CN202488789U

CN202488789U - Ptc高分子导电复合材料自限温伴热带

Info

Publication number: CN202488789U
Application number: CN2012200328440U
Authority: CN
Inventors: 强弱; 宋义虎; 强虎贲
Original assignee: XI'AN GWARM THERMAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XI'AN GWARM THERMAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2022-02-02

Abstract

本实用新型公开了一种PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，包括扁平状带体，带体包括聚乙烯基PTC导电复合层，聚乙烯基PTC导电复合层的内部挤包两股导电芯线，聚乙烯基PTC导电复合层的外部从内到外依次设置有周向闭合的聚乙烯绝缘层、屏蔽层以及聚乙烯加强防护层，两股导电芯线1均由15～25根直径为0.05～0.1mm的铜丝编织而成。本实用新型自限温伴热带在工作中不会产生气泡，电热性能稳定，安全可靠。

Description

PTC高分子导电复合材料自限温伴热带

技术领域

本实用新型属于PTC高分子电热材料技术领域，具体涉及一种PTC高分子导电复合材料自限温伴热带。

背景技术

具有电阻正温度系数(Positive temperature coefficient，PTC)效应的高分子复合材料可用于制作自控温型智能伴热带，PTC功能可防止局部异常过热，自动控制电流随温度的变化，有效控制耗电量，广泛应用于防冻、保温、加热等多种领域。

公开号为CN2916611、公开日为2007年6月27日的实用新型专利公开了一种“电伴热复合管”，由一根或一根以上的管道、与管道邻接的轴向布置的一根或一根以上的PTC电热带、保温层、周向闭合的内屏蔽网与外屏蔽膜、护套组成，沿轴向任意处的温度变化电热带局部可自调自补偿而达到恒温的目的。公开号为2478094Y、公开日为2002年2月20日的实用新型专利与公开号为1378072A、公开日为2002年11月6日的实用新型专利公开了一种“耐腐伴热采样复合管”，在多根采样管中间设有PCT伴热带，在多根采样管、PCT伴热带、电源线、仪表补偿电缆线外包覆有屏蔽热反射膜，在屏蔽热反射膜外设有保温层，保温层外设有耐候塑料护套，能减少热量的辐射损失20％，比恒功率电热丝伴热降低能耗70％。

公开号为201616920U、公开日为2010年10月27日的实用新型专利公开了“一种地热采暖用电伴热带”，包括有两根导电芯，其外依次包有PTC材料层、高分子绝缘内护套、合金屏蔽层、高分子绝缘外护套，电伴热带为圆柱形。公开号为201601851U、公开日为20101006的实用新型专利公开了一种“双层屏蔽电伴热带”，包括有两根导电芯，导电芯外依次包覆有PTC料层、高分子绝缘内护套、铝镁合金编制的屏蔽层、高分子绝缘外护套，高分子内护套与合金编织层间填充有铝箔层，铝箔层跟铝镁合金间没有屏蔽的互相干扰，且铝箔层磁导性能高，能有效吸收电磁波，满足大部分民用屏蔽要求。公开号为CN2746699Y、公开日为2005年12月14日的实用新型专利公开了“一种自限式电热带”，由导电线芯、PTC材料层、绝缘层、屏蔽层和加强护层组成，导电线芯为中空的扁平结构；用于大功率或大长度的自限式电热带时，在相同截面的导电芯线的情况下，可大大减少PTC材料使用量，扩大芯带的发热面积。公开号为CN101697649A、公开日为2010年4月21日的实用新型专利公开了“一种防爆型高分子自控温伴热带”，包括两根平行设置的发热导线，发热导线上均匀挤包有PTC材料层，PTC材料层外包覆设置有绝缘层，绝缘层外依次包覆设置有内屏蔽层和内护套，内护套外还依次包覆外屏蔽层和外护套。该防爆型自控温伴热带双屏蔽层和双护套结构，不仅启动电流小，伴热温度高，性能稳定，防爆性能好。

上述现有技术方案都存在以下缺陷：1)导电芯线与PTC高分子发热体热膨胀系数不同，反复加热-冷却后导电芯线与PTC高分子发热体易形成气泡，形成电打火隐患；2)自限温伴热带泄露电流较大，存在安全隐患；3)由于导电粒子在电场与电热温度的驱动下易发生迁移运动，自限温伴热带长期使用稳定性差。其中，公开号为CN102103907A、公开日为2011年6月22日的实用新型专利申请公开了“一种二芯三层自限温伴热带的制造装置及方法”，采用二芯三层自定心共挤机头在两根导体线芯上包覆上三层不同的复合物，解决了现有自限温伴热带因金属导体-树脂发热体界面电阻造成电打火的火灾隐患、绝缘层辐照收缩露出PTC发热层而造成漏电起火隐患的两个质量问题。但该方法工艺复杂，也存在导电芯线与PTC高分子材料接触电阻大的问题。辐照交联是提高自限温伴热带稳定性的常用方法，但造成伴热带制造成本上升，且高压电场下的长期使用稳定性得不到显著改善。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，在工作中不会产生气泡，电热性能稳定，安全可靠。

本实用新型所采用的技术方案是，一种PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，其特征在于，包括扁平状带体，带体包括聚乙烯基PTC导电复合层，聚乙烯基PTC导电复合层的内部挤包有间隔且平行设置的两股导电芯线，聚乙烯基PTC导电复合层的外部从内到外依次设置有周向闭合的聚乙烯绝缘层、屏蔽层以及聚乙烯加强防护层；两股导电芯线均由15～25根直径为0.05～0.1mm的铜丝编织而成，导电芯线使用的铜丝为无氧铜、镀锌铜、镀锡铜或镀银铜。

聚乙烯绝缘层由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯或中密度聚乙烯制备。

屏蔽层为软圆铜线编织网结构。

聚乙烯加强防护层由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯或中密度聚乙烯制备。

两股导电芯线之间的间距为5～12mm，聚乙烯基PTC导电复合层的厚度为0.5～1.0mm，聚乙烯绝缘层和聚乙烯加强防护层的厚度均为0.2～0.3mm，屏蔽层的厚度为0.05～0.08mm。

本实用新型PTC高分子导电复合材料自限温伴热带的有益效果是：

1、本实用新型中的导电芯线是由多根铜丝编织而成，聚乙烯基PTC导电复合层充分渗入导电芯线的铜丝间隙，将导电芯线有效挤包在聚乙烯基PTC导电复合层中，使自限温伴热带在反复加热冷却后，导电芯线与聚乙烯基PTC导电复合层不会因膨胀系数不同而在两者接触界面形成气泡。

2、本实用新型中的聚乙烯绝缘层、聚乙烯加强防护层与聚乙烯基PTC导电复合层均采用聚乙烯基体，能使上述各层的热膨胀系数大致相当，进而在本实用新型使用时反复通电加热-断电冷却后，上述各层间不易形成气泡，带体不会因微裂纹的产生而造成电热性能的恶化，因此本实用新型性能稳定性好，使用寿命长。

3、试验数据表明，本实用新型自限温伴热带在使用时泄露电流极小，冷态泄露电流不超过0.15mA，工作温度下的热态泄露电流不超过0.50mA，可以通过现有所有的漏电保护装置，与现有伴热带相比更加安全可靠。另外，本实用新型结构简单，易于实现连续化生产。

附图说明

图1是本实用新型PTC高分子导电复合材料自限温伴热带的结构示意图；

其中，1.导电芯线，2.聚乙烯基PTC导电复合层，3.聚乙烯绝缘层，4.屏蔽层，5.聚乙烯加强防护层。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，包括扁平状带体，该带体包括聚乙烯基PTC导电复合层2，聚乙烯基PTC导电复合层2的内部挤包有间隔且平行设置的两股导电芯线1，聚乙烯基PTC导电复合层2的外部从内到外依次设置有聚乙烯绝缘层3、屏蔽层4以及聚乙烯加强防护层5，聚乙烯绝缘层3、屏蔽层4以及聚乙烯加强防护层5均为周向闭合。

其中，两股导电芯线1均由15～25根直径为0.05～0.1mm的铜丝编织而成，铜丝为无氧铜、镀锌铜、镀锡铜或镀银铜。聚乙烯绝缘层3和聚乙烯加强防护层5均由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯或中密度聚乙烯制备。屏蔽层4为软圆铜线编织网结构。

聚乙烯基PTC导电复合层2的原料组成包括聚乙烯树脂100重量份、乙烯-甲基丙烯酸酯离聚物1～50重量份、炭黑10～50重量份、碳纤维1～11重量份、纳米碳酸钙20～50重量份、聚酯丙烯酸齐聚物5～25重量份、硬脂酸5～25重量份、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮0.1～2.0重量份、过氧化二异丙苯0.001～0.010重量份、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.1～2.0重量份、十二烷基苯磺酸0.1～2.0重量份以及水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺1～10重量份。聚乙烯树脂使用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯或中密度聚乙烯树脂。

其中，少量碳纤维有利于提高电导率；硬脂酸可提高导电复合层的挤出加工工艺；乙烯-甲基丙烯酸酯离聚物、聚酯丙烯酸齐聚物、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷可提高炭黑和碳纤维的分散能力；聚酯丙烯酸齐聚物对在过氧化物引发下能够与聚乙烯树脂发生接枝反应，在炭黑粒子表面形成结构稳定的过渡层；过氧化二异丙苯、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、十二烷基苯磺酸能赋予聚乙烯基PTC导电复合层2化学交联能力，提高长期电热稳定性；水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺能提高导电芯线1的抗腐蚀能力，提高聚乙烯基PTC导电复合层2与导电芯线1的长期粘结稳定性。

本实用新型高分子导电复合材料自限温伴热带的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备聚乙烯基PTC导电复合层2：

步骤1.1、称取聚乙烯树脂100重量份、乙烯-甲基丙烯酸酯离聚物1～50重量份、炭黑10～50重量份、碳纤维1～11重量份、纳米碳酸钙20～50重量份、聚酯丙烯酸齐聚物5～25重量份、硬脂酸5～25重量份、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮0.1～2.0重量份、过氧化二异丙苯0.001～0.010重量份、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.1～2.0重量份、十二烷基苯磺酸0.1～2.0重量份以及水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺1～10重量份。

步骤1.2、将步骤1.1称取的聚乙烯树脂和乙烯-甲基丙烯酸酯离聚物混合均匀，备用。

步骤1.3、将步骤1.1称取的聚乙烯树脂和乙烯-甲基丙烯酸酯离聚物以外的其它原料置于高速搅拌机中混合搅拌20～25min，得炭黑组合物。

步骤1.4、采用挤出机在200～260℃进行熔融挤出造粒，挤出机的两个进料口分别输送步骤1.2得到的混合物和步骤1.3得到的炭黑组合物，即制得聚乙烯基PTC导电复合材料。

步骤1.5、将步骤1.4得到的聚乙烯基PTC导电复合材料，采用挤出机制备形状为扁平状带体的聚乙烯基PTC导电复合层2，并在该聚乙烯基PTC导电复合层2内间隔且平行挤包设置两股导电芯线1。

步骤2、在步骤1得到的聚乙烯基PTC导电复合层2外部从内到外依次设置周向闭合的聚乙烯绝缘层3、屏蔽层4与聚乙烯加强防护层5。

本实用新型中的聚乙烯基PTC导电复合层2在挤出包覆芯线过程中能有效渗入导电芯线1的铜丝间隙中，将两股导电芯线1有效挤包在聚乙烯基PTC导电复合层2中，有效消除本实用新型使用时反复加热-冷却后导电芯线1与聚乙烯基PTC导电复合层2因热膨胀系数不同而易在界面形成气泡的问题，从而提高本实用新型自限温伴热带的长期粘结稳定性。

本实用新型自限温伴热带的发热功率密度能依据聚乙烯基PTC导电复合层原料组成中的炭黑、碳纤维含量以及聚乙烯基PTC导电复合层厚度、两股导电芯线之间的间距进行调节，从而实现在3V～380V电压下长期安全使用。以加热功率低于35瓦/米的低功率自限温伴热带为例，本实用新型自限温伴热带的各参数对照表如下：

从经济成本与制造工艺的角度，本实用新型中聚乙烯绝缘层3和聚乙烯加强防护层5的厚度均为0.2～0.3mm。采用该厚度范围的聚乙烯绝缘层3和聚乙烯加强防护层5，可使本实用新型自限温伴热带的绝缘电压大于3500伏，满足220伏常用电和380伏工业用电的使用要求。两股导电芯线1之间的间距为5～12mm，聚乙烯基PTC导电复合层2的厚度为0.5～1.0mm。屏蔽层4的厚度为0.05～0.08mm。

以下结合具体实施例进一步说明本实用新型。

实施例1

步骤1、制备聚乙烯基PTC导电复合层2：

步骤1.1、称取低密度聚乙烯树脂100kg、乙烯-甲基丙烯酸酯离聚物

1kg、炭黑10kg、碳纤维11kg、纳米碳酸钙20kg、聚酯丙烯酸齐聚物5kg，硬脂酸5kg、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮0.1kg、过氧化二异丙苯0.001kg、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.1kg、十二烷基苯磺酸0.1kg以及水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺10kg。

步骤1.3、将步骤1.1称取的炭黑、碳纤维、纳米碳酸钙、聚酯丙烯酸齐聚物、硬脂酸、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮、过氧化二异丙苯、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、十二烷基苯磺酸以及水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺置于高速搅拌机中高速混合搅拌20min，得炭黑组合物。

步骤1.4、采用挤出机在200C进行熔融挤出造粒，挤出机的一个进料口输送步骤1.2得到的混合物，挤出机的另一进料口输送步骤1.3得到的炭黑组合物，即制得聚乙烯基PTC导电复合材料。

本实用新型自限温伴热带带体厚1mm，宽12mm。两股导电芯线1间距10mm，且均由15根直径为0.05mm的无氧铜丝编织而成，聚乙烯基PTC导电复合层2的厚度为0.55mm，聚乙烯绝缘层3厚度为0.2mm，软圆铜线编织网屏蔽层4厚度为0.05mm，聚乙烯加强防护层5厚度为0.2mm。聚乙烯绝缘层3和聚乙烯加强防护层5均由低密度聚乙烯制备。

将本实用新型中的两股导电芯线1分别引出导线接电源，测试得到，在220V电压、20℃环境温度下，本实用新型PTC高分子导电复合材料自限温伴热带的发热平衡时温度为70～75℃。

实施例2

步骤1、制备聚乙烯基PTC导电复合层2：

步骤1.1、称取高密度聚乙烯100kg、乙烯-甲基丙烯酸酯离聚物50kg、炭黑50kg、碳纤维1kg、纳米碳酸钙50kg、聚酯丙烯酸齐聚物25kg、硬脂酸25kg、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮2.0kg、过氧化二异丙苯0.01kg、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷2kg、十二烷基苯磺酸2kg以及水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺1kg。

步骤1.3、将步骤1.1称取的炭黑、碳纤维、纳米碳酸钙、聚酯丙烯酸齐聚物、硬脂酸、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮、过氧化二异丙苯、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、十二烷基苯磺酸以及水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺置于高速搅拌机中混合搅拌25min，得炭黑组合物。

步骤1.4、采用挤出机在260℃进行熔融挤出造粒，挤出机的一个进料口输送步骤1.2得到的混合物，挤出机的另一进料口输送步骤1.3得到的炭黑组合物，即制得聚乙烯基PTC导电复合材料。

本实用新型自限温伴热带带体厚1.68mm，宽12mm。两股导电芯线1间距8mm，且均由25根直径为0.1m的镀锌铜丝或镀锡铜丝编织而成，聚乙烯基PTC导电复合层2的厚度为1.0mm，聚乙烯绝缘层3厚度为0.3mm，软圆铜线编织网屏蔽层4厚度为0.08mm，聚乙烯加强防护层5厚度为0.3mm。聚乙烯绝缘层3和聚乙烯加强防护层5均由高密度聚乙烯或中密度聚乙烯制备。

将本实用新型中的两股导电芯线1分别引出导线接电源，测试得到，在150V电压、20℃环境温度下，本实用新型PTC高分子导电复合材料自限温伴热带的发热平衡时温度为51～55℃。

实施例3

步骤1、制备聚乙烯基PTC导电复合层2：

步骤1.1、称取线形低密度聚乙烯100kg、乙烯-甲基丙烯酸酯离聚物30kg、炭黑25kg、碳纤维7kg、纳米碳酸钙45kg、聚酯丙烯酸齐聚物15kg、硬脂酸15kg、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮1kg、过氧化二异丙苯0.008kg、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷0.8kg、十二烷基苯磺酸1kg以及水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺6kg。

步骤1.3、将步骤1.1称取的炭黑、碳纤维、纳米碳酸钙、聚酯丙烯酸齐聚物、硬脂酸、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮、过氧化二异丙苯、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、十二烷基苯磺酸以及水杨酰胺基邻苯二甲酰亚胺置于高速搅拌机中混合搅拌23min，得炭黑组合物。

步骤1.4、采用挤出机在220℃进行熔融挤出造粒，挤出机的一个进料口输送步骤1.2得到的混合物，挤出机的另一进料口输送步骤1.3得到的炭黑组合物，即制得聚乙烯基PTC导电复合材料。

本实用新型自限温伴热带带体厚1.4mm，宽14mm。两股导电芯线1间距12mm，且均由25根直径为0.0gm的镀银铜丝编织而成，聚乙烯基PTC导电复合层2的厚度为0.8mm，聚乙烯绝缘层3厚度为0.25mm，软圆铜线编织网屏蔽层4厚度为0.07mm，聚乙烯加强防护层5厚度为0.28mm。聚乙烯绝缘层3和聚乙烯加强防护层5均由低密度聚乙烯或线形低密度聚乙烯制备。

将本实用新型自限温伴热带中的两股导电芯线1分别引出导线接电源，测试得到，在150V电压、20℃环境温度下，本实用新型PTC高分子导电复合材料自限温伴热带的发热平衡时温度为60～65℃。

Claims

1.一种PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，其特征在于，包括扁平状带体，所述带体包括聚乙烯基PTC导电复合层(2)，所述聚乙烯基PTC导电复合层(2)的内部挤包有间隔且平行设置的两股导电芯线(1)，所述聚乙烯基PTC导电复合层(2)的外部从内到外依次设置有周向闭合的聚乙烯绝缘层(3)、屏蔽层(4)以及聚乙烯加强防护层(5)；所述两股导电芯线(1)均由15～25根直径为0.05～0.1mm的铜丝编织而成，所述导电芯线(1)使用的铜丝为无氧铜、镀锌铜、镀锡铜或镀银铜。

2.按照权利要求1所述PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，其特征在于，所述聚乙烯绝缘层(3)由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯或中密度聚乙烯制备。

3.按照权利要求1所述PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，其特征在于，所述屏蔽层(4)为软圆铜线编织网结构。

4.按照权利要求1所述PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，其特征在于，所述聚乙烯加强防护层(5)由高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线形低密度聚乙烯或中密度聚乙烯制备。

5.按照权利要求1所述PTC高分子导电复合材料自限温伴热带，其特征在于，所述两股导电芯线(1)之间的间距为5～12mm，所述聚乙烯基PTC导电复合层(2)的厚度为0.5～1.0mm，所述聚乙烯绝缘层(3)和聚乙烯加强防护层(5)的厚度均为0.2～0.3mm，所述屏蔽层(4)的厚度为0.05～008mm。