[发明专利]低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及导电聚合物复合材料技术领域，更具体地，涉及正温度系数型导电聚合物复合材料技术领域，特别是指一种低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料及其制备方法，可以用于制造过温和过流保护器件。

背景技术

目前，国内外研究和应用较为广泛的具有正温度系数(PTC)特性导电复合材料是炭黑填充聚烯烃类基体所构成的复合材料，具有在较大范围内可调的导电性能，易于成型，成本低等特点。存在的问题是室温电阻率偏高，PTC效应稳定性差，致使PTC强度及输出功率衰减过快，保护后漏电流大等。这是由于炭黑所限制造成的，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-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(NTC)，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。

另外，其体积电阻率通常在1～10欧姆·厘米，最低仅能做到约0.5欧姆·厘米，为了获得较低的电阻率，通常需要在聚合物基体混入较高体积分数的炭黑，降低了复合材料的熔融指数，造成加工困难。在成型加工过程中容易产生强力剪切混合，炭黑结构被破坏，并导致加工温度过高，使聚合物基体发生降解、交联等副反应，降低了材料的导电性能和机械性能。通常炭黑填充的PPTC复合材料超过熔点后电阻率升高10^2～4倍，保护器件电阻从0.01～0.1欧姆升高到10^2～3欧姆，在一些情况下并不能有效的切断电路的故障电流。

目前随着电子行业的发展，要求PTC保护器件电阻越小越好，保证正常电路中功耗更小，并具有更高的切断电阻，保证电路切断后漏电流愈小愈好。

发明内容

本发明的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料及其制备方法，该导电聚合物复合材料具有低室温电阻率，高PTC强度。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料，其特点是，包括结晶性聚合物基体，以所述结晶性聚合物基体的重量为100％，还包括以下各组分及其相对于所述结晶性聚合物基体重量的百分比：金属粉末400～800％，金属氧化物粉末20～100％，润滑剂0～0.5％，抗氧剂0.05～0.5％，铜离子抑制剂0.1～0.5％。

较佳地，所述结晶性聚合物基体是结晶度大于20％的热塑性聚合物，所述金属粉末是平均粒径为50nm～5μm的粉末状或絮状的金属颗粒，所述金属氧化物粉末为平均粒径为0.1～10μm的具有阻燃特性的金属氧化物粉末，所述润滑剂为低分子量的高分子聚合物或侧链结晶聚合物，所述抗氧剂为酚类或胺类抗氧剂，所述铜离子抑制剂为酰胺类化合物或酰肼类化合物。

本发明对结晶性聚合物无特殊限制，凡结晶度大于20％的热塑性聚合物均可采用。将金属粉末和金属氧化物粉末按照上述配比，均匀混合后共同作为导电填料使用。加入润滑剂可以降低复合体系的熔体粘度，改善加工性能，降低破坏导电填料的几率。加入抗氧剂可以抑制或延缓PTC材料的热氧降解，通常可以选用酚类、胺类抗氧剂，具体抗氧剂选择根据聚合物基体的种类来决定。

更佳地，所述热塑性聚合物为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-丙烯共聚物(EPM)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)或热塑性聚酯的一种或几种，所述金属粉末为镍粉、铁粉、铝粉、铜粉或银粉的一种或几种，所述金属氧化物粉末为氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、氧化锌、氧化钛或三氧化二锑的一种或几种，所述润滑剂为有机硅树脂、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚硬脂酸乙烯酯、脂肪酸酯、醇类或金属皂类润滑剂的一种或几种，所述抗氧剂为硫代双酚类抗氧剂，所述铜离子抑制剂双亚水杨基二胺。

更进一步地，所述热塑性聚合物是低密度聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，所述金属粉末是镍粉，所述金属氧化物粉末为氢氧化镁，所述润滑剂是硬脂酸胺，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。

较佳地，所述金属粉末的平均粒径为500nm～1μm，所述金属氧化物粉末的平均粒径为1～3μm。

在本发明的第二方面，还提供了一种上述的低电阻率正温度系数型导电聚合物复合材料的制备方法，其特点是，包括下述步骤：