[发明专利]高分子复合纳米电压变阻软薄膜及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉一种高分子复合纳米电压变阻软薄膜及其制作方法，为电子设备和元器件保护技术领域提供一种性能更稳定、实现更简单、使用更方便的实用原材料。

背景技术

目前电子产品的电路保护中所使用的高分子电压变阻材料，大都是以高分子聚合物加金属或炭属粉末共混熔融而获得，由此得到的这类高分子电压变阻材料有很大的局限性：

1.由于所使用的填料颗粒较大（粒径多数超过30um），这就需要较大的填充料加入量，由此获得的电压变阻材料固化后脆性大，机械强度差，容易碎裂，不具备拉伸能力。

2.所制备的产品只能是浆料和胶泥状物，只能采用涂覆方式现配现用，干后废弃，使用极不方便。

3.固态形状尺寸在固化前已被确定，由于固化的差异，又由于导电填料颗粒粒径的差异，导致稳定性和可靠性不易把握。尤其难以获得一致的箝位电压。

4.抗腐蚀抗氧化能力差，不耐老化。

发明内容

本发明的目的是为高分子复合纳米电压变阻软薄膜及其制作方法解决下述问题：

1. 解决高分子基体材料制成软薄膜的机械性能问题、加工问题，使产品在保证电性能的前提下获得较好的柔韧性和机械强度。

2. 导电填料具有耐氧化、导电性能好，保证同体积中较少的加入量，就可实现场致发射（电子隧穿）的条件。

3. 导电填料充分分散均匀，颗粒相邻界面为纳米级的间距，使产品具有更低的电压开启阀值，更高的响应灵敏度，更快的电流泄放速度。

4.为电子电路保护和电子器件制造提供导电性更优秀，反应更灵敏，电性能更稳定，更简便、更容易实现功能指标的软薄膜材料。 

本发明所采用技术方案：本发明的高分子复合纳米电压变阻软薄膜，其组分及重量配比为：高分子基体材料100份，纳米导电填料3～14份，所述纳米导电填充料为经过表面改性的石墨烯纳米片或石墨烯粉末；所述高分子聚合物基体材料为茂金属线性聚乙烯与低密度聚乙烯的混合材料或茂金属线性聚乙烯与同聚乙烯物理性质相近的其它聚合物材料或弹性体、橡胶中的一种或两种以上的混合物混合组成材料；其中茂金属线性聚乙烯占高分子聚合物基体材料重量的50%～70%。

所述高分子聚合物基体材料为茂金属线性聚乙烯与低密度聚乙烯的混合材料。

所述的纳米导电填料为纳米石墨烯经带反应基团的聚氨酯或环氧树酯表面改性剂进行锚固聚合变性的材料。

所述的纳米石墨烯包括粒径为0.5～20 um、厚度为5～20nm的石墨烯纳米片和粒径为0.8～1.2 nm的石墨烯粉。

优选地，所述的茂金属线性聚乙烯占高分子聚合物基体材料重量的55%～65%。

所述纳米石墨烯与聚氨酯或环氧树酯类表面改性剂的重量比例为纳米石墨烯占99%～95%，加入的带反应基团的聚氨酯和环氧树酯占1%～5%。

所述高分子复合纳米电压变阻软薄膜是由高分子聚合物基体材料与纳米导电填料熔融共混，经热熔压延和冷压定型获得厚度为50um～200um的软薄膜。

优选地，所述的高分子基体材料100份，纳米导电填料5.5～13份。

本发明的高分子复合纳米电压变阻软薄膜的制作方法，步骤如下：

1）将所述高分子聚合物基体材料的茂金属线性聚乙烯与低密度聚乙烯的混合材料或将茂金属线性聚乙烯与同聚乙烯物理性质相近的其它聚合物材料或弹性体、橡胶中的一种或两种以上的混合物按重量比混合，形成高分子基体材料；

2）将所述纳米导电填料重量99%～95%的纳米石墨烯加入高速搅拌机中，同时加入1%～5%带反应基团的聚氨酯和环氧树酯，对纳米石墨烯进行包覆锚固改性，制成纳米导电填料；

3）将纳米导电填料与高分子基体材料熔融共混，得到高分子纳米复合电压变阻材料，而后对该材料行热熔压延和冷压定型，获得高分子复合纳米电压变阻软薄膜。

所述的步骤3）中将高分子基体材料100份，纳米复合导电填料3～14份加入到转矩流变仪中，在160℃加工温度和64rpm的转子转速下密炼10min，获得高分子复合纳米电压变阻材料，再将该材料在15MPa的压机上，以160℃的温度预热15min，然后热压10min,再冷压5min，制成所需厚度的高分子复合纳米电压变阻软薄膜。

本发明的优点：

（一）本发明解决了高分子基体材料具有较高的柔韧性、机械强度和耐腐蚀耐老化问题：

本发明优先选用茂金属线性聚乙烯（mPE）和低密度聚乙烯(LDEP)的复合高分子聚合物，好处在于：