CN102816380B - 一种伴热电缆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伴热电缆，所述伴热电缆按重量份数包括：聚丙烯：300~500、聚偏氟乙烯：300~500、导电填料：600~700、阻燃剂：30~70、稳定剂：30~70、抗老剂：5~15、抗氧剂：5~15。本发明还公开了所述伴热电缆的制备方法，所述方法包括：（1）按配方量将聚丙烯、聚偏氟乙烯、阻燃剂、稳定剂、抗老剂和抗氧剂混合均匀，然后加入导电填料进行混炼；（2）将混炼得到的共混物料压制成型后，切片；（3）挤出得到伴热电缆。本发明所述伴热电缆的PTC效应显著，具有优异的力学性能和耐高温性能，伴热电缆长期工作温度可达到160度，明显高于现有技术中所公开的伴热电缆工作温度为130度左右。

Description

一种伴热电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种伴热电缆及其制备方法。

背景技术

伴热作为一种有效的管道（储罐）保温及防冻方案一直被广泛应用。其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。20世纪70年代，美国能源行业就提出用电伴热方案来替代蒸汽伴热的设想。70年代末80年代初，包括能源行业在内的很多工业部门已广泛推广了电伴热技术，以电伴热全面代替蒸汽伴热。电伴热技术发展至今，已由传统的恒功率伴热发展到以导电塑料为核心的自控温电伴热。

伴热的核心材料PTC半导电塑料，其电阻值随温度的升高而相应的增加，但是当温度上升到一定的数值时，电阻突然剧增，从而阻断电流停止加热；当温度低于门槛温度时，PTC材料的电阻自动下降导通电流，继续加热。从而使系统维持在一个稳定的温度值。伴热电缆由PTC芯带和绝缘层组成。将PTC材料厚度均匀、连续地挤包（或缠绕）在平行的金属线芯（亦称母线）上，制成的扁型带即为PTC芯带。在他的外面包裹一层聚乙烯高分子或聚氯乙烯绝缘层。而当环境有强化或耐腐蚀要求时，可以加一层编织层或氟聚合物外被。芯带一端的两根导电母线与电源接通时，电流便从一根母线横向流过并联的PTC材料层到达另一根母线，构成并联回路。一定长度的芯带在一定的温度下有一定的电阻，并具有PTC特性。电流流经并联的PTC材料层时产生焦耳热，使芯带发热升温。同时芯带的热量通过电缆绝缘层向温度低的被加热体系传递，以补偿体系向环境散失的热量。

PTC材料分为两大类，一类是陶瓷PTC材料，另一类是高聚物基的PTC材料。聚合物基PTC材料，由于转变温度低，加上易于成型以及成本低等特点，目前已广泛用于自控温伴热带，过流限制器，及温度传感器等领域。

CN 102344598A公开了一种具有正温度系数，高PTC强度高分子电发热复合材料，按重量百分比计：(1)35%~75%高密度聚乙烯，低密度聚乙烯，乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸乙酷共聚物，丁腈橡胶，环氧树脂，聚偏氟乙烯一种或几种混合物；15~55%碳黑，碳纳米管；无机填料3~12%；0.02~0.1%抗氧化剂。将上述混合物采用密炼或双螺杆加工成型，经辐射交联，即可制得高PTC强度自控温高分子导电发热复合材料。该复合材料由于良好的PTC强度，漏电流非常小，良好的安全性及热稳定性，在电热取暖方面，自控温加热器，过流保护领域及温度传感器有着广泛的应用。但是该聚合物基PTC材料，其耐高温性能较差，工作温度较低，且容易老化，随着工作时间的延长，其工作温度逐渐降低，无法满足实际应用的需要。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种伴热电缆，所述伴热电缆采用高强度的PTC导电材料，其具有优异的强度，耐高温性能稳定，工作温度可高达160度。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

所述伴热电缆，按重量份数包括：

优选地，所述电缆按重量份数包括：

优选地，所述电缆按重量份数包括：

本发明利用聚丙烯作为聚合物基体，并添加结晶性聚偏氟乙烯聚合物，通过与导电填料以及各种添加剂共混得到所述伴热电缆。本发明采用聚丙烯和聚偏氟乙烯作为聚合物基体，可以显著提高伴热电缆高温下的力学性能，并能增强伴热电缆的PTC效应。所述聚丙烯的重量份数为300~500，例如320、340、360、380、400、420、440、460、480、490，优选350~450，进一步优选400。所述聚偏氟乙烯的重量份数为300~500，例如320、340、360、380、400、420、440、460、480、490，优选350~450，进一步优选400。

优选地，本发明所述导电填料选自炭黑或/和碳纳米管。所述碳纳米管可选择单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或者多壁碳纳米管中的一种或者至少两种的混合物，作为优选技术方案，所述导电填料优选炭黑。所述导电填料的重量份数为600~700，例如610、620、630、640、650、660、670、680、690，优选630~680，进一步优选660。

优选地，所述阻燃剂为三氧化二锑或/和氢氧化铝，优选三氧化二锑。所述阻燃剂的重量份数为30~70，例如35、40、45、50、55、60、65、68，优选40~60，进一步优选50。

优选地，所述稳定剂为氧化锌或/和氧化镁，优选氧化锌。所述稳定剂的重量份数为30~70，例如35、40、45、50、55、60、65、68，优选40~60，进一步优选50。

优选地，所述抗老剂选自防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂4020、防老剂DNP或防老剂MB中的一种或者至少两种的混合物。所述混合物例如防老剂MB和防老剂DNP的混合物，防老剂4020和防老剂4010NA的混合物，防老剂RD和防老剂MB的混合物，防老剂DNP和防老剂4020的混合物，防老剂4010NA、防老剂RD、防老剂MB和防老剂DNP的混合物，防老剂MB、防老剂DNP、防老剂4020、防老剂4010NA和防老剂RD的混合物。防老剂RD：2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体；防老剂DNP：N，N-二（β-萘基）对苯二胺；防老剂MB：2-巯基苯并咪唑，防老剂4010NA：N-异丙基-N’苯基-对苯二胺，防老剂4020：N-（1,3-二甲基丁基）-N'-苯基对苯二胺，五种防老剂可单独使用，也可混合使用，混合使用可以获得明显的协同效果，并可加入具有协同作用的稳定剂。所述稳定剂的重量份数为5~15，例如6、7、8、9、10、11、12、13、14，优选8~12，进一步优选10。

优选地，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂3114中的一种或者至少两种的混合物，所述混合物例如抗氧剂3114和抗氧剂168的混合物，抗氧剂1076和抗氧剂1010的混合物，抗氧剂3114和抗氧剂1076的混合物，抗氧剂168和抗氧剂1010的混合物，抗氧剂3114、抗氧剂168和抗氧剂1076的混合物，抗氧剂1010、抗氧剂3114和抗氧剂168的混合物，抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂3114和抗氧剂168的混合物，优选抗氧剂1010。所述抗氧剂的重量份数为5~15，例如6、7、8、9、10、11、12、13、14，优选8~12，进一步优选10。

本发明典型但非限制性的伴热电缆，按重量份数包括：

本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述伴热电缆不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

例如，本发明所述伴热电缆还包括偶联剂，偶联剂的加入可以提高聚合物和导电填料之间的界面结合作用，增强所述伴热电缆的PTC效应。典型但非限制性的偶联剂的重量份数为1~5，例如2、3、4。

例如，本发明所述伴热电缆还包括聚乙烯，聚乙烯作为结晶性聚合物，他的加入可以显著提高所述伴热电缆的PTC效应和强度。典型但非限制性的聚乙烯的重量份数为20~100，例如30、40、50、60、70、80、90、95。

例如，本发明所述伴热电缆还包括着色剂，可以增强所述伴热电缆的应用的选择性。所述着色剂的重量份数为1~5，例如2、3、4。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的伴热电缆的制备方法，所述方法包括：

（1）按配方量将聚丙烯、聚偏氟乙烯、阻燃剂、稳定剂、抗老剂和抗氧剂混合均匀，然后加入导电填料进行混炼；

（2）将混炼得到的共混物料压制成型后，切片；

（3）挤出得到伴热电缆。

在混炼过程中，为了保证共混料的均匀性、导电性以及较好的力学性能，应当注意对混炼时间和混炼温度的控制。本发明所述混炼的温度为180~230℃，例如185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃，优选190~220℃，进一步优选200℃。

优选地，所述混炼的时间为5~15min，例如6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min，优选8~12min，进一步优选10min。合适的混炼温度和时间提高了材料的稳定性和PTC效应。

本领域技术人员可获知的任意可以实现压制成型的设备均可实现本发明，作为优选技术方案，本发明通过热压机进行压制成型。

优选地，所述压制成型的温度为180~230℃，例如185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃，优选190~220℃，进一步优选200℃。

优选地，所述压制成型的压力为15~20MPa，例如15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa，优选17~19MPa，进一步优选18MPa。

优选地，所述压制成型的时间为5~15min，例如6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min，优选8~12min，进一步优选10min。

本领域技术人员可获知的任意可实现将物料挤出的功能的设备均可实现本发明，作为优选技术方案，本发明通过挤塑机挤出得到伴热电缆。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明所述伴热电缆原料简单，成本低廉，便于工业化应用；

（2）本发明所述伴热电缆的PTC效应显著，具有优异的力学性能和耐高温性能，伴热电缆长期工作温度可达到160度；

（3）本发明采用聚丙烯和聚偏氟乙烯作为基体，与单个聚合物基体来讲，双聚合物PTC材料加工性能更加优异。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

所述伴热电缆按重量份数包括：

所述伴热电缆的制备方法为：

（1）按配方量将聚丙烯、聚偏氟乙烯、阻燃剂、稳定剂、抗老剂和抗氧剂混合均匀，然后加入导电填料在200℃进行混炼10min；

（2）将混炼得到的共混物料在热压机上，在200℃下、18MPa下压制成型10min后，切片；

（3）通过挤塑机挤出得到伴热电缆。

实施例2

所述伴热电缆按重量份数包括：

所述伴热电缆的制备方法为：

（1）按配方量将聚丙烯、聚偏氟乙烯、阻燃剂、稳定剂、抗老剂和抗氧剂混合均匀，然后加入导电填料在180℃进行混炼15min；

（2）将混炼得到的共混物料在热压机上，在180℃、20MPa下压制成型5min后，切片；

（3）通过挤塑机挤出得到伴热电缆。

实施例3

所述伴热电缆按重量份数包括：

所述伴热电缆的制备方法为：

（1）按配方量将聚丙烯、聚偏氟乙烯、阻燃剂、稳定剂、抗老剂和抗氧剂混合均匀，然后加入导电填料在230℃进行混炼5min；

（2）将混炼得到的共混物料在热压机上，在230℃、15MPa下压制成型15min后，切片；

（3）通过挤塑机挤出得到伴热电缆。

本发明所述伴热电缆的PTC效应显著，具有优异的力学性能和耐高温性能，伴热电缆长期工作温度可达到160度，明显高于现有技术中所公开的伴热电缆工作温度为130度左右。

应该注意到并理解，在不脱离后附的权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，能够对上述详细描述的本发明做出各种修改和改进。因此，要求保护的技术方案的范围不受所给出的任何特定示范教导的限制。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (33)

1.一种伴热电缆，其特征在于，所述伴热电缆按重量份数包括：

所述导电填料选自炭黑或/和碳纳米管；

所述阻燃剂为三氧化二锑或/和氢氧化铝；

所述稳定剂为氧化锌或/和氧化镁。

2.如权利要求1所述的伴热电缆，其特征在于，所述电缆按重量份数包括：

3.如权利要求2所述的伴热电缆，其特征在于，所述电缆按重量份数包括：

4.如权利要求1-3之一所述的伴热电缆，其特征在于，所述导电填料为炭黑；所述阻燃剂为三氧化二锑；所述稳定剂为氧化锌。

5.如权利要求1-3之一所述的伴热电缆，其特征在于，所述抗老剂选自防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂4020、防老剂DNP或防老剂MB中的一种或者至少两种的混合物。

6.如权利要求4所述的伴热电缆，其特征在于，所述抗老剂选自防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂4020、防老剂DNP或防老剂MB中的一种或者至少两种的混合物。

7.如权利要求1-3之一所述的伴热电缆，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂3114中的一种或者至少两种的混合物。

8.如权利要求4所述的伴热电缆，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂3114中的一种或者至少两种的混合物。

9.如权利要求5所述的伴热电缆，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂3114中的一种或者至少两种的混合物。

10.如权利要求6所述的伴热电缆，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂168或抗氧剂3114中的一种或者至少两种的混合物。

11.一种如权利要求1-10之一所述的伴热电缆的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)按配方量将聚丙烯、聚偏氟乙烯、阻燃剂、稳定剂、抗老剂和抗氧剂混合均匀，然后加入导电填料进行混炼；

(2)将混炼得到的共混物料压制成型后，切片；

(3)挤出得到伴热电缆。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述混炼的温度为180～230℃。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述混炼的温度为190～220℃。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述混炼的温度为200℃。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述混炼的时间为5～15min。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述混炼的时间为8～12min。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述混炼的时间为10min。

18.如权利要求11-17之一所述的方法，其特征在于，通过热压机进行压制成型。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述压制成型的温度为180～230℃。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述压制成型的温度为190～220℃。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述压制成型的温度为200℃。

22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述压制成型的压力为15～20MPa。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述压制成型的压力为17～19MPa。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述压制成型的压力为18MPa。

25.如权利要求11-17之一所述的方法，其特征在于，所述压制成型的时间为5～15min。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述压制成型的时间为8～12min。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述压制成型的时间为10min。

28.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述压制成型的时间为5～15min。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述压制成型的时间为8～12min。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述压制成型的时间为10min。

31.如权利要求11-17之一所述的方法，其特征在于，通过挤塑机挤出得到伴热电缆。

32.如权利要求18所述的方法，其特征在于，通过挤塑机挤出得到伴热电缆。

33.如权利要求25所述的方法，其特征在于，通过挤塑机挤出得到伴热电缆。