專利名稱：：一種聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及聚乙烯復(fù)合材料，具體涉及一種聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料及制備方法，該復(fù)合材料具有正溫度系數(shù)特性(PTC)。
背景技術(shù)：
：正溫度系數(shù)特性(PTC)是指材料電阻率隨自身溫度升高而增大的一種特性。目前使用的PTC材料主要分為陶瓷基PTC材料和高分子基PTC材料兩種類型。盡管長期以來市場上一直使用陶瓷基PTC器件，但由于其較高的室溫電阻值使其應(yīng)用受到限制。而導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，呈現(xiàn)出良好的熱敏電開關(guān)特性，與陶瓷基PTC材料相比，具有易于成型且可連續(xù)加工、重量輕、成本低等特點。利用聚合物PTC特性制作的過流保護元件、自控溫加熱器件、溫度傳感器等已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電子、汽車、醫(yī)療、化工、食品等領(lǐng)域。目前，具有正溫度系數(shù)的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料大多是以結(jié)晶型聚合物添加導(dǎo)電填料來制備，導(dǎo)電填料以碳黑為主。制備的復(fù)合材料在作為感溫器件使用時候，需要在復(fù)合材料表面連接兩個電極，然而復(fù)合材料與金屬粘結(jié)性能較差，使得電極極易從復(fù)合材料表面脫落，而且粘結(jié)性能不好還會給器件帶來較大的接觸電阻。目前采取的解決辦法是通過電暈等技術(shù)對復(fù)合材料進行表面處理，增加復(fù)合材料的表面張力來提高金屬粘結(jié)力，這種方法的缺點是不能很好地降低接觸電阻問題，同時制備工藝相對較為復(fù)雜。另外，從PTC材料的發(fā)展趨勢來看，小尺寸電阻的制備越來越引起人們的重視。在PTC器件沒有達到轉(zhuǎn)化溫度下，有時要求電路有較高的工作電流，升高電壓意味著更高的功率損耗。因而降低復(fù)合材料的電阻值，制備成小尺寸電阻成為急待解決的問題。通常，在PTC器件中，為降低器件的電阻值，一對電極之間的距離應(yīng)足夠小。但是，如果電極之間的間距太窄，即使微弱的外部撞擊，在它們之間構(gòu)造的PTC部件也容易碎裂。所以，制備的復(fù)合材料必須有較好的力學(xué)性能，而目前研究的PTC熱敏電阻多以高密度聚乙烯為主，韌性太差不適合做小電阻器件使用，而通常的加入三元乙丙橡膠增韌改性的方法會使材料的電學(xué)性能顯著下降。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有正溫度系數(shù)和較強韌性的聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料，以質(zhì)量份數(shù)計，該復(fù)合材料由如下組分組成:高密度聚乙烯10-30份線型低密度聚乙烯40-60份馬來酸酐接枝聚乙烯5-15份碳黑15-35份抗氧劑0.1-0.5份。所述炭黑為乙炔炭黑，粒徑為40-100訓(xùn)。所述的高密度聚乙烯密度為0.941-0.970g/cm:i，結(jié)晶度75-90%。所述線型低密度聚乙烯密度為0.915-0.930g/cm:i，結(jié)晶度65-75%。所述馬來酸酐接枝聚乙烯是指接枝率為0.5-1.5%的馬來酸酐接枝聚乙烯，所接枝的聚乙烯為高密度聚乙烯，密度為0.940-0.965g/cm''。所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑736、抗氧劑1076以及抗氧劑168。一種聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料的制備方法將高密度聚乙烯10-30份，線型低密度聚乙烯40-60份，馬來酸酐接枝聚乙烯5-15份，抗氧劑0.1-0.5份加入開煉機中，130-16(TC高溫塑化5分鐘，然后將碳黑加入到高溫塑化的聚乙烯基料中混煉，溫度為130-160°C，混煉時間為8-20min，獲得聚乙烯/炭黑復(fù)合物。所述碳黑加入到高溫塑化的聚乙烯基料中采取分段加入的方法，所述的分段加入是將碳黑按質(zhì)量分成5-10份，在基料中每添加1份的碳黑混煉1分鐘，直到加完為止。本發(fā)明通過高密度聚乙烯和線型低密度聚乙烯的共用，改善材料的韌性，使材料能做成低電阻材料。而馬來酸酐接枝聚乙烯的加入促進了材料與金屬電極的粘結(jié)，同時有助于穩(wěn)定碳黑在復(fù)合材料內(nèi)部的分布。本發(fā)明與現(xiàn)有的熱敏電阻復(fù)合材料相比，具有以下優(yōu)點本發(fā)明制備的熱敏電阻材料碳黑分散均勻，操作過程簡單；PTC性能好，室溫電阻率低，與金屬電極有很好的粘結(jié)性能，接觸電阻小；而且由于材料較好的力學(xué)性能可以作為小尺寸電阻材料使用。圖1是本發(fā)明復(fù)合材料的掃描電子纖維(SEM)圖片。圖2是本發(fā)明復(fù)合材料的電阻率對數(shù)隨溫度變化的曲線。具體的實施方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)特點，下面結(jié)合通過實施例對本發(fā)明作進一步地說明，需要說明的是，實施例并不是對本發(fā)明保護范圍的限制。實施例1(1)將高密度聚乙烯21.9克，線型低密度聚乙烯51.1克，接枝率1%的馬來酸酐接枝高密度聚乙烯10克，抗氧劑10100.2克加入開煉機中，130'C高溫塑化10分鐘。然后將17g乙炔碳黑分成5份，每添加1份的碳黑混煉1分鐘，直到加完為止。隨后在溫度為13(TC下，混煉15min，獲得聚乙烯/炭黑復(fù)合物，所用高密度聚乙烯密度為0.960g/cm線型低密度聚乙烯密度為0.920g/cm3，馬來酸酐接枝高密度聚乙烯所用的聚乙烯密度為0.958g/cm3。圖l是該材料的掃描電子纖維(SEM)圖片，由圖可見，通過分段加入碳黑可實現(xiàn)碳黑在聚乙烯料中的均勻分布。另外，從表l的數(shù)據(jù)中看到，復(fù)合物的缺口沖擊韌性為10.8SKj/m2，與以往報道的含同樣碳黑含量的復(fù)合物相比沖擊強度提高一倍以上，該聚乙烯/炭黑復(fù)合物可以制備成含較薄復(fù)合物的低值電阻。(2)將上述復(fù)合物用平板硫化機把混合物壓縮模塑成lmm厚片材，模塑溫度為160°C，模塑壓力為15MPa;在16(TC下在制得的片材上下兩個表面壓入兩個鋁電極片，制得的器件尺寸為25腿X50mmX1,。圖2是該器件的電阻率對數(shù)隨溫度變化的曲線。當(dāng)溫度低于115°C，復(fù)合材料為一低值電阻，而且材料的電阻值保持很小的變化。當(dāng)溫度高于120'C時，復(fù)合材料的電阻值急劇增大至106Q，由導(dǎo)體變?yōu)榻^緣體。由此可見，本發(fā)明的復(fù)合材料有很好的PTC效應(yīng)，可作為過流保護元件使用。下述實施例的獲得聚乙烯/炭黑復(fù)合物SEM圖，復(fù)合物的缺口沖擊韌性以及PTC效應(yīng)基本同實施例1。實施例2(1)將高密度聚乙烯21克，線型低密度聚乙烯49克，接枝率1%的馬來酸酐接枝高密度聚乙烯10克，抗氧劑7360.2克加入開煉機中，14(TC高溫塑化8分鐘。然后將20g乙炔碳黑分成8份，每添加1份的碳黑混煉1分鐘，直到加完為止。隨后在溫度為140。C下混煉15min，獲得聚乙烯/炭黑復(fù)合物，所用高密度聚乙烯密度為0.960g/cm3,線型低密度聚乙烯密度為0.925g/cm3，馬來酸酐接枝高密度聚乙烯所用的聚乙烯密度為0.958g/cm。(2)將上述復(fù)合物用平板硫化機把混合物壓縮模塑成lmm厚片材，模塑溫度為l65'C，模塑壓力為15MPa;在165'C下在制得的片材上下兩個表面壓入兩個鋁電極片，制得的器件尺寸為25mmX50mmXlmm。實施例3(1)將高密度聚乙烯20.l克，線型低密度聚乙烯46.9克，接枝率1%的馬來酸酐接枝高密度聚乙烯10克，抗氧劑IOIO0.2克加入開煉機中，145"高溫塑化5分鐘。然后將23g乙炔碳黑分成8份，每添加1份的碳黑混煉1分鐘，直到加完為止。隨后在溫度為145i:下混煉10min，獲得聚乙烯/炭黑復(fù)合物，所用高密度聚乙烯密度為0.960g/cm:''，線型低密度聚乙烯密度為0.920g/cm'，馬來酸酐接枝高密度聚乙烯所用的聚乙烯密度為0.963g/cm3。(2)將上述復(fù)合物用平板硫化機把混合物壓縮模塑成lmm厚片材，模塑溫度為170'C，模塑壓力為15MPa;在170'C下在制得的片材上下兩個表面壓入兩個鋁電極片，制得的器件尺寸為25誦X50腦Xlmni0實施例4(1)將高密度聚乙烯19.2克，線型低密度聚乙烯44.8克，接枝率1%的馬來酸酐接枝高密度聚乙烯10克，抗氧劑10760.2克加入開煉機中，15CTC高溫塑化5分鐘。然后將26g乙炔碳黑分成10份，每添加l份的碳黑混煉l分鐘，直到加完為止。隨后在溫度為150'C下混煉8min，獲得聚乙烯/炭黑復(fù)合物。所用高密度聚乙烯密度為0.960g/cm:i，線型低密度聚乙烯密度為0.925g/cm3，馬來酸酐接枝高密度聚乙烯所用的聚乙烯密度為0.963g/cm、(2)將上述復(fù)合物用平板硫化機把混合物壓縮模塑成lmni厚片材，模塑溫度為170。C，模塑壓力為15MPa;在170。C下在制得的片材上下兩個表面壓入兩個鋁電極片，制得的器件尺寸為25醒X50mmXl腿。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計，該復(fù)合材料由如下組分組成高密度聚乙烯10-30份線型低密度聚乙烯40-60份馬來酸酐接枝聚乙烯5-15份碳黑15-35份抗氧劑0.1-0.5份。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料，其特征在于所述炭黑為乙炔炭黑，粒徑為40-100nm。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料，其特征在于所述的高密度聚乙烯密度為0.941-0.970g/cm3，結(jié)晶度75-90%。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料，其特征在于所述線型低密度聚乙烯密度為0.915-0.930g/cm:i，結(jié)晶度65-75%。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料，其特征在于所述馬來酸酐接枝聚乙烯是指接枝率為0.5-1.5%的馬來酸酐接枝聚乙烯，所接枝的聚乙烯為高密度聚乙烯，密度為0.940-0.965g/cm3。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料，其特征在于所述抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑736、抗氧劑1076以及抗氧劑168。7、權(quán)利要求l一6任一項所述的聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，將高密度聚乙烯10-30份，線型低密度聚乙烯40-60份，馬來酸酐接枝聚乙烯5-15份，抗氧劑O.l-0.5份加入開煉機中，130-16(TC高溫塑化5分鐘，然后將碳黑加入到高溫塑化的聚乙烯基料中混煉，溫度為130-16(TC,混煉時間為8-20min，獲得聚乙烯/炭黑復(fù)合物。8、根據(jù)權(quán)利要求7所說的聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳黑加入到高溫塑化的聚乙烯基料中采取分段加入的方法，所述的分段加入是將碳黑按質(zhì)量分成5-10份，在基料中每添加1份的碳黑混煉1分鐘，直到加完為止。全文摘要本發(fā)明公開了一種聚乙烯/碳黑導(dǎo)電熱敏復(fù)合材料及制備方法。以質(zhì)量份數(shù)計，該復(fù)合材料由如下組分組成高密度聚乙烯10-30份，線型低密度聚乙烯40-60份，馬來酸酐接枝聚乙烯5-15份，抗氧劑0.1-0.5份。制備時，將高密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、抗氧劑、加入開煉機中，130-160℃高溫塑化5分鐘，然后將碳黑加入到高溫塑化的聚乙烯基料中混煉，溫度為130-160℃，混煉時間為8-20min。本發(fā)明制備的熱敏電阻材料碳黑分散均勻，操作過程簡單；PTC性能好，室溫電阻率低，與金屬電極有很好的粘結(jié)性能，接觸電阻??；而且由于材料較好的力學(xué)性能可以作為小尺寸電阻材料使用。文檔編號C08L23/06GK101186729SQ20071003255公開日2008年5月28日申請日期2007年12月14日優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日發(fā)明者漢彭,王松釗申請人:華南理工大學(xué)