一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，包括以下重量份的原料：石墨烯5‑7份、聚合物材料45‑55份、稀土混合物3‑7份、导电助料15‑25份、偶联剂3‑5份、金属氧化物填料6‑8份、丙烯酸树脂20‑30份、交联助剂3‑5份、增性助剂2‑4份。本发明专利技术的热敏电阻复合材料的起始电阻低、响应速度快，温度与电阻相关性优越，其可以在高温等恶劣环境下保持良好的稳定性和可靠性，使用寿命大大提高；同时本发明专利技术的制备方法，原料易得，成本低、工艺简明，具有较高的实用价值和良好的应用前景。

A high sensitive and high temperature resistant thermistor composite material and its preparation method

The invention discloses a high sensitive high temperature thermistor composite material, which comprises the following raw materials in weight portion: Shi Moxi 5 7 copies, 55 copies, 45 polymer materials of rare earth mixture of 3 7 copies, 25 copies of the 15 conductive material can, coupling agent 3 5 copies, 8 copies of 6 filler metal oxide 20, acrylic resin 30, crosslinking agent 3 5 copies, 4 copies of increase agent 2. The starting resistance of the thermistor composite material of the invention is low, fast response speed, temperature and resistance between superior, which can maintain good stability and reliability in the harsh environment, the service life is greatly improved; and the preparation method of the invention, easily available raw materials, low cost, simple process, high practical value and good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料及其制备方法
本专利技术涉及电阻材料
，具体涉及一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料及其制备方法。
技术介绍
具有正温度系数（PTC）的聚合物复合材料广泛应用于计算机及其外部设备、移动电话、电池组、远程通讯和网络装备、变压器、工业控制设备、汽车及其它电子产品中，起到过电流或过温保护的作用。PTC聚合物复合材料是电阻值随温度的升高而上升的一种热敏材料，即材料的电阻或者电阻率在某一定的温度范围内时基本保持不变或仅有微小量的变化，而当温度达到材料的某个特定的转变点温度附近时，材料的电阻率会在几度或十几度狭窄的温度范围内发生突变，电阻率迅速增大103～109数量级。借助于这种电阻率随温度的变化关系，该正温度系数复合材料可实现过电流或过温保护的目的。对于热敏电阻复合材料，一般希望其具有尽可能低的室温电阻率、尽可能高的PTC强度以及足够的稳定性。目前，国内外研究和应用较为广泛的具有正温度系数(PTC)特性导电复合材料是炭黑填充的复合材料和金属颗粒为导电填料的复合材料。炭黑填充的PTC聚合物复合材料具有在较大范围内可调的导电性能，易于成型，成本低等特点；但存在的问题是室温电阻率偏高，PTC效应稳定性差，致使PTC强度及输出功率衰减过快，保护后漏电流大等。而金属颗粒为导电填料的PTC聚合物复合材料，由于金属颗粒在PTC升温相变过程中始终是刚性颗粒，不发生相变，从而导致继续升温过程中出现较严重的负温度电阻效应(NTC)；NTC现象的出现不仅使PTC材料的电性能发生不可逆的变化，而且在材料的使用过程中会因材料温度过高而失效，甚至起火燃烧。因此，如何能有效构筑导电网络，保持较低的室温电阻率，并在稳定性和PTC强度方面也具备良好性能，对热敏电阻材料的实际应用意义重大。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，该热敏电阻复合材料的起始电阻低、响应速度快，温度与电阻相关性优越，其可以在高温等恶劣环境下保持良好的稳定性和可靠性，使用寿命大大提高；同时本专利技术的制备方法，原料易得，成本低、工艺简明，具有较高的实用价值和良好的应用前景。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术提供了一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，包括以下重量份的原料：石墨烯5-7份、聚合物材料45-55份、稀土混合物3-7份、导电助料15-25份、偶联剂3-5份、金属氧化物填料6-8份、丙烯酸树脂20-30份、交联助剂3-5份、增性助剂2-4份。优选地，所述高灵敏耐高温热敏电阻复合材料包括以下重量份的原料：石墨烯6份、聚合物材料50份、稀土混合物5份、导电助料20份、偶联剂4份、金属氧化物填料7份、丙烯酸树脂25份、交联助剂4份、增性助剂3份。优选地，所述石墨烯为双层石墨烯；所述聚合物材料为聚偏氟乙烯和马来酸酐接枝改性的聚偏氟乙烯按照重量比6:1组成的混合物，所述马来酸酐接枝改性的聚偏氟乙烯的接枝率为1.3％。优选地，所述稀土混合物为包含镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕的氧化物的混合物。优选地，所述导电助料包括以下重量份的原料：碳纤维5-7份、炭黑3-5份、导电陶瓷粉末1-3份、多壁碳纳米管2-4份。优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种。优选地，所述金属氧化物填料为氧化锌、三氧化二钛、氧化铝按照重量比3:1:2组成的混合物。优选地，所述交联助剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；所述增性助剂为抗氧剂和润滑剂按照重量比1:2组成的混合物，所述抗氧剂为酚类或胺类抗氧剂，所述润滑剂为硬质酸锌和硬质酸钙按照重量比2:3组成的混合物。本专利技术还提供一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，按要求称量准备各组分原料；步骤二，将偶联剂、稀土混合物、导电助料、金属氧化物填料加入高速混料机中，在搅拌转速为300-400r/min下，搅拌20-30分钟，得到混合物A；步骤三，将聚合物材料、丙烯酸树脂加入密炼机中，在温度为165-175℃、转速为100-160r/min下，搅拌混合8-12分钟；再加入交联助剂、增性助剂，继续混合7-9分钟，再加入步骤二制备的混合物A、石墨烯，将温度升高到175-185℃、转速升高到400-500r/min，继续搅拌30-40分钟，得到混合物B；步骤四，将混合物B物加入到模具中，置于平板压制机中，在温度为165-175℃下预加热10-12min，然后在压力为12-14MPa下热压8-12min，冷却至室温后取出，制得1-3mm厚的复合材料，再将制备的复合材料放入真空恒温箱进行热处理，在温度135-145℃下恒温10-16h，然后冷却至室温得到本专利技术的高灵敏耐高温热敏电阻复合材料。优选地，所述高灵敏耐高温热敏电阻复合材料的制备步骤为：步骤一，按要求称量准备各组分原料；步骤二，将偶联剂、稀土混合物、导电助料、金属氧化物填料加入高速混料机中，在搅拌转速为350r/min下，搅拌25分钟，得到混合物A；步骤三，将聚合物材料、丙烯酸树脂加入密炼机中，在温度为170℃、转速为130r/min下，搅拌混合10分钟；再加入交联助剂、增性助剂，继续混合8分钟，再加入步骤二制备的混合物A、石墨烯，将温度升高到180℃、转速升高到450r/min，继续搅拌35分钟，得到混合物B；步骤四，将混合物B物加入到模具中，置于平板压制机中，在温度为170℃下预加热11min，然后在压力为13MPa下热压10min，冷却至室温后取出，制得2mm厚的复合材料，再将制备的复合材料放入真空恒温箱进行热处理，在温度140℃下恒温13h，然后冷却至室温得到本专利技术的高灵敏耐高温热敏电阻复合材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：（1）本专利技术的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料以导电助料和金属氧化物填料作为主要导电基体，其中导电助料主要为碳纤维、炭黑、导电陶瓷粉末、多壁碳纳米管，金属氧化物填料主要为氧化锌、三氧化二钛、氧化铝，导电陶瓷粉末配合氧化锌、三氧化二钛、氧化铝，具有加强耐流、耐压和提高电阻变化稳定性的作用，碳纤维和多壁碳纳米管具有改善导电网络和导电性能的作用，同时能够使得材料的重聚移动性减小，从而大大提高材料的稳定性和可靠性。（2）本专利技术的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料添加的石墨烯，具有较大的径厚比，并且石墨烯具有很大的比表面积，这些优良性能增大了石墨烯在复合材料基体中彼此连接的几率以及形成有效导通电路的概率。特别是石墨烯的片层结构使得其不易互相缠结，当温度达到PTC转变温度时，导电网络更易断开，因此大大提高热敏电阻复合材料的温度灵敏度。（3）本专利技术的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料以聚合物材料和丙烯酸树脂作为支撑材料，通过交联反应，提高了产品的耐高温特性和加工性能，其次又提高了产品的耐压等级，使产品的可靠性增强。（4）本专利技术的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料添加的稀土混合物可以有效提高复合材料的耐高温性能，大大增强其高温下的可靠性。（5）本专利技术的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料的起始电阻低、响应速度快，温度与电阻相关性优越，其可以在高温等恶劣环境下保持良好的稳定性和可靠性，使用寿命大大提高；同时本专利技术的制备方法，原料易得，成本低、工艺简明，具有较高的实用价值和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：石墨烯5‑7份、聚合物材料45‑55份、稀土混合物3‑7份、导电助料15‑25份、偶联剂3‑5份、金属氧化物填料6‑8份、丙烯酸树脂20‑30份、交联助剂3‑5份、增性助剂2‑4份。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：石墨烯5-7份、聚合物材料45-55份、稀土混合物3-7份、导电助料15-25份、偶联剂3-5份、金属氧化物填料6-8份、丙烯酸树脂20-30份、交联助剂3-5份、增性助剂2-4份。2.根据权利要求1所述的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，所述高灵敏耐高温热敏电阻复合材料包括以下重量份的原料：石墨烯6份、聚合物材料50份、稀土混合物5份、导电助料20份、偶联剂4份、金属氧化物填料7份、丙烯酸树脂25份、交联助剂4份、增性助剂3份。3.根据权利要求1或2所述的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，所述石墨烯为双层石墨烯；所述聚合物材料为聚偏氟乙烯和马来酸酐接枝改性的聚偏氟乙烯按照重量比6:1组成的混合物，所述马来酸酐接枝改性的聚偏氟乙烯的接枝率为1.3％。4.根据权利要求1或2所述的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，所述稀土混合物为包含镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕的氧化物的混合物。5.根据权利要求1或2所述的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，所述导电助料包括以下重量份的原料：碳纤维5-7份、炭黑3-5份、导电陶瓷粉末1-3份、多壁碳纳米管2-4份。6.根据权利要求1或2所述的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种。7.根据权利要求1或2所述的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，所述金属氧化物填料为氧化锌、三氧化二钛、氧化铝按照重量比3:1:2组成的混合物。8.根据权利要求1或2所述的一种高灵敏耐高温热敏电阻复合材料，其特征在于，所述交联助剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；所述增性助剂为抗氧剂和润滑剂按照重量比1:2组成的混合物，所述抗氧剂为酚类或胺类抗氧剂，所述润滑剂为硬质酸锌和硬质酸钙按照重量比2:3组成的混合物。9.一种制备如权利要求1或2所述的高灵敏耐高温热敏电阻复合材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令翠，
申请(专利权)人：合肥欧仕嘉机电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34