[发明专利]聚合物基导电复合材料及由其制备的过电流保护元件

说明书

技术领域

本发明涉及PTC热敏元件中使用的高分子芯材，尤其是一种具有低的室温电阻率的聚合物基导电复合材料及由其制备的过电流保护元件，具有良好的电阻再现性。

背景技术

聚合物基导电复合材料的电阻率具有随温度变化而变化的特性，即当电路中发生异常大电流或过高温现象时，其电阻会瞬间升高到一高阻值，使电路处于断路状态，以达到保护电路元件的目的。因此可把聚合物基导电复合材料连接到电路中，作为电路保护元件的材料。此类材料已被广泛应用于电子线路保护元器件上。聚合物基导电复合材料一般由聚合物基材和导电填料复合而成，导电填料宏观上均匀分布于所述聚合物基材中。聚合物一般为聚烯烃及其共聚物，例如：聚乙烯或乙烯-醋酸乙烯共聚物等，而导电填料一般为碳黑、金属粉或导电陶瓷粉。以碳黑作导电填料的聚合物基导电复合材料，由于碳黑特殊的聚集体结构且其表面具有极性基团，使碳黑与聚合物的附着性较好，因此具有良好的电阻稳定性。但是，由于碳黑本身的导电能力有限，无法满足较低电阻的要求。以金属粉为导电填料的聚合物基导电复合材料，具有极低的电阻率，但是因为金属粉容易氧化，需要对导电复合材料进行包封，以阻止因金属粉在空气中氧化而造成的电阻升高，而经过包封的过电流保护元件的体积不能有效降低，难以满足电子元器件小型化的要求。为得到极低的电阻值且满足电子元器件小型化的要求，逐渐趋向以金属碳化物陶瓷粉作为低阻值聚合物基导电复合材料的导电填料，但添加于导电复合材料中的金属碳化物陶瓷粉表面光滑，无法与聚乙烯等非极性聚合物形成良好的结合，导致由其制备的过电流保护元件经过多次触发后电阻大幅升高。因此有必要提供一种聚合物基导电复合材料及由其制备的过电流保护元件，此类聚合物基导电复合材料具有较低的体积电阻率，且由其制备的过电流保护元件经多次触发后具有良好的电阻再现性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种聚合物基导电复合材料，尤其适用于经多次触发后具有良好的电阻再现性的过电流保护元件。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供由上述聚合物基导电复合材料制备的过电流保护元件，该过电流保护元件经多次触发后具有良好的电阻再现性。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种聚合物基导电复合材料，其中，所述的导电复合材料包含：

（a）聚合物基材，占所述导电复合材料体积份数的20%～70%，且至少包括第一结晶性聚合物和第二结晶性聚合物，其中，第二结晶性聚合物为马来酸酐接枝聚乙烯；

（b）导电填料，为固溶体，占所述导电复合材料体积份数的30%～80%，其粒径为0.1μm～10μm，且体积电阻率不大于200μΩ.cm，所述导电填料分散于所述的聚合物基材之中。

具体的，聚合物基材的体积份数可以为20、25、30、35、40、45、50、55、60、65或70%。

导电填料的体积份数可以为30、35、40、45、50、55、60、65、70、75或80%，其粒径可以为0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10μm。

所述导电填料占所述导电复合材料的体积份数优选为35%～75%，更优为40%～70%。

所述导电填料的粒径优选为0.01μm～50μm，更优为0.1μm～10μm。

所述导电填料的体积电阻率优选小于150μΩ.cm，最优为小于100μΩ.cm。

在上述方案的基础上，所述的第一结晶性聚合物为：聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸、乙烯-丙烯酸乙酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯酸共聚物中的一种及其混合物。

在上述方案的基础上，所述的第一结晶性聚合物为高密度聚乙烯，所述的第二结晶性聚合物为马来酸酐接枝高密度聚乙烯。

在上述方案的基础上，所述的第一结晶性聚合物占所述导电复合材料体积份数的5～40%。

所述第一结晶性聚合物占所述导电复合材料的体积份数优选在大于10%，更优为大于15%；

在上述方案的基础上，所述的第二结晶性聚合物占所述导电复合材料体积份数的2～50%。

所述第二结晶性聚合物占所述聚合物基导电复合材料的体积份数优选为小于45%，更优为小于40%；

在上述方案的基础上，所述的导电填料为金属碳化物的固溶体，包括碳化铌、碳化钼、碳化钽、碳化钒、碳化锆、碳化钛、碳化铪、碳化铬、碳化钨、碳化硼和碳化铍中的两种或两种以上。