专利名称：一种热敏电阻复合材料及其制备方法和含有该复合材料的热敏电阻的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热敏电阻复合材料及其制备方法和含有该复合材料的热敏电阻，属于高分子复合材料技术领域。
背景技术：
具有正温度系数效应的热敏电阻(PTC)复合材料，其电阻率对温度变化极其敏感，随着温度的上升，其体积电阻率在超过某一开关温度下，急剧上升，甚至呈绝缘状态。这种特性使得由该种复合材料制成的元器件可以在电路中起到过流、过热保护的作用。这种过 流过热保护装置被广泛地应用于医疗仪器、计算机、程控电话交换机、手机电池、汽车配件、家电产品、工业仪表、运载火箭、火灾报警等领域。过电流保护用的聚合物基PTC元器件要求具有阻值低、稳定性良好、强度高等特点。而导电金属或金属化合物填充的低阻型导电复合材料，这一性能更加突出，其室温电阻率低于O. 1Ω cm, PTC强度超过8个数量级，相应得到的过流保护装置在电路中具有更低的功耗以及更灵敏的保护特性。但是，研究发现该类低阻型热敏电阻复合材料的耐电压耐电流性能相对较低，在通常使用的厚度范围内，其贴覆电极后能承受的电压电流不超过10V/5A/mm2。这样一来大大限制了该类热导电复合材料过流保护装置的应用领域以及适用范围。例如中国专利CN1254932公开了一种热敏电阻器用的芯材，该芯材由高分子聚合物、导电填料、无机填料以及加工助剂混合而成，其配方如下(重量百分数)高分子聚合物34-60%,导电填料34-60%，无机填料5_20%，加工助剂1_5%。上述芯材所用复合材料的耐电压耐电流性能相对较低，限制了该类热导电复合材料过流保护装置的应用领域以及适用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有技术中的热敏电阻的复合材料耐电压耐电流性能较低的缺陷，从而提供一种高耐压耐流性能的热敏电阻复合材料以及制备方法和含有该复合材料的热敏电阻。本发明提供了一种热敏电阻复合材料，该复合材料包括高分子聚合物、填充聚合物、导电填料；所述填充聚合物是非极性聚合物，且其结晶度为90-100%，熔点为250-400°C，平均粒径为 1-5 μ m。本发明还提供了该复合材料的制备方法，该方法包括将高分子聚合物、填充聚合物和导电填料的混合物混合均匀、混炼、成型，得到复合材料。本发明还提供了一种热敏电阻，该热敏电阻由中间的片状导电聚合物复合材料、贴覆于片状复合材料两面的金属电极箔片、电极的引出端以及外端包覆的绝缘层构成，所述导电聚合物复合材料为本发明所述的复合材料。
本发明的复合材料中的填充聚合物，可以在不影响原有导电复合材料导电性能、电性能稳定性的基础上，提高其耐电压耐电流性能拓宽其应用领域。熔点高可以增加复合材料的耐热击穿性能，同时结晶度高增加了复合材料的强度，而平均粒径为1-5 μ m可以很容易与其他物质混合。
具体实施例方式本发明提供了一种热敏电阻复合材料，该复合材料包括高分子聚合物、填充聚合物、导电填料；所述填充聚合物是非极性聚合物，且其结晶度为90-100%，熔点为250-400°C，平均粒径为 1-5 μ m。本发明的复合材料中的填充聚合物，结晶度为90-100%，增加了复合材料的强度，使其达到各种要求；熔点较高，提高了复合材料的抗击穿性能；而平均粒径较小，使其与其他物质能够更好的相溶。
根据本发明所提供的复合材料，为了使复合材料的耐压耐流性能更好，优选地，以所述复合材料的总重量为基准，所述高分子聚合物的含量为10-40wt%，所述填充聚合物的含量为5-10wt%，所述导电填料的含量为50-75wt%。根据本发明所提供的复合材料，为了使复合材料的耐压耐流性能更好，优选地，所述填充聚合物为含氟类聚合物。更优选地，所述填充聚合物为聚四氟乙烯聚合物。根据本发明所提供的复合材料，所述高分子聚合物为本领域公知的各种导电聚合物，优选地，所述高分子聚合物为一种聚合物或两种以上聚合物的共聚物。例如可以为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚偏氟乙烯、聚三氯乙烯中的至少一种。根据本发明所提供的复合材料，为了进一步提高复合材料的机械性能，优选地，所述高分子聚合物的分子量为150万以上。根据本发明所提供的复合材料，所述导电填料为本领域公知的各种导电填料，例如可以为炭黑、石墨、金属和金属化合物粉末中的至少一种。更优选地，所述导电填料为镍粉、金粉、铁粉、银粉、碳化钛和氮化钛中的至少一种。根据本发明所提供的复合材料，为了进一步提高复合材料的机械性能，优选地，所述复合材料还含有助剂，以所述复合材料的总重量为基准，所述助剂的含量为O. 5-5wt%。更优选地，所述助剂为无机绝缘填料、成核剂、抗氧剂和润滑剂中的至少一种。所述无机绝缘填料、成核剂、抗氧剂、润滑剂和增容剂都为本领域公知的技术。例如，无机绝缘填料可以选自硅酸盐、碳酸盐、金属氧化物；成核剂可以选自硬脂酸钾、苯甲酸、苯甲酸钠及山梨醇中的一种或多种；抗氧剂可以选自有位阻酚类抗氧剂或胺类抗氧剂；润滑剂可以选自硬脂酸盐类、油酸盐类、低分子量的聚乙烯蜡和低分子量的聚丙烯蜡。本发明还提供了一种本发明所述的复合材料的制备方法，该方法包括将高分子聚合物、填充聚合物和导电填料的混合物混合均匀、混炼、成型，得到复合材料。根据本发明所提供的制备方法，优选地，在混合之前还包括向混合物中加入助剂。根据本发明所提供的制备方法，由于一般的填充聚合物的粒径较大，为了能够得到需要的粒径范围，优选地，所述方法还包括将填充聚合物进行预处理，所述预处理的方法是在真空或是氮气保护条件下，采用Y射线辐照处理，Y射线辐照能够打断该聚合物的链段，便于粉碎的进一步进行。然后将其研磨粉碎，最后筛选得到平均粒径在1-5 μ m的耐压聚合物。根据本发明所提供的制备方法，为了使填充聚合物能够很好的降解，优选地，所述Y射线辐照的辐照剂量50-100KGy。根据本发明所提供的制备方法，所述研磨方法为本领域公知，例如可以为机械球磨、气流粉碎和超声波粉碎中的一种。根据本发明所提供的制备方法，为了与高分子聚合物更好的相容，优选地，所述导电填料为偶联剂改性导电粉体。所述偶联剂改性导电填料的方法为本领域公知，如，所述偶联剂改性的导电粉体
制备过程如下a)将导电填料放于真空干燥箱中在真空度O. 09MPa下烘干ISOmin ；b)将钛酸酯偶联剂NDZ-201用异丙醇稀释，添加到a)中烘干的导电填料中，搅拌充分后再于真空度为O. 09MPa，温度90°C的真空干燥箱中，烘干180min ;偶联剂占整个复合材料体积比为I. 0%。本发明还提供了一种热敏电阻，该热敏电阻由中间的片状导电聚合物复合材料、贴覆于片状复合材料两面的金属电极箔片、电极的引出端以及外端包覆的绝缘层构成，所述导电聚合物复合材料为本发明所述的复合材料。所述热敏电阻的制备方法为将两片导电基体镀镍铜箔放置在模具中，并将上述正温度系数材料置于镀镍铜箔中，在热压机上，在180°C下预热10分钟，然后热压成型为三层复合芯材，将所得芯材在80°C的真空箱中热处理16小时。为了使聚合物机体产生交联为主的反应，体系性能更加的稳定甚至得到提高，优选地，用Y射线对该三层复合芯材进行辐射交联，辐照剂量150KGy。最后用冲床将该三层复合芯材裁制成尺寸为3毫米X4毫米大小的小片，并分别在两片导电基体上焊接导电电极镍带，然后用胶带遮住导电电极，最后在环氧树脂溶液中浸溃2分钟，并在100°C下干燥30分钟，在其表面形成25微米的环氧树脂膜层，制得正温度系数热敏电阻。
下面用实施例对本发明进行进一步的详细说明。实施例I
将填充聚合物进行预处理选用聚四氟乙烯聚合物(熔点327°C)，平均粒度为100 μ m。在真空条件下，Y射线辐照预处理，辐照剂量50KGy。然后，通过超声波粉碎的方式将其研磨粉碎，经过再次筛选得到平均粒径在3 μ m的聚四氟乙烯聚合物粉体。偶联剂改性的导电粉体制备过程如下a)将Ni粉放于真空干燥箱中在真空度O. 09MPa下烘干180min ;b)将钛酸酯偶联剂NDZ-201用异丙醇稀释，添加到a)中烘干的导电填料中，搅拌充分后再于真空度为O. 09MPa，温度90°C的真空干燥箱中，烘干ISOmin ;偶联剂占整个复合材料体积比为I. 0%。按照表I的配比，在高混机中，将所有原料在室温(25°C)下充分预混，先在800转/分的转速下搅拌10分钟，然后再在2000转/分的转速下搅拌3分钟得到混合物。将上述得到的混合物于密炼机中200°C下混炼20min，然后将上述得到的混合物送入双螺杆配混挤出机中混炼均匀，得到复合材料Al。将两片导电基体镀镍铜箔放置在模具中，并将上述正温度系数材料置于镀镍铜箔中，在热压机上，在180°C下预热10分钟，然后热压成型为三层复合芯材，将所得芯材在80°C的真空箱中热处理16小时，并用Y射线对该三层复合芯材进行辐射交联，辐照剂量150KGy。最后用冲床将该三层复合芯材裁制成尺寸为3毫米X4毫米大小的小片，并分别在两片导电基体上焊接导电电极镍带，然后用胶带遮住导电电极，最后在环氧树脂溶液中浸溃2分钟，并在100°C下干燥30分钟，在其表面形成25微米的环氧树脂膜层，制得正温度系数热敏电阻BI。实施例2-5
具体实施方法同实施例1，区别在于筛选得到聚四氟乙烯聚合物粉体的平均粒径在111111、511111、411111和311111。其中各物质和其含量如表1，得到复合材料A2-A5及热敏电阻B2-B5。对比例I
具体实施方法同实施例1，区别点在于聚乙烯(分子量200万)的含量为30%，镍粉的含量为65%，润滑剂3%，抗氧剂2%，得到复合材料DAl和热敏电阻DBl。对比例2
具体实施方法同实施例1，区别点在于，所述物质及其质量百分比为高密度聚乙烯47. 7%，碳黑A17. 9%，碳黑B23. 9%，氢氧化镁9. 5%，抗氧剂O. 2%，交联促进剂O. 6%和偶联剂
O.2%。得到复合材料DA2和热敏电阻DB2。表 I
权利要求
1.一种热敏电阻复合材料，其特征在于，该复合材料包括高分子聚合物、填充聚合物、导电填料；所述填充聚合物是非极性聚合物，且其结晶度为90-100%，熔点为250-400°C，平均粒径为1-5 μ m。
2.根据权利要求I所述的复合材料，其特征在于，以所述复合材料的总重量为基准，所述高分子聚合物的含量为10_40wt%，所述填充聚合物的含量为5_10wt%，所述导电填料的含量为50-75wt%。
3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述填充聚合物为含氟类聚合物。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述填充聚合物为聚四氟乙烯聚合物。
5.根据权利要求I所述的复合材料，其特征在于，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚偏氟乙烯、聚三氯乙烯中的至少一种。
6.根据权利要求I所述的复合材料，其特征在于，所述高分子聚合物的分子量为150万以上。
7.根据权利要求I所述的复合材料，其特征在于，所述导电填料为炭黑、石墨、金属和金属化合物粉末中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的复合材料，其特征在于，所述导电填料为镍粉、金粉、铁粉、银粉、碳化钛和氮化钛中的至少一种。
9.根据权利要求I所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料还含有助剂，以所述复合材料的总重量为基准，所述助剂的含量为O. 5-5wt%。
10.根据权利要求9所述的复合材料，其特征在于，所述助剂为无机绝缘填料、成核剂、抗氧剂和润滑剂中的至少一种。
11.权利要求I所述的复合材料的制备方法，其特征在于，将高分子聚合物、填充聚合物和导电填料的混合物混合均匀、混炼、成型，得到复合材料。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在混合之前还包括向混合物中加入助剂。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括将填充聚合物进行预处理，所述预处理的方法是在真空或是氮气保护条件下，采用Y射线辐照处理，然后将其研磨粉碎，最后筛选得到平均粒径在5 μ m以下的耐压聚合物。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述Y射线辐照的辐照剂量50-100KGy。
15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述研磨粉碎的方法为机械球磨、气流粉碎和超声波粉碎中的一种。
16.一种热敏电阻，其特征在于，该热敏电阻由中间的片状导电聚合物复合材料、贴覆于片状复合材料两面的金属电极箔片、电极的引出端以及外端包覆的绝缘层构成，所述导电聚合物复合材料为权利要求I所述的复合材料。
全文摘要
本发明提供了一种热敏电阻复合材料，该复合材料包括高分子聚合物、填充聚合物、导电填料；所述填充聚合物是非极性聚合物，且其结晶度为90-100%，熔点为250-400℃，平均粒径为1-5μm。本发明还提供了该复合材料的制备方法及含有该复合材料的热敏电阻。用本发明的复合材料制备的复合材料制备的电阻具有高的耐电压耐电流性能。
文档编号C08L23/06GK102888126SQ20111020352
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者李晓芳, 任茂林, 林信平 申请人:比亚迪股份有限公司