[发明专利]高分子基导电复合材料及PTC元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子基导电复合材料及PTC元件，尤其是一种具有低室温电阻率、突出的耐候性能，良好的耐电压性能和电阻再现性的高分子基导电复合材料及由其制备的PTC元件。

背景技术

高分子基导电复合材料在正常温度下可维持较低的电阻值，具有对温度变化反应敏锐的特性，即当电路中发生过电流或过高温现象时，其电阻会瞬间增加到一高阻值，使电路处于断路状态，以达到保护电路元件的目的。因此可把高分子基导电复合材料连接到电路中，作为电流传感元件的材料。此类材料已被广泛应用于电子线路保护元器件上。

高分子基导电复合材料一般由聚合物和导电填料复合而成，导电填料宏观上均匀分布于所述高分子基材中。聚合物一般为聚烯烃及其共聚物，例如：聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物等，而导电填料一般为碳黑、金属粉或导电陶瓷粉。对于以碳黑作导电填料的高分子基导电复合材料，由于碳黑特殊的聚集体结构且其表面具有极性基团，使碳黑与聚合物的附着性较好，因此具有良好的电阻稳定性。但是，由于碳黑本身的导电能力有限，无法满足低电阻的要求。以金属粉为导电填料的高分子基导电复合材料，具有极低的电阻，但是因为金属粉容易氧化，需要对导电复合材料进行包封，以阻止因金属粉在空气中氧化而造成的电阻升高，而经过包封的PTC元件的体积不能有效降低，难以满足电子元器件小型化的要求。为得到较低的电阻值，同时克服金属粉易氧化的弊端，行业内逐渐趋向以金属碳化物、金属氮化物、金属硅化物或金属硼化物陶瓷粉作为低阻值高分子基导电复合材料的导电填料，但添加于高分子基导电复合材料中的金属碳化物、金属氮化物、金属硅化物或金属硼化物陶瓷粉的比例较大，加工成型困难，在聚合物中分散不佳，导致其电阻无法进一步降低。

本发明提供一种高分子基导电复合材料及由其制备的PTC元件，此类高分子基导电复合材料具有良好的导电性能和加工分散性，且由其制备的PTC元件具有低室温电阻率、突出的耐候性能，良好的耐电压性能和电阻再现性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有良好的导电性能和加工分散性的高分子基导电复合材料。

本发明所要解决的再一技术技术问题在于：提供上述高分子基导电复合材料制备的PTC元件。该PTC元件具有低室温电阻率、突出的耐候性能、良好的耐电压性能、优良的电阻再现性。

本发明所述技术问题通过下述技术方案实现：一种高分子基导电复合材料，包含高分子基材、导电填料和偶联剂，其中：

（a）所述高分子基材为聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚烯烃弹性体、环氧树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物，占所述高分子基导电复合材料的体积分数的20%～75%，优选为25%-70%之间，更优为30%-65%之间； 

（b）导电填料，具有核壳式颗粒结构，占所述高分子基导电复合材料的体积分数的25%～80%，其粒径为0.1μm～20μm，优选为0.05μm～50μm，更优为0.1μm～20μm，且体积电阻率小于0.03Ω.m，更优为小于0.02Ω.m，最优为小于0.01Ω.m，所述导电填料分散于所述高分子基材中；所述导电填料的体积电阻率小于；

（c）偶联剂占导电填料体积的0.05%～5%，优选0.1%～5%，更优选为0.5%～3%，所述的偶联剂为钛酸酯，其结构式为：

(R₁O)_m-Ti-(OX-R₂-Y)_n

其中，R₁基团为乙基、丙基、丁基、戊基或它们的同分异构体中的一种, X基团为羧基、磺酸基、砜基、磷酸酯基、焦磷酸酯基、亚磷酸酯基中的一种，R₂基团为己基、庚基、辛基或它们的同分异构体中的一种,Y基团为酰氧基、氨基中的一种，n为钛酸酯的官能度，1≤m≤4，1≤n≤3，m、n均为整数，所述偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂、单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂、螫合型钛酸酯偶联剂、配位型钛酸酯偶联剂、季铵盐型钛酸酯偶联剂中的一种或多种的混合物。

具体的，偶联剂的结构中划分成6个不同的功能区：

 Ⅰ       Ⅱ  Ⅲ ⅣⅤ Ⅵ   

(R₁O)_m--Ti--(OX--R₂--Y)_n