[发明专利]一种聚乙烯/二硼化钛PTC复合材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种聚乙烯/二硼化钛PTC热敏导电复合材料及其制造方法。

二、背景技术

由导电添加剂与聚合物构成的有机正温度系数（PTC）导电材料是当前发展极为迅速的功能高分子材料之一。PTC材料作为过热、过流保护和自控温加热材料广泛应用于通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中。目前的有机PTC材料主要以石墨和炭黑为导电填料，其室温电阻分布较宽，PTC强度小、耐热性和稳定性较低，且制备时成品率较低。陶瓷基PTC材料在动作特性、小电流保护能力、耐脉冲大电流冲击能力等方面性能较好，但由于陶瓷基PTC材料室温电阻较高，在其居里点以上的温度范围内电阻随温度上升相对较慢，没有一个类似于保险丝似的电阻突变过程，故其总的过流保护性能不如高分子基PTC材料优越。此外，陶瓷基PTC材料性脆，加工和成形都较困难，价格也较贵。

三、发明内容

本发明旨在提供一种聚乙烯/二硼化钛（HDPE/LDPE/TiB₂）PTC复合材料及其制备方法，所要解决的技术问题是使复合材料具备低的室温电阻率、耐高压、耐大电流、长期通流稳定的性能，且具有高PTC强度和高PTC稳定性。

本发明聚乙烯/二硼化钛PTC复合材料，其原料由主料和加工助剂构成，其特征在于：

所述主料按质量百分比构成为：

低密度聚乙烯（LDPE）：10-25%，

TiB₂：40.1-50%，

CB：0-6%，

余量为高密度聚乙烯（HDPE）；

所述加工助剂为：

抗氧剂1010，添加量为主料质量的0.1-0.3%；

硬脂酸，添加量为主料质量的1.5-2.5%；

偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷，添加量为主料质量的1.0-2.0%；

三氧化二锑，添加量为主料质量的3-5%；

阻燃剂十溴二苯乙烷，添加量为主料质量的8-12%。

本发明聚乙烯/二硼化钛PTC复合材料的制备方法，包括混料、模压成型、辐射、热处理和冷冻各单元过程：

所述混料是将主料和加工助剂于160-200℃混炼均匀得到混炼料；

所述模压成型是将所述混炼料在模压温度150-170℃、模压压力5-15MPa的条件下模压成型得到成型料；

所述辐射是将所述成型料采用γ射线（Co⁶⁰）或电子束辐射，剂量为120-160KGy；

所述热处理是将辐射后的成型料加热至140-160℃，保温2-2.5小时，随后于-10～-20℃冷冻处理2.5~3小时。

热处理和冷冻处理组合，起到降低电阻率及增加通流时的电阻稳定性的作用。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明复合材料中以二硼化钛（TiB₂）为主要导电填料（TiB₂按重量百分比为40.1~50%），以聚乙烯为基体，并加入炭黑，组成聚乙烯/二硼化钛-炭黑（HDPE/LDPE/TiB₂-CB）导电复合材料。二硼化钛具有高导电、高导热、抗氧化温度高等优异性能，具有加强耐流、耐压和提高电阻变化稳定性的作用，由于二硼化钛比现有技术加入比例更高，较容易形成导电网络；炭黑（CB）具有联接二硼化钛导电链、改善导电网络和导电性能的作用；结晶性聚乙烯基体提供非晶相导电区，并具有改变导电网络结构的作用。与已有技术中含20~40%TiB₂的HDPE/LDPE/TiB₂-CB复合体系相比，其室温电阻率最低测量值为0.12Ω·m；与已有技术中聚乙烯/炭黑、聚乙烯/石墨及其他聚合物基/炭系PTC复合材料相比，在保证低的室温电阻率的同时，具有长期通流大于100A的通流能力、高的PTC强度（最高测量值为8.3）和高的PTC稳定性（热循环100次后电阻变化保持稳定）。

四、具体实施方式

1、配料

主料按质量百分比构成如下：