[發明專利]一種聚乙烯/二硼化鈦/石墨烯熱敏導電復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010947372.0
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN111978620A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 杜怡林;袁霞
• 申請（專利權）人: 合肥金四達科技有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K3/38;C08K3/04;C08K13/02;C08J3/24;C08J3/28
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 喬恒婷

本發明公開了一種聚乙烯/二硼化鈦/石墨烯熱敏導電復合材料及其制備方法，其中聚乙烯/二硼化鈦/石墨烯熱敏導電復合材料的原料由主料和加工助劑構成；所述主料包括：低密度聚乙烯，TiB₂，炭黑，石墨烯，高密度聚乙烯；所述加工助劑包括：抗氧劑1010，硬脂酸，偶聯劑乙烯基三甲氧基硅烷，三氧化二銻，阻燃劑十溴二苯乙烷。本發明熱敏導電復合材料具有低的室溫電阻率、耐高壓、耐大電流、長期通流穩定的性能、高的PTC強度和高的PTC穩定性。

技術領域

本發明涉及一種聚乙烯/二硼化鈦/石墨烯熱敏導電復合材料及其制備方法。

背景技術

由導電添加劑與聚合物構成的有機正溫度系數(PTC)導電材料是當前發展極為迅速的功能高分子材料之一。PTC材料作為過熱、過流保護和自控溫加熱材料廣泛應用于通信、計算機、汽車、工業控制、家用電器等眾多領域中。目前的有機PTC材料主要以石墨和炭黑為導電填料，其室溫電阻分布較寬，PTC強度小、耐熱性和穩定性較低，且制備時成品率較低。陶瓷基PTC材料在動作特性、小電流保護能力、耐脈沖大電流沖擊能力等方面性能較好，但由于陶瓷基PTC材料室溫電阻較高，在其居里點以上的溫度范圍內電阻隨溫度上升相對較慢，沒有一個類似于保險絲似的電阻突變過程，故其總的過流保護性能不如高分子基PTC材料優越。此外，陶瓷基PTC材料性脆，加工和成形都較困難，價格也較貴。

發明內容

本發明旨在提供一種聚乙烯/二硼化鈦/石墨烯(HDPE/LDPE/TiB₂/GF-CB)熱敏導電復合材料及其制備方法。本發明熱敏導電復合材料具備低的室溫電阻率、耐高壓、耐大電流、長期通流穩定的性能，且具有高PTC強度和高PTC穩定性。

本發明聚乙烯/二硼化鈦/石墨烯熱敏導電復合材料，其原料由主料和加工助劑構成。

所述主料按質量百分比構成為：低密度聚乙烯26-35％，TiB₂ 10.5-14.5％，炭黑(CB)3-4％，石墨烯(GF)5.1～6.0％，除HDPE、LDPE、TiB₂、CB、GF以外的其他組份不超過1％(即雜質含量不超過1％)，余量為高密度聚乙烯。

所述加工助劑包括如下：

抗氧劑1010，添加量為主料質量的0.1-0.3％；

硬脂酸，添加量為主料質量的1.5-2.5％；

偶聯劑乙烯基三甲氧基硅烷，添加量為主料質量的1.0-2.0％；

三氧化二銻，添加量為主料質量的3-5％；

阻燃劑十溴二苯乙烷，添加量為主料質量的8-12％。

本發明聚乙烯/二硼化鈦/石墨烯熱敏導電復合材料的制備方法，包括混料、模壓成型、輻射、熱處理和冷凍各單元過程：

步驟1：混料

將主料混合料和加工助劑于160-180℃密煉60～80min，得到混煉料；

步驟1中，所述主料混合料是通過如下步驟獲得：將主料中石墨烯先與炭黑在氬氣保護下，在混料器中混合4～5小時，干燥研磨后與TiB₂混合，在球磨機上球磨12小時，在氬氣保護爐中，于氬氣保護下650℃處理2h，冷卻后研磨1小時，再與低密度聚乙烯粉按比例混合形成主料混合料。

步驟2：模壓成型

將步驟1獲得的混煉料在模壓溫度140±5℃、模壓壓力18±2MPa的條件下模壓成型得到成型料；

步驟3：輻射

將步驟2獲得的成型料采用γ射線輻射，劑量為170-190KGy；

步驟4：熱處理