[发明专利]具有负温度系数效应的聚合物基温敏电阻材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于导电高分子复合材料的制造技术领域，具体涉及一种具有负温度电阻系数(NTC)特征的导电高分子复合材料的制备方法。

背景技术

导电高分子复合材料(Conductive Polymer Composites,CPCs)是指将导电填料(如石墨、炭黑(CB)、碳纳米管(CNTs)、石墨烯等)加入到高分子基体中制成的功能性高分子材料。

目前，CPCs材料的温敏特性已经引起了学术界和产业界的广泛关注。一般情况下，CPC电阻率随温度的升高而逐渐增大，且在高分子熔点附近迅速升高，即表现出正温度系数(PTC)阻抗特性。基于CPCs的PTC特性，CPCs已经被广泛应用于制造自限温加热、电流和温度过载保护装置。PTC特性的主要机理是随着温度的升高，高分子基体膨胀，当在熔点附近，高分子晶体熔融，引起高分子体积急剧增大，从而破坏了导电填料形成的导电网络。近年来，研究者报道了一些新奇的温敏特性现象。例如Chen等制备了CB/尼龙6(PA6)/聚丙烯(PP)CPCs，其中CB选择性分布在PA6相中，发现CPCs电阻率基本不随温度变化(Chen GS，et al.Journal of Applied Polymer Scicence，2008；114：1848-1855)；他们将这种新奇的温敏特性归结为PP的体积膨胀对PA6相中导电网络的影响性较小。

近年来，有报道提出一种聚合物基负温度系数(简称NTC)温敏电阻材料，它是以聚合物材料为基体，加入炭黑、金属粉、金属氧化物等导电填料，经过分散复合、层积复合等方式处理后而形成的多相复合体系，其电阻率具有随温度升高而降低的特点；NTC温敏电阻主要用于测量及电子电路的温度补偿，已广泛用于家用电器、汽车以及工业生产设备的温度传感与控制；由于聚合物基NTC材料原料易得，加工成型简单，室温电阻率低，同时又具有高分子材料的许多优异性能，因而日益受到人们的重视。如公开号为CN102796333A公开了一种具有负温度系数效应的聚偏氟乙烯基温敏电阻材料的制备方法，其以聚对苯乙烯磺酸钠接枝的石墨烯或负载纳米银的石墨烯为导电填料制备了聚偏氟乙烯基温敏电阻材料；以解决现有聚合物基温敏材料存在的导电相填充料高、室温电阻率偏大、灵敏度偏低的问题。

发明内容

本发明提供一种新的具有负温度系数效应的聚合物基温敏电阻材料，所得电阻材料电学性能稳定，逾渗值低；且所得电阻材料的NTC特性可重复性好，便于长期使用。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有负温度系数效应的聚合物基温敏电阻材料，其原料及其重量含量为：

聚合物1+聚合物2          88.5～96.9份

导电填料                 0.1～1.5份

相容剂                   3～10份；

并且，所述聚合物基温敏电阻材料中导电填料分布在聚合物2相中；

其中，所述聚合物1的熔融指数≤7g/10min，聚合物2的熔融指数≥12g/10min，熔融指数按照GB/T 3682-2000测定；聚合物2的热膨胀系数大于聚合物1的热膨胀系数，导电填料为二维导电填料；聚合物1与聚合物2的质量配比为(3：7)～(7：3)。优选的，所述聚合物1的熔融指数≤6g/10min，聚合物2的熔融指数≥20g/10min。

进一步，所述聚合物1选自超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或聚苯乙烯(PS)中的至少一种；所述聚合物2选自尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)、尼龙1010(PA1010)、尼龙610(PA610)、尼龙1212(PA1212)、聚甲醛(POM)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种；所述相容剂选自马来酸酐接枝聚乙烯(MAH-g-PE)、马来酸酐接枝超高分子量聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯中的至少一种；所述导电填料选自石墨烯、石墨或纳米石墨片中的至少一种。

进一步，聚合物1+聚合物2为95.5份，聚合物1与聚合物2的重量配比为7︰3，相容剂的重量份数为3份，导电填料的重量份数为1.5份。

优选的，上述具有负温度系数效应的聚合物基温敏电阻材料中，所述聚合物1为UHMWPE，聚合物2为PA6，导电填料为石墨烯，相容剂为MAH-g-PE。