[发明专利]一种聚合物碳纳米管碳黑复合自控温PTC电发热材料

说明书

技术领域：

本发明涉及一种正温度系数高PTC强度自控温高分子聚合物复合导电发热材料，具体地说，以碳黑和碳纳米管作为导电填料制备一种高PTC强度导电复合材料，该复合材料尤其适用于制备电热取暖，自控温发热器件等领域。

背景技术：

PTC材料是一种具有正温度系数(Positive Temperature Coefficient)导电热敏电阻材料，具有在某一个温度范围内，阻值发生巨大突变(阻值提升至少3个数量级以上)的特征。

PTC材料分为两大类，一类是陶瓷PTC材料，另一类是高聚物基的PTC材料。聚合物基PTC材料，由于转变温度低，易于加工成型以及成本低等特点，目前已广泛用于自控温伴热带，过流限制器，及温度传感器等领域。

一般聚合物PTC材料，选用一种或多种结晶性高聚物和导电填料复合而成，导电填料一般选用，碳黑，石墨，碳纤维以及金属粉末等。随着市场的需求，对聚合物PTC材料提出了越来越高的要求，耐大电流，高电压，这就需要聚合物PTC材料，在低的室温电阻率下，还有很高的PTC强度，以产生很小的漏电流来满足产品的安全性，这正是聚合物PTC技术的关键点，一般碳黑的含量越高，复合材料的电阻率就越低，体系的导电性越高，但是体系的PTC强度就会降低，所以选择导电填料就显得格外重要。聚合物PTC的导电机理一般认为是导电粒子接触导电和粒子间隧道导电机理共同作用的结果，单独选用碳黑作为导电填料，要获得低体积阻抗(小于0.5Ω.cm)高PTC强度(大于10⁵)很困难，单独选用碳纳米管作为导电填料，需要填充的碳纳米管质量百分数在20％以上，这样材料的成本太高，同时复合体系的阻值热稳定性并不好，如果单独使用金属粉末填充聚合物，由于金属密度大，容易沉积，分散不均匀，且金属粒子容易氧化，材料性能并不稳定。

为此本专利公开一种聚合物正温度系数导电发热材料，低电阻率，高PTC强度，良好的阻值稳定性，极低的漏电流保证了材料的安全性，此材料可以满足大电流和高电压的要求，同时根据高分子基体的不同，做成不同发热功率的导电发热材料。

发明内容：

本发明的目的是提供一种PTC效应(正温度系数)导电复合发热材料，该材料低电阻率和高PTC强度可满足高电流和高电压的要求，具有易加工，良好的阻值稳定性。

为达到上述目的，本发明揭示一种正温度系数效应导电复合材料，它包含：

(1)一种或多种聚合物为基体，质量百分比：35％～75％。

(2)碳黑，纳米碳管质量百分比：15～55％，其中纳米碳管占总质量的0.5％～5％。

(3)马来酸酐接枝物聚合物：质量百分比：3％～6％。

(4)无机填充料：质量百分比：3％～15％

(5)抗氧化剂：质量百分比：0.02％～0.1％

本发明聚合物基体是：高密度聚乙烯，低密度聚乙烯，乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，丁晴橡胶，环氧树脂或聚偏氟乙烯一种或几种混合物。

本发明的导电填料的效果在于：用碳黑和碳纳米管作为导电物质。将碳黑和碳纳米管加入聚合物中，这该复合材料具有两种填料的导电特征，碳纳米管提供了远程电子输送(可达几个微米)，而碳黑粒子则增加碳纳米管之间的接触，碳黑粒子提供近程导电，通过碳黑粒子的桥梁作用，启动碳纳米管之间的接触，导致复合材料电导率的增加，碳黑粒子和碳纳米管近程和远程导电相结合，比单一碳黑，单一纳米碳管填充或粒子性导电填料体系具有显著导电优势。碳黑的粒径为：10nm～200nm，最好是：60～150nm，吸油量(DBP)：30～200ml/100g，最好是：50～120ml/100g。碳纳米管：直径：10～20nm，长度：5～15um，比表面积：300～400m²/g。马来酸酐接枝聚合物：接枝率：0.3％～10％。无机填充料：氢氧化镁，三氧化二铝或者二氧化硅粉末，粒径：1～10um，最好2～5um，无机填充料主要起阻燃灭弧作用。抗氧化剂机：β-(3，5-二叔基-4-羟基苯基)丙酸十八碳酸醇酯。