[发明专利]一种具有正温度系数效应的导电聚合物组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有正温度系数效应的导电高聚物组合物。尤其是适用于 制备过流保护器件、自控温伴热带的导电高聚物组合物。

背景技术

将炭黑、碳纤维或者金属粒子等导电填料与某些高分子基体共混可以得到 具有电阻正温度系数(PTC)效应的导电高分子复合材料。这类导电高分子复 合材料在电路保护器件、加热器、传感器等领域有诸多应用。对于电路保护器 件，一般来说希望组合物有尽可能低的室温电阻率和尽可能高的PTC强度， 以及足够的稳定性。同时，导电填料的添加量也是重要的考察因素，过高的导 电填料的添加量不仅会增加成本，更主要的是还会给加工造成困难。因此，选 择适合的导电填料，在较低的填料含量下，获得尽可能低的室温电阻率和尽可 能高的PTC强度以及良好的稳定性，是十分有益的。对于碳黑填料，一般来 说，难以在很低的室温电阻率下获得足够高的PTC强度。对于金属粒子，虽 然其有更好的电导率，但由于其在聚合物中不像碳黑那样容易自聚形成导电 链，通常需要很高的填充含量来形成导电网络。同时，对于粒子填充，由于粒 子的几何尺寸较小，在PTC转变温度之上容易在基体中发生移位，使得材料 稳定性下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有正温度系数(PTC)效应的导电聚合物组合 物。该组合物在室温电导率、PTC强度、稳定性及填料含量方面有良好的综合 性能。

本发明的具有正温度系数效应的导电聚合物组合物，其特征在于由聚合物 基体和两种具有不同直径、相似长径比的导电纤维组成，聚合物基体的质量分 数为30-75％，第一种导电纤维的直径范围为10-80μm，质量分数为20-50％， 第二种导电纤维的直径范围为0.1-10μm，质量分数为0.1-20％，上述组分质 量分数之和为100％。

优选聚合物基体的质量分数为55-74％，第一种导电纤维的质量分数为 25-35％，第二种导电纤维的质量分数为1-10％，上述组分质量分数之和为 100％。

本发明中，所述的聚合物基体选自聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、尼龙、 聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二酯和乙 烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种或多种。

所述的导电纤维是金属类导电纤维或是碳素类导电纤维，两种导电纤维可 采用相同类的导电纤维，也可采用不同类的导电纤维。两种导电纤维的长径比 均为20-200，优选长径比均为40-60。

本发明的组合物可以通过一个或一个以上的混炼步骤来制备，优选用混炼 设备一次混炼后造粒，再进行第二次混炼得到。

本发明的有益效果在于：

本发明选用具有一定长径比的导电纤维作为填料，很容易在基体中形成导电 网络结构，克服了金属粉末填充时不易形成导电链的缺点，降低了填料含量。同 时，相对于本身电阻率较大的碳黑，导电纤维填充有利于达到更低的室温电阻 率。此外，由于纤维比颗粒的尺寸维度要大得多，在PTC转变温度之上不易 在基体中发生移位，因此其导电网络也更稳定。本发明利用两种不同直径、相 似长径比的导电纤维的协同效应，以直径较大第一种导电纤维形成导电网络的 主体，第二种细而短的导电纤维的存在，有力地促进了纤维之间的搭接，使导 电网络更为完善，进一步降低了室温电阻率。同时相对于单纯使用第一种纤维， 相同电阻率下所需的填料含量也被进一步降低。该组合物在室温电导率、PTC 强度、稳定性及填料含量方面有良好的综合性能。所述的导电高聚物组合物可 以应用于制备过流保护器件、自控温伴热带等诸多领域。

具体实施方式

实施例1

将70％质量分数的高密度聚乙烯(5000s，扬子石化)和25％质量分数的 不锈钢纤维(直径35μm)和5％质量分数的不锈钢纤维(直径6μm)投入密 炼机在160℃下混炼5min，混炼头转速50r/min，破碎造粒，粒料再投入密炼 机在160℃下混炼10min，混炼头转速50r/min。再在平板硫化机中160℃热压 15min，压力15Mpa，得到测试样品。样品在室温与160℃先经一次热循环， 再在室温下升温至160℃，升温速率2℃/min，测试试样电阻-温度曲线，试样 的室温电阻率(ρ₀)、最高电阻率(ρ_max)和PTC强度(Log ρ_max/ρ₀)见表 1。

比较例1