專利名稱：一種用于電加熱和過熱保護的復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于電加熱和過熱保護的復合材料及其制備方法。
背景技術：
碳納米管是上世紀90年代初發(fā)現(xiàn)的一種新材料，是由石墨層按一定的方式卷起而成，按其形成的層數(shù)可分為單壁納米碳管和多壁納米碳管，是目前納米材料研究領域里引起廣泛關注的一維納米材料的典型代表。碳納米管由于其優(yōu)良的電學、力學和熱學性能，在場發(fā)射、吸波、電極材料、通用高分子材料等很多領域都具有很好的應用前景，世界各國都對其進一步的應用研究加大了投入力度。
高分子材料一般具有容易成型等優(yōu)點，但通常為絕緣材料，因而限制了它在許多方面的應用。許多電加熱材料為防止過熱，必須具有限制溫度和自動斷電的功能，這類材料往往具有PTC(positive temperature coefficient)效應，即電阻隨溫度增加而增加。當材料自身溫度達到一定值后電阻急劇增大，導致斷電，待溫度下降后恢復導電，繼續(xù)加熱。具有PTC效應的材料過去基本采用PTC陶瓷，現(xiàn)在也有炭黑—高分子復合材料，但是由于炭黑導電性較差，不僅需要較大的添加量，而且會降低高分子基體材料的連續(xù)性，導致其強度破壞，性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種性能優(yōu)良的用于電加熱和過熱保護的復合材料及其制備方法。
本發(fā)明的用于電加熱和過熱保護的復合材料，它的組分及其重量百分比含量如下碳納米管2～5％，高密度聚乙烯98～95％。
上述的碳納米管利用化學氣相沉積法制備，其直徑為10nm～25nm。
本發(fā)明的用于電加熱和過熱保護的復合材料的制備采用熔融共混法，其步驟如下按比例稱取碳納米管粉末及高密度聚乙烯顆粒，于140℃～170℃下均勻混合后放入模具中，先在165℃～180℃下預熱5～20分鐘，隨后在5～20MPa及10～30MPa壓力下各壓制5～20分鐘，脫膜，冷卻到室溫。
上述高密度聚乙烯的分子量為60000～100000。
本發(fā)明的復合材料以高密度聚乙烯為基體，碳納米管為添加劑，由于碳納米管具有較大的長徑比，只要添加少量即可達到導電的要求，不會破壞基體材料的連續(xù)性，并保持了高分子材料容易加工的優(yōu)點，該復合材料具有良好的PTC性能，既有電加熱和過熱保護功能，又有限溫作用。同時該材料采用熔融共混法制備，工藝簡單，操作方便，重復性好，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明復合材料的電阻率隨溫度變化的曲線；圖2是本發(fā)明復合材料的掃描電子顯微(SEM)照片。
具體實施例方式
實施例1將2克碳納米管粉末與98克高密度聚乙烯(分子量為80000)顆粒均勻混合后，放入共混機內(nèi)在150℃下共混10分鐘。取出已混合均勻的材料放入銅制模具內(nèi)，在160℃預熱5分鐘，然后在5MPa下壓制5分鐘，最后在10MPa下壓制10分鐘，得復合材料。圖1是該復合材料的電阻率隨溫度變化結(jié)果。當溫度在低于135℃時，復合材料為導體，材料的電阻基本保持不變，當溫度達到140℃以上，復合材料的電阻率急劇增大，由導體變?yōu)榻^緣體。由此可見本發(fā)明的復合材料具有良好的PTC效應，可作為電加熱及斷電保護材料。
圖2是該復合材料的掃描電子顯微分析(SEM)結(jié)果。由圖可見，采用簡單的物理共混方法可實現(xiàn)碳納米管在高分子基體材料中均勻分布。
實施例2將3克碳納米管粉末與97克高密度聚乙烯(分子量為80000)顆粒均勻混合后，放入共混機內(nèi)在160℃共混15分鐘。取出已混合均勻的材料放入銅制模具內(nèi)在170℃預熱10分鐘，然后在5MPa下壓制5分鐘，最后在10MPa下壓制10分鐘，得狀復合材料。
實施例3將5克碳納米管粉末與95克高密度聚乙烯(分子量為100000)顆粒均勻混合后，放入共混機內(nèi)在165℃共混10分鐘。取出已混合均勻的材料放入銅制模具內(nèi)在180℃預熱5分鐘，然后在5MPa下壓制10分鐘，最后在10MPa下壓制10分鐘，得復合材料。
權利要求
1.一種用于電加熱和過熱保護的復合材料，其特征在于它的組分及其重量百分比含量如下碳納米管 4～7％，高密度聚乙烯 96～93％。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于電加熱和過熱保護的復合材料的制備方法，其步驟如下按比例稱取碳納米管粉末及高密度聚乙烯顆粒，于140℃～170℃下均勻混合后放入模具中，先在165℃～180℃下預熱5～20分鐘，隨后在5～20MPa及10～30MPa壓力下各壓制5～20分鐘，脫膜，冷卻到室溫。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于電加熱和過熱保護的復合材料的制備方法，其特征是所說的高密度聚乙烯的分子量為60000～100000。
4.根據(jù)權利要求2所述的用于電加熱和過熱保護的復合材料的制備方法，其特征是所說的碳納米管的直徑為10nm～25nm。
全文摘要
本發(fā)明公開的用于電加熱和過熱保護的復合材料，其組分及其重量百分比含量碳納米管4～7％，高密度聚乙烯96～93％。制備采用熔融共混法，步驟如下按比例稱取碳納米管粉末及高密度聚乙烯顆粒，于140℃～170℃下均勻混合后放入模具中，先在165℃～180℃下預熱5～20分鐘，隨后在5～20MPa及10～30 MPa壓力下各壓制5～20分鐘，脫膜，冷卻到室溫。本發(fā)明的復合材料以高密度聚乙烯為基體，碳納米管為添加劑，具有比碳黑添加量低，不會破壞基體材料連續(xù)性的優(yōu)點，該復合材料具有良好的PTC性能，既有電加熱和過熱保護功能，又有限溫作用。同時該材料制備工藝簡單，操作方便，重復性好，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C08K3/04GK1834143SQ20061004982
公開日2006年9月20日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權日2006年3月14日
發(fā)明者劉芙, 張孝彬, 周勝名, 弋桂芬, 糜裕宏, 賀迪龍 申請人:浙江大學