CN110483876A - 一种高分子基导复合材料及其制备伴热带电缆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子基导复合材料及其制备伴热带电缆的方法，属于电缆制备领域，一种高分子基导复合材料，包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯50‑70份、乙烯‑醋酸乙烯共聚物30‑40份、油炉法炭黑15‑25份、氧化二异丙苯10‑20份、导电填料8‑12份和助剂5‑10份。本方案的伴热电缆制备工艺简单，值得推广，通过采用线性低密度聚乙烯、乙烯‑醋酸乙烯共聚物、油炉法炭黑为基本组分构建三元复合材料，通过油炉法炭黑赋予三元复合材料导电性并获得高PTC强度，通过助剂中的抗氧剂，可以防止过氧化二异丙苯发生热分解，通过助剂中的阻燃剂、稳定剂和分散剂，可进一步提高伴热电缆的综合性能。

Description

一种高分子基导复合材料及其制备伴热带电缆的方法

技术领域

本发明涉及电缆制备技术领域，具体为一种高分子基导复合材料及其制备伴热带电缆的方法。

背景技术

伴热带电缆广泛应用于许多领域，如在工业方面主要利用在石油、化工、热电厂等需要防止管道或罐内的液体物质凝固/流动速度慢的场所，在公共设施方面主要用于消防管道的伴热，在民用方面可用于室内取暖以及冬季室外管道防冻方面。

伴热带电缆的核心在于其结构和制作其电热原件的导电高分子复合材料（PCT材料），导电高分子复合材料是指材料的电阻值随温度的升高而上升的一种热敏材料，即材料的电阻或电阻率在某一特定的温度范围内时基本保持不变或仅有微小量的变化，而当温度达到材料的某个特定的转变点温度附近时，材料的电阻率会在几度或十几度的狭窄的温度范围内发生突变，电阻率迅速增大10³-10⁹数量级。

PCT材料主要分为陶瓷基复合材料和高分子基导复合材料两种类型，其中，高分子基导复合材料由于具有易加工、制造成本较低、导电范围大、室温电阻率低等优点而显示出巨大的应用价值，但是，现有技术中，高分子基导复合材料及高分子伴热带电缆还存在稳定性差、易老化、PCT强度不足等缺陷。

发明内容

（一）解决的技术问题

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高分子基导复合材料及其制备伴热带电缆的方法，具备稳定性好、不易老化、PCT强度足的优点，解决了现有技术中，高分子基导复合材料及高分子伴热带电缆还存在稳定性差、易老化、PCT强度不足等缺陷的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高分子基导复合材料，包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯50-70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30-40份、油炉法炭黑15-25份、氧化二异丙苯10-20份、导电填料8-12份和助剂5-10份。

优选的，包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯50份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30份、油炉法炭黑15份、氧化二异丙苯10份、导电填料8份和助剂5份

优选的，包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物35份、油炉法炭黑20份、氧化二异丙苯15份、导电填料10份和助剂7.5份。

优选的，包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物40份、油炉法炭黑25份、氧化二异丙苯20份、导电填料12份和助剂10份。

优选的，所述导电填料是由将炭黑放入偶联剂的异丙醇溶液经球磨2-3小时后于烘箱中蒸发溶剂，再于真空烘箱中反应得到炭黑导电填料，所述炭黑与偶联剂的质量比为100：1。

优选的，所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂，所述钛酸酯类偶联剂为NDZ-101或NDZ-40。

优选的，所述助剂为抗氧剂、阻燃剂、稳定剂和分散剂的混合物。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种高分子基导复合材料制备伴热带电缆的方法，包括以下步骤：

1）高分子基导复合材料的制备：

A、依次将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和油炉法炭黑放入混料机中进行混合10-15分钟，得到混合物A，待用；

B、将步骤A中得到的混合物A、氧化二异丙苯、导电填料和助剂，共同放入混炼机中进行混炼，混炼温度为170-180℃，混炼时间为10-15分钟，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）将步骤1）中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，安放上两根间距为7-9mm的镀锡铜芯后合模，热压成型，再经冷压定型，制得伴热带电缆芯带；

3）在伴热带电缆芯带的外层包覆绝缘外套，所述绝缘外套由四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物为基料制作而成；

4）将上述包覆绝缘外套的伴热带电缆芯带经过电子束辐照或Co60进行辐照交联，交联度为50％-75％，即制得伴热带电缆。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种高分子基导复合材料及其制备伴热带电缆的方法，具备以下有益效果：

（1）本方案的伴热电缆制备工艺简单，值得推广，通过采用线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、油炉法炭黑为基本组分构建三元复合材料，通过油炉法炭黑赋予三元复合材料导电性并获得高PTC强度。

（2）通过添加过氧化二异丙苯作为交联剂，引发乙烯-醋酸乙烯共聚物中的聚乙烯主链和乙酯基接枝反应，从而提高三元复合材料的凝胶含量，从而抑制炭黑粒子在三元复合材料中的分散性，克服了三元复合材料热收缩稳定性差的缺陷，提高伴热带电缆性能的稳定性，并可提高伴热带电缆转变温度，同时，过氧化二异丙苯价格低廉，降低了成本；

（3）通过助剂中的抗氧剂，可以防止过氧化二异丙苯发生热分解，通过助剂中的阻燃剂、稳定剂和分散剂，可进一步提高伴热电缆的综合性能。

（4）通过将炭黑放入偶联剂的异丙醇溶液中进行表面处理的导电填料，破坏了炭黑原来的链状结构，使炭黑粒子保持在三元复合材料中的分散稳定性，使得炭黑粒子不易恢复凝聚状态，从而使得伴热电缆抗老化性好。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

一种高分子基导复合材料，包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯50份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30份、油炉法炭黑15份、氧化二异丙苯10份、导电填料8份和助剂5份。

进一步的，导电填料是由将炭黑放入偶联剂的异丙醇溶液经球磨2-3小时后于烘箱中蒸发溶剂，再于真空烘箱中反应得到炭黑导电填料，炭黑与偶联剂的质量比为100：1。

进一步的，偶联剂为钛酸酯类偶联剂，钛酸酯类偶联剂为NDZ-101或NDZ-40。

进一步的，助剂为抗氧剂、阻燃剂、稳定剂和分散剂的混合物。

一种高分子基导复合材料制备伴热带电缆的方法，包括以下步骤：

1）高分子基导复合材料的制备：

A、依次将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和油炉法炭黑放入混料机中进行混合10分钟，得到混合物A，待用；

B、将步骤A中得到的混合物A、氧化二异丙苯、导电填料和助剂，共同放入混炼机中进行混炼，混炼温度为170℃，混炼时间为10分钟，混炼均匀后，挤压成厚度1.5mm薄片，并裁切成标准薄片；

2）将步骤1）中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，安放上两根间距为7mm的镀锡铜芯后合模，热压成型，再经冷压定型，制得伴热带电缆芯带；

3）在伴热带电缆芯带的外层包覆绝缘外套，绝缘外套由四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物为基料制作而成；

4）将上述包覆绝缘外套的伴热带电缆芯带经过电子束辐照或Co60进行辐照交联，交联度为50％，即制得伴热带电缆。

实施例二：

一种高分子基导复合材料，线性低密度聚乙烯60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物35份、油炉法炭黑20份、氧化二异丙苯15份、导电填料10份和助剂7.5份。

进一步的，导电填料是由将炭黑放入偶联剂的异丙醇溶液经球磨2-3小时后于烘箱中蒸发溶剂，再于真空烘箱中反应得到炭黑导电填料，炭黑与偶联剂的质量比为100：1。

进一步的，偶联剂为钛酸酯类偶联剂，钛酸酯类偶联剂为NDZ-101或NDZ-40。

进一步的，助剂为抗氧剂、阻燃剂、稳定剂和分散剂的混合物。

一种高分子基导复合材料制备伴热带电缆的方法，包括以下步骤：

1）高分子基导复合材料的制备：

A、依次将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和油炉法炭黑放入混料机中进行混合12.5分钟，得到混合物A，待用；

B、将步骤A中得到的混合物A、氧化二异丙苯、导电填料和助剂，共同放入混炼机中进行混炼，混炼温度为175℃，混炼时间为12.5分钟，混炼均匀后，挤压成厚度2mm薄片，并裁切成标准薄片；

2）将步骤1）中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，安放上两根间距为8mm的镀锡铜芯后合模，热压成型，再经冷压定型，制得伴热带电缆芯带；

3）在伴热带电缆芯带的外层包覆绝缘外套，绝缘外套由四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物为基料制作而成；

4）将上述包覆绝缘外套的伴热带电缆芯带经过电子束辐照或Co60进行辐照交联，交联度为60％，即制得伴热带电缆。

实施例三：

一种高分子基导复合材料，线性低密度聚乙烯70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物40份、油炉法炭黑25份、氧化二异丙苯20份、导电填料12份和助剂10份。

进一步的，导电填料是由将炭黑放入偶联剂的异丙醇溶液经球磨2-3小时后于烘箱中蒸发溶剂，再于真空烘箱中反应得到炭黑导电填料，炭黑与偶联剂的质量比为100：1。

进一步的，偶联剂为钛酸酯类偶联剂，钛酸酯类偶联剂为NDZ-101或NDZ-40。

进一步的，助剂为抗氧剂、阻燃剂、稳定剂和分散剂的混合物。

一种高分子基导复合材料制备伴热带电缆的方法，包括以下步骤：

1）高分子基导复合材料的制备：

A、依次将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和油炉法炭黑放入混料机中进行混合15分钟，得到混合物A，待用；

B、将步骤A中得到的混合物A、氧化二异丙苯、导电填料和助剂，共同放入混炼机中进行混炼，混炼温度为180℃，混炼时间为15分钟，混炼均匀后，挤压成厚度2.5mm薄片，并裁切成标准薄片；

2）将步骤1）中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，安放上两根间距为9mm的镀锡铜芯后合模，热压成型，再经冷压定型，制得伴热带电缆芯带；

3）在伴热带电缆芯带的外层包覆绝缘外套，绝缘外套由四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物为基料制作而成；

4）将上述包覆绝缘外套的伴热带电缆芯带经过电子束辐照或Co60进行辐照交联，交联度为75％，即制得伴热带电缆。

按照本实施例一到三任一提供的一种高分子基导复合材料制备伴热带电缆的方法，在伴热带电缆芯带的外层包覆绝缘外套后，对伴热电缆芯带和绝缘外套进行性能测试：

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，测伴热电缆芯带、绝缘外套的低温弯曲均-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；

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，测伴热电缆芯带、绝缘外套的热延伸率均≤100%，符合国家标准≤150%要求；

依据GB12527-2008《额定电压1kV及以下架空绝缘电缆》国家标准，测伴热电缆芯带、绝缘外套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。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高分子基导复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯50-70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30-40份、油炉法炭黑15-25份、氧化二异丙苯10-20份、导电填料8-12份和助剂5-10份。

2.根据权利要求1所述的一种高分子基导复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯50份、乙烯-醋酸乙烯共聚物30份、油炉法炭黑15份、氧化二异丙苯10份、导电填料8份和助剂5份。

3.根据权利要求1所述的一种高分子基导复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物35份、油炉法炭黑20份、氧化二异丙苯15份、导电填料10份和助剂7.5份。

4.根据权利要求1所述的一种高分子基导复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：线性低密度聚乙烯70份、乙烯-醋酸乙烯共聚物40份、油炉法炭黑25份、氧化二异丙苯20份、导电填料12份和助剂10份。

5.根据权利要求1所述的一种高分子基导复合材料，其特征在于：所述导电填料是由将炭黑放入偶联剂的异丙醇溶液经球磨2-3小时后于烘箱中蒸发溶剂，再于真空烘箱中反应得到炭黑导电填料，所述炭黑与偶联剂的质量比为100：1。

6.根据权利要求5所述的一种高分子基导复合材料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯类偶联剂，所述钛酸酯类偶联剂为NDZ-101或NDZ-40。

7.根据权利要求1所述的一种高分子基导复合材料，其特征在于：所述助剂为抗氧剂、阻燃剂、稳定剂和分散剂的混合物。

8.一种高分子基导复合材料制备伴热带电缆的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）高分子基导复合材料的制备：

A、依次将线性低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和油炉法炭黑放入混料机中进行混合10-15分钟，得到混合物A，待用；

B、将步骤A中得到的混合物A、氧化二异丙苯、导电填料和助剂，共同放入混炼机中进行混炼，混炼温度为170-180℃，混炼时间为10-15分钟，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）将步骤1）中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，安放上两根间距为7-9mm的镀锡铜芯后合模，热压成型，再经冷压定型，制得伴热带电缆芯带；

3）在伴热带电缆芯带的外层包覆绝缘外套，所述绝缘外套由四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物为基料制作而成；

4）将上述包覆绝缘外套的伴热带电缆芯带经过电子束辐照或Co60进行辐照交联，交联度为50％-75％，即制得伴热带电缆。