一種抗老化的自限溫伴熱電纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗老化的自限溫伴熱電纜，包括PTC芯帶，依次包覆在所述PTC芯帶外的絕緣層、金屬屏蔽層和耐磨護套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發(fā)熱導(dǎo)線和包覆在其外的PTC材料層構(gòu)成；本發(fā)明制備的電纜材料具備了優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，可以快速的傳遞熱量，避免局部溫度過高，同時該電纜材料的強度、韌性和抗老化性能也得到了很大的提升，應(yīng)用前景廣泛，值得推廣。
【專利說明】
一種抗老化的自限溫伴熱電纜
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電纜材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抗老化的自限溫伴熱電纜。
【背景技術(shù)】
[0002]伴熱電纜廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如在工業(yè)方面主要利用在石油、化工、熱電廠等需要防止管道或罐內(nèi)的液體物質(zhì)凝固/流動速度慢的場所，在公共設(shè)施方面主要用于消防管道的伴熱，在民用方面可用于室內(nèi)取暖以及冬季室外管道防凍方面。伴熱電纜的核心在于其結(jié)構(gòu)和制作其電熱原件PTC材料。PTC材料是指材料的電阻值隨溫度的升高而上升的一種熱敏材料，即材料的電阻或電阻率在某一特定的溫度范圍內(nèi)時基本保持不變或僅有微小量的變化，而當溫度達到材料的某個特定的轉(zhuǎn)變點溫度附近時，材料的電阻率會在幾度或十幾度的狹窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生突變，電阻率迅速增大103-109數(shù)量級。PTC材料主要分為陶瓷基PTC材料和高分子基PTC材料兩種類型。其中，高分子基PTC材料由于具有易加工、制造成本較低、導(dǎo)電范圍大、室溫電阻率低等優(yōu)點而顯示出巨大的應(yīng)用價值。但是，現(xiàn)有技術(shù)中，高分子基PTC材料及高分子伴熱電纜還存在性能穩(wěn)定性較差、PTC強度較低等缺陷。
[0003]《導(dǎo)電_抗靜電聚合物納米復(fù)合材料的制備及其性能研究》一文中作者利用低熔點金屬、碳納米管等導(dǎo)電填料制備得到導(dǎo)電抗靜電聚合物復(fù)合材料及纖維，提出了新的制備方法和新原理，采用電導(dǎo)率高、易加工的低熔點金屬作為導(dǎo)電填料，通過熔融共混以及固相拉伸等方法，制備出復(fù)合纖維，得出聚合物/低熔點導(dǎo)電金屬復(fù)合纖維具有電阻率隨著拉伸倍率的提高而降低的性質(zhì)，與未含有低導(dǎo)電熔點纖維的復(fù)合纖維比較，其復(fù)合纖維的強度和斷裂伸長率都有所提高。通過在復(fù)合纖維中添加碳納米管和納米蒙脫土顯著降低了金屬顆粒粒徑，使得復(fù)合纖維獲得了更加優(yōu)異的電性能和力學(xué)性能。導(dǎo)電填料在聚合物基體中的分散性是影響PTC材料性能優(yōu)良與否的決定性因素，影響著PTC材料的發(fā)展和應(yīng)用。PTC材料的穩(wěn)定性和是否有NTC效應(yīng)是運用到伴熱電纜中最主要的問題。而通篇文章作者沒有考慮到這個問題，這也是本發(fā)明所要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種抗老化的自限溫伴熱電纜。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種抗老化的自限溫伴熱電纜，包括PTC芯帶，依次包覆在所述PTC芯帶外的絕緣層、金屬屏蔽層和耐磨護套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發(fā)熱導(dǎo)線和包覆在其外的PTC材料層構(gòu)成;所述PTC材料由以下重量份的原料制備制成:聚丙烯30-35、錫鉍合金粉4-6、硬脂酸鋁
0.2-0.4、碳納米管13-16、羧基丁腈粉末橡膠9-12、濃硫酸12-16、炭黑接枝物5-7、聚酰胺12-15、金屬鉍5-7、納米氧化銅3.4-5、二苯基甲烷二異氰酸酯2.1_2.5、二月桂酸二丁基錫
0.4-0.7,聚乙烯醇3-4、高壓低密度聚己烯70-75、二甲基亞砜適量、去離子水適量。
[0006]所述一種抗老化的自限溫伴熱電纜，由以下具體步驟制備制成:
(I)將碳納米管加到濃硫酸和濃硝酸體積比1:1的混合溶液中，超聲攪拌24h，于140°C冷凝回流lh，用去離子水反復(fù)超聲、過濾、洗滌若干次，直至濾液呈中性后在烘箱中干燥備用；
(2)將步驟(I)制備的改性碳納米管加到二甲基亞砜中，抽真空充氮氣，超聲攪拌5h后逐滴加入二苯基甲烷二異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫，控制溫度在110°C磁力攪拌4-5h，降低溫度于90°C時加入聚乙烯醇，繼續(xù)磁力攪拌5-7h，趁熱過濾，將產(chǎn)物于60°C下真空烘干；
(3)將聚丙烯在烘箱中80°C下烘干6-8h，冷卻后切成顆粒，將金屬鉍粉、硬脂酸鋁、納米氧化銅和預(yù)處理的聚丙烯粒料按照配比在高速攪拌機中混合均勻，然后加到雙螺桿擠出機擠出造粒，再將顆粒在80°C下烘干4-5h，之后置于毛細管流變儀中，制成混合原絲，將原絲夾持在夾具上，在170-180°C的環(huán)境加熱箱內(nèi)，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維；
(4 )將剩余配方量的各組分、步驟(2 )制備的產(chǎn)物和步驟(3 )制備的產(chǎn)物通過密煉機熔融共混，溫度為160-175°C，時間為15-25min，然后通過單螺桿擠出機造粒，再將粒子在10-15m/min的擠出速率下，通過擠壓模擠出成纜材冷卻至常溫即可
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明通過使用低熔點金屬作為導(dǎo)電填料，結(jié)合熔融混合和固相拉伸的手段，制備了導(dǎo)電、抗靜電復(fù)合纖維，使其擁有良好的強度和斷裂伸長率，且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能，解決了金屬與基體材料相容性差、容易氧化導(dǎo)致電導(dǎo)率下降的問題，并且通過引入的超細粉末橡膠和改性石墨烯，實現(xiàn)高體積填充，顯著提高體積排除效應(yīng)的效率，并且?guī)椭y分散的納米粒子在聚合物種分散，完善了金屬/導(dǎo)電材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，大幅度降低了導(dǎo)電逾滲值，提高了材料的電學(xué)穩(wěn)定性，本發(fā)明為了提高聚合物材料的強度，在酸化的碳納米管表面利用異氰酸酯作為橋接試劑接枝聚乙烯醇，得到聚乙烯醇接枝碳納米管，增強了在基體材料中的相容性，并且提高了抗拉強度，本發(fā)明制備的電纜材料具備了優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，可以快速的傳遞熱量，避免局部溫度過高，同時該電纜材料的強度、韌性和抗老化性能也得到了很大的提升，應(yīng)用前景廣泛，值得推廣。
【具體實施方式】
[0008]一種抗老化的自限溫伴熱電纜，包括PTC芯帶，依次包覆在所述PTC芯帶外的絕緣層、金屬屏蔽層和耐磨護套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發(fā)熱導(dǎo)線和包覆在其外的PTC材料層構(gòu)成;所述PTC材料由以下重量份(公斤)的原料制備制成:聚丙烯30、錫鉍合金粉4、硬脂酸鋁0.2、碳納米管13、羧基丁腈粉末橡膠9、濃硫酸12、炭黑接枝物5、聚酰胺12、金屬鉍5、納米氧化銅3.4、二苯基甲烷二異氰酸酯2.1、二月桂酸二丁基錫0.4、聚乙烯醇3、高壓低密度聚己烯70、二甲基亞砜適量、去離子水適量。
[0009]所述一種抗老化的自限溫伴熱電纜，由以下具體步驟制備制成:
(1)將碳納米管加到濃硫酸和濃硝酸體積比1:1的混合溶液中，超聲攪拌24h，于140°C冷凝回流lh，用去離子水反復(fù)超聲、過濾、洗滌若干次，直至濾液呈中性后在烘箱中干燥備用；
(2)將步驟(I)制備的改性碳納米管加到二甲基亞砜中，抽真空充氮氣，超聲攪拌5h后逐滴加入二苯基甲烷二異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫，控制溫度在110Γ磁力攪拌4h，降低溫度于90 0C時加入聚乙烯醇，繼續(xù)磁力攪拌5h，趁熱過濾，將產(chǎn)物于60 0C下真空烘干；
(3)將聚丙烯在烘箱中80°C下烘干6h，冷卻后切成顆粒，將金屬鉍粉、硬脂酸鋁、納米氧化銅和預(yù)處理的聚丙烯粒料按照配比在高速攪拌機中混合均勻，然后加到雙螺桿擠出機擠出造粒，再將顆粒在80°C下烘干4h，之后置于毛細管流變儀中，制成混合原絲，將原絲夾持在夾具上，在170°C的環(huán)境加熱箱內(nèi)，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維；
(4 )將剩余配方量的各組分、步驟(2 )制備的產(chǎn)物和步驟(3 )制備的產(chǎn)物通過密煉機熔融共混，溫度為160°C，時間為15min，然后通過單螺桿擠出機造粒，再將粒子在10m/min的擠出速率下，通過擠壓模擠出成纜材冷卻至常溫即可。
[0010]該伴熱電纜的性能測試如下:
拉伸強度(MPa):22.8;斷裂伸長率(％):367;氧指數(shù)(％):38；熱穩(wěn)定性:由10°C到99°C間來回循環(huán)300次后電纜發(fā)熱量維持在95%;體積電阻率(Ω.cm): 92;工作溫度彡160 °C。
【主權(quán)項】
1.一種抗老化的自限溫伴熱電纜，其特征在于，包括PTC芯帶，依次包覆在所述PTC芯帶外的絕緣層、金屬屏蔽層和耐磨護套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發(fā)熱導(dǎo)線和包覆在其外的PTC材料層構(gòu)成;所述PTC材料由以下重量份的原料制備制成:聚丙烯30-35、錫鉍合金粉4-6、硬脂酸鋁0.2-0.4、碳納米管13-16、羧基丁腈粉末橡膠9-12、濃硫酸12-16、炭黑接枝物5-7、聚酰胺12-15、金屬鉍5-7、納米氧化銅3.4-5、二苯基甲烷二異氰酸酯2.1-2.5、二月桂酸二丁基錫0.4-0.7、聚乙烯醇3-4、高壓低密度聚己烯70-75、二甲基亞砜適量、去離子水適量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抗老化的自限溫伴熱電纜，其特征在于，由以下具體步驟制備制成: (1)將碳納米管加到濃硫酸和濃硝酸體積比1:1的混合溶液中，超聲攪拌24h，于140°C冷凝回流lh，用去離子水反復(fù)超聲、過濾、洗滌若干次，直至濾液呈中性后在烘箱中干燥備用； (2)將步驟(I)制備的改性碳納米管加到二甲基亞砜中，抽真空充氮氣，超聲攪拌5h后逐滴加入二苯基甲烷二異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫，控制溫度在110°C磁力攪拌4-5h，降低溫度于90°C時加入聚乙烯醇，繼續(xù)磁力攪拌5-7h，趁熱過濾，將產(chǎn)物于60°C下真空烘干； (3)將聚丙烯在烘箱中80°C下烘干6-8h，冷卻后切成顆粒，將金屬鉍粉、硬脂酸鋁、納米氧化銅和預(yù)處理的聚丙烯粒料按照配比在高速攪拌機中混合均勻，然后加到雙螺桿擠出機擠出造粒，再將顆粒在80°C下烘干4-5h，之后置于毛細管流變儀中，制成混合原絲，將原絲夾持在夾具上，在170-180°C的環(huán)境加熱箱內(nèi)，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維； (4 )將剩余配方量的各組分、步驟(2 )制備的產(chǎn)物和步驟(3 )制備的產(chǎn)物通過密煉機熔融共混，溫度為160-175°C，時間為15-25min，然后通過單螺桿擠出機造粒，再將粒子在10-15m/min的擠出速率下，通過擠壓模擠出成纜材冷卻至常溫即可。
【文檔編號】H05B3/10GK106084376SQ201610413901
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月14日 公開號201610413901.2, CN 106084376 A, CN 106084376A, CN 201610413901, CN-A-106084376, CN106084376 A, CN106084376A, CN201610413901, CN201610413901.2
【發(fā)明人】王小飛, 朱海南, 朱國銀, 胡小龍, 周銀生
【申請人】中科電力裝備（安徽）智能化科技有限公司