PTC功能橡胶

PTC(Positive Temperature Coefficient)是指一种具有正温度系数的阻抗材料,即它的电阻会随着温度的升高而增大。高分子复合型PTC材料是一种新兴的功能性导电高分子复合材料，是在结晶性聚合物中添加了导电成分，使其成为具有正温度系数的热敏电阻材料。在一定的转变温度下，其电阻迅速增加至某一极限值（可增大1.5～8个数量级）而发生（半）导体-绝缘体的相互转变，因此可用于制作自限加热器，过电流保护元件以及其他感温器件等。由于此类材料加工简单、成型容易、价格便宜，近期扩展应用于发热体制造、抗静电和电磁屏蔽等领域。

为了表征PTC效应，通常将电阻率ρ与温度T关系曲线上的电阻率突变峰值ρ_max与室温（25℃）电阻率ρ₂₅的比值（ρ_max/ρ₂₅）定义为PTC强度。有关PTC效应的机理的研究已取得相当成果,并产生了几种理论。

目前研究和应用较为热门的高分子PTC导电复合材料是炭黑填充聚稀烃类的复合材料。炭黑-聚烯烃PTC材料一般是按下述工艺流程制备的：

炭黑+聚烯烃   干燥   表面处理   混合   造粒/破碎    成型   后处理

二、影响材料PTC性能的因素

影响炭黑-聚烯烃材料的PTC性能的因素有很多，其性能分级等主要取决于炭黑在高分子聚合物基体中的分散程度、分布状态以及外部条件（氧化降角与交联、局部过程、电场、光和机械应力等作用）变化的结果。其中涉及炭黑的因素有炭黑聚集体的结构性、形态及填充量，炭黑表面的物理化学性质涉及聚合物的因素有聚合物的结晶度与热膨胀系数、基体物理化学性质，熔体黏度与分子量以及混杂在基体中的界面形态。炭黑与聚合物热力学相容性也是相当重要的影响因素。由于高分子基体材料自身对温度、剪切速率、时间等因素甚为敏感，且在炭黑-聚烯烃复合材料的组成加工过程中也可能发生化学变化（如降解、交联）和物理变化（如结晶、取向）。另外，由于炭黑粒径小（15～100nm），结构性高，要尽可能地建立和完善炭黑在基体树脂中的空间网络结构，必须注意混合过程、后处理工序、成型（或固化）加工方法及工艺条件等对制品PTC性能的影响。

高分子复合型PTC材料与金属PTC材料相比，稳定性差是其致命的不足。其性能的劣化是因为在加工过程中内部留下了显著的残余应力，残余应力经历热过程时被释放，由于内部的分子键段的重排，往往会破坏其初始的导电网络，或者由于导电成分的颗粒在基体分子链重排时缓慢移动时形成附聚体，也会对导电网络产生一定的危害。

针对高分子复合型PTC材料制品的不足和制作特点，其性能的改进主要集中在材质的选取，结构模型的设计与加工工艺过程的研究上。例如，在聚乙烯-炭黑导电复合体系中引入成核剂，可通过控制复合体系的结晶行为、聚集态结构的尺寸效应来改善PTC特性利用复合材料的结构-加工性能之间的关系，改变加工方法和调整工艺参数，可调整得复合材料的导电性能；或采用辐照或化学交联的方式以交联网加强分子链间的联系达到阻止或延缓链段重排与导电颗粒附聚的目的，改善稳定性。

㈠导电物质含量对材料PTC性能的影响

对于高分子复合型PTC材料，固定基体材料与导电物质成分后，其室温电阻率随导电成分的填充量增加而减小，并在某一临界值附近会出现突变。这一临界值称为体系的临界渗透值，而只有在临界渗透值附近，材料才会出现明显的PTC现象。

㈡成核剂对聚乙烯-炭黑复合物形态及PTC特性的影响

聚烯烃与PP共混（PP作为成核剂），由于其与PP相比具有较高的结晶度，于是共混物的结晶体在冷却时，少量的PP在较高的温度下首先结晶，形成微小的球晶晶粒。这些晶粒作为稍后的结晶烯烃的结晶中心，起到成核剂的作用。

采用熔融指数（MI）为2.0g/10min的进口低密度聚乙烯(LDPE);粒径为40～50nm、DBP吸附值为3.0～3.56ml/g、比表面积为60～70m²/g的乙炔炭黑（ACET）作为基本物料，导电粒子与成核剂、增容剂按一定的比例混合拌匀后，在180℃下混炼10min，用平板硫化机压制成1mm厚的试片，再经125℃×2h调节处理，xx热历程。

㈢混合方法及工艺参数对复合材料导电性能的影响

混合方法一般有塑炼法、粉末干混、溶剂混合等多种方法。塑炼法即借助于加热和高剪切力使聚合物熔融与混合，提高混合温度可以降低体系的表观黏度，从而使混合过程的剪切应力下降，减少对炭黑结构的破坏，利于其形成更完善的导电网络。但对柔性链的高分子（如PE），其流动活化能较小，表观黏度随温度的变化反而加速副反应（降解、交联等），导致材料的导电性能降低。随着混合时间的延长，电导率σ浙升；继续混合，σ反而下降。在强力剪切混合下，炭黑的结构xx破坏，于是使{zd0}堆积分数φ_m增加，从而使导电网络结构形成的几率下降。较适宜的方法是加入适当的加工助剂或混合低分子量的其他树脂来改善炭黑聚烯烃PTC复合材料的加工性能。

粉末干混是将聚合物与导电填料加工成粉末，用粉末直接模压或挤出、注射成型。这种方法在混合过程中所受热历程较短，但混合均匀性与成型工艺性能较差。据报道，采用球磨混合、模压成型制得的乙炔炭黑HDPE类PTC材料的PTC强度可达10³~10⁴。

溶液混合是指将聚合物基体融解于溶剂中，再加入导电填料进行混合，{zh1}除去溶剂而得到混合物料。但由于在沉淀过程中，溶液中的聚合物链迅速在炭黑粒子周围形成涂层，从而阻止炭黑粒子的再附聚，而导致PTC反常现象。此法常用于试验室模压制样。

㈣成型方法及其工艺参数对复合材料导电性能的影响

采用不同的成型方法，导电填料所受的剪切作用和流动情况不同，引起导电填料在制品中的分散状态和取向不同。通常采用高剪切力的成型方法，制品的导电性能差，导电性能的顺序为：模压＞挤出＞注射＞吹膜。

㈤后处理方法及其工艺参数对复合材料导电性能的影响

材料通过热处理可提高其导电的稳定性。这是因为在快速的冷却过程中，炭黑粒子还未充分的絮凝就被冻结在基体材料中以致导电网络不够完善，通过热处理不但能xx材料的内应力，还能使炭黑粒子充分絮凝形成更完善的导电网络。此外适当的交联对改善材料PTC性能也很有益处。