專利名稱：：一種具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電聚合物組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電高聚物組合物。尤其是適用于制備過流保護(hù)器件、自控溫伴熱帶的導(dǎo)電高聚物組合物。
背景技術(shù)：
：將炭黑、碳纖維或者金屬粒子等導(dǎo)電填料與某些高分子基體共混可以得到具有電阻正溫度系數(shù)(PTC)效應(yīng)的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。這類導(dǎo)電高分子復(fù)合材料在電路保護(hù)器件、加熱器、傳感器等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用。對于電路保護(hù)器件，一般來說希望組合物有盡可能低的室溫電阻率和盡可能高的PTC強(qiáng)度，以及足夠的穩(wěn)定性。同時(shí)，導(dǎo)電填料的添加量也是重要的考察因素，過高的導(dǎo)電填料的添加量不僅會增加成本，更主要的是還會給加工造成困難。因此，選擇適合的導(dǎo)電填料，在較低的填料含量下，獲得盡可能低的室溫電阻率和盡可能高的PTC強(qiáng)度以及良好的穩(wěn)定性，是十分有益的。對于碳黑填料，一般來說，難以在很低的室溫電阻率下獲得足夠高的PTC強(qiáng)度。對于金屬粒子，雖然其有更好的電導(dǎo)率，但由于其在聚合物中不像碳黑那樣容易自聚形成導(dǎo)電鏈，通常需要很高的填充含量來形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，對于粒子填充，由于粒子的幾何尺寸較小，在PTC轉(zhuǎn)變溫度之上容易在基體中發(fā)生移位，使得材料穩(wěn)定性下降。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有正溫度系數(shù)(PTC)效應(yīng)的導(dǎo)電聚合物組合物。該組合物在室溫電導(dǎo)率、PTC強(qiáng)度、穩(wěn)定性及填料含量方面有良好的綜合性能。本發(fā)明的具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電聚合物組合物，其特征在于由聚合物基體和兩種具有不同直徑、相似長徑比的導(dǎo)電纖維組成，聚合物基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-75%,第一種導(dǎo)電纖維的直徑范圍為10-80nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-50%，第二種導(dǎo)電纖維的直徑范圍為0.1-10um，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-20%，上述組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%。優(yōu)選聚合物基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55-74%，第一種導(dǎo)電纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25-35%，第二種導(dǎo)電纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10%，上述組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%。本發(fā)明中，所述的聚合物基體選自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、尼龍、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、環(huán)氧樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一種或多種。所述的導(dǎo)電纖維是金屬類導(dǎo)電纖維或是碳素類導(dǎo)電纖維，兩種導(dǎo)電纖維可采用相同類的導(dǎo)電纖維，也可采用不同類的導(dǎo)電纖維。兩種導(dǎo)電纖維的長徑比均為20-200，優(yōu)選長徑比均為40-60。本發(fā)明的組合物可以通過一個(gè)或一個(gè)以上的混煉步驟來制備，優(yōu)選用混煉設(shè)備一次混煉后造粒，再進(jìn)行第二次混煉得到。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明選用具有一定長徑比的導(dǎo)電纖維作為填料，很容易在基體中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),克服了金屬粉末填充時(shí)不易形成導(dǎo)電鏈的缺點(diǎn)，降低了填料含量。同時(shí),相對于本身電阻率較大的碳黑，導(dǎo)電纖維填充有利于達(dá)到更低的室溫電阻率。此外，由于纖維比顆粒的尺寸維度要大得多，在PTC轉(zhuǎn)變溫度之上不易在基體中發(fā)生移位，因此其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)也更穩(wěn)定。本發(fā)明利用兩種不同直徑、相似長徑比的導(dǎo)電纖維的協(xié)同效應(yīng)，以直徑較大第一種導(dǎo)電纖維形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的主體，第二種細(xì)而短的導(dǎo)電纖維的存在，有力地促進(jìn)了纖維之間的搭接，使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更為完善，進(jìn)一步降低了室溫電阻率。同時(shí)相對于單純使用第一種纖維，相同電阻率下所需的填料含量也被進(jìn)一步降低。該組合物在室溫電導(dǎo)率、PTC強(qiáng)度、穩(wěn)定性及填料含量方面有良好的綜合性能。所述的導(dǎo)電高聚物組合物可以應(yīng)用于制備過流保護(hù)器件、自控溫伴熱帶等諸多領(lǐng)域。具體實(shí)施例方式將70%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高密度聚乙烯(5000s，揚(yáng)子石化)和25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑35um)和5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑6ym)投入密煉機(jī)在16(TC下混煉5min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min，破碎造粒，粒料再投入密煉機(jī)在160"C下混煉10min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min。再在平板硫化機(jī)中16(TC熱壓15min，壓力15Mpa，得到測試樣品。樣品在室溫與16(TC先經(jīng)一次熱循環(huán)，再在室溫下升溫至160°C，升溫速率2。C/min，測試試樣電阻-溫度曲線，試樣的室溫電阻率(PQ)、最高電阻率(Pmax)和PTC強(qiáng)度(LogPmax/p。)見表1。比較例1將70%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高密度聚乙烯(5000s，揚(yáng)子石化)和30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑35um)投入密煉機(jī)在16(TC下混煉5min，混煉頭轉(zhuǎn)速450r/min，破碎造粒，粒料再投入密煉機(jī)在16(TC下混煉10min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min。再在平板硫化機(jī)中16(TC熱壓15min，壓力15Mpa，得到測試樣品。樣品在室溫與16(TC先經(jīng)一次熱循環(huán)，再在室溫下升溫至160°C，升溫速率2°C/min，測試試樣電阻-溫度曲線，試樣的室溫電阻率(P。)、最高電阻率(Pmax)和PTC強(qiáng)度(LogPmax/PQ)見表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例2將60%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高密度聚乙烯(5000s，揚(yáng)子石化)和35%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑35um)和5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑6Pm)投入密煉機(jī)在160"C下混煉5min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min，破碎造粒，粒料再投入密煉機(jī)在160。C下混煉10min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min。再在平板硫化機(jī)中160。C熱壓15min，壓力15Mpa，得到測試樣品。樣品在室溫與16(TC先經(jīng)一次熱循環(huán)，再在室溫下升溫至160°C，升溫速率2'C/min，測試試樣電阻-溫度曲線，試樣的室溫電阻率(PQ)、最高電阻率(Pmax)和PTC強(qiáng)度(LogPmax/pQ)見表2。實(shí)施例3將64%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高密度聚乙烯(5000s，揚(yáng)子石化)和35%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑35um)和1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳纖維(直徑8um)投入密煉機(jī)在16(TC下混煉5min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min，破碎造粒，粒料再投入密煉機(jī)在160'C下混煉10min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min。再在平板硫化機(jī)中16(TC熱壓15min，壓力15Mpa，得到測試樣品。樣品在室溫與16(TC先經(jīng)一次熱循環(huán)，再在室溫下升溫至16(TC，升溫速率2。C/min，測試試樣電阻-溫度曲線，試樣的室溫電阻率(P。)、最高電阻率(Pmax)和PTC強(qiáng)度(LogP麗/Po)見表2。比較例2將60%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高密度聚乙烯(5000s，揚(yáng)子石化)和40%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑35um)投入密煉機(jī)在16(TC下混煉5min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min，破碎造粒，粒料再投入密煉機(jī)在16(TC下混煉10min，混煉頭轉(zhuǎn)速50r/min。再在平板硫化機(jī)中160。C熱壓15min，壓力15Mpa，得到測試樣品。樣品在室溫與16(TC先經(jīng)一次熱循環(huán)，再在室溫下升溫至160°C，升溫速率2°C/min，測試試樣電阻-溫度曲線，試樣的室溫電阻率(P。)、最高電阻率(P腿)和PTC強(qiáng)度(LogP廳/P。)見表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例4將60%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高密度聚乙烯(5000s，揚(yáng)子石化)和35%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑35Pm)和5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不銹鋼纖維(直徑6Pm)在雙輥開煉機(jī)中16(TC下混煉10min，破碎造粒，粒料再投入雙螺桿擠出機(jī)在160°C下擠出。再在平板硫化機(jī)中16(TC熱壓15min，壓力15Mpa，得到測試樣品。樣品在室溫與16(TC先經(jīng)一次熱循環(huán)，再在室溫下升溫至160°C，升溫速率2°C/min，測試試樣電阻-溫度曲線，試樣的室溫電阻率(P。)、最高電阻率(P腿)和PTC強(qiáng)度(LogP應(yīng)/P。)見表3。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述實(shí)例表明，采用本發(fā)明能顯著降低導(dǎo)電復(fù)合材料的室溫電阻率，同時(shí)在相同電阻率下能夠降低導(dǎo)電填料的含量，且保持良好的PTC強(qiáng)度。權(quán)利要求1.一種具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電聚合物組合物，其特征在于由聚合物基體和兩種具有不同直徑、相似長徑比的導(dǎo)電纖維組成，聚合物基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-75％，第一種導(dǎo)電纖維的直徑范圍為10-80μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-50％，第二種導(dǎo)電纖維的直徑范圍為0.1-10μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-20％，上述組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100％。2.按照權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于聚合物基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55-74%,第一種導(dǎo)電纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25-35%，第二種導(dǎo)電纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-10%,上述組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100%。3.按照權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于所述的聚合物基體選自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、尼龍、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、環(huán)氧樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一種或多種。4.按照權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于兩種導(dǎo)電纖維的長徑比均為20-200。5.按照權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于兩種導(dǎo)電纖維的長徑比均為40-60。6.按照權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于所述的導(dǎo)電纖維是金屬類導(dǎo)電纖維或碳素類導(dǎo)電纖維。全文摘要本發(fā)明公開的具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的導(dǎo)電聚合物組合物，由聚合物基體和兩種具有不同直徑、相似長徑比的導(dǎo)電纖維組成，聚合物基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-75％，第一種導(dǎo)電纖維的直徑范圍為10-80μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-50％，第二種導(dǎo)電纖維的直徑范圍為0.1-10μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-20％。其中的導(dǎo)電纖維是金屬類導(dǎo)電纖維或碳素類導(dǎo)電纖維。本發(fā)明利用兩種不同尺寸導(dǎo)電纖維之間的協(xié)同效應(yīng)，所制備的組合物在較低填料含量下呈現(xiàn)低的室溫電阻率和高的PTC強(qiáng)度。并表現(xiàn)出良好的電性能穩(wěn)定性。可以應(yīng)用于制備過流保護(hù)器件、自控溫伴熱帶等諸多領(lǐng)域。文檔編號C08L23/00GK101456988SQ20081016418公開日2009年6月17日申請日期2008年12月29日優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日發(fā)明者輝楊,烈沈申請人:浙江大學(xué)