[发明专利]一种具有正温度系数特性的PTC芯材及其制造和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子正温度系数导电材料及其制备和应用，尤其涉及一种具有正温度系数特性的PTC 芯材及其相应的制备和应用。

背景技术

功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，具有PTC特性的高分子复合导电材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行研究开发。所谓高分子PTC复合导电材料，就是具有PTC(positive temperature coefficient“正温度系数”)电阻特性的高分子复合导电材料。也就是说，在一定的温度范围内，这种导电材料自身的电阻率会随温度的升高而增大。这种高分子PTC材料由高分子材料填充导电粒子复合而成。所述的高分子材料包括热固性聚合物和热塑性聚合物，热塑性聚合物包括聚乙烯、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯等；热固性聚合物主要有环氧树脂。导电粒子包括碳黑、金属粉末以及其他一些导电性良好的粉末状物质。

利用高分子PTC复合导电材料制成高分子过流过温保护元件，可以作为电路的过流过温保护装置。其串联在电路中使用，电路正常工作时，通过高分子过流过温保护元件的电流较低，其温度较低，呈现低电阻状态，不会影响电路正常工作。而当由电路故障引起的大电流通过此高分子过流过温保护元件时，其温度会突然升高，引起其自身电阻值骤然变大，这样就使电路呈现近似断路状态，从而起到保护电路作用。当故障排除后，高分子过流过温保护元件的温度下降，其电阻值又可恢复到低阻值状态。因此，其实这是一种可以自动恢复的保险丝，已广泛地应用到计算机、通信设备、汽车电子、家用及工业控制电器设备等领域中。

目前已有不少专利公开了这类材料的组成及制备方法，如美国专利5880668、4237441、4545926，欧洲专利198598、224903等。为了提高材料的稳定性，需要利用电子束辐照对高分子材料交联处理。因辐照交联存在着高分子键断裂老化等问题，严重时将会干扰电器设备的正常工作，故需寻找新的交联方法。

化学交联聚乙烯是采用化学交联剂使聚合物产生交联，由线性结构转变为网状结构。交联剂可以选择有机过氧化物，如选择到合适的交联剂，交联率高，交联结构稳定；加工安全性大，使用方便，交联时机可控，无过早或过晚交联之弊；不影响制品的加工性能和使用性能；无毒、不污染、不刺激皮肤和眼睛。比起电子辐照交联，效率高速度快，大大减少了人工成本和生产成本。

目前常用的化学交联方式是将聚合物、填料、交联剂等一起在混炼设备中熔融混合，在此过程中交联剂受热分解出活性自由基引发聚合物交联反应，混炼结束时，交联反应也基本完成。这对于高分子PTC材料加工不是很适合，因为高分子PTC材料最好在贴覆金属箔电极后再进行交联，否则会影响金属箔电极的贴覆效果，降低产品的电性能。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高分子PTC芯材及其制备和应用，本发明通过加入一过氧化物，使所述高分子正温度系数的导电芯材具有优越的电性能和长期稳定性；本发明方法不仅提高过电流保护元件耐电流冲击性能，还可避免利用辐射交联易造成降解及产生内应力等缺点，效率高、成本低。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用如下的技术方案：

一种过电流保护元件用且具有正温度系数特性的PTC 芯材，所述PTC芯材由两片金属箔电极以及夹在所述两片金属箔电极之间的高分子正温度系数导电材料复合构成，所述高分子正温度系数导电材料至少由下列组分及体积百分比的原料复合而成：

高分子聚合物                25.5-29.5%；

导电填料                    60-72%；

过氧化物交联剂              0.05-5%；

偶联剂                      0.5-10%；

所述导电填料、过氧化物交联剂、偶联剂均匀分布在所述高分子聚合物中。

优选的，所述高分子正温度系数导电材料至少由下列组分及其体积百分比的原料复合而成：

高分子聚合物                25.5-28%；

导电填料                65-70%；

过氧化物交联剂          1-5%；

偶联剂                  0.5-4%。