[发明专利]高分子基导电复合材料及过流保护元件

说明书

本发明公开了一种高分子基导电复合材料及由其制备的过电流保护元件。所述高分子基导电复合材料包含绝缘的高分子基材和分散于高分子基材中的两种导电填料。高分子基材占所述高分子基导电复合材料的体积分数的20％‑75％，两类导电填料占高分子基导电复合材料的体积分数的25％‑85％。所述两种导电填料均具有突出的耐候性能，且导电性能优良，其中一类导电填料具有自润滑特性，易于加工生产。利用上述的导电复合材料制备的过电流保护元件呈“三明治”结构，以复合材料作为芯材，芯材上下两面覆有金属电极箔，且导电复合材料芯材与金属电极箔之间紧密结合。这类过电流保护元件具有较低的电阻、优异的耐环境可靠性能和良好可加工特性。

技术领域

本发明涉及一种高分子基导电复合材料及过流保护元件，具体指一种具有较低的室温电阻、优异耐环境可靠性和良好可加工性能的高分子基导电复合材料及由其制备的过流保护元件。

背景技术

高分子基导电复合材料制备的过电流保护元件在室温或更低温度条件下可维持较低的电阻值，因导电复合材料具有正温度系数效应，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。因此可把高分子基导电复合材料连接到电路中，作为过电流或温度传感元件的核心材料。此类材料已被广泛应用于电子线路保护元器件上。

高分子基导电复合材料一般由高分子和导电填料复合而成，导电填料宏观上均匀分布于所述高分子基材中。高分子一般为结晶性的聚烯烃及其共聚物，例如：聚乙烯或乙烯-丙烯共聚物等，一般选用碳黑、金属粉或导电陶瓷粉导电填料。碳黑因自身电阻率较高，无法满足电子线路的低电阻化的要求。以金属粉为导电填料制备的导电复合材料，具有极低的电阻，但因金属粉容易氧化，需对导电复合材料进行包封，以防止金属粉在空气中氧化而造成的电阻升高，一方面，包封的过流保护元件尺寸不能有效降低，难以满足电子元器件小型化的要求，另一方面，对包封材料和包封工艺均提出较高的要求。为实现低电阻，高环境可靠性，行业内逐渐趋向以金属碳化物、金属氮化物或金属硼化物陶瓷粉(如碳化钛)作为低电阻的高分子基导电复合材料的导电填料，且此类材料已经有了长足的发展。但由于金属碳化物、金属氮化物或金属硼化物的高硬度特点，在生产加工过程中产生了一系列问题(如机械部件磨损严重、加工成本高)，这种情况在长期的生产过程中及过流保护元件面积进一步缩小(如1210，1206，0805，0603等尺寸)时表现的越来越明显。而新型的三元M_n+1AX_n相填料因其发现较晚，成型加工工艺复杂，工业化水平较低，其价格较为昂贵，以其作为导电填料，则会大幅提高企业的制造成本。因此必须开发具有低电阻、优良的环境可靠性、良好加工性能且成本较为低廉的导电复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分子基导电复合材料。

本发明的再一目的在于提供一种由上述高分子基导电复合材料制备的过流保护元件，该过电流保护原件具有低成本、低电阻、优良的环境可靠性、良好加工性能。

为达到上述目的，本发明揭示一种高分子基导电复合材料，其包含：

高分子基材，占所述高分子基导电复合材料的体积分数的20％～75％；

第一导电填料，为一种固溶体，占所述导电复合材料的体积分数的10％～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高分子之中；所述的固溶体为金属硼化物、金属氮化物、金属碳化物或金属硅化物中的一种或两种以上的组合物。

第二导电填料，为具有层状结构的导电填料，其粒径为0.1μm～20μm，且粒径分布范围为0.01μm～100μm，体积电阻率小于1×10-3Ω·cm，占所述高分子基导电复合材料的体积分数的2％～50％，分散于所述高分子基材中。Ω·cm所述具有层状结构的导电填料分子式为：M_n+1AX_n，其中，