CN108752696A - 一种高温ptc自限温伴热带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温PTC自限温伴热带及其制备方法，涉及PTC复合材料技术领域，本发明以HDPE为基体材料添加增强伴热带强度的玻璃纤维，用于阻熔的氢氧化镁颗粒，并通过熔融共混和热压成型和冷压成型相结合的方法制备而成，本发明制备的伴热带不含氟，且原材料价格低廉制备方法简单，制备出的伴热带具有成本低，无污染而的优点，且通过可视化研究分析得到制备的伴热带在30min启动电流为0.48A，最高发热温度为163℃，具有发热温度高的特点，可广泛应用于石油、化工等方面。

Description

一种高温PTC自限温伴热带及其制备方法
技术领域
本发明属于PTC复合材料技术领域，具体涉及一种高温PTC自限温伴热带及其制备方法。
背景技术
PTC(Positive Temperature Coefficient)正温度系数热敏电阻是一种具有温度敏感性的半导体电阻材料，它具有电阻率随温度的升高而增大的特性。PTC热敏电阻还被称之为“热敏开关”，电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度(Tc)后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用。
近十年，高分子基PTC复合材料得到了广泛的应用，尤其是高分子基PTC复合材料的重要产品-聚乙烯基自限温伴热电缆带，具有众多其它传统加热元件所不具备的优异性能，如具有防止过热、节约电能、使用维修方便和便于自动化等特点，在石油、化工、家电、医疗器材等方面应用广泛，研究和开发具有优良性能的自限温伴热电带具有重要的现实意义，我国目前生产的高分子基自限温伴热带主要为伴热带，一般为90℃以下。高温伴热带的基体材料都含有氟，废弃后会对环境造成严重污染而且含氟材料价格昂贵，不利于高温伴热电带在民用领域的广泛使用。因此研制出无氟、降低生产成本且具有较高伴热温度的PTC自限温伴热带材料势在必行。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出无氟、降低生产成本且具有高温PTC自限温伴热带及其制备方法，为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高温PTC自限温伴热带，该伴热带包括如下成分：基体HDPE，偶联剂，阻熔剂，增强材料。
优选的，所述伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE 1220-1338份，偶联剂27-129份，阻熔剂189-353份，增强材料200-315份。
优选的，所述伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE 1310-1330份，偶联剂50-75份，阻熔剂235-260份，增强材料200-270份。
优选的，所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
优选的，所述阻熔剂为超微细氢氧化镁。
优选的，所述超微细氢氧化镁的纯度98％，粒度分布0.6-3.0μm，比表面积4-7m3/g。
优选的，所述增强材料为E-玻璃纤维。
优选的，所述基体HDPE为HDPE-7000F。
一种高温PTC自限温伴热带的制备方法，具体步骤如下：
1)称取偶联剂，阻熔剂和增强材料置于炼塑机中，升温至炼塑机辊筒温度为170-190℃，加入基体HDPE，待熔融包辊后，再加入炭黑，混炼均匀后，挤压成厚度1.5-2.5mm薄片，并裁切成标准薄片；
2)将裁切后的标准薄片先进行预热软化，然后置于自控温伴热电缆试样模具中，安放上两根铜芯后合模，热压成型，再经冷压定型，制得铜芯自控温伴热电缆试样。
优选的，所述的热压和冷压成型的压力均为8-13MPa，时间均为10-15min。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明以HDPE为基体材料，HDPE结晶度高，非极性，具有良好的电性能且绝缘介电强度高，适用于电线电缆，且HDPE无毒、无味、无臭还具有良好的耐热耐寒性，化学稳定性和较高的刚性和韧性，制备的伴热带具有防止过热、节约电能、使用维修方便和便于自动化等特点且电阻率稳定性高、寿命长。
2.本发明向制备的HDPE为基体伴热带中添加增强伴热带强度的玻璃纤维，用于阻熔的氢氧化镁颗粒，制备的伴热带不仅维系伴热带化学性能，还提高了伴热带的力学性能和热学性能，制备的伴热带在30min启动电流为0.48A，最高发热温度为163℃。
3.本发明制备的伴热带不含氟，且原材料价格低廉制备方法简单，制备出的伴热带具有成本低，无污染而的优点。
附图说明
1.图1是玻璃纤维-HDPE对启动电流值的影响(2.5D)；
2.图2是氢氧化镁阻熔剂-HDPE对启动电流值的影响(2.5D)；
3.图3是偶联剂-HDPE用量对启动电流值的影响(2.5D)。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1
本实施例中伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE 1270份，偶联剂37份，阻熔剂284份，增强材料257份。
本实施例中高温PTC自限温伴热带的制备方法，具体步骤如下：
1)称取37重量份偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，284重量份纯度98％，粒度分布0.5μm，比表面积5m3/g超微细氢氧化镁阻熔剂和257重量份E-玻璃纤维，置于炼塑机中，升温至炼塑机辊筒温度为180℃，加入1270重量份基体材料HDPE-7000F，待熔融包辊后，再加入62重量份炭黑，混炼均匀后，挤压成厚度2mm薄片，并裁切成长50mm，宽10mm的标准薄片；
2)将裁切后的标准薄片置于温度为210-230℃平板硫化机上先进行预热软化，然后将软化后的标准薄片置于自控温伴热电缆试样模具中，安放好两根直径1mm铜芯后合模，热压成型，压力10MPa，时间10min，再经冷压定型，压力10MPa，时间10min，制得长50mm，宽10mm，厚2mm，内含两根平行放置的间距为8mm的铜芯自控温伴热带试样。
30分钟测定其启动电流为0.50A，发热温度为109℃。
实施例2
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE1310份，偶联剂74份，阻熔剂250份，增强材料257份。
30分钟测定其启动电流为0.31A，发热温度为125℃。
实施例3
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE1325份，偶联剂53份，阻熔剂237份，增强材料240份。
30分钟测定其启动电流为0.48A，发热温度为163℃。
实施例4
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE1282份，偶联剂32份，阻熔剂255份，增强材料265份。
30分钟测定其启动电流为0.41A，发热温度为144℃。
实施例5
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE1220份，偶联剂92份，阻熔剂337份，增强材料282份。
30分钟测定其启动电流为0.36A，发热温度为143℃。
实施例6
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE1338份，偶联剂63份，阻熔剂245份，增强材料235份。
30分钟测定其启动电流为0.48A，发热温度为143℃。
实施例7
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE1320份，偶联剂53份，阻熔剂302份，增强材料223份。
30分钟测定其启动电流为0.3A，发热温度为150℃。
为了寻找到使发热温度能够大幅度提高的优化区间，采用了可视化图解方法进行分析，以玻璃纤维用量为横坐标，选择HDPE为不同量时对实验结果数据(此处为启动电流)进行规律分析，可以给出玻璃纤维用量对启动电流的影响，结果如图1-3所示，当固定HDPE用量时，玻璃纤维用量对启动电流影响不是很大，但当固定玻璃纤维用量时，随着HDPE用量的增大，启动电流值先变小后变大，但都符合启动电流为0.3-0.5A的工业标准。而氢氧化镁阻熔剂和偶联剂用量对启动电流的影响较为复杂。
上面结合具体实施例对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高温PTC自限温伴热带，其特征在于，该伴热带包括如下成分：基体HDPE，偶联剂，阻熔剂，增强材料。
2.根据权利要求1所述的高温PTC自限温伴热带，其特征在于，所述伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE 1220-1338份，偶联剂27-129份，阻熔剂189-353份，增强材料200-315份。
3.根据权利要求1所述的高温PTC自限温伴热带，其特征在于，所述伴热带包括如下重量份成分：基体HDPE 1310-1330份，偶联剂50-75份，阻熔剂235-260份，增强材料200-270份。
4.根据权利要求1所述的高温PTC自限温伴热带，其特征在于，所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的高温PTC自限温伴热带，其特征在于，所述阻熔剂为超微细氢氧化镁。
6.根据权利要求5所述的高温PTC自限温伴热带，其特征在于，所述超微细氢氧化镁的纯度98％，粒度分布0.6-3.0μm，比表面积4-7m3/g。
7.根据权利要求1所述的高温PTC自限温伴热带，其特征在于，所述增强材料为E-玻璃纤维。
8.根据权利要求1所述的高温PTC自限温伴热带，其特征在于，所述基体HDPE为HDPE-7000F。
9.一种权利要求1-8任一所述的高温PTC自限温伴热带的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)称取偶联剂，阻熔剂和增强材料置于炼塑机中，升温至炼塑机辊筒温度为170-190℃，加入基体HDPE，待熔融包辊后，再加入炭黑，混炼均匀后，挤压成厚度1.5-2.5mm薄片，并裁切成标准薄片；
2)将裁切后的标准薄片先进行预热软化，然后置于自控温伴热电缆试样模具中，安放上两根铜芯后合模，热压成型，再经冷压定型，制得铜芯自控温伴热电缆试样。
10.根据权利要求9所述的高温PTC自限温伴热带的制备方法，其特征在于，所述的热压和冷压成型的压力均为8-13MPa，时间均为10-15min。
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