36v自限溫加-伴熱電纜芯帶材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種PTC復合材料及其制備方法，特別是涉及一種自控溫PTC復合 材料及其制備方法，應用于功能性導電高分子復合材料制備的工藝技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前，國內外使用的正溫度系數（Positive Temperature coefficient, PTC)材 料主要分為兩大類，一類是以BaTiO3主的陶瓷類PTC材料，另一類就是有機高分子聚合物 與導電材料組成的有機PTC復合材料，有機PTC材料在20世紀50年代引發了人們的研究 熱潮，開展了 了一系列研究，推動了有機PTC材料的發展，其應用領域也不斷擴展。有機PTC 復合材料通常是以聚合物為基體，向其中摻雜炭黑、石墨、纖維、金屬及其氧化物等導電填 料而制得的，其顯著特點是材料在一定的轉變溫度下，其電阻率迅速增加，可發生（半）導 體到絕緣體的相轉變，由于材料獨特的熱敏開關特性及在較大范圍內的電阻率，力學性能 的可調性，成本低，加工性能好等特點而得到了廣泛應用。在化工、石油管道、閥門等方面廣 泛應用為降凝防堵加熱帶及自控溫加熱電纜，隨著產品性能的不斷開發，這一應用從軍用、 工用擴展到民用，可以用于取暖裝置、奶瓶恒溫器、電暖鞋、防靜電地毯等，具有非常廣闊的 發展前景。但是，傳統產品電阻值較大，不適宜在安全電壓下使用，本發明采取低結晶聚合 物可以得到較低電阻值的PTC材料，適用于低壓下使用。
[0003] POE是乙烯、辛稀，丁烯的共聚物，具有優良的性能，聚乙烯鏈結晶區（樹脂相）起 物理交聯點的作用，一定量的辛烯的引入削弱了聚乙烯鏈的結晶區，形成了呈現橡膠彈性 的無定型區（橡膠相）。有很窄的相對分子質量分布和短支鏈，具有優異的物理機械性能 (高彈性、高強度、高伸長率）和良好的低溫性能；又由于其分子鏈是飽和，具有優異的耐熱 老化和抗紫外線性能。EVA是乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物，同樣擁有良好的特性，且與無機 粒子結合較好，保證其分散良好，MDPE可以提高PTC效應的強度，POE、EVA、少量MDPE、橡膠 共混制得的復合導電功能材料更是具有他們共同的優點，可用于低壓自限溫加/伴熱帶芯 帶的制備。
[0004] PTC材料擴展到特殊領域時，其使用電壓的降低是非常必要的，當導電材料要求其 工作電壓在安全電壓范圍內時，以降低使用時觸電的危險性，新型低壓用PTC材料的制備 是必要的。安全電壓是指，是指為了防止觸電事故而由特定電源供電所采用的電壓系列，我 國規定的安全電壓額定值的等級為42、36、24、12、6￥。當電氣設備采用的電壓超過安全電壓 時，必須按規定采取防止直接接觸帶電體的保護措施，本發明所提供復合導電功能材料常 溫下電阻值小，PTC效應明顯，可在較低電壓下使用，使用長度為50米。導電復合聚合物加 工過程中的取向問題是很重要的一個因素，雖然在研究聚合物取向和聚合物填料取向方面 已做了大量工作。然而有關導點復合材料的取向性與導電性能的關系報道很少，這是由于 加工過程中的復雜性和固體粒子運動的瞬時性，特別是研究方法的局限性。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種 36V自限溫加-伴熱電纜芯帶材料及其制備方法，本發明制備的芯帶材料的導電性能在 1-100 Dwjw，具有較強PTC效應，發熱功率可達到10W/m以上，可應用為36V自限溫/加 伴熱帶芯帶，具有優異的加工性能，體系穩定性高，常溫電阻值小等優點。
[0006] 為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案： 一種36V自限溫加-伴熱電纜芯帶材料，按照按組分重量份數主要由以下原料制成：中 密度聚乙烯為10-20份；熱塑性彈性體為0-5份，POE為0-10份，線性低密度聚乙烯為0-25 份；乙稀-醋酸乙稀共聚物為0-15份；相容劑為1-5份；導電炭黑為45-65份；復合抗氧劑 為1-3份；石錯為1-3份。
[0007] 作為本發明優選的技術方案，所述中密度聚乙烯的相對密度為0. 926-0. 953,結 晶度為70-80%，平均分子量為20萬，拉伸強度為8-24MPa，斷裂伸長率為50-60%，熔融溫 度126-135 °C，熔體流動速率為0. 1-35克/10分鐘，壓力為0. 46兆帕的熱變形溫度為 49-74。。。
[0008] 作為上述方案中進一步優選的技術方案，所述熱塑性彈性體為乙烯-丙烯共聚 物，數均分子量15萬，100° C門尼粘度為50Pa*s，邵氏A硬度為60,在190°C和2. 16kg下 的恪融指數為5g/10min。
[0009] 作為上述方案中進一步優選的技術方案，所述線性低密度聚乙烯數均分子量5-8 萬，在190°C和2. 16kg下的熔融指數為2-5g/10min。
[0010] 作為上述方案中進一步優選的技術方案，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯 的質量含量為26-28wt%，在190°C和2. 16kg下的熔融指數為5g/10min。
[0011] 作為上述方案中進一步優選的技術方案，所述相容劑為丙稀酸酯接枝聚乙稀，接 枝率為1-2%，在190°C和2. 16kg下的熔融指數為l-2g/10min。
[0012] 作為上述方案中進一步優選的技術方案，所述導電炭黑為爐法炭黑與乙炔炭黑復 配而成。
[0013] 作為上述方案中進一步優選的技術方案，所述復合抗氧劑由下述組分按重量份組 成：1010為50份，1024為50份。
[0014] 作為上述方案中進一步優選的技術方案，所述的石蠟粒是白色、無味的蠟狀固體， 在47-64°C熔化，密度為0· 9g/cm3。
[0015] 還提供一種本發明36V自限溫加-伴熱電纜芯帶材料的制備方法，包括如下步 驟： a. 將配方量的各組分通過密煉機熔融共混，溫度為120~175°C，時間為15~25分鐘，然 后通過單螺桿擠出機造粒，得到復合材料粒子； b. 將在所述步驟a中制備的復合材料粒子在10-15m/min的擠出速率下，通過擠壓模 擠出纜材； c. 將在所述步驟a中制備的線材經過電子加速器在150-250kGy劑量下進行輻照交 聯，得到自限溫加-伴熱電纜芯帶材料。
[0016] 本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點： 1.本發明通過引入多種導電炭黑制得辛烯聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/中密度聚乙 稀復合導電功能材料，其導電性能在1-100 Ο.?-，可用于自限溫加伴熱帶芯帶，適用于36V 安全電壓自限溫加/伴熱系統； 2. 本發明制備的自限溫加-伴熱電纜芯帶材料具有優異的導熱性能，熱量傳遞效率 高，常溫電阻值小，發熱功率可達到15W/m以上，且具有優良的力學性能和穩定性； 3. 本發明得到的導電復合功能材料常溫下PTC效應強，穩定性高，可長期穩定使用； 4. 本發明方法工藝簡單，操作方便，反應效率高，所需時間較短，材料導電性能優異。
【具體實施方式】
[0017] 本發明的優選實施例詳述如下： 實施例一： 在本實施例中，一種36V自限溫加-伴熱電纜芯帶材料，按照材料組分重量份數主要由 以下原料制成：中密度聚乙烯（MDPE)為10份；熱塑性彈性體（TPE)為2份；POE為10份； 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)為10份；相容劑為2份；導電炭黑為60份；復合抗氧劑為2 份；石蠟為2份。
[0018] 在本實施例中，所述中密度聚乙烯（MDPE)的相對密度為0.926-0. 953,結晶度 為70-80%，平均分子量為20萬，拉伸強度為8-24MPa，斷裂伸長率為50-60%，熔融溫度 126-135Γ，熔體流動速率為0. 1-35克/10分鐘，在0. 46兆帕壓力下熱變形溫度49-74°C ; 所述的熱塑性彈性體（TPE)為乙烯-丙烯共聚物，數均分子量15萬，KKTC門尼粘度為 50Pa · s，邵氏A硬度為60,在190°C和2. 16kg下的恪融指數為5g/10min ;所述乙稀-醋 酸乙烯共聚物（EVA)的醋酸乙烯含量為26-30 wt%，190 °C和2. 16kg下的熔融指數為 5g/10min ;所述相容劑為丙烯酸酯接枝聚乙烯，接枝率為2%，190° C和2. 16kg下熔融指 數為2g/10min ;所述導電炭黑是爐法炭黑和乙炔炭黑復配而成；所述復合抗氧劑由下述 組分按重量份組成：1010為50份，1024為50份；所述石蠟粒是白色、無味的蠟狀固體，在 47°C -64°C熔化，密度為 0· 9g/cm3。
[0019] 在本實施例中，一種本實施例36V自限溫加-伴熱電纜芯帶材料的制備方法，采用 輻照交聯加熱制備電纜用高導熱聚合物芯帶材料，步驟如下： a. 稱量材料各組分原料，將原料配方量的各組分通過密煉機熔融共混，溫度為密煉溫 度為140-155Γ，密煉時間為15~25分鐘，然后通過單螺桿擠出