[发明专利]自动温度控制的导电聚合物组成物及其制备方法、用途

说明书

本发明涉及具有自动温控的导电聚合物组成物，特别是一种具有正温度系数性能的导电聚合物组成物及其制备方法、用途。

在一定的温度范围内，正温度系数(Positive temperature coefficiaent；PTC)或自动温度性能是组成物电阻的一项特征。一种具有正温度系数性能的组成物中，R₁₄值至少需达到2．5，其中R₁₄为在14℃范围的结束和开始的电阻比率，R₁₀₀值至少需达到10，其中R₁₀₀为在100℃范围的结束和开始的电阻比率，组成物最好是R₃₀值至少要达到6，其中R30为在30℃范围的结束和开始的电阻比率，若以电阻的对数(log)与温度来制图，具有正温度系数性能的材料在R₁₀₀值至少10的温度范围内，会有急剧斜度的改变。

具有正温度系数性能的导电聚合物组成物可以用于需要自动温度控制的电器装置，例如：加热器、电路保护器、电测仪、公用工业用器、电信、电话、电线、电缆或电脑。

具有正温度系数组成物包括许多材料的混合，绝大多数的混合有含在结晶或半结晶树脂及基质(matrix)中的碳黑，树脂性材料通常是聚合物，包括：聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸脂，特殊的导电材料包括有机物、无机物、有机金属化合物。

美国专利号5，174，924发表了一种正温度系数导电聚合物组成物，它是一种含碳黑的结晶高分子，其平均粒径至少为60毫微米以上，邻苯二甲酸二丁酯(diputyl phthalate DBP)的吸收在80cc／100g以上，用这种材料不易导致高压损坏。

美国专利号5，171，774发表了一种含碳黑的正温度系数材料，其中碳黑在高温中刻蚀，增加了比表面积，是一种多孔隙的碳黑与结晶的聚合物合成的导电物。

美国专利号4，818，439及5，143，649，该二项专利提到一种正温度系数的导电材料，这种材料是将微小粒的导电碳黑散布在低分子量的聚合物中，专利中还提到制备方法，加入低分子量的聚合物可以减少加温煅炼的制造步骤。

美国专利号5，106，540发表了一系列的导电合成物，所用填料是一种混合物，合成物表现正温度系数、负温度系数、系数改变与填料有关。

本发明的目的是提供一种具有自动温度控制性能的导电聚合物组成物以及制备方法、用途，本组成物加工成的电器产品具有优良的温度自动控制功能及稳压性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，具有自动温度控制性能的导电聚合物组成物包括：易熔化挤压的聚烯烃基质；拒熔的控制体积膨胀的聚合物，其直线热膨胀系数至少为200×10⁶／℃；粒状导电填充物。具有正温度系数性能的导电聚合物组成物的制备方法是：将原料均匀混合，原料有聚烯烃基质控制体积膨胀高分子量聚合物、粒状导电填充物；加热并继续混合使聚烯烃基质熔化，控制体积膨胀聚合物、粒状填充物保持固体状，在熔化聚烯烃中保持原有特征；挤压加热物成型。利用具有正温度系数性能的导电聚合物组成物的电器装置，它包括由具正温度系数性能的导电聚合物组成物做成的元件，以及可与电源连接的至少两个电极，使电流通过上述元件。

其中，高分子量聚合物能阻止物体熔化，能增加体积，作控制体积膨胀用，但在聚合体中各成分极少移动，加入高分子量聚合物的分量以不影响聚烯烃基质的挤压能力为原则。控制体积膨胀聚合物占全部聚合物量的5-30％，一般不大于50％。

聚合物的结晶度在5-99％，一般在10-70％，其中聚烯烃基质的结晶度比控制体积膨胀聚合物的结晶度高，聚烯烃基质熔点＜350℃，在导电聚合物组成物中，粒状导电填充物占15-90％，一般在25-40％，组成物中还可以加入防火剂、抗氧剂或它们中的一种。

这类高分子量聚合物包括：超高分子量聚乙烯、聚酰胺类的尼龙，以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、氟聚合物类的乙烯四氟乙烯、聚四氟乙烯和离子交联聚合物等，它们具有至少200×10⁶／℃的直线热膨胀系数，控制体积膨胀聚合物为数量平均20000-100000单体单位聚合物。

图1：具有正温度系数的导电聚合物组成物的电阻与温度关系图。