CN1528817A - 聚烯烃/碳黑ptc导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料及其制备方法。其特点是将聚烯烃100重量份与导电碳黑30～45重量份在160～170℃进行捏合，然后在平板硫化机上热压成膜，膜厚150～250μm。在频率2450MHz，功率100～200W条件下，微波辐照0.5～25min。结果表明，微波辐照可诱导两相界面发生物理和化学增容，改善两相界面的聚烯烃结晶结构。它是提高聚烯烃/碳黑导电复合材料PTC性能的一种简便、清洁、高效的制备方法。

Description

聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种聚烯烃/碳黑PTC(positive temperature coefficient)导电复合材料及其制备方法，属于聚合物加工领域。

二、背景技术

以聚合物为基料的正温度系数(PTC)导电复合材料是目前国内外研究开发较为热门的智能高分子材料之一。其电阻具有随环境温度提高而上升的特性，从而可以在较高温度下减小或切断电流，达到控温保温或起到过流、过热、过压保护的目的。美国Raychem公司在70年代就已研制成智能PTC自控温加热电缆系列产品，该公司生产的PTC过流保护元件已在医疗、计算机、家电、火灾报警等领域得到了广泛应用。并在美国申请的专利有：U.S.Patent 6522516，6388553，6388856等。目前，以聚合物为基料的PTC导电复合材料的主要缺陷有：(1)PTC材料和器件的功能不稳定，其自限自调温度T随时间和使用次数的增加而减小，达不到对加热温度的自限自调作用。(2)负温度系数(NTC)效应未能完全消除，导致在使用过程中材料烧毁的事故。(3)PTC强度有待于进一步增强，以提高材料的灵敏度。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料及其制备方法，其特点是采用一定功率的微波照射聚烯烃/碳黑导电复合材料，增强填料与聚合物基体之间的界面相互作用，从而提高复合材料的PTC性能。

本发明的目的由以下措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料的配方组分数为：

聚烯烃               100份

导电碳黑             30～45份

聚烯烃为高密度聚乙烯，低密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯和/或全同立构聚丙烯中的至少一种。

填料为导电碳黑，表观粒径为5～100μm。

聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料的制备方法：

将聚烯烃100份与导电碳黑30～45份在160～170℃进行捏合，在平板硫化机上热压成膜，膜厚150～250μm。在频率2450MHz，功率100～200W下微波辐照0.5～25min。

试验结果表明：适当的微波辐照能在不影响材料本体结构的基础上，使聚乙烯/碳黑复合材料的PTC强度由10.45上升到14.29，全同立构聚丙烯/碳黑复合材料的PTC强度由4.78上升到5.51，复合材料的电阻率-温度回滞曲线面积减小。说明微波辐照是一种提高聚烯烃/碳黑导电复合材料PTC性能的有效手段。

本发明具有如下优点：

1、通过微波辐照，能显著改善聚烯烃/碳黑复合材料体系的界面相容性，提高材料的PTC性能。

2、通过微波辐照，能克服采用常规化学交联法导致的化学工业污染，其生产设备简单，成本远低于采用其他辐射方法(γ辐照，电子束辐照等)，是一种清洁、高效、经济的无污染聚合物加工新方法，具有广阔的应用前景。

四、附图说明

图1微波辐照改性聚烯烃/碳黑复合材料工艺流程框图

1.聚烯烃，2.碳黑，3.机械混合，4.平板硫化，5.微波辐照，6.产品

图2微波辐照对40％碳黑/高密度聚乙烯复合材料电阻率-温度回滞曲线的影响(功率：162.5W)，辐照时间：(a)0min，(b)0.5min，(c)3min，(d)5min，(e)10min，(f)25min。

图3微波辐照对30％碳黑/全同立构聚丙烯复合材料电阻率-温度回滞曲线的影响(功率：162.5W)，辐照时间：(a)0min，(b)0.5min，(c)1min。

五、具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行的具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

1、将100克高密度聚乙烯与40克碳黑在160～170℃捏合后，在平板硫化机上热压成膜，膜厚150～250μm。然后在频率2450MHz，功率162.5W条件下微波辐照0.5min，3min，5min，10min，25min。测试数据详见表1和图2。测试结果表明经过10min辐照，复合材料的电阻率-温度回滞曲线面积减小，PTC强度由10.45上升到15.42。

2、将100克低密度聚乙烯与45克碳黑在160～170℃捏合后，在平板硫化机上热压成膜，膜厚150～250μm。然后在频率2450MHz，功率120W条件下微波辐照0.5min，3min，5min，10min，25min。

3、将100克线性低密度聚乙烯与30克碳黑在160～170℃捏合后，在平板硫化机上热压成膜，膜厚150～250μm。然后在频率2450MHz，功率180W条件下微波辐照0.5min，3min，5min。

4、将100克全同立构聚丙烯与30克碳黑在160～170℃捏合后，在平板硫化机上热压成膜，膜厚150～250μm。然后在频率2450MHz，功率162.5W条件下微波辐照0.5min，1min。测试数据详见表2和图3。测试结果表明经过1min辐照，复合材料的电阻率-温度回滞曲线面积减小，PTC强度由4.78上升到5.51。

表1  微波辐照对碳黑/高密度聚乙烯(40/100)复合材料PTC强度的影响(功率：162.5W)

                室温电阻率ρ_rm  峰值电阻率ρ_peak

辐照时间(min)                                          PTC强度

                    (Ω·cm)       (Ω·cm)

0                    10.76          112.42              10.45

0.5                  12.57          147.01              11.70

3                    8.26           118.06              13.15

5                    8.60           97.75               15.37

10                   6.81           104.99              15.42

25                   9.43           124.03              14.29

表2微波辐照对碳黑/全同立构聚丙烯(30/100)复合材料PTC强度的影响(功率：162.5W)

辐照时间(min)    室温电阻率ρ_m(Ω·cm)   峰值电阻率ρ_peak(Ω·cm)   PTC强度

0                  42.47                   203.20                     4.78

0.5                36.06                   187.81                     5.21

1                  30.54                   168.39                     5.51

Claims (3)

1、聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料，其特征在于：

聚烯烃                     100份

导电碳黑                   30～45份

其中，聚烯烃为高密度聚乙烯，低密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯和/或全同立构聚丙烯中的至少一种，经微波辐照后，聚乙烯/碳黑复合材料产品的PTC强度由10.45上升到14.29，全同立构聚丙烯/碳黑复合材料产品的PTC强度由4.78上升到5.51，复合材料产品的电阻率—温度回滞曲线面积减小。

2、按照权利1要求所述聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料，其特征在于导电碳黑的粒径为5～100μm。

3、按照权利要求1或2所述聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料的制备方法，其特征在于：将聚烯烃100份与导电碳黑30～45份在160～170℃进行捏合，热压成膜，膜厚度为150～250μm，在频率2450MHz，功率100～200W条件下微波辐照0.5～25min。

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