[发明专利]一种柔性高分子PTC材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性高分子PTC材料的制备方法，具体涉及一种基于共混型弹性体的PTC材料的制备方法，具体地说，涉及一种将炭黑分散于经苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)界面增容的高密度聚乙烯(HDPE)/废旧轮胎胶粉(WGRT)共混体系中而获得的一种具有弹性体的柔韧性且导电阈值低的PTC材料的制备方法。

背景技术

通常在填充导电材料的结晶或半结晶高分子复合材料中可表现出正温度系数PTC(positive temperature coefficient)特征，即在一定温度范围内，材料自身的电阻率随温度的升高而增大的现象。自Frydman1945年发现此现象以来，高分子PTC已成为研究和开发的热点。常用来制备高分子PTC的结晶或半结晶高分子包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚偏氟乙烯等，导电材料包括炭黑、石墨、碳纤维、金属粉体等。在室温条件下，这类复合材料具有较低的电阻率，而当温度升高至于晶区熔点附近，其电阻率发生急骤升高。

高分子PTC材料的应用主要分为两类：热敏电阻材料和自限温发热材料。高分子PTC可被制成热敏电阻器，其对温度和电流敏感的温度开关效应，可用于电路的过流保护装置，当电路出现故障、电路温度过高造成电流过大时，热敏电阻器的电阻会迅速升高而切断电路，从而起到了过热保护的作用；作为一次性保险丝的代替品，广泛地应用于通信、计算机、汽车、工业控制、家用电器等众多领域中。自限温发热材料是利用高分子PTC材料导电的热效应而制成的，当电流通过时将电能变成热能，当超过一定温度时，电阻急剧增大，使工作电流急剧减少甚至被切断，以保持自身温度与环境温度的平衡，从而起到了自动限定发热温度，防止系统出现过热现象；目前高分子PTC材料在石油钻探、原油运输、化学化工等领域发挥了其独特的作用。

目前出现的室温下低电阻值的高分子PTC材料中的导电材料一般为炭黑，为了达到较低的电阻值，导电阈值一般较高，需要加入较大量的炭黑，这会导致PTC材料强度的下降和材料密度的提高；另一方面，目前的高分子PTC材料均为刚性的，缺少柔性及可卷绕性。为了克服上述技术存在的缺陷，本发明提供一种新的技术方案。

发明内容

本发明针对目前以炭黑为导电材料的高分子PTC材料存在的炭黑加入量大，以及现有高分子PTC制品缺乏柔性的问题；提出了一种基于共混型HDPE/WGRT弹性体的PTC材料的制备方法，该方法简单，炭黑加入量较低，制品柔韧有弹性，并赋予了良好的批量生产可行性。

本发明提供了一种柔性高分子PTC材料的制备方法，包括下列顺序步骤：

（1）将HDPE颗粒料在开炼机上进行熔融塑化，加入炭黑，在剪切力作用下实现炭黑在HDPE热塑性树脂中的均匀分散；

（2）将界面相容剂苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)加入HDPE和炭黑的混合物中，熔融混合；

（3）将WGRT粉体加入熔融状态下的HDPE/SBS/炭黑混合物中，在温度场和剪切力场作用下进行熔融共混；

（4）熔融共混结束后，将共混产物通过模压成型为片状物，之后采用γ射线(Co⁶⁰)交联，剂量为5～30Mrad。

其中，开炼机上的温度为160～170℃，热塑性树脂HDPE与分散相WGRT的质量比例控制在1:1～4，增容剂SBS的用量为HDPE与WGRT总质量的3～5%，炭黑的用量为HDPE质量的18～22%。

上述技术方案中，通过熔融共混工艺，将炭黑、SBS及WGRT粉体等分散于HDPE热塑性基体中，在最终的熔融共混产物中，HDPE是连续相，WGRT是分散相，界面相容剂SBS的存在改善了HDPE与WGRT之间的界面结合力，从而使共混体系具备了弹性体的软而韧的力学行为。WGRT是废旧轮胎经低温冷冻和机械研磨后所获得的粉体，粒径在80～200目，其自身仍为交联结构，在与HDPE、炭黑、SBS的熔融共混过程中WGRT不会发生熔融，且炭黑粒子也很难进入WGRT之中；由于在共混体系中连续相HDPE只占据总体积的一部分，因而在共混体系中填充炭黑制备PTC时，较传统HDPE/炭黑共混体系的PTC材料而言，在共混体系在达到相同的体积电阻率时，所需炭黑量明显下降。