CN106332336A - 一种ptc材料自限温电伴热带加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，包括以下步骤：步骤一、加热熔融：将高密度聚乙烯母粒、炭黑和氧化锌混合通过外部感应加热融化；步骤二、混合保温：将复合物稳定剂K‑1330、四季戊四醇脂、水杨酸对叔丁基苯脂、邻苯二甲酸二（2‑乙基己）酯和过氧化碳酸二环己酯投入充分混合；步骤三、冷却挤出：通过外界空气的自然冷却然后挤出PTC高分子材料包裹在两根平行设置的铜芯母线外；步骤四、在25℃～28℃的空气中冷却至低于软化温度后置于水槽中进行冷却；步骤五、在PTC高分子材料外挤包一层低烟无卤阻燃热塑性聚烯烃材料的绝缘层。本发明加工的自限温电伴热带最高表面温度为110摄氏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种自限温电伴热带加工工艺技术领域，特别是一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺。
背景技术
电伴热带是一种新型高科技产品，其上个世纪70年代进入应用领域以来，自限式电伴热带已经成为当今世界上最通用的电伴热带类型。它们可以广泛地应用于液态物体在管道中输送和罐体的防冻保温、维持工艺温度、加热公路、坡道、人行横道、屋檐及地板等。基本型自限式电伴热带内部，两根导电芯之间分布着起加热作用的PTC高分子材料，其外部由高分子绝缘层构成。当电源接通时，内部PTC高分子材料受热膨胀，电阻变大，减小发热功率，使温度降低；当温度降低时，内部PTC高分子材料遇冷收缩，电阻变小，增大发热功率，使温度上升，从而达到自动调节温度的作用。
在电伴热带工作时，伴热某一体系，若单位时间内电伴热带向体系传递的热量等于体系向外环境传递的热量，则体系的温度保持不变。能使体系达到的最高温度，称为最高维持温度。
中国专利文献CN 101885872 B公开了一种专用于95摄氏度自限温电伴热带的PTC高分子发热材料，其具有高稳定的发热效果，主要用于填补低温电伴热带和中温电伴热带之间的空白，通常的中温电伴热带要求的最高表面温度为110摄氏度，为此有必要在上述PTC高分子发热材料的基础上进一步研发出一种中温电伴热带，且具有较好的稳定限温效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，加工的自限温电伴热带最高表面温度为110摄氏度，且具有较好的稳定限温效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，包括以下步骤：
步骤一、加热熔融：将100质量份的高密度聚乙烯母粒、16～17质量份的炭黑和1.5～1.6质量份的氧化锌混合后投入到双螺杆熔融挤出设备中，炭黑的粒径小于等于200纳米，氧化锌的粒径小于等于100纳米，在双螺杆熔融挤出设备中通过外部感应加热使高密度聚乙烯完全融化；
步骤二、混合保温：将0.33～0.35质量份的复合物稳定剂K-1330、0.25～0.26质量份的四季戊四醇脂、0.23～0.24质量份的水杨酸对叔丁基苯脂、0.17质量份的邻苯二甲酸二（2-乙基己）酯和0.14质量份的过氧化碳酸二环己酯混合均匀后投入到步骤一制得的熔融混合物中，通过双螺杆的摩擦挤压作用使混合物保持流动性并进行充分混合，控制混合物的温度不高于120℃，时间不少于30分钟；
步骤三、冷却挤出：双螺杆熔融挤出设备通过改变螺槽结构使双螺杆的摩擦挤压作用减弱，通过外界空气的自然冷却使步骤二制得的混合物逐渐冷却至融化温度以下，然后挤出PTC高分子材料包裹在两根平行设置的铜芯母线外；
步骤四、当步骤三挤出的PTC高分子材料在25℃～28℃的空气中冷却至低于软化温度后，将PTC高分子材料置于80℃～85℃的水槽中进行冷却至PTC高分子材料的温度与水槽中冷却水的温度相同，然后送入65℃～70℃的水槽中进行水冷，再送入45℃～50℃的水槽中进行水冷，最后送入25℃～30℃的水槽中进行水冷；
步骤五、称量茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体作为第一组分，称量乙烯-醋酸乙烯共聚物作为第二组分，第一组分和第二组分按照3︰7的质量比混合后，在步骤四冷却后的PTC高分子材料外挤包一层低烟无卤阻燃热塑性聚烯烃材料的绝缘层。
作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤三中的两根铜芯母线均为镀锡铜绞线或镀镍铜绞线。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括步骤六、在步骤五的绝缘层外通过金属纤维混合编织包裹一层屏蔽层。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括步骤七、在步骤六的屏蔽层外通过乙丙橡胶材料挤包一层护套层。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明所提供的一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，加工的自限温电伴热带具有较好的控温性能，表面温度能够准确地控制在（110±2）摄氏度，且由于已知的几种阻燃添加剂会影响本发明中的PTC高分子材料的控温稳定性，因此本发明的PTC高分子材料中不含有阻燃添加剂，而是通过采用特定组分的低烟无卤阻燃热塑性聚烯烃材料制成的绝缘层来实现电伴热带的整体阻燃功能；且挤出的PTC高分子材料高密度聚乙烯交联充分，地热采暖电缆PTC高分子材料机械强度较高、且发热温度稳定，抗氧化、耐老化、耐候等性能好。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来进一步详细说明本发明的技术内容。
本实施例所提供的一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，包括以下步骤：
步骤一、加热熔融：将100质量份的高密度聚乙烯母粒、16～17质量份的炭黑和1.5～1.6质量份的氧化锌混合后投入到双螺杆熔融挤出设备中，炭黑的粒径小于等于200纳米，氧化锌的粒径小于等于100纳米，在双螺杆熔融挤出设备中通过外部感应加热使高密度聚乙烯完全融化。
步骤二、混合保温：将0.33～0.35质量份的复合物稳定剂K-1330、0.25～0.26质量份的四季戊四醇脂、0.23～0.24质量份的水杨酸对叔丁基苯脂、0.17质量份的邻苯二甲酸二（2-乙基己）酯和0.14质量份的过氧化碳酸二环己酯混合均匀后投入到步骤一制得的熔融混合物中，通过双螺杆的摩擦挤压作用使混合物保持流动性并进行充分混合，控制混合物的温度不高于120℃，时间不少于30分钟。
步骤三、冷却挤出：双螺杆熔融挤出设备通过改变螺槽结构使双螺杆的摩擦挤压作用减弱，通过外界空气的自然冷却使步骤二制得的混合物逐渐冷却至融化温度以下，然后挤出PTC高分子材料包裹在两根平行设置的铜芯母线外；两根铜芯母线均为镀锡铜绞线或镀镍铜绞线。
步骤四、当步骤三挤出的PTC高分子材料在25℃～28℃的空气中冷却至低于软化温度后，将PTC高分子材料置于80℃～85℃的水槽中进行冷却至PTC高分子材料的温度与水槽中冷却水的温度相同，然后送入65℃～70℃的水槽中进行水冷，再送入45℃～50℃的水槽中进行水冷，最后送入25℃～30℃的水槽中进行水冷。
步骤五、称量茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体作为第一组分，称量乙烯-醋酸乙烯共聚物作为第二组分，第一组分和第二组分按照3︰7的质量比混合后，在步骤四冷却后的PTC高分子材料外挤包一层低烟无卤阻燃热塑性聚烯烃材料的绝缘层。
步骤六、在步骤五的绝缘层外通过金属纤维混合编织包裹一层屏蔽层。
步骤七、在步骤六的屏蔽层外通过乙丙橡胶材料挤包一层护套层。
本实施例所加工的自限温电伴热带性能测试结果如下：
发热温度：依据GB/T19835-2005《自限温伴热带》国家标准，测电伴热带其中最高维持温度为112℃。
测发热芯层、绝缘层的低温弯曲性能：依据GB/T2951.14-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第14部分:通用试验方法 ——低温试验》国家标准，测电伴热带的发热芯层、绝缘层的低温弯曲均-30℃情况下不开裂，符合GB19518.1-2004国家标准中-25℃～-30℃不开裂的要求。
测发热芯层、绝缘层的热延伸性能：依据GB/T2951.21-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第21部分:弹性体混合料专用试验方法 ——耐臭氧试验——热延伸试验——浸矿物油试验》国家标准，测电伴热带的发热芯层、绝缘层的热延伸率均≤100%，符合国家标准≤150%要求。
测绝缘层的抗拉强度：依据GB/T2951《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》，测电伴热带的绝缘层的抗拉强度均达到22 MPa，远高于12.5 Mpa国家标准要求。
测绝缘层的热老化性能：GB/T2951《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法》，测电伴热带的绝缘层的抗拉强度变化率≤±10%，远小于国家标准≤±20%的要求。
测发热芯层、绝缘层的人工气候老化试验性能：依据GB12527-2008《额定电压1 kV及以下架空绝缘电缆》国家标准，测电伴热带的发热芯层、绝缘层的抗拉强度变化率和断裂伸长变化率均≤±23%，小于国家标准≤±15%的要求。
测绝缘层的耐矿物油性能：依据GB/T2951.21-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第21部分:弹性体混合料专用试验方法 ——耐臭氧试验——热延伸试验——浸矿物油试验》国家标准，测绝缘层浸矿物油后的抗拉强度变化率和断裂伸长变化率均≤±28%，远小于GB/T12706.1-2008≤±40%的要求。
测绝缘层热稳定性性能：依据GB/T19518.1-2004国家标准，测电伴热带140℃条件下存放4周后，承受1500 V/1min无击穿。
测绝缘层的防水试验性能：依据GB/T19835-2005《自限温伴热带》国家标准，测电伴热带浸水48 h后承受3.5 KV/1min无击穿。
以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、加热熔融：将100质量份的高密度聚乙烯母粒、16～17质量份的炭黑和1.5～1.6质量份的氧化锌混合后投入到双螺杆熔融挤出设备中，炭黑的粒径小于等于200纳米，氧化锌的粒径小于等于100纳米，在双螺杆熔融挤出设备中通过外部感应加热使高密度聚乙烯完全融化；
步骤二、混合保温：将0.33～0.35质量份的复合物稳定剂K-1330、0.25～0.26质量份的四季戊四醇脂、0.23～0.24质量份的水杨酸对叔丁基苯脂、0.17质量份的邻苯二甲酸二（2-乙基己）酯和0.14质量份的过氧化碳酸二环己酯混合均匀后投入到步骤一制得的熔融混合物中，通过双螺杆的摩擦挤压作用使混合物保持流动性并进行充分混合，控制混合物的温度不高于120℃，时间不少于30分钟；
步骤三、冷却挤出：双螺杆熔融挤出设备通过改变螺槽结构使双螺杆的摩擦挤压作用减弱，通过外界空气的自然冷却使步骤二制得的混合物逐渐冷却至融化温度以下，然后挤出PTC高分子材料包裹在两根平行设置的铜芯母线外；
步骤四、当步骤三挤出的PTC高分子材料在25℃～28℃的空气中冷却至低于软化温度后，将PTC高分子材料置于80℃～85℃的水槽中进行冷却至PTC高分子材料的温度与水槽中冷却水的温度相同，然后送入65℃～70℃的水槽中进行水冷，再送入45℃～50℃的水槽中进行水冷，最后送入25℃～30℃的水槽中进行水冷；
步骤五、称量茂金属催化剂的乙烯和辛烯实现原位聚合的热塑性弹性体作为第一组分，称量乙烯-醋酸乙烯共聚物作为第二组分，第一组分和第二组分按照3︰7的质量比混合后，在步骤四冷却后的PTC高分子材料外挤包一层低烟无卤阻燃热塑性聚烯烃材料的绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，其特征在于：所述步骤三中的两根铜芯母线均为镀锡铜绞线或镀镍铜绞线。
3.根据权利要求1所述的一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，其特征在于：还包括步骤六、在步骤五的绝缘层外通过金属纤维混合编织包裹一层屏蔽层。
4.根据权利要求3所述的一种PTC材料自限温电伴热带加工工艺，其特征在于：还包括步骤七、在步骤六的屏蔽层外通过乙丙橡胶材料挤包一层护套层。
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