[0069] 圖Ia為實施例1 1-5、實施例1I 1-6和實施例1II 1-5分別采用的PP粉料的掃 描電鏡圖。由圖1可知，三種PP粉料粒徑大小明顯不同，圖Ia中PP粒徑大小約為20 μ m， 圖Ib中PP粒徑大小約為300 μ m，圖Ic中PP粉料粒徑大小約為1200 μ m。
[0070] 圖2為實施例1-4、實施例1I-4和實施例1II-3所制備復(fù)合材料的偏光顯微鏡照 片，其中白色區(qū)域為PP基質(zhì)，黑色區(qū)域為隔離的CNTs導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。由圖2可知，在同一倍率 下，三種復(fù)合材料呈現(xiàn)出明顯不同的形態(tài)形貌圖：圖2a為20 μ m粒徑PP粉料和CNTs混合 壓制成的復(fù)合材料的偏光顯微鏡圖片，黑色的CNTs選擇性分布于PP基質(zhì)界面之間，導(dǎo)電網(wǎng) 絡(luò)密集，灰白色區(qū)域較??；圖2b為300 μ m粒徑PP粉料和CNTs混合壓制成的復(fù)合材料偏光 顯微鏡圖片，黑色的CNTs選擇性分布在PP基質(zhì)界面之間，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相對圖2a明顯稀疏，灰 白色區(qū)域增大；圖2c為1200 μ m粒徑PP粉料和CNTs混合壓制成的復(fù)合材料偏光顯微鏡圖 片，黑色的CNTs選擇性分布在PP基質(zhì)界面之間，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相對圖2a和圖2b非常稀疏，只 有一條導(dǎo)電通路，灰白色區(qū)域最大。
[0071] 電學(xué)性能：為了考察20μπι、300 μπι和1200 μπι粒徑PP粉料/CNTs的電學(xué)逾滲 行為，采用ΤΗ2683絕緣測試儀（常州同惠電子股份有限公司）和ZC-36型高阻儀（上海 精密儀器儀表有限公司）對實施例1 (1-5)、實施例11(1-6)和實施例111(1-5)所得的尺 寸為lcmX4cm的試樣進(jìn)行了電學(xué)測試，結(jié)果見圖3 :可以看出隨著PP粒徑增大，其復(fù)合 材料逾滲值逐漸減小，即20 μ m、300 μ m和1200 μ m粒徑PP/CNTs的逾滲值為分別對應(yīng)為 I. 56vol. %，0. 90vol. %和0. 47vol. %，這主要是PP顆粒粒徑越小，其表面積越大，需要更 多的CNTs包覆PP顆粒從而形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。此外，三種粒徑PP/CNTs復(fù)合材料的逾滲值均低 于恪融共混法 PP/CNTs 的逾滲值 3. 24vol. % (Zhao JH，et al. Composites:Part A，2013 ; 48 :129-136)，這主要是相對于熔融共混法，本發(fā)明CNTs選擇性分布于PP基質(zhì)界面之間，形 成了隔離導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而有效的提高了電學(xué)性能，降低了逾滲值。
[0072] 溫敏特性：為了考察20 μ m、300 μ m和1200 μ m粒徑PP粉料/CNTs復(fù)合材料的溫 度電阻行為，采用TH2683絕緣電阻測試儀對實施例1-4、實施例1I-4和實施例1II-3所得 復(fù)合材料在程控升降溫中的溫度-電阻行為進(jìn)行了研宄，其中，程控升降溫的速率為2°C / min，結(jié)果見圖4 ;可以看出，在三種粒徑制備的復(fù)合材料的室溫電阻率基本相同的情況下， 隨著溫度的升高，復(fù)合材料電阻率均呈現(xiàn)出逐漸升高，并在熔點(diǎn)附近達(dá)到最大值，這就是 PTC現(xiàn)象；進(jìn)一步的，隨著顆粒尺寸的增大，復(fù)合材料電阻率峰值逐漸增大，也就是Ipt。逐漸 增大；此外，對于300 μ m和1200 μ m粒徑PP粉料/CNTs復(fù)合材料，其溫度電阻行為呈現(xiàn)出 強(qiáng)PTC，弱NTC，這正是理想PTC材料所要求的。
[0073] 這種可調(diào)控的PTC特性的發(fā)生主要?dú)w因于兩個方面的原因：（I)PP粒徑越小，其表 面積越大，需要越多的CNTs包覆，在電學(xué)性能相同的情況下，其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更加密集、穩(wěn)定， 不容易破壞；（2)PP顆粒越小，由于CNTs在基體界面之間的阻礙作用，形成的PP球晶越小， 聚合物基體熔融時，局部球晶引起的體積膨脹效應(yīng)越小，對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的破壞效應(yīng)越小。因 此，在CPCs初始電阻率一致的情況下，本發(fā)明利用聚合物顆粒粒徑的大小成功制備了具有 可調(diào)控PTC特性的聚合物基溫度電阻材料；并且大粒徑PP顆粒/CNTs復(fù)合材料呈現(xiàn)出良好 的PTC材料性能。
[0074] 表1實施例1 1-5各原料質(zhì)量配比（g)
[0075]
【主權(quán)項】
1. PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，其原料包括：聚合物基材93~99重量份， 導(dǎo)電填料1~7重量份；所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料具有隔離結(jié)構(gòu)；并且，聚合物基材 的粒徑為5~1400ym，PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為10°~10 6。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于， 聚合物基材的粒徑在5~30ym，所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為2-40 ; 聚合物基材的粒徑在100~500ym，所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為 500-10000 ； 聚合物基材的粒徑在900~1400ym，所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為 10000-1000000。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，所述聚合物基 材為聚丙烯、超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯或聚苯乙烯 中的一種；所述導(dǎo)電填料為碳納米管、炭黑或石墨烯納米片中的一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，所述聚合物基材為 聚丙烯，所述導(dǎo)電填料為碳納米管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，當(dāng)聚合物基材的粒 徑在10~25ym，所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為4-20 ;當(dāng)聚合物基材的粒 徑在200~400ym，所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為800-8000 ;當(dāng)聚合物基 材的粒徑在1000~1300ym，所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為50000-900000。
6. 權(quán)利要求1~5任一項所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，先 將聚合物基材的粉料與導(dǎo)電填料混合均勻得混合料，然后將混合料經(jīng)熱壓成型即得到PTC 聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述熱壓 成型的條件為：所述混合料在聚合物基材熔融溫度以上分解溫度以下預(yù)熱5~20min，然后 在5~15MPa壓力下熱壓3~15min，最后在5~15MPa壓力下冷壓至室溫。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，當(dāng)聚合 物基材為聚丙烯，聚合物基材的粉料由下述方法制得：聚丙烯粒料與二甲苯混合，在溫度為 130~140°C、轉(zhuǎn)速為180~230r/min的條件下，機(jī)械攪拌0. 5~2小時，使聚丙烯完全溶 于二甲苯中，然后將聚丙烯/二甲苯溶液自然風(fēng)干80-120小時直至完全干燥，后將干燥后 的料塊粉碎至粉末狀，得到聚丙烯粉料，其中，聚丙烯粒料與二甲苯的比例為每100mL二甲 苯中添加5~25g聚丙烯粒料。 9. PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度在10°~10 6轉(zhuǎn)變的調(diào)控方法，其特征在于， 導(dǎo)電復(fù)合材料的原料采用：聚合物基材93~99重量份，導(dǎo)電填料1~7重量份；并且，所 述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料具有隔離結(jié)構(gòu)；那么通過改變聚合物基材的粒徑來調(diào)控導(dǎo)電 復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度，PTC強(qiáng)度隨聚合物基材的粒徑增大而增大；其中，PTC聚合物基導(dǎo)電 復(fù)合材料為權(quán)利要求1~5任一項所述的復(fù)合材料，或者由權(quán)利要求6~8任一項所述的 方法制得。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度在10 °~10 6轉(zhuǎn)變 的調(diào)控方法，其特征在于，PTC強(qiáng)度隨聚合物基材的粒徑增大而增大的規(guī)律為： 聚合物基材的粒徑在5~30ym，所得PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為2-40 ; 聚合物基材的粒徑在100~500um，所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為 500-10000 ； 聚合物基材的粒徑在900~1400um，所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為10000-100000。
【專利摘要】本發(fā)明屬于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PTC強(qiáng)度可調(diào)控的PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明提供一種PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，其原料包括：聚合物基材93～99重量份，導(dǎo)電填料1～7重量份；所述PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料具有隔離結(jié)構(gòu)；并且，聚合物基材的粒徑為5～1400μm，PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度為100～106。本發(fā)明所得PTC聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料通過改變聚合物基材的粒徑，其PTC強(qiáng)度在100～106轉(zhuǎn)變。
【IPC分類】B29C35-02, C08L23-12, C08K7-24
【公開號】CN104788818
【申請?zhí)枴緾N201510164925
【發(fā)明人】代坤, 趙帥國, 藍(lán)艷, 贠霄, 鄭國強(qiáng), 劉春太, 申長雨
【申請人】鄭州大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月9日