[发明专利]一种聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料及其制备方法。

背景技术

正温度系数(PTC)高分子复合材料广泛的应用于计算机及其外部设备、 移动电话、电池组、变压器、工业控制设备、汽车及其它电子产品中，起到 过电流或过温保护作用。在成份上，PTC复合材料主要由结晶聚合物和导电 填料构成，其电阻率在较窄的温度范围内(聚合物玻璃化点附近)会随着温 度的升高而急剧增加，在这段较窄的温度附近可以突然增加几个甚至十几个 数量级，借助于这种电阻率随温度的变化关系，复合材料可实现过电流或过 温保护的目的。

炭黑型PTC复合材料是以聚烯烃或者其他聚合物为基体，然后在其中 掺合一定质量比例的高导电性炭黑材料所组成，当碳黑粒子的浓度超过一定 的浓度值，就能够形成导电网络，材料的电阻率迅速下降很多，使得该材料 能够在室温下能够导电。当温度升高到一定程度，接近聚合物材料的熔点时， 材料产生膨胀，电阻率急剧增加，呈现PTC效应。

CN1803905A中公开了一种具有含有含高分子有机化合物的基体、金属 粒子、炭黑粒子的热敏电阻元件的有机正温度系数热敏电阻。由于材料中金 属离子的存在，电导率高于纯炭黑型的PTC电阻，但是该类方法采用的金 属粒子的量较大，导致成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的热敏电阻材料的成本较高的缺 陷，提供一种成本较低，同时导电率较高的热敏电阻材料及其制备方法。

一种聚合物基正温度系数热敏电阻复合材料，该复合材料包括炭黑、负 载在炭黑上的金属、以及聚合物，其中，金属、炭黑、聚合物的重量比为 0.005-5∶20-60∶40-80，该复合材料室温下的体积电阻率为4-22Ωcm。 上述复合材料的制备方法，其步骤如下：

1)炭黑表面氧化处理；

2)步骤1)中表面氧化处理后的炭黑浸入可溶性金属盐水溶液，过滤、干 燥，得到负载有可溶性金属盐的炭黑；

3)还原负载有可溶性金属盐的炭黑得到负载有金属的金属改性炭黑；

4)将步骤3)得到的金属改性炭黑与聚合物混合、混炼、成型，得到正温 度系数热敏电阻复合材料。

炭黑作为一种比表面较大的多孔材料，拥有较大面积的外表面和内表 面，常规的金属改性工艺仅能改善炭黑外表面的导电性能。本发明利用“炭 黑表面氧化处理”使炭黑表面亲水性能提高，通过浸可溶性金属盐溶液，再 还原的工艺，实现了炭黑外表面、内表面上沉积金属的目的，单位体积的炭 黑上的金属负载更加均匀，因此，导电率不变的情况下，可减少金属的使用 量，达到节约金属的目的，进而降低了热敏电阻复合材料的成本。

通过本发明的炭黑改性方法，能使金属沉积于炭黑的内表面和外表面 上，明显降低了PTC复合材料的室温电阻率，降低了热敏电阻复合材料的 成本。

具体实施方式

本发明所述的炭黑浸入可溶性金属盐水溶液步骤优选为真空压力浸渗 条件下将炭黑浸入可溶性金属盐水溶液，通过真空压力浸渗可以使金属盐 溶液在炭黑中的负载进一步地均匀和深入。所述的真空压力浸渗为本领域 所公知的真空压力浸渗设备中进行真空压力浸渗。本发明的发明人通过大 量实验发现，当真空压力浸渗设备真空抽滤1-5h后，于真空压力浸渗设备 中注入气体，至气压为1atm，真空压力浸渗0.1-1小时；过滤、干燥，得到 复合材料。这种条件下制备得到的热敏电阻复合材料的导电性能最佳。

所述的炭黑为本领域公知的炭黑，优选地，炭黑的比表面积大于 30m²/g。

炭黑表面氧化处理为本领域的技术人员公知的炭黑表面氧化处理技 术，如气相氧化处理、液相氧化处理或等离子体氧化处理。

所述的气相氧化工艺，其特征在于采用氧气、二氧化氮、硝酸气体和 臭氧中的一种或几种混合物作为氧化气氛，氧化温度为200～700℃，氧化时 间为0.1～24h。

所述的液相氧化工艺，其特征在于采用过氧化氢、硝酸、硫酸、次氯 酸盐、过硫酸盐中的一种或几种混合物作为氧化剂。

所述的等离子体氧化工艺，其特征在于等离子体的作用功率为1～50W， 氧化时间为0.1～5h。

其中，所述的可溶性金属盐包含Ag、Ni、Fe、Co、Zn、Cu、Al、Pt、 Pd、Ru、Rh、Ir、Os中的一种或几种金属离子，优选为镍、钴、铜。