[发明专利]一种免交联聚合物基高温PTC材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明所涉及的技术领域是一种PTC转变温度超过300 ℃的高温聚合物基PTC材料及其制备方法，同时提供一种免交联消除聚合物基PTC材料NTC效应的简单方法。

背景技术

聚合物基正温度系数(positive temperature coefficient, PTC)导电复合材料（简称聚合物基PTC材料）是当今国内外研究开发比较热门的智能高分子材料之一，它通常以半结晶性聚合物材料为基体，加入碳黑、金属粉、金属氧化物等导电填料，按照一定的复合材料制备工艺而形成的多相复合体系。当温度升高到聚合物基体的熔点附近时，聚合物基PTC材料的电阻率会在渗滤阈值附近迅速增加 (可增大1.5~8个数量级)，产生几个数量级的跳跃，发生从(半)导体到绝缘体的转变。利用这一特性制成的自控温加热元件，在施加一定交流或直流电压后，能迅速升温，电阻也迅速增大，并恒定在预定温度，从而具有调温功能和灵敏的开关效应。聚合物基PTC材料具有在较大范围内可调的导电性能、易于成型、可曲挠、成本低等特点，广泛的用于制备自限温加热器、过流保护以及温度传感器等。

目前的聚合物基PTC材料还存在以下不足：1、普遍采用的聚合物基体是聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物这类结晶性聚合物，它们的熔点一般都在150 ℃以下，致使得到的聚合物基PTC材料的PTC转变温度较低（<150 ℃），不能满足高温场合的应用需求；2、当温度升到熔点以上时，在未交联或交联不够充分的聚合物基PTC材料中存在NTC现象。NTC现象不仅使PTC材料的电性能发生不可逆的变化，而且在材料的使用过程中会因材料温度过高而变形失效，甚至起火燃烧。通常采用的消除NTC效应方法是辐射交联，形成大分子网络结构，限制CB粒子的高温絮凝，进而消除NTC现象，这是使PTC材料达到实际应用要求的最重要的手段。但辐射交联需要昂贵的交联设备，既增加了材料制备工艺的复杂性，又提高了材料的生产成本。因此，发明一种高PTC转变温度（超过200 ℃或者更高）的聚合物基高温PTC材料以及消除聚合物基PTC材料中NTC效应的简易方法在扩展聚合物基PTC材料的应用领域和降低制作成本两方面都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有聚合物基PTC材料及其制备技术的不足，提供一种免交联聚合物基高温PTC材料的制备方法，具体发明内容为：

本发明提供了一种高温聚合物基PTC材料的制备方法，方法步骤为：

(1) 所述的高温聚合物基PTC材料包括下列重量百分比的组分：导电填料1.0-15%；聚四氟乙烯80~98%；偶联剂0.5~2.5%；抗氧化剂0.5~2.5%；

(2) 所述的导电填料是预先经过偶联剂改性后使用的，改性步骤为：在室温下将导电填料通过超声分散和搅拌使其在无水乙醇中形成悬浮液，然后加入偶联剂后持续搅拌10~30分钟；随后加入去离子水，在40~60℃下超声分散并搅拌15~60分钟；离心分离粉体，然后使用无水乙醇洗涤1~3次后，在60~120℃下真空干燥2~5小时，自然冷却到室温后使用；

(3) 所述的聚四氟乙烯粉末在80~150 ℃下真空干燥2 h，自然冷却到室温后使用；

(4) 混合过程：按照配方将偶联剂处理的导电填料、聚四氟乙烯粉末、抗氧化剂在球磨机中高速球磨0.5~2.5小时；

(5) 成型过程：采用类似于粉末冶金的方法成型，将混合粉料在室温50~100 MPa的压力下下压制成直径1~3 cm，高度0.1-0.3 cm的圆片状样品，然后在340~380℃下热压烧结，自然冷却到室温后得到高温聚合物基PTC材料。

所述的导电填料是炭黑N550或纳米碳化钛中的一种或几种复配；所述的聚四氟乙烯（PTFE）熔点为327 ℃，熔融粘度为10¹⁰ Pa·s，平均粒径为25 μm；所述的偶联剂包括硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷中的一种；所述的抗氧化剂可以是酚类或胺类抗氧化剂如抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂1098、抗氧剂2246中的一种。

利用PTFE自身极高的熔融粘度（10¹⁰ Pa·s），温度超过熔点后不能流动的特点，限制导电填料在PTFE基体中的絮凝形成新的导电通路，从而达到免辐射消除NTC效应的目的。