常溫?zé)峥赜脧?fù)合ptc材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料。該材料包括下列物質(zhì)：石墨粉末或炭黑、石蠟或烷烴類物質(zhì)、低密度聚乙烯；制備操作步驟：在溫度130~170℃條件下，將石蠟或烷烴類物質(zhì)與低密度聚乙烯在真空條件下熔融混合，并攪拌均勻；再加入石墨粉或炭黑，在溫度130~170℃、真空條件下，攪拌混合均勻，得到混合料；將混合料放入模具中壓制成型，冷卻至室溫，即得棒狀的常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料。本發(fā)明材料產(chǎn)生PTC效應(yīng)的居里溫度為-10～40℃，略低于共混基質(zhì)的熔點(diǎn)；具有較高的PTC強(qiáng)度并較好的消除了NTC效應(yīng)，能夠應(yīng)用于電子器件的主動控溫及其他常溫?zé)峥仡I(lǐng)域，彌補(bǔ)了目前PTC材料的居里溫度不在常溫段的主要缺陷。
【專利說明】常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于正溫度系數(shù)的熱敏半導(dǎo)體材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有常溫居里點(diǎn)和高PTC強(qiáng)度的聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PTC材料是一種具有正溫度系數(shù)的熱敏半導(dǎo)體材料，材料的電阻值在一定的范圍內(nèi)保持基本不變或僅有較小變化，而當(dāng)溫度達(dá)到居里溫度時，材料的電阻值隨著溫度的升高急劇升高。正溫度系數(shù)材料按材料的基質(zhì)不同，可以分為陶瓷基PTC材料和高分子基PTC導(dǎo)電復(fù)合材料。高分子PTC材料由于原料來源廣泛，制備工藝簡單，成本低，敏感溫度低，弓I起廣泛關(guān)注。
[0003]目前高分子PTC材料多為二元復(fù)合結(jié)構(gòu)，它是以高分子聚合物作為基體，向其中摻雜炭黑(CB)、石墨(GP)、金屬及其氧化物等導(dǎo)電填料制成。由于高分子復(fù)合導(dǎo)電材料PTC現(xiàn)象的產(chǎn)生與基體的熔融過程密切相關(guān)，高分子PTC材料的居里點(diǎn)通常出現(xiàn)在基體的熔點(diǎn)附近。熔點(diǎn)較低的高分子基體在常溫下容易軟化變形，性質(zhì)不穩(wěn)定。因此，目前的高分子PTC材料所選用的基體的熔點(diǎn)都較高，因而目前的高分子PTC材料的居里溫度普遍偏高，集中在 5CTC?40CTC之間。例如，L.Shen (The combined effects of carbon black andcarbon fiber on the electrical properties of composites based on polyethyleneor polyethyIene/polypropyIene blend.Polymer Testing.2011, 30 (4): 442)所制備的PTC材料的居里溫度約為110°C ;沈烈(聚乙烯/炭黑/碳纖維復(fù)合材料阻-溫特性.復(fù)合材料學(xué)報.2001，18(3):18)所制備的PTC材料居里溫度約為120°C ;竇強(qiáng)(PVDF/炭黑導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC性能研究.工程塑料應(yīng)用.2000，28 (2):3)所制備的PTC材料居里溫度約為100°C ;李紅艷(炭黑/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料阻-溫特性研究.中國粘膠劑.2011,20 (8):13)所制備的PTC材料居里溫度約為150°C。
[0004]近年來，隨著電子器件的發(fā)展，其對溫度控制精度的要求越來越高。而在對控溫精度有較高要求的熱控系統(tǒng)中普遍采用主動電加熱技術(shù)。如果主動熱控系統(tǒng)利用PTC電阻代替普通電阻，當(dāng)電壓一定時，一旦被控溫度超過居里溫度，則其加熱功率隨著溫度的升高急劇降低，就可以將其溫度控制在一個略高于其居里溫度的水平。但是，電子器件工作的適宜溫度為常溫段附近，目前無論是陶瓷PTC材料還是高分子PTC材料，其居里溫度均未出現(xiàn)在常溫段。所以這些材料尚不能應(yīng)用于常溫?zé)峥仡I(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有PTC材料居里溫度普遍偏高無法應(yīng)用于常溫?zé)峥氐膯栴}，提供一種常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料及其制備方法，同時保證所制備材料具有較高的PTC強(qiáng)度和較低的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)效應(yīng)。
[0006]本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下:一種常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料，含有以下質(zhì)量的物質(zhì):A.石墨粉末或炭黑，B.石蠟或烷烴類物質(zhì)，C.低密度聚乙烯；低密度聚乙烯與石蠟或烷烴類物質(zhì)的質(zhì)量比例為20:80至40:60 ;所述石墨粉末或炭黑在所述常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%至45%。
[0007]常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料的具體制備操作步驟如下:
(1)在溫度13(Tl70°C條件下，將設(shè)定比例石蠟或烷烴類物質(zhì)與低密度聚乙烯在真空條件下熔融混合，并攪拌均勻；
(2)再加入石墨粉末或炭黑，并在溫度13(T170°C、真空條件下，攪拌混合均勻，得到混合料；
(3)將混合料放入模具中壓制成型，冷卻至室溫，即得棒狀的常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料；將棒狀的常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料制備成片狀的片材，在片材的兩側(cè)面涂上導(dǎo)電銀膠作為電極，待導(dǎo)電銀膠干燥，即得常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC產(chǎn)品。
[0008]所述石蠟為固體石蠟；所述烷烴類物質(zhì)為正十三烷~正二十二烷中的一種。
[0009]所述低密度聚乙烯的密度為0.915~0.925g / cm3。
[0010]所述石墨粉末(GP)的顆粒度≥95%，粒徑≤30 um ;所述炭黑(CB)的比表面積為10 ~3000m2/g。
[0011]本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:根據(jù)高分子基PTC材料PTC效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理，通過在低密度聚乙烯/石墨或炭黑二元體系中加入作為共混基質(zhì)的石蠟或烷烴類物質(zhì)，形成了三元復(fù)合體系的PTC材料，并通過調(diào)整各組分的配方，使得制備出的材料產(chǎn)生PTC效應(yīng)的居里溫度為-10~40°C，略低于共混基質(zhì)的熔點(diǎn)。此外，這種常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料的制備原料來源廣泛、制備方法簡單可行，所制備出的PTC材料具有較高的PTC強(qiáng)度并較好的消除了 NTC效應(yīng)，能夠應(yīng)用于電子器件的主動控溫及其他常溫?zé)峥仡I(lǐng)域，彌補(bǔ)了目前PTC材料的居里溫度不在常溫段的主要缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為所制備的石蠟基PTC材料的電阻-溫度曲線圖。
[0013]圖2為所制備的正十八烷基PTC材料的電阻-溫度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
[0015]以下實(shí)施例所用材料的來源說明如下:
低密度聚乙烯(LDPE)的密度為0.919g / cm3，由余姚市順昌塑料制品廠提供；石蠟為固體石蠟，由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；正十八烷、正二十烷和正十七烷由阿拉丁試劑有限公司提供；石墨粉末(GP)的顆粒度≥95%，粒徑≤30 um，由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；炭黑(CB)的比表面積為45 m2/g，由合肥科晶材料技術(shù)有限公司提供。
[0016]實(shí)施例1
常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料的具體制備操作步驟如下:
I)將45g低密度聚乙烯(LDPE)和105g石蠟加入不銹鋼釜體中，蓋上密封蓋封緊，然后將不銹鋼釜體放入恒溫油浴槽中，將真空泵通過橡膠管連接上不銹鋼釜體的抽氣口，對釜體腔內(nèi)進(jìn)行抽真空，在溫度13(T170°C、轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘條件下，用數(shù)顯恒速攪拌機(jī)攪拌混合均勻；
2)再加入100g石墨粉末(GP)，在溫度13(Tl70°C、真空條件下，以轉(zhuǎn)速60轉(zhuǎn)/分鐘攪拌，攪拌混合均勻，得到混合料；
3)將混合料通過壓機(jī)壓制成直徑為30mm的圓柱體，冷卻至室溫定型，靜置24小時，待其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，即得棒狀的石蠟基復(fù)合PTC材料；以專用工具切割打磨，加工成直徑30mm，厚度5mm的圓片樣品；在圓片樣品兩面上涂上導(dǎo)電銀膠作為電極，待導(dǎo)電銀膠干燥，即得常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料產(chǎn)品。
[0017]表1為所制備的石蠟基復(fù)合PTC材料的各組分質(zhì)量比例及其PTC強(qiáng)度Od =UipmJpmin^ Pniax為材料的峰值電阻率，Pmin為材料的最小電阻率)。
[0018]表1
【權(quán)利要求】
1.常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料，其特征在于含有以下質(zhì)量的物質(zhì): A.石墨粉末或炭黑，B.石蠟或烷烴類物質(zhì)，C.低密度聚乙烯；低密度聚乙烯與石蠟或烷烴類物質(zhì)的質(zhì)量比例為20:80至40:60 ;所述石墨粉末或炭黑在所述常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%至45% ； 常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料的具體制備操作步驟如下: (1)在溫度13~l70°C條件下，將設(shè)定比例的石蠟或烷烴類物質(zhì)與低密度聚乙烯在真空條件下熔融混合，并攪拌均勻； (2)再加入石墨粉末或炭黑，并在溫度13~170°C、真空條件下，攪拌混合均勻，得到混合料； (3)將混合料放入模具中壓制成型，冷卻至室溫，即得棒狀的常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料；將棒狀的常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料制備成片狀的片材，在片材的兩側(cè)面涂上導(dǎo)電銀膠作為電極，待導(dǎo)電銀膠干燥，即得常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料，其特征在于:所述石蠟為固體石蠟；所述烷烴類物質(zhì)為正十三烷~正二十二烷中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料，其特征在于:所述低密度聚乙烯的密度為 0.915 ~0.925g / cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的常溫?zé)峥赜脧?fù)合PTC材料，其特征在于:所述石墨粉末的顆粒度≥95%，粒徑≤30 um ;所述炭黑的比表面積為10~3000m2/g。
【文檔編號】H01C7/02GK103594214SQ201310543249
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】程文龍, 宋嘉梁, 袁帥, 吳萬范, 劉藝 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)