專利名稱：一種耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料及熱敏電阻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱敏電阻領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料及熱敏電阻。
背景技術(shù)：
以高分子導(dǎo)電復(fù)合材料為基材的正溫度系數(shù)熱敏電阻，在臨界轉(zhuǎn)變溫度的前后，使PTC的電阻率發(fā)生幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化，即PTC的電阻可隨其使用的環(huán)境溫度的升高而增力口，從而可以在較高溫度下減小或切斷電流，起到過流、過溫保護(hù)，目前，這類器件已經(jīng)在各種電路保護(hù)裝置中大量使用，如鋰離子電池、汽車馬達(dá)等。一般的，高分子導(dǎo)電復(fù)合材料是由結(jié)晶或半結(jié)晶的高分子材料(包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等)和導(dǎo)電填料(包括炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉末、金屬纖維、無氧導(dǎo)電陶瓷粉等)通過擠出壓延或是密煉-壓片工藝復(fù)合而成。但是此類高分子材料的熔點(diǎn)較低，低于130°C，造成此類材料制成的熱敏電阻在應(yīng)用于汽車電機(jī)等工作溫度高的領(lǐng)域時(shí)，器件容易出現(xiàn)誤保護(hù)。因此，需要一種能夠在高溫環(huán)境下正常工作的熱敏電阻，聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、全氟乙丙烯等氟聚合物熔點(diǎn)都在150°C以上，可以滿足汽車電機(jī)在高溫環(huán)境下的使用要求。不過此類元件存在耐壓等級(jí)不高而引起器件失效的問題，導(dǎo)致器件可靠性 不高。因此開發(fā)一種既耐高電壓又耐高溫的高分子熱敏電阻器件及制備方法是個(gè)重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既耐高溫又耐高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料和以該復(fù)合材料為芯材制備的熱敏電阻器件。本發(fā)明的熱敏電阻器件能在汽車馬達(dá)等環(huán)境溫度較高的時(shí)候進(jìn)行電路的過電流保護(hù)，同時(shí)又能提高器件的可靠性。本發(fā)明首先公開了一種耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其原料組成包括:
高分子聚合物40 65 wt%
導(dǎo)電填料25 50wt%
無機(jī)填料I 10wt%
抗氧劑0.1 2wt%;所述高分子聚合物為氟聚合物和接枝改性的氟聚合物，所述接枝改性的氟聚合物采用的基體與所述氟聚合物相同，接枝部分為極性單體。更優(yōu)的，所述耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其原料組成包括:高分子聚合物50 57 wt%；
導(dǎo)電填料40 45 wt%；
無機(jī)填料I 5wt%;
抗氧劑0.1 0.5 wt%。最優(yōu)的，所述耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其原料組成包括:高分子聚合物53 56wt%,導(dǎo)電填料42wt%,無機(jī)填料I 4wt%,抗氧劑0.3wt%。所述高分子聚合物為氟聚合物和接枝改性的氟聚合物，所述接枝改性的氟聚合物采用的基體與所述氟聚合物相同，接枝部分為極性單體。較優(yōu)的，所述接枝改性的氟聚合物，其接枝率為1.(Tl.5%。較優(yōu)的，所述氟聚合·物和接枝改性的氟聚合物之間的質(zhì)量比為5 9:1。本發(fā)明所采用的高分子聚合物為熔點(diǎn)高于150°C的氟聚合物和熔點(diǎn)高于150°C的接枝改性的氟聚合物的組合。優(yōu)選的，為熔點(diǎn)為150 175°C的氟聚合物和熔點(diǎn)為150 175 0C的接枝改性的氟聚合物的組合。較優(yōu)的，所述氟聚合物為聚偏氟乙烯。較優(yōu)的，所述接枝部分選自馬來酸酐、馬來酸、丙烯酸或反丁烯二酸。較優(yōu)的，所述導(dǎo)電填料選自炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉末、金屬纖維、無氧導(dǎo)電陶瓷粉中的一種或多種的組合。較優(yōu)的，所述無機(jī)填料選自氧化鋅、氧化鋁、氫氧化鎂中的一種或多種的組合。較優(yōu)的，所述抗氧劑為酚類或胺類抗氧劑。更優(yōu)的，所述抗氧劑選自N, N’-1,6-己二基二(3,5-二(1，1_ 二甲乙基)_4_羥基苯)丙酰胺、N-十八烷酰-4-氨基苯酚、N-十二烷酰-4-氨基苯酚、四[β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一種或多種的組合。較優(yōu)的，所述高分子聚合物的結(jié)晶度為55 78%。在本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述高分子聚合物為聚偏氟乙烯和馬來酸酐接枝的聚偏氟乙烯，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明高分子導(dǎo)電復(fù)合材料中加入了馬來酸酐接枝改性的聚偏氣乙稀，提聞了廣品的耐聞溫特性和加工性能，提聞了廣品的耐壓等級(jí)，使廣品的可罪性增強(qiáng)。本發(fā)明第二方面公開了一種耐高溫高電壓的熱敏電阻元件，包括采用前述耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料制成的芯層，以及復(fù)合于該芯層上下表面的導(dǎo)電金屬箔片。較優(yōu)的，所述導(dǎo)電金屬箔片為鍍鎳銅箔或鎳箔。導(dǎo)電金屬箔片厚度為25 55μπι。本發(fā)明所述熱敏電阻器件結(jié)構(gòu)不僅局限于上述所述結(jié)構(gòu)，還包括本行業(yè)所熟知器件的各種類型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明最后還公開了前述耐高溫高電壓的熱敏電阻元件的制備方法，包括以下步驟:I)按照前述原料組成和配比將高分子聚合物、導(dǎo)電填料、無機(jī)填料以及抗氧劑混合均勻，獲得預(yù)混原料；2)在高分子聚合物熔點(diǎn)以上進(jìn)行熔融共混，擠出，得到由耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料制成的芯層；3)采用雙輥壓延的方法將導(dǎo)電金屬箔片復(fù)合于步驟2)制得的芯層的上下兩個(gè)表面，即得復(fù)合板材；4)步驟3)的復(fù)合板材經(jīng)沖切、輻照交聯(lián)等，獲得耐高溫高壓的熱敏電阻元件。較優(yōu)的,步驟I)中所述各原料在攪拌機(jī)中預(yù)混20 40min。較優(yōu)的，步驟2)所述熔融共混的溫度為150 240°C。更優(yōu)的，步驟2)所述熔融共混的溫度為190 230°C。較優(yōu)的，所述步驟3)中，導(dǎo)電金屬箔片為鍍鎳銅箔或鎳箔，導(dǎo)電金屬箔片厚度為25 55 μ m0較優(yōu)的，步驟4)輻照交聯(lián)劑量為(TlOOMrad。更優(yōu)的，輻照交聯(lián)劑量為15Mrad。本發(fā)明最后還公開了前述耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料、耐高溫高電壓的熱敏電阻元件在熱敏電阻領(lǐng)域的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明芯材加入了極性單體接枝改性的氟聚合物，提高了產(chǎn)品的耐高溫特性和加工性能，其次又提高了產(chǎn)品的耐壓等級(jí)，使產(chǎn)品的可靠性增強(qiáng)。采用本發(fā)明的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料制造的PTC器件在具有相似室溫電阻率及耐流、耐壓電學(xué)性能的同時(shí)，明顯提高了 PTC器件的耐壓等級(jí)，提升了 PTC器件的可靠性。
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。例中未具體注明的工藝設(shè)備或裝置均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)設(shè)備或裝置；所有壓力值和范圍都是指絕對(duì)壓力。此外應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備/裝置之間的組合連接關(guān)系并不排斥在所述組合設(shè)備/裝置前后還可以存在其他設(shè)備/裝置或在這些明確提到的兩個(gè)設(shè)備/裝置之間還可以插入其他設(shè)備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號(hào)僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。各種原料和試劑均購(gòu)自商業(yè)供應(yīng)商，未經(jīng)進(jìn)一步純化，除非另有說明。易受潮的原料和試劑均存放于全密封瓶中，并直接使用，均未經(jīng)過特殊處理。

如整個(gè)說明書中所使用的，下述縮寫具有下述含義，除非文中明顯另有所指:V =攝氏度；wt% =質(zhì)量百分比；g=克；h=小時(shí)；mg=毫克；L=升；m=米；μ m=微米；cm=厘米；nm=納米；mol% =摩爾百分比；A=安培；Ω =歐姆；kgf=千克力；cc=立方厘米；Mrad=兆拉德；s=秒；MFI=熔體流動(dòng)速率。
實(shí)施例11.實(shí)驗(yàn)原材料及配比原料的種類、商品名及來源見表I ;原料的組成及配比見表2。表I對(duì)比例和實(shí)施例的原料來源
權(quán)利要求
1.一種耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其原料組成包括:高分子聚合物40 65 wt%導(dǎo)電填料25 50wt%無機(jī)填料I 10 wt%抗氧劑0.1 2 wt%； 所述高分子聚合物為氟聚合物和接枝改性的氟聚合物，所述接枝改性的氟聚合物采用的基體與所述氟聚合物相同，接枝部分為極性單體。
2.如權(quán)利要求1所 述的耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，所述氟聚合物為聚偏氟乙烯。
3.如權(quán)利要求1所述的耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，所述接枝部分選自馬來酸酐、馬來酸、丙烯酸或反丁烯二酸。
4.如權(quán)利要求1所述的耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，所述導(dǎo)電填料選自炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉末、金屬纖維、無氧導(dǎo)電陶瓷粉中的一種或多種的組口 ο
5.如權(quán)利要求1所述的耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，所述無機(jī)填料選自氧化鋅、氧化鋁、氫氧化鎂中的一種或多種的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，所述抗氧劑為酚類或胺類抗氧劑。
7.一種耐高溫高電壓的熱敏電阻元件，包括采用權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料制成的芯層，以及復(fù)合于該芯層上下表面的導(dǎo)電金屬箔片。
8.如權(quán)利要求7所述的耐高溫高電壓的熱敏電阻元件，其特征在于，所述導(dǎo)電金屬箔片為鍍鎳銅箔或鎳箔。
9.權(quán)利要求7或8任一權(quán)利要求所述耐高溫高電壓的熱敏電阻元件的制備方法，包括以下步驟: 1)按照所述耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料的原料組成和配比將高分子聚合物、導(dǎo)電填料、無機(jī)填料以及抗氧劑混合均勻，獲得預(yù)混原料； 2)在高分子聚合物熔點(diǎn)以上進(jìn)行熔融共混，擠出，得到由耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料制成的芯層； 3)采用雙輥壓延的方法將導(dǎo)電金屬箔片復(fù)合于步驟2)制得的芯層的上下兩個(gè)表面，即得復(fù)合板材； 4)步驟3)的復(fù)合板材經(jīng)沖切、輻照交聯(lián)等，獲得耐高溫高壓的熱敏電阻元件。
10.權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料、權(quán)利要求7或8所述耐高溫高電壓的熱敏電阻元件在熱敏電阻領(lǐng)域的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱敏電阻領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料及以該復(fù)合材料為芯材的熱敏電阻器件。本發(fā)明的耐高溫高電壓的高分子導(dǎo)電復(fù)合材料，其原料組分包括高分子聚合物40～65wt%；導(dǎo)電填料25～50wt%；無機(jī)填料1～10wt%；抗氧劑0.1～2wt%；所述高分子聚合物為氟聚合物和改性的氟聚合物，所述改性的氟聚合物采用的基體與所述氟聚合物相同，接枝部分為極性單體。本發(fā)明還提供了一種耐高溫高電壓的熱敏電阻器件，可在汽車電機(jī)等高溫環(huán)境下工作，具有較好的耐壓等級(jí)，提升了器件在高溫高壓下的可靠性。
文檔編號(hào)C08L27/16GK103113695SQ201310032948
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者李慶北, 史宇正, 侯李明, 吳亮 申請(qǐng)人:上?？铺馗叻肿硬牧嫌邢薰?br>