種或幾種。

優選地，所述金屬氧化物填料為氧化鋅、三氧化二鈦、氧化鋁按照重量比3:1:2組成的混合物。

優選地，所述交聯助劑為三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；

所述增性助劑為抗氧劑和潤滑劑按照重量比1:2組成的混合物，所述抗氧劑為酚類或胺類抗氧劑，所述潤滑劑為硬質酸鋅和硬質酸鈣按照重量比2:3組成的混合物。

本發明還提供一種高靈敏耐高溫熱敏電阻復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，按要求稱量準備各組分原料；

步驟二，將偶聯劑、稀土混合物、導電助料、金屬氧化物填料加入高速混料機中，在攪拌轉速為300-400 r/min下，攪拌20-30分鐘，得到混合物A；

步驟三，將聚合物材料、丙烯酸樹脂加入密煉機中，在溫度為165-175℃、轉速為100-160r/min下，攪拌混合8-12分鐘；再加入交聯助劑、增性助劑，繼續混合7-9分鐘，再加入步驟二制備的混合物A、石墨烯，將溫度升高到175-185℃、轉速升高到400-500r/min，繼續攪拌30-40分鐘，得到混合物B；