本發(fā)明涉及PTC材料，具體地，涉及一種基于聚苯硫醚的PTC電阻及其制備方法。
背景技術：
：PTC電阻指的是正溫度系數(shù)熱敏電阻，簡稱PTC熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導體電阻，超過一定的溫度(居里溫度)時，它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高。PTC電阻根據(jù)其材料屬性進行劃分，可以分為陶瓷PTC電阻和高分子PTC電阻。陶瓷PTC電阻具有優(yōu)異的機械強度和電阻穩(wěn)定性，可以在較高溫度下使用；但是其也具有不足之處，便是在較低溫度下的電阻率較大，如室溫電阻率在20-2.0×104Ω·m，并且剛性大、成型工藝復雜且難以制成帶狀。高分子PTC電阻具有優(yōu)異的電學和成型加工的性能且成本低；但是，其電阻率的穩(wěn)定性較差以及加工重現(xiàn)性較差。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種基于聚苯硫醚的PTC電阻及其制備方法，通過該方法制得的PTC電阻具有優(yōu)異的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，同時該制備方法具有操作簡便、原料易得和條件溫和的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于聚苯硫醚的PTC電阻的制備方法，該制備方法包括：1)將碳酸鍶、鈦酸鍶和氧化釔置于堿液中浸泡，接著過濾并取濾餅清洗，然后將清洗后的濾餅置于氨基酸溶液中進行改性以得到改性組合物的工 序；2)將石墨烯分散于水中，接著加入對氨基苯磺酸和五氧化二釩進行磺化反應以得到磺化石墨烯的工序；3)在保護氣的存在下：將聚苯硫醚和馬來酸酐枝接聚乙烯溶解于有機溶劑中，接著向體系中加入改性組合物、磺化石墨烯和碳納米管并進行超聲震蕩，然后蒸發(fā)去除有機溶劑以得到基于聚苯硫醚的PTC電阻的工序。本發(fā)明還提供了一種基于聚苯硫醚的PTC電阻，該PTC電阻通過上述的方法制備而得。通過上述技術方案，本發(fā)明首先通過對有碳酸鍶、鈦酸鍶和氧化釔組成的組合物進行表面改性，進而使得組合物的表面修飾有氨基酸基團；接著對石墨烯的表面進行改性，進而使得制得的磺化石墨烯的表面富集有對氨基苯磺基；最后，在聚苯硫醚和馬來酸酐枝接聚乙烯組成的溶液中，使得改性組合物相互接觸反應磺化石墨烯，同時反應物與碳納米管在溶液中均勻地分散，最終將有機溶劑去除便得到了基于聚苯硫醚的PTC電阻。通過該方法制得的PTC電阻兼具陶瓷PTC電阻和高分子PTC電阻的優(yōu)點，即具有優(yōu)異的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性。另外，該制備方法具有操作簡便、原料易得和條件溫和的優(yōu)點。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種基于聚苯硫醚的PTC電阻的制備方法，該制備方法包括：1)將碳酸鍶、鈦酸鍶和氧化釔置于堿液中浸泡，接著過濾并取濾餅清 洗，然后將清洗后的濾餅置于氨基酸溶液中進行改性以得到改性組合物的工序；2)將石墨烯分散于水中，接著加入對氨基苯磺酸和五氧化二釩(起催化劑的作用)進行磺化反應以得到磺化石墨烯的工序；3)在保護氣的存在下：將聚苯硫醚和馬來酸酐枝接聚乙烯溶解于有機溶劑中，接著向體系中加入改性組合物、磺化石墨烯和碳納米管并進行超聲震蕩，然后蒸發(fā)去除有機溶劑以得到基于聚苯硫醚的PTC電阻的工序。在本發(fā)明的工序1)中，各物料的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序1)中，相對于100重量份的碳酸鍶，鈦酸鍶的用量為45-76重量份，氧化釔的用量為22-31重量份。在本發(fā)明的工序1)中，碳酸鍶、鈦酸鍶和氧化釔的粒徑可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序1)中，碳酸鍶、鈦酸鍶和氧化釔的粒徑各自獨立地為0.1-0.5mm。在本發(fā)明的工序1)中，堿液的種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序1)中，堿液的pH為12-14，并且為氫氧化鈉溶液和/或氫氧化鉀溶液。在本發(fā)明的工序1)中，浸泡的具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序1)中，浸泡至少滿足以下條件：浸泡溫度為40-60℃，浸泡時間為2-4h。在本發(fā)明的工序1)中，氨基酸溶液的具體種類具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、 加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序1)中，氨基酸溶液的濃度為0.1-0.2mol/L，并且選自丙氨酸溶液、纈氨酸溶液、亮氨酸溶液、異亮氨酸溶液、脯氨酸溶液和苯丙氨酸溶液中的一種或多種。在本發(fā)明的工序1)中，改性的具體條件具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序1)中，改性至少滿足以下條件：改性溫度為75-90℃，改性時間為5-7h。在本發(fā)明的工序2)中，各物料的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序2)中，相對于100重量份的石墨烯，對氨基苯磺酸的用量為30-40重量份，五氧化二釩的用量為1-3重量份，水的用量為2000-5000重量份。在本發(fā)明的工序2)中，磺化反應的具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序2)中，磺化反應至少滿足以下條件：反應溫度為110-125℃，反應時間為3-5h。在本發(fā)明的工序3)中，各物料的具體用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序3)中，相對于100重量份的聚苯硫醚，馬來酸酐枝接聚乙烯的用量為15-40重量份，改性組合物的用量為20-28重量份，磺化石墨烯的用量為11-17重量份，碳納米管的用量為2-6重量份，有機溶劑的用量為300-600重量份。在本發(fā)明的工序3)中，碳納米管的尺寸可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序3)中，碳納米管的尺寸為：直徑為25-35nm，長度 為25-30μm。在本發(fā)明的工序3)中，超聲震蕩的具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序3)中，超聲震蕩至少滿足以下條件：震蕩頻率為10-20MHz，震蕩時間為50-80min，震蕩溫度為20-40℃。在本發(fā)明的工序3)中，蒸發(fā)的具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序3)中，蒸發(fā)至少滿足以下條件：蒸發(fā)溫度為130-150℃，蒸發(fā)時間為2-4h。在本發(fā)明的工序3)中，保護氣的具體種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序3)中，保護氣選自氮氣、氬氣、氦氣中的一種或多種。在本發(fā)明的工序3)中，有機溶劑的具體種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高制得的PTC電阻的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性，優(yōu)選地，在工序3)中，有機溶劑選自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙腈中的一種或多種。本發(fā)明還提供了一種基于聚苯硫醚的PTC電阻，該PTC電阻通過上述的方法制備而得。以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。實施例11)將粒徑為0.3mm的碳酸鍶、粒徑為0.2mm的鈦酸鍶和粒徑為0.4mm的氧化釔置于50℃且pH為13的堿液中浸泡3h(碳酸鍶、鈦酸鍶、氧化釔、堿液的重量比為100：66：27：500)，接著過濾并用水清洗濾餅，然后將清 洗后的濾餅置于0.15mol/L且80℃的氨基酸溶液(丙氨酸溶液，濾餅與氨基酸溶液的重量比為1:4)中進行改性6h以得到改性組合物；2)將石墨烯分散于水中，接著加入對氨基苯磺酸和五氧化二釩(石墨烯、對氨基苯磺酸、五氧化二釩、水的重量比為100：35：2：4000)并于115℃進行磺化反應4h，最后過濾并去除多余的反應物和五氧化二釩以得到磺化石墨烯；3)在保護氣(氮氣)的存在下：將聚苯硫醚和馬來酸酐枝接聚乙烯溶解于有機溶劑(二甲基甲酰胺)中，接著向體系中加入改性組合物、磺化石墨烯和碳納米管(碳納米管的尺寸為：直徑為30nm，長度為27μm；聚苯硫醚、馬來酸酐枝接聚乙烯、改性組合物、磺化石墨烯和碳納米管的重量比為100：30：25：15：4：400)并進行超聲震蕩(震蕩頻率為15MHz，震蕩時間為70min，震蕩溫度為30℃)，然后于140℃下蒸發(fā)3h去除有機溶劑以得到基于聚苯硫醚的PTC電阻A1。實施例21)將粒徑為0.1mm的碳酸鍶、粒徑為0.1mm的鈦酸鍶和粒徑為0.1mm的氧化釔置于40℃且pH為12的堿液中浸泡2h(碳酸鍶、鈦酸鍶、氧化釔、堿液的重量比為100：45：22：400)，接著過濾并用水清洗濾餅，然后將清洗后的濾餅置于0.1mol/L且75℃的氨基酸溶液(亮氨酸溶液，濾餅與氨基酸溶液的重量比為1:3)中進行改性5h以得到改性組合物；2)將石墨烯分散于水中，接著加入對氨基苯磺酸和五氧化二釩(石墨烯、對氨基苯磺酸、五氧化二釩、水的重量比為100：30：1：2000)并于110℃進行磺化反應3h，最后過濾并去除多余的反應物和五氧化二釩以得到磺化石墨烯；3)在保護氣(氬氣)的存在下：將聚苯硫醚和馬來酸酐枝接聚乙烯溶 解于有機溶劑(二甲基乙酰胺)中，接著向體系中加入改性組合物、磺化石墨烯和碳納米管(碳納米管的尺寸為：直徑為25nm，長度為25μm；聚苯硫醚、馬來酸酐枝接聚乙烯、改性組合物、磺化石墨烯和碳納米管的重量比為100：15：20：11：2：300)并進行超聲震蕩(震蕩頻率為10MHz，震蕩時間為50min，震蕩溫度為20℃)，然后于130℃下蒸發(fā)2h去除有機溶劑以得到基于聚苯硫醚的PTC電阻A2。實施例31)將粒徑為0.5mm的碳酸鍶、粒徑為0.5mm的鈦酸鍶和粒徑為0.5mm的氧化釔置于60℃且pH為14的堿液中浸泡4h(碳酸鍶、鈦酸鍶、氧化釔、堿液的重量比為100：76：31：600)，接著過濾并用水清洗濾餅，然后將清洗后的濾餅置于0.2mol/L且90℃的氨基酸溶液(苯丙氨酸溶液，濾餅與氨基酸溶液的重量比為1:5)中進行改性7h以得到改性組合物；2)將石墨烯分散于水中，接著加入對氨基苯磺酸和五氧化二釩(石墨烯、對氨基苯磺酸、五氧化二釩、水的重量比為100：40：3：5000)并于125℃進行磺化反應5h，最后過濾并去除多余的反應物和五氧化二釩以得到磺化石墨烯；3)在保護氣(氦氣)的存在下：將聚苯硫醚和馬來酸酐枝接聚乙烯溶解于有機溶劑(丙腈)中，接著向體系中加入改性組合物、磺化石墨烯和碳納米管(碳納米管的尺寸為：直徑為35nm，長度為30μm；聚苯硫醚、馬來酸酐枝接聚乙烯、改性組合物、磺化石墨烯和碳納米管的重量比為100：40：28：17：6：600)并進行超聲震蕩(震蕩頻率為20MHz，震蕩時間為80min，震蕩溫度為40℃)，然后于150℃下蒸發(fā)2-4h去除有機溶劑以得到基于聚苯硫醚的PTC電阻A3。對比例1按照實施例1的方法進行制得PTC電阻B1，不同的是，步驟1)中未使用碳酸鍶。對比例2按照實施例1的方法進行制得PTC電阻B2，不同的是，步驟1)中未使用鈦酸鍶。對比例3按照實施例1的方法進行制得PTC電阻B3，不同的是，步驟1)中未使用氧化釔。對比例4按照實施例1的方法進行制得PTC電阻B4，不同的是，步驟1)中未進行氨基酸改性。對比例5按照實施例1的方法進行制得PTC電阻B5，不同的是，步驟2)中未進行磺化反應。對比例6按照實施例1的方法進行制得PTC電阻B6，不同的是，步驟3)中未使用磺化石墨烯。對比例7按照實施例1的方法進行制得PTC電阻B7，不同的是，步驟3)中未使用碳納米管。檢測例1檢測上述PTC電阻的力學強度，同時檢測上述PTC電阻的居里溫度；同時統(tǒng)計同一批次1000個PTC電阻的居里溫度的方差系數(shù)σ，具體結(jié)果見表1。表1拉伸強度/Mpa居里溫度/℃方差系數(shù)σA145370.01A248380.02A350360.01B134480.12B228490.21B331440.23B425500.24B527660.18B630590.33B722600.37通過上述實施例、對比例和檢測例可知，本發(fā)明提供的基于聚苯硫醚的PTC電阻是通過制備方法中各組分和各步驟的協(xié)同作用使得其具有優(yōu)異的機械強度、電阻穩(wěn)定性、加工性能和重現(xiàn)性。以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。當前第1頁1 2 3