[发明专利]新型PTC导电复合材料及其制备的PTC热敏元件

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，尤其是一种具有低室温电阻率的PTC导电复合材料及由其制备的PTC热敏元件。

背景技术

具有电阻正温度系数的导电复合材料在正常温度下可维持极低的电阻值，且具有对温度变化反应敏锐的特性，即当电路中发生过电流或过高温现象时，其电阻会瞬间增加到一高阻值，使电路处于断路状态，以达到保护电路元件的目的。因此可把具有电阻正温度系数的导电复合材料连接到电路中，作为电流传感元件的材料。此类材料已被广泛应用于电子线路保护元器件上。

具有电阻正温度系数的导电复合材料一般由至少一种结晶性聚合物和导电填料复合而成，导电填料宏观上均匀分布于所述结晶性聚合物中。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。对于以碳黑作导电填料的具有电阻正温度系数的导电复合材料，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，无法满足极低电阻的要求。以金属粉为导电填料的具有电阻正温度系数的导电复合材料，具有极低的电阻，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PTC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（如碳化钛）作为低阻值电阻正温度系数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的比例较大，在聚合物中分散不佳，导致其电阻无法进一步降低。

偶联剂品种很多，如申请人之前递交过申请号为201110033324.1的发明申请，其中公开了一种导电复合材料，由结晶性聚合物基材、导电填料和偶联剂组成，所述偶联剂为钛酸酯，申请人在实际操作中，希望得到一种更好的偶联剂，使之增强有机物与无机化合物之间的亲和力，同时强化提高复合材料的物理化学性能，如强度、韧性、电性能、耐水、耐腐蚀性。在申请人已经递交的发明申请基础上，但在实践中尚有需要改进之处。

硅烷偶联剂是由硅氯仿（HSiCl3）和带有反应性基团的不饱和烯烃在铂氯酸催化下加成，再经醇解而得。它在国内有KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171这几种型号。硅烷偶联剂实质上是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机质材料（如玻璃、硅砂、金属等）化学结合的反应基团及与有机质材料（合成树脂等）化学结合的反应基团。

硅烷偶联剂可在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”，把两种性质悬殊的材料连接在一起提高复合材料的性能和增加粘接强度的作用。硅烷偶联剂的这一特性最早应用于玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）上，作玻璃纤维的表面处理剂，使玻璃钢的机械性能、电学性能和抗老化性能得到很大的提高，在玻璃钢工业中的重要性早已得到公认。

这些反应基可与有机物质反应而结合。因此，通过使用硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的用途已从玻璃纤维增强塑料（FRP）扩大到玻璃纤维增强热塑性塑料（FRTP）用的玻璃纤维表面处理剂、无机填充物的表面处理剂以及密封剂、树脂混凝土、水交联性聚乙烯、树脂封装材料、壳型造型、轮胎、带、涂料、胶粘剂、研磨材料（磨石）及其它的表面处理剂。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型PTC导电复合材料，尤其适用于具有低室温电阻率的PTC热敏元件。

本发明的再一目的在于提供上述新型PTC导电复合材料制备的PTC热敏元件。

本发明目的通过下述技术方案实现：一种新型PTC导电复合材料，包括结晶性聚合物和导电填料，添加剂占总体积的0～20%，所述的结晶性聚合物基材和导电填料的体积百分比为：

（a）结晶性聚烯烃基材 30～50%；

（b）经偶联剂处理的碳化钛-碳化钽-碳化钨固熔体，体积分数为50～70%，体积电阻率不大于50μΩ·cm，所述固溶体导电填料粒径为0.1μm～10μm；其中，

所述的硅烷偶联剂，占所述固溶体导电填料体积的0.5%～1%，其结构式为：

R₁-Si-R₂

式中：R₁基团为甲氧基、乙氧基、乙基甲氧基、甲基乙氧基、甲基甲氧基或它们的同分异构体中的一种；R₂基团为乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧基或它们的同分异构体中的一种；