具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(dǎo)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(tài)硫化膠導(dǎo)電彈性體。
【專利說明】具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient, PTC)效應(yīng)是當導(dǎo)電復(fù)合材料的溫度升高到的某一特定轉(zhuǎn)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(nèi)發(fā)生5-10個數(shù)量級的突然增加，材料從導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體甚至是絕緣體的過程。具有PTC效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)自控溫加熱電纜、溫度傳感器、限流器和微型開關(guān)等產(chǎn)品。PTC效應(yīng)通常伴隨著一定程度的負溫度系數(shù)(Negative TemperatureCoefficient, NTC)效應(yīng)，這是與PTC效應(yīng)截然相反的過程，即隨著材料溫度達到熔點后繼續(xù)升高，其電阻率下降的現(xiàn)象。伴隨著PTC效應(yīng)出現(xiàn)的NTC效應(yīng)是PTC材料在應(yīng)用中存在的一大缺陷，在科學(xué)研究與實際應(yīng)用中都在盡量減弱甚至消除其強度。
[0003]一般而言，導(dǎo)電粒子的加入會大幅降低材料的力學(xué)性能，尤其是韌性與延展性，這在實際應(yīng)用中很大程度上限制了具有PTC效應(yīng)的導(dǎo)電復(fù)合材料的應(yīng)用。為此具有PTC效應(yīng)且兼具良好回彈性與強度的導(dǎo)電復(fù)合材料具有重要的潛在應(yīng)用價值。熱塑性硫化膠(TPV)，作為一種加工工藝和工程應(yīng)用最成熟的彈性體，不僅具有優(yōu)良的類橡膠的回彈性，同時具有可重復(fù)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(yīng)用受到研究者的持續(xù)關(guān)注。炭黑(CB)作為一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高且成本較低的導(dǎo)電粒子廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于其具有一定的比表面積，構(gòu)建的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，導(dǎo)電效率高等優(yōu)點被作為廣泛的導(dǎo)電填料，而CB填充TPV導(dǎo)電復(fù)合材料是否可以作為一種新型的具有PTC效應(yīng)的兼具平衡的力學(xué)與導(dǎo)電性能的功能材料至今未見報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體，本發(fā)明的有益效果是具有穩(wěn)定的正溫度系數(shù)效應(yīng)的同時，兼具平衡的回彈性與力學(xué)強度。其制備工藝簡單，易操作，成本低。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是提供具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體的制備方法；
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是各組成成分質(zhì)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(dǎo)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(zhì)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(fù)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(dǎo)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(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(dǎo)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(tài)硫化膠導(dǎo)電彈性體。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0015]具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(zhì)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(dǎo)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(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(tài)硫化膠導(dǎo)電彈性體。
[0022]本發(fā)明具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體在多次熱循環(huán)過程中，其具有較窄的開關(guān)溫度，較高的正溫度系數(shù)效應(yīng)和幾乎沒有負溫度系數(shù)效應(yīng)。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(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體，同時，兼具了平衡的回彈性與力學(xué)強度。其制備工藝簡單，易操作，成本低。
[0023]本發(fā)明還具有以下優(yōu)點:
[0024](I)在多次熱循環(huán)過程中，本發(fā)明的導(dǎo)電彈性體具有較窄的開關(guān)溫度，較高的正溫度系數(shù)效應(yīng)和幾乎沒有負溫度系數(shù)效應(yīng)；同時在室溫下，對電阻具有良好的記憶效應(yīng)。
[0025](2)本導(dǎo)電復(fù)合材料具有穩(wěn)定的正溫度系數(shù)效應(yīng)的同時，兼具平衡的回彈性與力學(xué)強度。
[0026](3)本發(fā)明的導(dǎo)電彈性體可以采用密煉機加工亦可采用擠出設(shè)備加工。加工設(shè)備簡單、操作簡單，可廣泛應(yīng)用于電子開關(guān)與自控溫發(fā)熱材料等領(lǐng)域。
[0027]下面列舉具體實施例和實驗對比結(jié)果對本發(fā)明進行說明:
[0028]實施例一:
[0029]聚合物基導(dǎo)電彈性體，其組成成分為83wt %的熱塑性硫化膠(其PP與EPDM的質(zhì)量比為50:50)，L9wt%的硫化劑，0.lwt%的抗氧劑和15wt%的導(dǎo)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(zhuǎn)矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產(chǎn))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(tài)硫化膠導(dǎo)電彈性體。
[0031]實施例二:
[0032]聚合物基導(dǎo)電彈性體，其組成成分為73wt %的熱塑性硫化膠(其PP與EPDM的質(zhì)量比為50:50)，1.9wt%的硫化劑，0.1wt%的抗氧劑和25wt%的導(dǎo)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(zhuǎn)矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產(chǎn))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(tài)硫化膠導(dǎo)電彈性體。
[0034]實施例三:
[0035]聚合物基導(dǎo)電彈性體，其組成成分為83wt %的熱塑性硫化膠(其PP與EPDM的質(zhì)量比為30:70)，L9wt%的硫化劑，0.lwt%的抗氧劑和15wt%的導(dǎo)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(zhuǎn)矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產(chǎn))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(tài)硫化膠導(dǎo)電彈性體。
[0037]實施例四:
[0038]聚合物基導(dǎo)電彈性體，其組成成分為73被％的熱塑性硫化膠(其PPEPDM的質(zhì)量比為30:70)，1.9被％的硫化劑，0.1wt %的抗氧劑和25wt%的導(dǎo)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(zhuǎn)矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產(chǎn))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(tài)硫化膠導(dǎo)電彈性體。
[0040]實驗對比例一:
[0041]聚合物基導(dǎo)電彈性體，其組成成分為79.9被％的熱塑性硫化膠(其PPEPDM的質(zhì)量比為50:50),0.lwt%的抗氧劑和20wt%的導(dǎo)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(zhuǎn)矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產(chǎn))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(tài)硫化膠導(dǎo)電彈性體。
[0043]實驗對比例二:
[0044]聚合物基導(dǎo)電彈性體，其組成成分為61.9wt %的熱塑性硫化膠(其PPEPDM的質(zhì)量比為50:50),0.lwt%的抗氧劑和38wt%的導(dǎo)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(zhuǎn)矩流變儀(XSS-300型，上海輕機模具廠生產(chǎn))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(tài)硫化膠導(dǎo)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(xù)進行5輪升降溫循環(huán)。用公式(I)計算試樣的體積電阻率P ( Ω.cm):

【權(quán)利要求】
1.具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體，其特征在于各組成成分質(zhì)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(dǎo)電炭黑(CB)，以上各成分總和為100wt%。
2.按照權(quán)利要求1所述具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(zhì)量比為30:70-50:50組成。
3.按照權(quán)利要求2所述具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(quán)利要求1所述具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(fù)配體系。
5.按照權(quán)利要求4所述具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(quán)利要求1所述具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(quán)利要求1所述具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)電彈性體，其特征在于:所述導(dǎo)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(quán)利要求1所述具有正溫度系數(shù)效應(yīng)的聚合物基導(dǎo)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(dǎo)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(tài)硫化膠導(dǎo)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(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】楊偉, 馬麗鳳, 包?，? 竇睿, 劉正英, 謝邦互, 楊鳴波 申請人:四川大學(xué)