线性NTC热敏高分子复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了线性NTC热敏高分子复合材料及其制备方法。本发明专利技术中，将氟橡胶、导电粒子及偶联剂按照一定质量组分配比，并在溶剂的作用下进行混合、溶解、搅拌分散及过滤，最终得到类似浆料的氟橡胶‑炭黑高分子复合材料；其中氟橡胶、导电粒子质量比为x：y＝0.5～0.95：0.05～0.5，偶联剂的量为氟橡胶和导电粒子总质量的0.01～0.5％。本发明专利技术具有制备成本低、加工工艺简单，同时所制得的复合材料具有稳定性好、阻‑温特性呈线性变化规律等优点，采用该材料制备的热敏元器件有望取代含Cd陶瓷热敏元器件在电子工业中的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于线性负温度系数(NTC)热敏高分子复合材料领域，特别是涉及R(电阻)及TCR(电阻温度系数)变化率小的线性NTC热敏高分子复合材料及其制备方法。
技术介绍
热敏元器件大都由热敏陶瓷材料、高分子复合材料制造而成，其工作原理是利用热敏陶瓷、热敏高分子复合材料的电阻率随温度变化。其中，热敏陶瓷材料大多是非线性NTC(NegativeTemperatureCoefficient)热敏材料，其电阻温度系数较大，一般是-2％～-6％/℃；而线性NTC陶瓷热敏材料的研究甚少，目前报道的线性NTC材料主要是含有铬的热敏材料。热敏高分子复合材料在NTC方面研究很少，目前主要是作为非线性PTC(PositiveTemperatureCoefficient)热敏材料使用。无论热敏陶瓷材料还是热敏高分子复合材料，都因其突出的特点，而被广泛应用于各种电子元器件及相关热敏设备中。在NTC热敏材料中，目前使用最多的是热敏陶瓷材料，而热敏高分子复合材料使用很少。但是，热敏陶瓷NTC的阻-温特性大部分都是呈非线性变化规律，在实际工程应用中，往往需要采用电路的串并联方式来对其进行线性化，使其充分发挥NTC效应；另外，线性NTC热敏电阻器在工程应用中，其TCR值和阻值也是必须考虑的因素，一般TCR值和阻值会出现随使用时间的增加而变大的现象，长期下来会导致热敏元器件的综合性能参数严重偏离设计值，这极大限制了NTC热敏材料在精密控温和测温等高端领域的应用。目前，相关科研人员在热敏陶瓷材料方面的研究已经取得了很大的成果，包括线性NTC热敏陶瓷材料的研究也有报道，但是线性NTC热敏陶瓷均含有Cd元素，对环境有害；而采用非线性NTC陶瓷材料添加氧化钌等导电材料，所制备的线性NTC热敏材料则存在线性度很差的问题。另外，在热敏高分子复合材料方面的研究目前主要集中在PTC热敏材料方面，还未见有关线性NTC热敏高分子复合材料的报道。因此，开发制备一种稳定的线性NTC热敏高分子复合材料具有非常重大的意义，可推动热敏元器件行业的向前发展。本专利技术正是在此背景下，经过相关研究及试验，开发了一种线性NTC热敏高分子复合材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的，在于提供一种线性NTC热敏高分子复合材料，本专利技术复合材料不含有Cd等对环境有害的元素，同时具有阻-温特性呈线性变化规律等优点。本专利技术的第二个目的，在于提供一种线性NTC热敏高分子复合材料的制备方法，本专利技术方法中，以对环境无污染的橡胶材料和导电颗粒为原料制备线性NTC热敏高分子复合材料，具有原料成本低而且环保，制备方法简易，所制得的复合材料阻-温特性线性变化规律等优点。一种线性NTC热敏高分子复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将氟橡胶以溶剂溶解后，加入偶联剂；或者在液体氟橡胶中加入偶联剂(2)在搅拌条件下向加入偶联剂后所得溶液中逐步加入导电粒子，继续搅拌至导电粒子均匀分散于氟橡胶溶液中，得到混合浆料；将所得混合浆料过滤，即得所述线性NTC热敏高分子复合材料。可选的，本专利技术中，所述导电粒子为导电炭黑、石墨或金属粉末(Ag粉、Al粉、Cu粉等)中的一种或几种的混合导电粒子。可选的，本专利技术中，所述氟橡胶/液体氟橡胶与导电粒子的质量克数比为：(0.5～0.95)：(0.05～0.5)。可选的，本专利技术中，所述氟橡胶/液体氟橡胶与导电粒子的质量克数比为：(0.75～0.9)：(0.10～0.25)。可选的，本专利技术中，所述溶剂为酯类溶剂。可选的，本专利技术中，所述酯类溶剂为柠檬酸三丁酯、乙酸丁酯、辛酸乙酯、乙酸乙酯中的一种或几种。可选的，本专利技术中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、锡偶联剂、磷酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种混合物。可选的，本专利技术中，所述偶联剂的用量为氟橡胶/液体氟橡胶和导电粒子总质量的0.01～0.5％。可选的，本专利技术中，所述方法还包括将所得线性NTC热敏高分子复合材料进一步固化的步骤。同时，本专利技术还提供了一种线性NTC热敏高分子复合材料，所述线性NTC热敏高分子复合材料是由本专利技术所述方法制备得到的。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术中，采用(1-x)氟橡胶、x导电粒子(x：0.05～0.5)的原料比例，制备线性NTC热敏高分子复合材料；同时，本专利技术中还可以通过改变x的数值，从而有效调控体系的R值和TCR值。同时，本专利技术提供的复合材料与现有的线性NTC热敏陶瓷材料相比，其阻-温特性曲线线性度要好，同时不含Cd等环境有害元素。因此，采用该材料制备的热敏元器件具有稳定性好、阻-温特性线性变化等优点，对高性能热敏元器件的工业化生产具有重要实用价值。附图说明图1为本专利技术的制备流程图；图2为本专利技术所制备的线性NTC热敏高分子复合材料浆料图；图3为本专利技术实施例1线性NTC热敏高分子复合材料阻-温特性变化图；图4为本专利技术实施例2线性NTC热敏高分子复合材料阻-温特性变化图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。对于线性NTC热敏材料来讲，R值与TCR值属于最重要的两个参数，本专利技术制备的热敏高分子复合材料TCR值变化不大，性能稳定。本专利技术中，首先，按照质量比氟橡胶x和导电粒子y称量两种原料，并保证x+y＝1；同时，在称量过程中，可以通过改变x的数值(即调整原料中导电粒子的含量)，从而有效调控所制得复合材料的R值和TCR值；其中，所述导电粒子的粒径为纳米、微米或者毫米级；进一步的，本专利技术中，以x值0.75～0.9，y值0.10～0.25制备的线性NTC热敏高分子复合材料性能更优，不仅具有良好的稳定性，同时，在老化处理后，R与TCR的变化率均小于3％，阻-温特性呈线性变化规律；然后，采用熔融的方法进行复合材料的制备，具体的：选择合适的溶剂溶解氟橡胶(或者直接选用液态氟橡胶)，并按照配比添加偶联剂，然后在搅拌的条件下逐渐加入导电粒子，物料加完之后搅拌5～8个小时，直到导电粒子完全均匀分散在溶液之中为止；其中，所述导电粒子可以为导电炭黑、石墨或金属粉末，所述金属粉末可以为，但不限于Ag粉、Al粉、Cu粉等。最后，将所得浆料过滤，即得本专利技术线性NTC热敏高分子复合材料。同时，本专利技术所制得的线性NTC热敏高分子复合材料的表征方法为：测试复合材料的R与TCR值在老化后的变化率；具体的老化处理条件为：将附有铜箔的复合材料样品在150℃下保温50小时。由于本专利技术所制得的线性NTC热敏高分子复合材料产品形态为浆料状或者膏状，因而在实际使用过程中，往往需要首先对复合材料进行固化；在固化过程中，还可以通过控制固化后材料形状大小，从而进一步调节固化后材料的阻值。具体的，可以将复合材料经过覆铜箔固化，然后使用；或者，也可以将所制得的复合材料直接作为浆料，印刷在陶瓷基板上固化，然后使用；其中，固化方法可以采用加热直接固化、紫外固化或者固化剂固化等多种方法，固化的温度可以控制在200～250℃。固化后的复合材料可以单独使用，并制备相应的NTCR热敏器件；或者作为其他具有线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线性NTC热敏高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将氟橡胶以溶剂溶解，并加入偶联剂；或者，在液体氟橡胶中加入偶联剂；(2)在搅拌条件下向加入偶联剂后所得溶液中，逐步加入导电粒子，继续搅拌至导电粒子均匀分散于氟橡胶溶液中，得到混合浆料；将所得混合浆料过滤，即得所述线性NTC热敏高分子复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种线性NTC热敏高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将氟橡胶以溶剂溶解，并加入偶联剂；或者，在液体氟橡胶中加入偶联剂；(2)在搅拌条件下向加入偶联剂后所得溶液中，逐步加入导电粒子，继续搅拌至导电粒子均匀分散于氟橡胶溶液中，得到混合浆料；将所得混合浆料过滤，即得所述线性NTC热敏高分子复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电粒子为导电炭黑、石墨或金属粉末中的一种或几种的混合导电粒子。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氟橡胶/液体氟橡胶与导电粒子的质量克数比为：(0.50～0.95)：(0.05～0.50)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氟橡胶/液体氟橡胶与导电粒子的质量克数比为：(0.75～0....

【专利技术属性】
技术研发人员：杨康，庞锦标，应建，郭海明，刘婷，韩玉成，徐敏，刘艳，
申请(专利权)人：中国振华集团云科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52