炭黑填充聚偏氟乙烯ptc複合材料的合成方法

2023-05-07 10:55:21 1

炭黑填充聚偏氟乙烯ptc複合材料的合成方法
【專利摘要】炭黑填充聚偏氟乙烯正電阻溫度係數(PTC)複合材料的合成方法，包含以下步驟：步驟一：將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、炭黑置於高混器中幹混均勻；步驟二：在密煉機中塑化步驟一所形成的混合物；步驟三：出料、下片、切粒；步驟四：片材在平板硫化機上壓製成型。聚偏氟乙烯的加入可以減少炭黑的用量，降低逾滲閾值；通過改變聚偏氟乙烯／高密度聚乙烯配比可以減弱NTC效應的產生，輻射之後可以消除NTC效應，PTC穩定性增強。
【專利說明】炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及自限溫導電功能材料的製備方法，特別涉及一種炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法。
【背景技術】
[0002]近幾十年來，導電高分子複合材料的研究取得了重大進展。將炭黑或金屬等導電粒子分散在聚合物基體中形成的複合材料是一類重要的導電高分子材料。將導電粒子填充到聚合物基體中不僅可以提高複合材料的導電性，而且可以在很寬的溫度範圍(室溫到基體材料的熔化溫度)提高電阻值。高分子PTC材料在電流限流器、電磁波屏蔽、自控溫加熱及高溫保護等方面具有廣闊的應用前景，是一種很有發展前途的新型功能材料。
[0003]在實際使用過程中，高分子導電功能複合材料PTC行為的穩定性較差。通常採用基體交聯、導電粒子表面處理、複合物熱處理等手段來改善PTC行為的穩定性。但這些方法對PTC效應的穩定作用均是相對的，而不是絕對的。輻射交聯聚乙烯/炭黑能消除NTC效應，延長PTC材料使用壽命和耐溫等級，但仍不能滿足高溫下的器件要求。以聚氟乙烯作為基體可以獲得優質PTC材料，但氟材料價格昂貴，加工困難。

【發明內容】

[0004]針對上述現有技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，加入聚偏氟乙烯通過對高密度聚乙烯進行共混來改善基體與炭黑的親和力以抑制炭黑的附聚機率，從而增加PTC複合材料的PTC強度並提高其穩定性。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明採用的技術方案如下:
[0006]炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，包含以下步驟:
[0007]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、炭黑置於高混器中幹混均勻；
[0008]步驟二:在密煉機中塑化步驟一所形成的混合物；
[0009]步驟三:出料、下片、切粒；
[0010]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型。
[0011]進一步地，所述步驟二中密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘。
[0012]進一步地，所述步驟四中壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0013]進一步地，所述炭黑為乙炔炭黑。
[0014]進一步地,所述步驟一中高密度聚乙烯與所述聚偏氟乙烯的質量比為1:1~4:1,高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與所述乙炔炭黑的質量比為100:2~100:20o
[0015]進一步地，所述高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和乙炔炭黑的質量比為80:20:18，利用電子加速器輻照高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料，輻照劑量為150千戈瑞，循環次數I~5次。
[0016]進一步地，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物和所述乙炔炭黑的質量比為100:24，利用電子加速器輻照高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料，輻照劑量為150千戈瑞。
[0017]進一步地，對高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料進行熱處理，熱處理溫度為80°C，熱處理時間為O~36小時。
[0018]本發明提供的炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，聚偏氟乙烯的加入可以減少炭黑的用量，降低逾滲閾值；通過改變聚偏氟乙烯/高密度聚乙烯配比可以減弱NTC效應的產生，電子加速器輻射之後可以消除NTC效應，PTC穩定性增強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法示意圖。
[0020]圖2是高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯質量比不同時，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率與乙炔炭黑質量分數關係的對比圖。
[0021]圖3是高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯質量比不同時，乙炔炭黑在高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料中分布的SEM圖。
[0022]圖4是高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯質量比不同時，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的電阻與溫度關係的對比圖。
[0023]圖5是高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料經電子加速器不同循環輻照次數後的電阻與溫度關係的對比圖。
[0024]圖6是高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料經過不同熱處理時間和溫度的熱處理後的室溫電阻對比圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合實施例及附圖，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0026]本實施例提供炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，如圖1所示，包含以下步驟:
[0027]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、炭黑置於高混器中幹混均勻；
[0028]步驟二:在密煉機中塑化步驟一所形成的混合物；
[0029]步驟三:出料、下片、切粒；
[0030]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型。
[0031]以下以優選的實施例對本發明進行進一步說明。
[0032]實施例一:
[0033]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為4:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100:4 ；
[0034]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物， 密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0035]步驟三:出料、下片、切粒；[0036]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0037]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2a中所示。
[0038]實施例二:
[0039]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為4:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100: 18 ；
[0040]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0041]步驟三:出料、下片、切粒；
[0042]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0043]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2a中所示。
[0044]實施例三:
[0045]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟 乙烯的質量比為4:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙炔炭黑的質量比為100:20 ；
[0046]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0047]步驟三:出料、下片、切粒；
[0048]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0049]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2a中所示。
[0050]高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為4:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙炔炭黑的質量比為100:9U00:11,100:13,100:14、100:16時，製備方法與上述方法相同，此處不再描述，製備的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2a中所示。
[0051]實施例四:
[0052]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為3:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100:4 ；
[0053]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0054]步驟三:出料、下片、切粒；
[0055]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。[0056]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2b中所示
[0057]實施例五:
[0058]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為3:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100: 16 ；
[0059]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0060]步驟三:出料、下片、切粒；
[0061 ] 步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0062]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2b中所示。乙炔炭黑在高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料中分布的SEM圖如圖3a所示。
[0063]實施例六:
[0064]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為3:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100: 18 ；
[0065]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0066]步驟三:出料、下片、切粒；
[0067]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0068]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2b中所
/Jn ο
[0069]高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為3:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙炔炭黑的質量比為100:6U00:9U00 =IUlOO:13、100:14時，製備方法與上述方法相同，此處不再描述，製備的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2b中所示。
[0070]實施例七:
[0071]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為2:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100:2 ；
[0072]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0073]步驟三:出料、下片、切粒；
[0074]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C
[0075]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2c中所[0076]實施例八:[0077]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為2:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100: 12 ；[0078]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；[0079]步驟三:出料、下片、切粒；[0080]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C[0081]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2c中所示。乙炔炭黑在高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料中分布的SEM圖如圖3b所示。[0082]實施例九:[0083]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為2:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100: 16 ；[0084]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；[0085]步驟三:出料、下片、切粒；[0086]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C[0087]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2c中所[0088]高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為2:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙炔炭黑的質量比為100:4U00:6U00:8U00 =IOUOO:14時，製備方法與上述方法相同，此處不再描述，製備的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2c中所示。[0089]實施例十:[0090]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為1:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100:2 ；[0091]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；[0092]步驟三:出料、下片、切粒；[0093]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。[0094]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2d中所[0095]實施例^^一:
[0096]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為1:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100: 12 ；
[0097]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0098]步驟三:出料、下片、切粒；
[0099]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0100]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2d中所
/Jn ο
[0101]乙炔炭黑在高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料中分布的SEM圖如圖3c所示，
[0102]實施例十二:
[0103]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為1:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙塊炭黑的質量比為100: 16 ；
[0104]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0105]步驟三:出料、下片、切粒；
[0106]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0107]高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2d中所
/Jn ο
[0108]高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯的質量比為1:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與乙炔炭黑的質量比為100:4U00:6U00:8U00 =IOUOO:14時，製備方法與上述方法相同，此處不再描述，製備的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率在圖2d中所示。
[0109]實施例一至實施例十二中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻率與乙炔炭黑質量分數的關係曲線如圖2所示，隨著聚偏氟乙烯質量分數的增加，乙炔炭黑的臨界質量分數由18 phr (phr代表每IOOg或kg等質量單位)降低到12phr,即聚偏氟乙烯的加入可減少乙炔炭黑的用量，降低逾滲閾值。這是由於聚偏氟乙烯的熔融溫度明顯高於高密度聚乙烯，在200°C加工時，其熔體粘度也高於高密度聚乙烯，因而乙炔炭黑主要分布在高密度聚乙烯相及兩相界面；乙炔炭黑粒子在高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯中的不均勻分配造成了乙炔炭黑粒子局部濃縮，偏析現象明顯，有利於乙炔炭黑導電通路的形成，使乙炔炭黑的有效導電鏈密度增加。
[0110]圖3所示是乙炔炭黑在合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料中的分布的SEM圖，隨著聚偏氟乙烯含量的增加，乙炔炭黑聚集的情況明顯被消弱，有利於偏析現象的產生。[0111]實施例十三:
[0112]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和乙炔炭黑的質量比為80:20:18 ；
[0113]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0114]步驟三:出料、下片、切粒；
[0115]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0116]利用電子加速器對高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料進行輻照，輻照劑量為150千戈瑞，輻照循環次數I次。
[0117]實施例十四:
[0118]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和乙炔炭黑的質量比為80:20:18 ；
[0119]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0120]步驟三:出料、下片、切粒；
[0121]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0122]利用電子加速器對高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料進行輻照，輻照劑量為150千戈瑞，輻照循環次數5次。
[0123]實施例十五:
[0124]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物和乙炔炭黑的質量比為100:24 ；
[0125]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0126]步驟三:出料、下片、切粒；
[0127]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0128]利用電子加速器對高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料進行輻照，輻照劑量為150千戈瑞。
[0129]實施例十五對比例:
[0130]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物和乙炔炭黑的質量比為100:24 ；
[0131]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0132]步驟三:出料、下片、切粒；
[0133]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0134]實施例十六:[0135]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物和乙炔炭黑的質量比為100:24 ；
[0136]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0137]步驟三:出料、下片、切粒；
[0138]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0139]利用電子加速器對高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料進行輻照，輻照劑量為150千戈瑞。對輻照後的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料進行80°C的熱處理。
[0140]實施例十六對比例:
[0141]步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和炭黑置於高混器中幹混均勻，炭黑為乙炔炭黑，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物和乙炔炭黑的質量比為100:24 ；
[0142]步驟二:在密煉機中塑化步驟一中形成的混合物，密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘；
[0143]步驟三:出料、下片、切粒；
[0144]步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型，壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
[0145]對合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料進行80°C的熱處理。
[0146]性能測試:
[0147]1、測試實施例二、實施例五、實施例八和實施例1^一中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料在不同溫度下的電阻值，以評估其PTC強度和NTC效應。測試溫度範圍為 20°c~180°C，溫度點取為 20°c、30°c、50°c、7(rc、8(rc、9(rc、10(rc、IlO0C > 120。。、130。。、140。。、150。。、160°C、170。。和 180°C。各個溫度點對應的電阻值在圖 4中所示。圖4A為實施例二合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的電阻與溫度關係曲線。圖4B為實施例五合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的電阻與溫度關係曲線。圖4C為實施例八合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的電阻與溫度關係曲線。圖4D為實施例十一合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的電阻與溫度關係曲線。
[0148]參照圖4,根據計算式:PTC 強度=P max/Pci=Rmax/R。；NTC 強度=Pmax/P 140.。=Rmax /R14Or (忽略了升溫過程中體積變化)，隨著高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯質量比的變化，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的PTC強度基本沒有變化，開關溫度為160 V左右，NTC效應明顯減弱。這是由於高密度聚乙烯與聚偏氟乙烯不相容，體系仍存在兩個開關溫度造成。當溫度在130~140°C時，高密度聚乙烯相開始熔融，產生一定的PTC效應；當溫度在160~170°C時，聚偏氟乙烯相開始熔融，產生與之相應的PTC效應；兩個PTC效應相疊加使整個開關溫度範圍拓寬，曲線變得平緩。當溫度高於高密度聚乙烯的熔融溫度時，由於聚偏氟乙烯相的存在阻止了高密度聚乙烯相的自由擴散，限制了乙炔炭黑顆粒的活動能力，以致不能形成新的導電逾滲網絡，所以NTC效應減弱。[0149]2、測試實施例十三和實施例十四中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料在不同溫度下的電阻值，以評估其PTC強度。測試溫度範圍為20°C~180°c，溫度點取為 2(rc、3(rc、4(rc、5(rc、7(rc、8(rc、9(rc、io(rc、ii(rc、i2(rc、i3(rc、140°c、150°c、160°c、17(rc和180°C。各個溫度點對應的電阻值在圖5中所示。圖5a所示為實施例十三中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料循環輻照I次後的電阻與溫度關係圖。圖5b所示為實施例十四中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料循環輻照5次後的電阻與溫度關係圖。 [0150]參照圖5，PTC強度計算公式如上所述，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料經150千戈瑞Y-射線輻照後，穩定性增強，最大PTC強度幾乎不變。這是由於當劑量加大時，聚合物基體發生交聯反應或與聚集體表面的官能團之間發生反應，形成交聯網絡。使產品的工藝更有保障，不致於微小的變化就使產品性能波動很大。
[0151]3、對實施例十五和實施例十五對比例中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料分別進行O °C~150 0C的熱處理，熱處理溫度取O °C、100 0C、120 °C、135°C和150°C。熱處理後的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料對應的室溫電阻在圖6B中所示。圖6Bb為實施例十五中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻與熱處理溫度的關係曲線。圖6Ba為實施例十五對比例中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻與熱處理溫度的關係曲線。
[0152]4、對實施例十六和實施例十六對比例中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料分別進行O~36小時的熱處理，熱處理時間取0、4、8、12、24和36小時。熱處理後的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料對應的室溫電阻在圖6A中所示。圖6Ab為實施例十六中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻與熱處理時間的關係曲線。圖6Aa為實施例十六對比例中合成的高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的室溫電阻與熱處理時間的關係曲線。
[0153]參照圖6，經熱處理後，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料的電阻均明顯下降。雖然超過熔點後處理效果更明顯，但容易引起材料老化和材料變形。
[0154]以上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，其特徵在於，包含以下步驟: 步驟一:將高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、炭黑置於高混器中幹混均勻； 步驟二:在密煉機中塑化步驟一所形成的混合物； 步驟三:出料、下片、切粒； 步驟四:片材在平板硫化機上壓製成型。
2.根據權利要求1所述的炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，其特徵在於，所述步驟二中密煉溫度為200°C，塑化時間10分鐘。
3.根據權利要求2所述的炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，其特徵在於，所述步驟四中壓製成型的條件為，預熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200°C。
4.根據權利要求3所述的炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，其特徵在於，所述炭黑為乙塊炭黑。
5.根據權利要求4所述的炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，其特徵在於，所述步驟一中高密度聚乙烯與所述聚偏氟乙烯的質量比為1:1~4:1，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物與所述乙炔炭黑的質量比為100:2~100:20o
6.根據權利要求5所述的炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，其特徵在於，所述高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯和乙炔炭黑的質量比為80:20:18，利用電子加速器輻照高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料，輻照劑量為150千戈瑞，循環次數I~5次。
7.根據權利要求3所述的炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，其特徵在於，高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯共混物和所述乙炔炭黑的質量比為100:24，利用電子加速器輻照高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料，輻照劑量為150千戈瑞。
8.根據權利要求7所述的炭黑填充聚偏氟乙烯PTC複合材料的合成方法，其特徵在於，對高密度聚乙烯/聚偏氟乙烯/乙炔炭黑PTC複合材料進行熱處理，熱處理溫度為80°C，熱處理時間為O~36小時。
【文檔編號】C08J3/28GK103467831SQ201310456064
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】顧建忠, 吳明紅, 蔡建球 申請人:太倉金凱特種線纜有限公司