CN106158177A - 一种ptc高分子热敏电阻材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PTC高分子热敏电阻材料，包含以下重量份的组分：30～50重量份的结晶型高分子聚合物；1～5重量份的石墨烯，10～30重量份的碳黑；10～30重量份的非导电填料，0.5～1重量份的抗氧化剂；采用以下方法制备：将预定比例的上述成分进行混合，得到混合物；然后将所述混合物进行挤出造粒，以便得到粒料；将所述粒料进行热压复合即可得到所述PTC高分子热敏电阻材料。本发明的PTC高分子热敏电阻材料具有内阻低、耐氧化性好、导电性能佳和成本低廉的特点。
Description
技术领域
本发明涉及热敏电阻材料技术领域，具体为一种PTC高分子热敏电阻材料及其制备方法。
背景技术
具有正温度系数（PTC)特性的导电复合材料由于其对特殊温度的快速反应性，目前已被广泛应用于过流保护组件上。具有正温度系数特性的高分子基导电复合材料（以下简称PTC材料)，通常是由高分子聚合物、导电粒子、无机填料和其他助剂等原料熔融共混而成。现有成熟技术中多采用炭黑、石墨、碳纤维、镍粉等非导电填料来进行PTC材料的制备，但 却仍有其各自无法克服的缺点。
过流保护用的高分子基正温度系数热敏电阻要求具有阻值低、稳定性良好、动作迅速等特点，而使用炭黑、石墨、碳纤维等做非导电填料的PTC元件其内阻通常在几十毫欧，无法满足日益提高的过流保护需求。之后兴起了填充镍粉等导电金属粉末的低阻型PTC元件，但由于镍粉容易被氧化，使得元件的稳定性受到了很大影响。采用碳化钛等导电陶瓷材料，其导热率很高，但导电性能一般，而且同样存在稳定性低的问题。
因此，有关正温度系数热敏电阻的研究还有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种PTC高分子热敏电阻材料，具有内阻低、耐氧化性好、导电性能佳和成本低廉的特点。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种PTC高分子热敏电阻材料，包含以下重量份的组分： 30～50重量份的结晶型高分子聚合物；1～5重量份的石墨烯，10～30重量份的碳黑；10～30重量份的非导电填料，0.5～1重量份的抗氧化剂。
进一步地，所述PTC高分子热敏电阻材料包含： 35～45重量的份的结晶型高分子聚合物；2～4重量份的石墨烯；15～25重量份的非导电填料，0.7～0.9重量份的抗氧化剂。
其中，所述碳黑和石墨烯混合为导电填料。
进一步地，所述石墨烯为石墨烯类纳米材料，所述石墨烯类纳米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。且，所述石墨烯类纳米材料为以可再生资源碳化制备的活性碳通过改进型Hummers法及可逆加成-断裂链转移聚合方法合成的。
进一步地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、抗氧化剂CA中的任一种或多种的混合。
进一步地，所述结晶型高分子聚合物为选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
进一步地，所述非导电填料为选自二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、碳化硅、氮化硅、 硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。
进一步地，一种制备权利要求1～8所述的PTC高分子热敏电阻材料的方法，步骤包括：将预定比例的结晶型高分子聚合物、石墨烯、碳黑、非导电填料以及抗氧化剂进行混合，得到混合物；然后将所述混合物进行挤出造粒，以便得到粒料； 将所述粒料进行热压复合即可得到所述PTC高分子热敏电阻材料。
本发明一种PTC高分子热敏电阻材料，具有如下的有益效果：
采用石墨烯替代传统炭黑和镍粉应用在PTC发热电阻材料，可以发挥石墨烯的理论比表面积为2630m2/g的优点，有效提升热敏电阻的导电性，降低热敏电阻的内阻。同时，石墨烯与PTC发热高分子材料的其他成分如结晶型高分子聚合物、非导电填料之间存在着较强的相互作用，充分发挥了石墨烯导热性能优异和机械性能优异特点，使制得的热敏电阻具有较好的耐氧化线，有效延长了热敏电阻的使用寿命。而且，通过采用少量的石墨烯即可代替炭黑和镍粉，有效减少原材料的种类和用量，显著降低了生产的成本。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
本发明公开了一种PTC高分子热敏电阻材料，包含以下重量份的组分： 50重量份的结晶型高分子聚合物； 1重量份的石墨烯和39重量份的碳黑混合为导电填料；9.5重量份的非导电填料， 0.5重量份的抗氧化剂。
将上述比例的各成分进行混合，得到混合物；然后将所述混合物进行挤出造粒，以便得到粒料； 将所述粒料进行热压复合即可得到所述PTC高分子热敏电阻材料。
在本实施例中，所述石墨烯为石墨烯类纳米材料，所述石墨烯类纳米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯类纳米材料为以可再生资源碳化制备的活性碳通过改进型Hummers法及可逆加成-断裂链转移聚合方法合成的。
本实施例中，所述结晶型高分子聚合物为选自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
在本实施例中，所述非导电填料为选自二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、碳化硅、氮化硅、 硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。
本实施例中，所采用的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、抗氧化剂CA中的任一种或多种的混合。
实施例2
本发明公开了一种PTC高分子热敏电阻材料，包含以下重量份的组分： 45重量份的结晶型高分子聚合物；2重量份的石墨烯和43重量份的碳黑混合为导电填料；9重量份的非导电填料，1重量份的抗氧化剂。
将上述比例的各成分进行混合，得到混合物；然后将所述混合物进行挤出造粒，以便得到粒料； 将所述粒料进行热压复合即可得到所述PTC高分子热敏电阻材料。
在本实施例中，所述石墨烯为石墨烯类纳米材料，所述石墨烯类纳米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯类纳米材料为以可再生资源碳化制备的活性碳通过改进型Hummers法及可逆加成-断裂链转移聚合方法合成的。
在本实施例中，所述结晶型高分子聚合物为选自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
在本实施例中，所述非导电填料为选自二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、碳化硅、氮化硅、 硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。
本实施例中，所采用的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、抗氧化剂CA中的任一种或多种的混合。
实施例3
本发明公开了一种PTC高分子热敏电阻材料，包含以下重量份的组分： 40重量的份的结晶型高分子聚合物；3重量份的石墨烯；41.3重量份的碳黑；15重量份的非导电填料，0.7重量份的抗氧化剂。
将上述比例的各成分进行混合，得到混合物；然后将所述混合物进行挤出造粒，以便得到粒料； 将所述粒料进行热压复合即可得到所述PTC高分子热敏电阻材料。
在本实施例中，所述石墨烯为石墨烯类纳米材料，所述石墨烯类纳米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯类纳米材料为以可再生资源碳化制备的活性碳通过改进型Hummers法及可逆加成-断裂链转移聚合方法合成的。
在本实施例中，所述结晶型高分子聚合物为选自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
在本实施例中，所述非导电填料为选自二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、碳化硅、氮化硅、 硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。
本实施例中，所采用的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、抗氧化剂CA中的任一种或多种的混合。
实施例4
本发明公开了一种PTC高分子热敏电阻材料，包含以下重量份的组分： 45重量的份的结晶型高分子聚合物；4重量份的石墨烯；35重量份的碳黑；15重量份的非导电填料，1重量份的抗氧化剂。
将上述比例的各成分进行混合，得到混合物；然后将所述混合物进行挤出造粒，以便得到粒料； 将所述粒料进行热压复合即可得到所述PTC高分子热敏电阻材料。
在本实施例中，所述石墨烯为石墨烯类纳米材料，所述石墨烯类纳米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯类纳米材料为以可再生资源碳化制备的活性碳通过改进型Hummers法及可逆加成-断裂链转移聚合方法合成的。
在本实施例中，所述结晶型高分子聚合物为选自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
在本实施例中，所述非导电填料为选自二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、碳化硅、氮化硅、 硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。
本实施例中，所采用的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、抗氧化剂CA中的任一种或多种的混合。
实施例5
本发明公开了一种PTC高分子热敏电阻材料，包含以下重量份的组分： 46.5重量的份的结晶型高分子聚合物； 3.5重量份的石墨烯；37重量份的碳黑；12重量份的非导电填料，1重量份的抗氧化剂。
将上述比例的各成分进行混合，得到混合物；然后将所述混合物进行挤出造粒，以便得到粒料； 将所述粒料进行热压复合即可得到所述PTC高分子热敏电阻材料。
在本实施例中，所述石墨烯为石墨烯类纳米材料，所述石墨烯类纳米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。所述石墨烯类纳米材料为以可再生资源碳化制备的活性碳通过改进型Hummers法及可逆加成-断裂链转移聚合方法合成的。
在本实施例中，所述结晶型高分子聚合物为选自 高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
在本实施例中，所述非导电填料为选自二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、碳化硅、氮化硅、 硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。
本实施例中，所采用的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、抗氧化剂CA中的任一种或多种的混合。
为了验证本发明所述PTC高分子热敏电阻材料用在热敏电阻的性能，分别把实施例1～5采用四探针法进行室温内阻测试和动作1000次后的室温内阻进行测试。与此同时，作为对比，把市售的包含炭黑和镍粉类型的PTC高分子热敏电阻材料也采用相同的方法制作为热敏电阻作为对比例对比，也采用同一仪器采用四探针法在同样的条件下进行相同项目的性能测试。从测试结果来看实施例1～5制备的样品的室温内阻显著低于对比例的样品，说明含有石墨烯的PTC高分子热敏电阻材料制备所得的热敏电阻具有较低的内阻；而耐氧化 性能显著优于现有的包含炭黑和镍粉的样品。而且，通过采用少量的石墨烯即可代替炭黑和镍粉，有效减少原材料的种类和用量，显著降低了生产的成本。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书所述和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种PTC高分子热敏电阻材料，其特征在于包含以下重量份的组分： 30～50重量份的结晶型高分子聚合物；1～5重量份的石墨烯，10～30重量份的碳黑；10～30重量份的非导电填料，0.5～1重量份的抗氧化剂。
2.根据权利要求1所述的PTC高分子热敏电阻材料，其特征在于：所述PTC高分子热敏电阻材料包含： 35～45重量的份的结晶型高分子聚合物；2～4重量份的石墨烯；15～25重量份的非导电填料，0.7～0.9重量份的抗氧化剂。
3.根据权利要求2所述的PTC高分子热敏电阻材料，其特征在于：所述碳黑和石墨烯混合为导电填料。
4.根据权利要求2所述的PTC高分子热敏电阻材料，其特征在于：所述石墨烯为石墨烯类纳米材料，所述石墨烯类纳米材料包括氧化石墨烯、石墨烯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚甲基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求4所述的PTC高分子热敏电阻材料，其特征在于：所述石墨烯类纳米材料为以可再生资源碳化制备的活性碳通过改进型Hummers法及可逆加成-断裂链转移聚合方法合成的。
6.根据权利要求2所述PTC高分子热敏电阻材料，其特征在于：所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂1076、抗氧化剂CA中的任一种或多种的混合。
7.根据权利要求2所述PTC高分子热敏电阻材料，其特征在于：所述结晶型高分子聚合物为选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯（PP)、聚偏氟乙烯、聚偏氯乙烯、聚环氧乙烷、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的PTC高分子热敏电阻材料，其特征在于：所述非导电填料为选自二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、氧化铁、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铝、碳化硅、氮化硅、 硫酸钡、碳酸钙中的至少一种。
9.一种制备权利要求1～8所述的PTC高分子热敏电阻材料的方法，其特征在于其步骤包括：将预定比例的结晶型高分子聚合物、石墨烯、碳黑、非导电填料以及抗氧化剂进行混合，得到混合物；然后将所述混合物进行挤出造粒，以便得到粒料； 将所述粒料进行热压复合即可得到所述PTC高分子热敏电阻材料。
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