一種高分子復合壓敏材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于壓敏材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高分子復合壓敏材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓敏陶瓷是指電阻值與外加電壓成顯著非線性關(guān)系的半導體陶瓷，由此制成的壓 敏電阻的阻值可以隨著外場電壓的升降，在線形高阻狀態(tài)和近似導通的低阻狀態(tài)之間往復 轉(zhuǎn)換，是一種典型"智能型"電子元件。壓敏電阻通常與被保護電路或電子元件并聯(lián)，當電 路中有過載出現(xiàn)時，壓敏電阻可以自動將過載旁路，從而使電路或元件免遭順壞。
[0003]氧化鋅壓敏電阻是一種以ZnO為主體，添加多種金屬氧化物（Bi203、Mn02、C〇203、Cr203、Sb203等），用陶瓷工藝燒結(jié)而成的多晶陶瓷材料。燒成后的氧化鋅非線性電阻片以 ZnO晶粒為主晶相，尺寸在幾、幾十微米，屬于N型半導體；ZnO晶粒周圍是很薄的晶界層，厚 度約幾十納米，晶界層含有豐富的表面態(tài)，冷卻過程中晶界層和晶粒之間形成雙肖特基勢 皇，因此每個晶界層就是一個微小的非線性電阻元件，其I-V特性類似于雙向齊納管，在正 常工作電壓下電阻值很高，接近兆歐級，隨著電壓地加大，阻值集聚下降，在浪涌電壓沖擊 時，阻值只有幾歐姆，甚至是零點幾歐姆，阻值隨電壓的變化具有顯著的非線性特征。
[0004]ZnO壓敏陶瓷由于具有高非線性、高浪涌吸收能力、響應迅捷、低成本、制作工藝簡 便等特點，目前已經(jīng)成為應用范圍最廣的壓敏電阻材料。ZnO壓敏電阻最初被廣泛應用在各 種高壓電路中，防止瞬間過載（如雷電）對電路的損害，隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，在 低壓電子防靜電領(lǐng)域，可靠性高、小型化的疊片式ZnO壓敏電阻得到廣泛的應用。但隨著電 子信號的傳輸頻率越來越高，疊片式壓敏電阻的大電容以及微安級的漏電流已經(jīng)不能滿足 需求。
[0005]高分子壓敏材料是在聚合物中嵌入導體、半導體及絕緣離子構(gòu)成，其電阻隨兩端 電壓呈非線性變化：當施加在其兩端的電壓小于某個特定電壓值時，高分子壓敏材料呈現(xiàn) 為絕緣體，電阻很大，不影響電路的正常工作；當施加在其兩端的電壓大于某個特定電壓值 時，高分子壓敏材料轉(zhuǎn)變?yōu)閷w，電阻很小，可以短時間大電流放電，因此可與被保護電路 并聯(lián)使用。同時，高分子壓敏材料具有自恢復性，即電壓放電之后又恢復到常態(tài)，不必更換， 可以有效阻止電子產(chǎn)品因收到靜電沖擊而遭到破壞。但其耐電沖擊能力及漏電流仍需提 尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種高分子復合壓敏材料及其制備 方法，該高分子復合壓敏材料具有較強的耐靜電沖擊能力。
[0007]本發(fā)明提供了一種高分子復合壓敏材料，包括：
[0008] 有機載體 30-40wt%; 金屬材料 20?35wt%; 球形氧化辭10?25wt%; 硫酸鋇 5?10wt%; 玻璃微珠 1?5wt%; 分散劑 1?5wt%;
[0009] 所述有機載體包括：酮類溶劑45?60重量份與氟硅橡膠20?40重量份；
[0010] 所述金屬材料包括金屬粉體與金屬粉體表面的氧化層。
[0011] 優(yōu)選的，所述金屬粉體選自鐵、鎳、銅與鋁中的一種或多種。
[0012] 優(yōu)選的，所述分散劑為氧化鋁和/或氧化硅。
[0013] 優(yōu)選的，所述球形氧化鋅的粒徑小于或等于1ym。
[0014] 優(yōu)選的，所述酮類溶劑為異氟爾酮和/或二庚酮。
[0015] 優(yōu)選的，所述有機載體還包括1?5重量份的十二醇酯。
[0016] 優(yōu)選的，所述有機載體還包括1?5重量份的流平劑。
[0017] 優(yōu)選的，所述有機載體還包括1?5重量份的表面活性劑。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種高分子復合壓敏材料的制備方法，包括以下步驟：
[0019] A)將20?35wt%的金屬材料、10?25wt%的球形氧化鋅、5?10wt%的硫酸鋇、 1?5wt%的玻璃微珠與1?5wt%的分散劑混合，罐磨30?60h，得到預混材料；
[0020] B)將所述預混材料與30?40wt%的有機載體混合研磨，得到高分子復合壓敏材 料；
[0021] 所述有機載體包括：酮類溶劑45?60重量份與氟硅橡膠20?40重量份；
[0022] 所述金屬材料包括金屬粉體與金屬粉體表面的氧化層。
[0023] 優(yōu)選的，所述金屬材料按照以下步驟進行制備：
[0024] 在惰性氣體保護的條件下，將醇類溶劑、稀鹽酸、去離子水與金屬粉體加熱攪拌， 然后過濾，烘干后，進行燒結(jié)，得到金屬材料。
[0025] 本發(fā)明提供了一種高分子復合壓敏材料及其制備方法，該高分子復合壓敏材料包 括有機載體30?40wt%;金屬材料20?35wt%;氧化鋅10?25wt%;硫酸鋇5?10wt%; 玻璃微珠1?5wt% ;分散劑1?5wt% ;所述有機載體包括：酮類溶劑45?60重量份與 氟硅橡膠20?40重量份；所述金屬材料包括金屬粉體與金屬粉體表面的氧化層。與現(xiàn)有 技術(shù)相比，首先，本發(fā)明以氟硅橡膠為有機載體粘合劑，其固化后具有較高的絕緣性和一定 的彈性，固定各種材料的同時還可減小材料引發(fā)的漏電，還可在靜電擊打時通過彈性形變 降低高能量對材料的沖擊，從而提高壓敏材料的穩(wěn)定性和可靠性；其次，氧化鋅為球形，可 提高其在漿料中的分散度，表面存在完整的晶界，從而可大幅度提高壓敏材料的耐靜電沖 擊能力，降低正常工作狀態(tài)的嵌位電壓和漏電流；再次，硫酸鋇可提高壓敏材料的穩(wěn)定性和 抗擠壓的性能，并在靜電擊打時作為對金屬材料的緩沖能，從而降低壓敏材料的觸發(fā)電壓， 提尚其穩(wěn)定性。
[0026] 由實驗可知，本發(fā)明高分子復合壓敏材料觸發(fā)電壓Vt<300V;鉗位電壓 Vc彡30V;漏電流I# 0.OluA;漏電流彡0.OluA，且靜電擊打1000次后電性能參數(shù)保持不 變。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實施例1中金屬粉體鎳的電鏡照片；
[0028] 圖2為本發(fā)明實施例1中得到的金屬材料的電鏡照片；
[0029] 圖3為本發(fā)明實施例1中得到的高分子復合壓敏材料固化后的電鏡照片。
【具體實施方式】
[0030] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒?發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實 施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031] 本發(fā)明提供了一種高分子復合壓敏材料，包括：
[0032] 有機載體 30-40wt%; 金屬材料 20-35wt%; 球形氧化鋅10?25wt%; 硫酸鋇 5-10wt%; 玻璃微珠 1?5wt%; 分散劑 卜5wt%;
[0033] 所述有機載體包括：酮類溶劑45?60重量份與氟硅橡膠20?40重量份；
[0034] 所述金屬材料包括金屬粉體與金屬粉體表面的氧化層。
[0035] 按照本發(fā)明，高分子復合壓敏材料中有機載體的含量優(yōu)選為30?35wt%。所述 有機載體包括：酮類溶劑45?60重量份、十二醇醋1?5重量份、橡膠20?40重量份、流 平劑1?5重量份與表面活性劑1?5重量份。其中，所述酮類溶劑優(yōu)選為50?60重量 份，更優(yōu)選為55?60重量份；所述酮類溶劑的種類優(yōu)選為異氟爾酮和/或二庚酮，更優(yōu)選 為異氟爾酮或二庚酮，最優(yōu)選為異氟爾酮；氟硅橡膠的含量優(yōu)選為30?40重量份，更優(yōu)選 為35?40重量份。
[0036] 本發(fā)明以氟硅橡膠為有機載體粘合劑，其固化后具有一定的彈性，可以有效的防 止電弧對壓敏材料的沖擊，穩(wěn)定性較好，并且，氟硅橡膠其本身具有較高的絕緣性，能保證 壓敏材料在高壓沖擊過程中不會因碳化而造成漏電。
[0037] 按照本發(fā)明，所述有機載體優(yōu)選還包括1?5重量份的十二醇酯，更優(yōu)選為2?5 重量份，再優(yōu)選為2. 5?5重量份。
[0038] 所述有機載體優(yōu)選還包括1?5重量份的流平劑，更優(yōu)選為2?3重量份；所述流 平劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的流平劑即可，并無特殊的限制，本發(fā)明中優(yōu)選為聚丙烯酸酯 乙二醇甲醚醋酸酯溶液、丙烯酸酯共聚物乙二醇甲醚醋酸酯溶液與氟改性聚丙烯酸酯乙二 醇甲醚醋酸酯溶液中的一種或多種。
[0039] 所述有機載體優(yōu)選還包括1?5重量份的表面活性劑，更優(yōu)選為1?4. 5重量份， 再優(yōu)選為1?3重量份；所述表面活性劑的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的表面活性劑即可， 并無特殊的限制，本發(fā)明中優(yōu)選為聚醚改性聚二甲基硅氧烷乙二醇甲醚醋酸酯溶液、有機 硅表面活性劑乙二醇甲醚醋酸酯溶液與聚醚改性聚甲基烷基硅氧烷乙二醇甲醚醋酸酯溶 液中的一種或多種。
[0040] 本發(fā)明高分子復合壓敏材料中金屬材料的含量優(yōu)選為20?30wt%，更優(yōu)選為 25?30wt%。所述金屬材料包括金屬粉體與金屬粉體表面的氧化層；所述金屬粉體優(yōu)選為 鐵、鎳、銅與鋁中的一種或多種；所述氧化層的厚度優(yōu)選為5?10nm。氧化層不僅可在高能 量沖擊時通過電子或離子，還能防止金屬相互接觸引發(fā)的材料漏電，防止金屬材料在生產(chǎn) 過程中因過度氧化導致器件的工作電壓增加，同時還可通過調(diào)節(jié)氧化層的厚度從而調(diào)節(jié)靜 電觸發(fā)電壓。
[0041] 所述球形氧化鋅的含量優(yōu)選為15?25wt% ;所述球形氧化鋅的粒徑優(yōu)選小于或 等于lym。本發(fā)明采用球形的氧化鋅作為半導體材料，可提高其在高分子復合壓