[发明专利]一种低电阻PTC复合材料

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种低电阻PTC复合材料。

技术背景

由于导电高分子复合材料具有正温度系数“PTC”特性，且相互并联，能随被加热体系的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热温度的特点。

目前，工业生产中常用的聚合物基PTC复合材料主要是炭黑(CB)填充聚乙烯(PE)复合体系构成，也有少量采用金属颗粒填充聚乙烯，或炭黑填充双组分共混聚合物等，但都因室温电阻率较高或耐电压较低而限制了其发展。

炭黑的导电性好，粒径小，价格低廉，是目前比较理想的一种导电填料，但一般碳黑的含量越高，复合材料的电阻率就越低，体系的导电性越高，但是体系的PTC强度就会降低。如果在基体中填充单一的CB粒子，结晶性聚合物与炭黑粒子之间的浸润性差，分散在基体内的炭黑粒子之间又具有较强的附聚力，因此炭黑粒子在基体中的分散不稳定，当PTC材料在使用过程中随着温度升高一下降循环往复时，处于非晶区的炭黑粒子很难回到原来的位置，尤其在聚合物结晶熔点以上时，因晶区熔融和体积膨胀而分开的炭黑粒子很容易重新附聚，从而产生负温度系数效应，最终导致炭黑分散状态发生变化，PTC效应的回复性变差。宏观表现为电阻率增加，PTC强度和输出功率逐渐衰退，导致室温电阻率仍不能达到理想低阻。

碳纳米管(CNTs)是上世纪末才被发现的一种新型碳结构材料，一般可分为单壁、双壁和多壁碳纳米管，理论预测和实验研究发现碳纳米管具有奇特的电学性能，并和其物性及结构密切相关。如果选用碳纳米管作为导电填料，需要填充的碳纳米管质量百分数在20%以上，这样材料的成本太高，同时复合体系的阻值热稳定性并小好，如果单独使用金属粉末填充聚合物，由于金属密度大，容易沉积，分散不均匀，且金属粒子容易氧化，材料性能井不稳定。

随着市场的需求，对聚合物PTC材料提出了越来越高的要求，耐大电流，高电压，这就需要聚合物PTC材料，在低的室温电阻率下，还有很高的PTC强度，以产生很小的漏电流来满足产品的安全性。CB和CNTs均属碳系材料，物理性能和化学性能比较匹配，如果在炭黑和聚合物复合体系中引入碳纳米管，由于CNTs能在CB粒子间起到桥接作用，从而可以有效降低室温电阻率及渗流闽值。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种低电阻PTC复合材料，该导电聚合材料具有低电阻率、高PTC强度，与良好发安全性。 

为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的：

一种低电阻PTC复合材料，由下列组份按重量份构成：热塑性聚合物：55-85份、经偶联剂表面处理后的导电材料：15-35份、惰性填料：3-10份、相容剂：3-6、抗氧剂：0.1-0.5份。

热塑性聚合物为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯一丙烯共聚物、乙烯一乙酸乙烯醋共聚物或乙烯一丙烯酸乙醋共聚物中至少一种。

所述导电材料为炭黑与碳纳米管按3-30：1组成。

所述惰性填料为氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、氧化锌、氧化钛或三氧化二锑中的至少一种。

所述相容剂为选自聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH）、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（PP-g-GMA）、三元乙丙橡胶接枝马来酸酐（EPDM-g-MAH）、三元乙丙橡胶接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（EPDM-g-GMA）中的至少一种。

所述抗氧剂为四(β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯（1010）、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯（168）、硫代二丙酸双十八醇酯（DSTDP）中的至少一种。

所述碳黑的粒径为50nm-150nm，吸油量(DBP)为50-120m1/100g。

更进一步的，所述碳纳米管的直径为10-20nm，长度为5-15um。

钛酸酯偶联剂为NDZ-101或NDZ-40。

本发明中的导电材料炭黑(CB)与碳纳米管(CNTs)的表面需要进行处理，主要利用钛酸酯偶联剂对CB、CNTs进行表面修饰，以改善导电填料在有机物基体中的分散性，并使填料与基体的结合力更强。将CB和CNTs按配比加入浓度为0. 5-3%的偶联剂的异丙醇溶液中，然后球磨0. 5-2小时使得偶联剂能均匀的覆盖在导电填料的表面，并在烘箱中80-100℃将溶剂完全蒸发。之后在真空烘箱中于100-130℃反应1-2小时，得到修饰过的CB和CNTs导电填料。