[发明专利]聚合物基正温度系数热敏电阻材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种热敏电阻材料，尤其是适用于制备过流保护器件、自控温伴热带的聚合物基正温度系数热敏电阻材料。

背景技术

将炭黑、碳纤维或者金属粒子等导电填料与某些高分子基体共混可以得到具有电阻正温度系数(PTC)效应的热敏电阻材料。这类材料在电路保护器件、加热器、传感器等领域有诸多应用。对于热敏电阻材料，一般来说希望组合物有尽可能低的室温电阻率和导电填料添加量、尽可能高的PTC强度以及足够的稳定性。

填料在体系中形成的导电网络是材料性能最本质和最重要的影响因素，材料的电性能直接取决于常温下导电网络的形成和完善程度以及在聚合物膨胀时导电网络的破坏程度。然而，一般情况下这两个方面往往是相互矛盾的。增加体系中导电填料的添加量，可以促进导电网络的完善从而降低室温电阻率，但是越完善的导电网络越不容易在聚合物膨胀时被破坏从而使PTC强度降低。同时，增加填料含量，不仅会增加成本，更主要的是还会给加工性能劣化并影响材料的力学性能。而降低填料含量往往又难以获得足够低的室温电阻率(例如小于100Ω·cm)从而限制材料在诸多方面的应用。

在以往制备的PTC材料中，以单一聚合物为基体的复合体系，所需的填料含量一般较高，尤其是在要求电阻率较低时，例如：名称为“高分子聚合物正温度系数热敏电阻材料”(申请号93110575.7)的中国专利公开了一种以聚乙烯或聚乙烯-丙烯酸共聚物为基体的正温度系数热敏电阻材料，其需要的导电填料含量体积分数为20-30％。名称为“低电阻热敏电阻器及其制造方法”(申请号98122016.9)的中国专利公开了一种制备正温度系数热敏电阻材料的方法，其需要的导电填料含量重量分数为34-60％。名称为“高分子热敏电阻及其制造方法”(申请号200510033330.1)的中国专利公开了高分子热敏电阻及制备方法，其需要的导电填料含量重量分数为30-60％。采用两种不相容的聚合物的共混物作为基体，使填料分布在其中一相形成双渗流导电网络结构，是降低导电填料含量的有效手段之一。名称为“正温度系数型导电高分子复合材料组成及其制造方法”(申请号97108956.6)的中国专利公开了一种在两种不相容的聚合物的共混物作为基体的正温度系数热敏电阻材料的制备方法。通过导电填料在基体中的选择性分布降低了填料含量(1-40wt％)，但是室温电阻率仍然较高，为10²-10⁷Ω·cm。

因此，如何能有效构筑导电网络，在降低填料含量的同时保持较高的室温电导率，并在稳定性和PTC强度方面也具备良好的综合性能，对热敏电阻材料的实际应用意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有正温度系数(PTC)效应的热敏电阻材料。该材料在室温电导率、PTC强度、稳定性及填料含量方面有良好的综合性能。

本发明的聚合物基正温度系数热敏电阻材料，它的组分及其体积百分数含量为：

导电填料3.1-18％，PTC增强剂1-10％，余量为聚合物基体，上述组分的体积百分数含量之和为100％；所说的聚合物基体是两种互不相容或仅部分相容的聚合物的共混物，两种聚合物的组分比满足基体能形成双连续相结构；所说的导电填料是由导电粒子和导电纤维组成，其中，导电粒子的体积分数为3-15％，导电纤维的体积分数为0.1-3％。

上述的聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、尼龙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二酯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

上述的导电粒子的粒径为1-500nm，优选导电粒子的粒径为50-100nm。

上述的导电纤维的长度为30-300μm，优选导电纤维的长度为100-200μm。

上述的导电粒子可以是炭黑、石墨、金属粒子、金属氧化物粒子或导电陶瓷粒子。所述的导电纤维可以是碳纤维、金属纤维或碳纳米管。

所述的PTC增强剂为含有马来酸酐基团的接枝聚合物或共聚物。

本发明中，导电粒子的体积分数为3-15％，体积分数的选择应不低于其在双连续相聚合物基体中的渗流阈值，该渗流阈值视所添加的填料种类和基体种类而定。

本发明的聚合物基正温度系数热敏电阻材料可以直接通过熔融混炼加工得到。混炼时间一般为5-20分钟，并可以通过控制混炼时间来控制导电纤维的长度。

本发明的有益效果在于：