[发明专利]低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。 

背景技术

随着微型计算机控制技术的发展，作为机-电变换器用的电位计等电阻元件须满足高分辨率、高精度、长使用寿命等诸多要求，对于精密电位计还要具有高环境稳定性(耐温性)和低电阻温度系数等特性。

早期的精密电位计是合成碳膜电位计，但是合成碳膜电位计存在线性度差、耐潮性以及阻值稳定性差的缺点，逐步被导电塑料电位计所取代。现有的导电塑料电位计电阻元件是以具有导电性的炭黑、石墨作为粘结剂的树脂，再加上各种添加剂，一起混合为浆料，采用印刷、喷涂等方式使之涂覆在基片上，在一定温度下固化而成，该类电位计虽然克服了合成碳膜电位计的线性度差、耐潮性以及阻值稳定性差等缺点，但是经过电刷多次滑行后，容易引起导电组分的磨损和脱落，影响其使用寿命和可靠性。

结构型导电聚苯胺，既具有金属的导电性和塑料的可加工性，同时还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，近几年作为电位计电阻体材料被广泛研究。

结构型导电聚苯胺，经过溶液加工后，可与基体树脂实现分子水平的复合，如：Heeger等(Pysical Review B，50(1994)：13931)利用导电聚苯胺(PANi)与甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料共混，实现了二组分水平的复合，虽然该复合材料具有优良的均匀性和较低的导电阈值，用于电位计电阻体材料能够获得较好的线性度、输出平滑性和耐磨性，但其很难克服电阻变化率大的弊端。

发明内容

为解决现有技术中精密电位计的电阻体高温下电阻变化率大的缺点，本发明提供一种低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料及其制备方法与应用。

本发明提供一种低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料，该复合材料的组成及重量百分比为：导电聚苯胺溶液5-60wt% ；导电碳材料3-35wt%；基体树脂10-30 wt%；余量为溶剂。

优选的是，所述的导电聚苯胺溶液为十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂聚苯胺(DBSA-PANi)的二甲苯或者甲苯溶液。

优选的是，所述的导电碳材料为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管和碳纤维中的一种或多种，更优选的是，所述的导电碳材料为导电炭黑和导电石墨的混合。

优选的是，所述的基体树脂为环氧树脂/酸酐固化剂、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂中的一种或两种，更优选的是，所述的基体树脂为环氧树脂/酸酐固化剂。

优选的是，所述的溶剂为甲苯或二甲苯中的一种或两种。

本发明还提供上述低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料的制备方法，该方法包含以下步骤：

按复合材料的组成称取各组分，

(1)将基体树脂加入反应装置中；

(2)将导电聚苯胺溶液、溶剂加入到反应装置中，搅拌0.5-5h，得到共混液；

(3)将导电碳材料加入到上述共混液中，搅拌0.5-3h，得到混合液；

(4)将混合液反复球磨或砂磨，使其细度达到小于10μm，得到低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料。

优选的是，步骤(2)中，所述的搅拌速率为1200-1500r/min。

优选的是，步骤(3)中，所述的搅拌速率为1200-1500r/min。

本发明还提供上述低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料在制作精密电位计电阻体中的应用：将低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料涂覆在基片上，50-170°C固化，制成精密电位计电阻体。

本发明的有益效果：

(1)本发明的低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料制作的精密电位计电阻体具有低电阻温度系数，在-55°C-+125°C的温度范围内电阻温度系数小于350 ppm/°C；

(2)本发明的低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料制作的精密电位计电阻体具有优异的环境稳定性，高温(+125°C)贮存48h，或低温(-55°C)贮存24h后，电阻变化率均小于5%；

(3)本发明采用导电聚苯胺与导电碳材料的复合材料作为精密电位计电阻体的导电材料，导电聚苯胺在复合材料中形成的均一网络结构，使复合材料具有高导电性，导电碳材料使复合材料具有良好的环境稳定性，所以本发明的精密电位计电阻体克服了合成碳膜电位计和填充型导电塑料电位计的不足，提高电位计的线性度、输出平滑性、使用寿命和环境稳定性；

(4)本发明的低电阻温度系数的聚苯胺/碳导电复合材料具有耐磨性，用于精密电位计电阻体后，电阻体的使用寿命大于400万次。