[发明专利]一种高PTC强度和稳定性的聚合物基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于现代电子和电气工程领域广泛应用的聚合物基PTC复合材料，特别涉及高PTC强度、良好的循环性和稳定性的一种PTC复合材料及其制备方法。

背景技术

目前聚合物基PTC材料主要以单组分结晶或半结晶聚合物为基体材料，以性价比高的导电炭黑(CB)为导电填料。随着现代科技的日新月异，聚合物基PTC材料应用领域不断拓展，单一结构的聚合物基PTC材料已经难以满足社会的需要，而且材料难以实现材料结构及演变的控制，导致聚合物PTC产品的电热性能不够稳定，相关电子器件的功能难以实现。存在的问题主要是室温电阻率偏高，循环稳定性差，与国外在理论和技术上存在一定的差距。因此，综合性能更加优良的聚合物基复合材料，是目前国内外一项十分活跃的研究课题。具有一定长径比的多壁碳纳米管(MWNT)和CB粒子共填双组份聚合物，能进一步提高材料PTC效应：较低的渗流阈值和室温电阻率，较高的PTC强度，良好的循环稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高PTC强度和稳定性的聚合物基复合材料及其制备方法。

本发明为一种高PTC强度和稳定性的聚合物基复合材料，复合材料中包括：聚合物基体材料超高分子量(分子量500万级)聚乙烯(UHMWPE)和聚偏氟乙烯(PVDF)、钛酸酯偶联剂表面处理的CB和MWNT导电填料及抗氧剂1010；所述聚合物基体材料UHMWPE和PVDF的体积比为1∶1，所述的CB粒子占填料与聚合物基体材料总体积的4.0％，MWNT导电填料占总体积的体积分数为0-3％，抗氧剂1010为基体总质量的1％；多壁碳纳米管(MWNT)的直径10～30nm，长度5～15μm。

复合材料的制备包括以下步骤：

(1)CB的表面处理：为了提高CB在复合材料中的分散性，采用钛酸酯偶联剂(NDZ-102)对其进行前期处理，将CB均放入钛酸酯偶联剂的乙醇溶液中，球磨2h后于烘箱中蒸发溶剂，然后置于真空烘箱中120℃条件下反应1h，得到改性CB，其中钛酸酯偶联剂与CB的质量比为1∶100；

(2)MWNT的表面处理：将MWNT放入钛酸酯偶联剂的乙醇溶液中，超声波处理2h后于烘箱中蒸发溶剂，然后置于真空烘箱中120℃条件下反应1h，得到改性的MWNT，其中钛酸酯偶联剂与MWNT的质量比为1∶100；

(3)复合：按PVDF和UHMWPE体积比为1∶1称取PVDF和UHMWPE，并称取步骤(1)，(2)改性得到的CB和MWNT，使CB占填料和基体总体积分数为4％，MWNT占总体积的体积分数为0-3％；基体经过真空干燥后，首先将PVDF加入到转矩流变仪中，调整转速为50r/min，让其加热熔融2分钟，然后加入另一基体UHMWPE和抗氧剂1010，抗氧剂1010为基体总质量的1％；将两种基体的混合物混炼10分钟，然后加入填料，250℃混炼15分钟；熔融共混完成后，出料；(4)成型：250℃，18MPa恒温恒压热压10分钟，即得到样品。

本发明具有以下有益效果：

1.用钛酸酯偶联剂(NDZ-102)改性后的CB和MWNT在复合材料中具有较好的分散性。

2.通过在互不相容的双组份基体中添加单一填料或两种不同类型填料共填，经熔融共混复合技术制备的聚合物基PTC材料，具有显著的PTC性能：较高的PTC强度和良好的重复稳定性。

3.采用互不相容的两相基体使得复合材料能在较低填料含量时出现渗流现象，具有较好的导电性和较低的室温电导率，渗流阈值附近电导率达到10^-1，通过调节复合材料中填料的含量可以改变复合材料的导电性。

4.通过添加MWNT作为第二填料，使得体系的粘度增加，同时由于MWNT和CB长程导电和近程导电之间的协同作用，导电填料的重聚移动性减小，从而获得较高的PTC强度和良好的重复稳定性，NTC效应降低。

附图说明

图1实施例1复合材料的断面扫描电镜照片；

图2实施例2复合材料的断面扫描电镜照片；

图3实施例1和对比例复合材料的室温导电性能以及渗流阈值；

其中A-实例1；B-对比例

图4添加不同体积分数MWNT的复合材料的PTC性能研究；

A-实例1；B-实例2；C-实例3；D-实例4

图5MWNTf_MWNT＝1％的复合材料的PTC重复性研究；

图6MWNTf_MWNT＝2％的复合材料的PTC重复性研究；