具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體及其制作方法，各組成成分及含量為：70-92wt％的熱塑性硫化膠，0.1～5wt％的硫化劑，0.1～0.5wt％的抗氧劑和8-30wt％的導電炭黑(CB)，以上各成分總和為100wt％。準備好各原料，將PP，EPDM與抗氧劑1010加入密煉機中，在70rpm，200℃條件下混煉3min后，加入硫化劑混煉5min，最后加入CB粒子混煉10min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
【專利說明】具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于高分子材料【技術領域】，涉及具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體及其制備方法。

【背景技術】
[0002]正溫度系數(Positive Temperature Coefficient, PTC)效應是當導電復合材料的溫度升高到的某一特定轉變溫度附近時，其電阻率會在幾度或者十幾度的狹窄溫度范圍內發生5-10個數量級的突然增加，材料從導體轉變為半導體甚至是絕緣體的過程。具有PTC效應的聚合物基導電復合材料被廣泛應用于生產自控溫加熱電纜、溫度傳感器、限流器和微型開關等產品。PTC效應通常伴隨著一定程度的負溫度系數(Negative TemperatureCoefficient, NTC)效應，這是與PTC效應截然相反的過程，即隨著材料溫度達到熔點后繼續升高，其電阻率下降的現象。伴隨著PTC效應出現的NTC效應是PTC材料在應用中存在的一大缺陷，在科學研究與實際應用中都在盡量減弱甚至消除其強度。
[0003]一般而言，導電粒子的加入會大幅降低材料的力學性能，尤其是韌性與延展性，這在實際應用中很大程度上限制了具有PTC效應的導電復合材料的應用。為此具有PTC效應且兼具良好回彈性與強度的導電復合材料具有重要的潛在應用價值。熱塑性硫化膠(TPV)，作為一種加工工藝和工程應用最成熟的彈性體，不僅具有優良的類橡膠的回彈性，同時具有可重復加工的良好使用前景。近年來，通過引入第三組分的方式拓寬TPV的應用受到研究者的持續關注。炭黑(CB)作為一種結構穩定性較高且成本較低的導電粒子廣泛應用于工業領域，由于其具有一定的比表面積，構建的導電網絡穩定，導電效率高等優點被作為廣泛的導電填料，而CB填充TPV導電復合材料是否可以作為一種新型的具有PTC效應的兼具平衡的力學與導電性能的功能材料至今未見報道。


【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，本發明的有益效果是具有穩定的正溫度系數效應的同時，兼具平衡的回彈性與力學強度。其制備工藝簡單，易操作，成本低。
[0005]本發明的另一個目的是提供具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體的制備方法；
[0006]本發明所采用的技術方案是各組成成分質量百分比為:70-92wt%的熱塑性硫化膠,0.1~5界1:%的硫化劑,0.1~0.5wt%的抗氧劑和8-30wt%的導電炭黑(CB),以上各成分總和為10wt%。
[0007]進一步，所述熱塑性硫化膠由聚丙烯(PP)與三元乙丙橡膠(EPDM)按照質量比為30:70-50:50 組成。
[0008]進一步，所述三元乙丙橡膠，其乙烯含量為40-75，第三單體為乙叉降冰片烯ENB，其含量為2-10。
[0009]進一步，所述硫化劑為酚醛樹脂、有機過氧化物或其復配體系。
[0010]進一步，所述有機過氧化物為過氧化二異丙苯(DCP)或正丁基_4，5-雙(叔丁基過氧化)戊酸酯。
[0011]進一步，所述抗氧劑為四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，即抗氧劑1010。
[0012]進一步，所述導電炭黑的粒徑為25-35nm，比表面積為50_250m2/g，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值 100-180mL/100g。
[0013]制作具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體的方法:準備70-92wt%的熱塑性硫化膠，0.1~5界1:%的硫化劑,0.1~0.5wt%的抗氧劑和8-30wt%的導電炭黑(CB),以上各成分總和為10wtEPDM與抗氧劑1010加入密煉機中，在70rpm，200°C條件下混煉3min后，加入硫化劑混煉5min，最后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。

【具體實施方式】
[0014]下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0015]具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，其特征在于組成成分為70-92wt%的熱塑性硫化膠(其組分聚丙烯(PP)與三元乙丙橡膠(EPDM)的質量比為30:70-50:50)，
0.1~玨^^^的硫化齊!],。.I~0.5wt%的抗氧劑和8-30wt%的導電炭黑(CB)組成，以上各成分總和為10wt%。
[0016]所述的聚丙烯為各種品級的聚丙烯；所述的三元乙丙橡膠，其乙烯含量為40-75，第三單體為乙叉降冰片烯ENB，其含量為2-10。
[0017]所述的硫化劑為酚醛樹脂、有機過氧化物或其復配體系；
[0018]所述的有機過氧化物為過氧化二異丙苯(DCP)或正丁基_4，5-雙(叔丁基過氧化)戍Ife酷；
[0019]所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑，四[β _(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，即抗氧劑1010。
[0020]所述的導電炭黑的粒徑為25-35nm，比表面積為50_250m2/g，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值 100-180mL/100g。
[0021]制備方法,準備70-92wt%的熱塑性硫化膠,0.1~5wt%的硫化劑, 0.1~0.5wt%的抗氧劑和8-30wt%的導電炭黑(CB)，以上各成分總和為10wt % ;將PP，EPDM與抗氧劑1010加入密煉機中，在70rpm，200°C條件下混煉3min后，隨后加入硫化劑混煉5min，最后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
[0022]本發明具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體在多次熱循環過程中，其具有較窄的開關溫度，較高的正溫度系數效應和幾乎沒有負溫度系數效應。同時，冷卻至室溫后其體積電阻率與原始電阻率相同或略高，是一種室溫下對電阻有記憶效應的聚合物基導電彈性體，同時，兼具了平衡的回彈性與力學強度。其制備工藝簡單，易操作，成本低。
[0023]本發明還具有以下優點:
[0024](I)在多次熱循環過程中，本發明的導電彈性體具有較窄的開關溫度，較高的正溫度系數效應和幾乎沒有負溫度系數效應；同時在室溫下，對電阻具有良好的記憶效應。
[0025](2)本導電復合材料具有穩定的正溫度系數效應的同時，兼具平衡的回彈性與力學強度。
[0026](3)本發明的導電彈性體可以采用密煉機加工亦可采用擠出設備加工。加工設備簡單、操作簡單，可廣泛應用于電子開關與自控溫發熱材料等領域。
[0027]下面列舉具體實施例和實驗對比結果對本發明進行說明:
[0028]實施例一:
[0029]聚合物基導電彈性體，其組成成分為83wt %的熱塑性硫化膠(其PP與EPDM的質量比為50:50)，L9wt%的硫化劑，0.lwt%的抗氧劑和15wt%的導電炭黑(CB)組成，以上各成分總和為10wt%。
[0030]將PP，EPDM與抗氧劑1010按比例簡單混合，加入轉矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產)中，在70rpm, 200 °C條件下混煉3min后，隨后加入硫化劑混煉5min,最后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
[0031]實施例二:
[0032]聚合物基導電彈性體，其組成成分為73wt %的熱塑性硫化膠(其PP與EPDM的質量比為50:50)，1.9wt%的硫化劑，0.1wt%的抗氧劑和25wt%的導電炭黑(CB)組成，以上各成分總和為10wt%。
[0033]將PP，EPDM與抗氧劑1010按比例簡單混合，加入轉矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產)中，在70rpm, 200 °C條件下混煉3min后，隨后加入硫化劑混煉5min,最后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
[0034]實施例三:
[0035]聚合物基導電彈性體，其組成成分為83wt %的熱塑性硫化膠(其PP與EPDM的質量比為30:70)，L9wt%的硫化劑，0.lwt%的抗氧劑和15wt%的導電炭黑(CB)組成，以上各成分總和為10wt%。
[0036]將PP，EPDM與抗氧劑1010按比例簡單混合，加入轉矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產)中，在70rpm, 200 °C條件下混煉3min后，隨后加入硫化劑混煉5min,最后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
[0037]實施例四:
[0038]聚合物基導電彈性體，其組成成分為73被％的熱塑性硫化膠(其PPEPDM的質量比為30:70)，1.9被％的硫化劑，0.1wt %的抗氧劑和25wt%的導電炭黑(CB)組成，以上各成分總和為10wt%。
[0039]將PP，EPDM與抗氧劑1010按比例簡單混合，加入轉矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產)中，在70rpm, 200 °C條件下混煉3min后，隨后加入硫化劑混煉5min,最后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
[0040]實驗對比例一:
[0041]聚合物基導電彈性體，其組成成分為79.9被％的熱塑性硫化膠(其PPEPDM的質量比為50:50),0.lwt%的抗氧劑和20wt%的導電炭黑(CB)組成，以上各成分總和為10wt % ο
[0042]將PP，EPDM與抗氧劑1010按比例簡單混合，加入轉矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產)中，在70rpm，200°C條件下混煉8min，隨后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
[0043]實驗對比例二:
[0044]聚合物基導電彈性體，其組成成分為61.9wt %的熱塑性硫化膠(其PPEPDM的質量比為50:50),0.lwt%的抗氧劑和38wt%的導電炭黑(CB)組成，以上各成分總和為10wt %。
[0045]將EPDM與抗氧劑1010簡單混合，加入轉矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產)中，在70rpm，200°C條件下混煉8min，最后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
[0046]所有實施例與對比例樣品的電性能按如下方法進行測試:
[0047]把樣片裁剪成3cmX lcmX0.2cm的試樣。將試樣置于硅油中，由高精度程序控溫儀進行程序控溫，由電阻計實時記錄電阻值，獲得試樣電阻-溫度曲線。升溫和降溫速率均為5°C /min，連續進行5輪升降溫循環。用公式(I)計算試樣的體積電阻率P ( Ω.cm):

【權利要求】
1.具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，其特征在于各組成成分質量百分比為:70-92wt %的熱塑性硫化膠,0.1~5wt %的硫化劑,0.1~0.5wt %的抗氧劑和8-30wt%的導電炭黑(CB)，以上各成分總和為100wt%。
2.按照權利要求1所述具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，其特征在于:所述熱塑性硫化膠由聚丙烯(PP)與三元乙丙橡膠(EPDM)按照質量比為30:70-50:50組成。
3.按照權利要求2所述具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，其特征在于:所述三元乙丙橡膠，其乙烯含量為40-75，第三單體為乙叉降冰片烯ENB，其含量為2-10。
4.按照權利要求1所述具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，其特征在于:所述硫化劑為酚醛樹脂、有機過氧化物或其復配體系。
5.按照權利要求4所述具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，其特征在于:所述有機過氧化物為過氧化二異丙苯(DCP)或正丁基-4，5-雙(叔丁基過氧化)戊酸酯。
6.按照權利要求1所述具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，其特征在于:所述抗氧劑為四[β _(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，即抗氧劑1010。
7.按照權利要求1所述具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體，其特征在于:所述導電炭黑的粒徑為25-35nm，比表面積為50_250m2/g，鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值100-180mL/100g。
8.制作權利要求1所述具有正溫度系數效應的聚合物基導電彈性體的方法，其特征在于:準備70-92wt%的 熱塑性硫化膠，0.1~5wt%的硫化劑，0.1~0.5wt%的抗氧劑和8-30wt%的導電炭黑(CB)，以上各成分總和為100wt% ； 將PP，EPDM與抗氧劑1010加入密煉機中，在70rpm，200°C條件下混煉3min后，加入硫化劑混煉5min，最后加入CB粒子混煉1min后取出，得到CB填充動態硫化膠導電彈性體。
【文檔編號】C08L23/16GK104130500SQ201410346093
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】楊偉, 馬麗鳳, 包睿瑩, 竇睿, 劉正英, 謝邦互, 楊鳴波 申請人:四川大學