本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种自控温发热聚合物填充碳粉复合材料及其制备方法。
背景技术：
自控温发热高分子复合材料是以高分子聚合物为基体，炭黑、石墨、金属及其金属氧化物作为导电填料而组成的复合材料，它利用复合型材料的ptc效应实现其温度自控，功率自调，自控温发热高分子复合材料由于其成本低及易加工成型等优点，然而，自控温发热聚合物-碳复合材料在实际应用中还存在以下三方面问题：首先，聚合物-碳复合材料仍存在一定的(NTC)效应，即其在电阻值达到峰值后会随温度继续升高而大幅下降，从而无法实现对加热温度的限制调控，甚至会造成烧毁等安全事故；其次，聚合物-碳复合材料的发热循环稳定性较差，其自控温温度会随使用时间和使用次数的累积而发生变化，难以确保加热温度的稳定性；第三，聚合物-碳复合材料的PTC强度不高，导致其灵敏度较低，控温范围较宽，对高精密和窄控温要求的器件无法满足。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种自控温发热聚合物填充碳粉复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种自控温发热聚合物填充碳粉复合材料，它是由下述重量份的原料组成的：
乙烯-醋酸乙烯共聚物70-100、硫醇丁基锡0.05-0.1、对甲苯磺酸1.7-2、吡啶硫酮锌1.3-2、羟基锡酸锌2-3、氯化亚砜20-30、碳粉63-70、四氢糠醇0.1-0.2、月桂基二甲基氧化胺0.1-0.2、聚乙烯吡咯烷酮0.4-2、烯基琥珀酸酐3-4、过氧化二异丙苯0.8-1、苯乙烯80-90、N，N-二甲基甲酰胺0.7-2。
一种自控温发热聚合物填充碳粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取上述对甲苯磺酸，加入到其重量170-200倍的去离子水中，搅拌均匀，送入到50-60℃的水浴中，保温搅拌14-20分钟，出料，加入上述碳粉，超声20-30分钟，过滤，将沉淀在50-60℃下真空干燥1-2小时，得酸化碳粉；
(2)将上述氯化亚砜与N，N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀，加入上述酸化碳粉，在70-75℃的水浴中保温搅拌20-24小时，将反应产物用无水四氢呋喃洗涤，抽滤，真空干燥，得酰氯化碳粉；
(3)将上述烯基琥珀酸酐加入到其重量100-120倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述月桂基二甲基氧化胺，升高温度为50-60℃，加入酰氯化碳粉，保温搅拌1-2小时，抽滤，真空干燥，得胺化碳粉；
(4)将上述吡啶硫酮锌、硫醇丁基锡混合，加入到混合料重量140-200倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入上述苯乙烯，升高温度为70-75℃，加入上述四氢糠醇，通入氮气，加入上述过氧化二异丙苯，保温搅拌30-40分钟，加入上述胺化碳粉，继续保温搅拌16-20分钟，抽滤，将沉淀用无水乙醇、去离子水依次洗涤2-3次，在30-40℃下真空干燥2-3小时，得碳粉-聚苯乙烯复合材料；
(5)将上述碳粉-聚苯乙烯复合材料与剩余各原料混合，送入到球磨罐中，在温度为80-100℃、球磨转速为100r/min-500r/min条件下反应6-9小时，送入鼓风干燥箱中，在60-70℃下干燥完全，即得所述自控温发热聚合物填充碳粉复合材料。
本发明的优点为：
本发明首先将碳粉用对甲苯磺酸处理，引入含氧基团，改善其分散性，然后经过胺化处理，可以降低碳粉的表面能，消除其表面电荷，提高碳粉的分散能力，增加其与基体的界面结合力，然后通过苯乙烯单体的聚合反应，将得到的聚合物填充在改性处理后的碳粉表面和孔隙之中，然后与乙烯-醋酸乙烯共聚物等原料通过球磨处理，进一步将碳粉与聚合物充分混合，该复合材料具有发热温度稳定，控温精确，循环发热稳定性好等优点，且在生产过程中不含有毒有害的溶剂，安全环保性好，无废水、废气、废渣产生，易于工业化的实施。
具体实施方式
实施例1
一种自控温发热聚合物填充碳粉复合材料，它是由下述重量份的原料组成的：
乙烯-醋酸乙烯共聚物70-100、硫醇丁基锡0.05-0.1、对甲苯磺酸1.7-2、吡啶硫酮锌1.3-2、羟基锡酸锌2-3、氯化亚砜20-30、碳粉63-70、四氢糠醇0.1-0.2、月桂基二甲基氧化胺0.1-0.2、聚乙烯吡咯烷酮0.4-2、烯基琥珀酸酐3-4、过氧化二异丙苯0.8-1、苯乙烯80-90、N，N-二甲基甲酰胺0.7-2。
一种自控温发热聚合物填充碳粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取上述对甲苯磺酸，加入到其重量170-200倍的去离子水中，搅拌均匀，送入到50-60℃的水浴中，保温搅拌14-20分钟，出料，加入上述碳粉，超声20-30分钟，过滤，将沉淀在50-60℃下真空干燥1-2小时，得酸化碳粉；
(2)将上述氯化亚砜与N，N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀，加入上述酸化碳粉，在70-75℃的水浴中保温搅拌20-24小时，将反应产物用无水四氢呋喃洗涤，抽滤，真空干燥，得酰氯化碳粉；
(3)将上述烯基琥珀酸酐加入到其重量100-120倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述月桂基二甲基氧化胺，升高温度为50-60℃，加入酰氯化碳粉，保温搅拌1-2小时，抽滤，真空干燥，得胺化碳粉；
(4)将上述吡啶硫酮锌、硫醇丁基锡混合，加入到混合料重量140-200倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入上述苯乙烯，升高温度为70-75℃，加入上述四氢糠醇，通入氮气，加入上述过氧化二异丙苯，保温搅拌30-40分钟，加入上述胺化碳粉，继续保温搅拌16-20分钟，抽滤，将沉淀用无水乙醇、去离子水依次洗涤2-3次，在30-40℃下真空干燥2-3小时，得碳粉-聚苯乙烯复合材料；
(5)将上述碳粉-聚苯乙烯复合材料与剩余各原料混合，送入到球磨罐中，在温度为80-100℃、球磨转速为100r/min-500r/min条件下反应6-9小时，送入鼓风干燥箱中，在60-70℃下干燥完全，即得所述自控温发热聚合物填充碳粉复合材料。
对本发明的自控温发热复合材料进行电热性能测试，在经历5次加热循环后仍能准确控温在48℃左右，误差范围在±1℃。