[发明专利]一种耐大电流的热敏电阻聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐大电流的热敏电阻聚合物复合材料及其制备方法，属于功能复合材料及电子器件领域。

背景技术

热敏电阻具有显著的正温度系数效应(Positive temperature coefficient，PTC效应)，即材料电阻随温度升高而急剧增大的响应功能特性。热敏电阻作为过电流保护、恒温自动加热、温度补偿和火灾报警等器件在工业中得以广泛应用。PTC材料通常分为陶瓷和高分子两大类，陶瓷PTC主要是由掺杂铅、锶等微量元素的钛酸钡经高温烧结而成，其在居里转变温度具有显著的PTC效应；而高分子PTC材料主要是以炭黑(CB)填充高密度聚乙烯(HDPE)为代表的复合材料，利用HDPE在升温过程中的晶区熔融膨胀导致CB导电网络断开，从而产生电阻随温度升高而急剧增加的PTC效应，其具有重量轻、制备工艺简单、成本低、形状不受限制等突出优点，正逐步替代陶瓷PTC材料并广泛应用于电子、化工、机械、自动控制等领域。

近年来，随着电子通讯和大规模集成电路制造技术的快速发展，对热敏电阻提出了耐高电压、耐大电流、高循环稳定性的迫切要求。而传统的CB/HDPE复合材料由于炭黑尺度小、易于高温氧化附聚、耐热温度低、循环稳定性差等固有缺陷，仅适用于在低温、小电流、低电压等条件下工作；无法满足工业界对高性能热敏电阻日益增长的迫切需求，严重制约了高分子热敏电阻的快速发展。

目前，通过复合材料混杂方式制备高性能热敏电阻的方法已有诸多报道，例如：中国专利，CN200810204387.7李华等，《聚合物基碳纳米管复合材料的制备方法》，其特征主要包括：将碳纳米管直接加入或者预先分散于液体介质中，加入聚合物单体、齐聚物或者单体或齐聚物的溶液中得到混合物，用电子束进行辐照处理，使碳纳米管实现活化改性，同时聚合物基体材料在电子束辐照下实现固化，获得碳纳米管/聚合物复合材料；中国专利，CN200810101472.0于建等，《一种利用导电填料协同作用制备导电复合材料的方法》，其特征主要包括：制备导电性复合材料方法的特征是将聚合物、碳纳米管、碳黑、石墨、碳纤维按照一定比例混合后，采用高分子材料加工折本熔融混炼、造粒完成。中国专利，CN200410020607.2成会明等，《一种具有正温度系数效应的导电复合材料及其制备方法》，其特征主要包括：其导电复合材料主要由导电填料和聚合物构成，导电填料为一维纳米炭材料，包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、纳米炭纤维或者复合物。中国专利，CN200510047997.7成会明等，《一种耐高温的热敏电阻复合材料及制备方法》，其特征主要包括：耐高温的热敏电阻聚合物复合材料，由纳米碳材料、高熔点的结晶聚合物及辅助原料进过熔融共混和热压成型工艺获得。辅助原料为增塑剂、抗氧化剂和无机填料，其中无机填料为轻质碳酸钙、滑石粉、二氧化硅和氢氧化铝颗粒。

中国专利，CN200910051614.1袁晓芳等，《高分子正温度系数热敏电阻器及其制造方法》，其特征主要包括：热敏电阻器由片状芯材和贴覆于上述片状芯材两面的金属箔片，焊接在该金属箔片外表面上的片状或阴线状的金属电极构成，所述的芯材由高分子聚合物，导电填料无机填料和加工助剂混合而成。导电填料为炭黑、石墨、碳纤维、金属粉末和金属氧化物中的一种或多种，无机填料为氧化镁、氧化铝、二氧化硅、陶土、滑石粉、碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或多种混合物。中国专利，CN200910100323.7袁建波等，《聚合物基正温度系数热敏电阻材料》，其特征主要包括：热敏电阻材料是由导电填料，PTC增强剂和聚合物构成，聚合物基体是指两种互不相容或仅部分相容的聚合物的混合物，导电填料是由导电粒子和导电纤维组成。导电粒子为炭黑、石墨、金属粒子、金属氧化物粒子或导电陶瓷粒子，导电纤维为碳纤维、金属纤维或碳纳米管。

以上方法都是侧重于减少导电填料含量、提高PTC强度、降低热敏电阻的成本，而没有针对如何提高热敏电阻的耐电流和电压特性开展深入研究。在通讯、电力传输、交通运输等领域要求热敏电阻具有耐大电流、耐高电压的特性，而传统的PTC复合材料无法满足这方面的需求。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种耐大电流的热敏电阻聚合物复合材料及其制备方法，解决传统PTC热敏电阻复合材料无法满足的耐大电流、耐高电压等问题。

本发明所采用的技术方案是：

一种耐大电流的热敏电阻聚合物复合材料，该复合材料包括功能填料、聚合物，其中：功能填料添加量为聚合物质量的4％～30％；功能填料为具有导热性能和/或导电性能的填料，聚合物为结晶性聚合物。