一種電學穩定性高的自限溫電纜材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電學穩定性高的自限溫電纜材料，包括PTC芯帶，依次包覆在所述PTC芯帶外的絕緣層、金屬屏蔽層和耐磨護套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發熱導線和包覆在其外的PTC材料層構成；本發明的制備方法簡單，適合工業化大生產，制備的伴熱電纜熱穩定性高，使用壽命長，值得推廣。
【專利說明】
一種電學穩定性高的自限溫電纜材料
技術領域
[0001]本發明涉及電纜材料技術領域，尤其涉及一種電學穩定性高的自限溫電纜材料。
【背景技術】
[0002]伴熱電纜廣泛應用于許多領域，如在工業方面主要利用在石油、化工、熱電廠等需要防止管道或罐內的液體物質凝固/流動速度慢的場所，在公共設施方面主要用于消防管道的伴熱，在民用方面可用于室內取暖以及冬季室外管道防凍方面。伴熱電纜的核心在于其結構和制作其電熱原件PTC材料。PTC材料是指材料的電阻值隨溫度的升高而上升的一種熱敏材料，即材料的電阻或電阻率在某一特定的溫度范圍內時基本保持不變或僅有微小量的變化，而當溫度達到材料的某個特定的轉變點溫度附近時，材料的電阻率會在幾度或十幾度的狹窄的溫度范圍內發生突變，電阻率迅速增大13-1O9數量級。PTC材料主要分為陶瓷基PTC材料和高分子基PTC材料兩種類型。其中，高分子基PTC材料由于具有易加工、制造成本較低、導電范圍大、室溫電阻率低等優點而顯示出巨大的應用價值。但是，現有技術中，高分子基PTC材料及高分子伴熱電纜還存在性能穩定性較差、PTC強度較低等缺陷。
[0003]《導電/抗靜電聚合物納米復合材料的制備及其性能研究》一文中作者利用低熔點金屬、碳納米管等導電填料制備得到導電抗靜電聚合物復合材料及纖維，提出了新的制備方法和新原理，采用電導率高、易加工的低熔點金屬作為導電填料，通過熔融共混以及固相拉伸等方法，制備出復合纖維，得出聚合物/低熔點導電金屬復合纖維具有電阻率隨著拉伸倍率的提高而降低的性質，與未含有低導電熔點纖維的復合纖維比較，其復合纖維的強度和斷裂伸長率都有所提高。通過在復合纖維中添加碳納米管和納米蒙脫土顯著降低了金屬顆粒粒徑，使得復合纖維獲得了更加優異的電性能和力學性能。導電填料在聚合物基體中的分散性是影響PTC材料性能優良與否的決定性因素，影響著PTC材料的發展和應用。PTC材料的穩定性和是否有NTC效應是運用到伴熱電纜中最主要的問題。而通篇文章作者沒有考慮到這個問題，這也是本發明所要解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種電學穩定性高的自限溫電纜材料。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
一種電學穩定性高的自限溫電纜材料，包括PTC芯帶，依次包覆在所述PTC芯帶外的絕緣層、金屬屏蔽層和耐磨護套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發熱導線和包覆在其外的PTC材料層構成;所述PTC材料由以下重量份的原料制備制成:聚丙烯30-35、錫鉍合金粉7-9、硬脂酸0.2-0.4、硫磺2-3、導電氧化鋅11-13、環氧化天然橡膠9-12、偏鈦酸5-6、乙醇12-15、硝酸銀4-6、碳纖維15-18、乙炔炭黑8-9、鋁鋯偶聯劑0.4-0.6、陽離子聚丙烯酰胺0.7-0.8、無水氯化鋁3-4、抗氧化劑1010 0.3-0.5、環烯烴共聚物22-26、聚乙烯48-55、去離子水適量。
[0006]所述一種電學穩定性高的自限溫電纜材料，由以下具體步驟制備制成: (1)取偏鈦酸、乙醇、硝酸銀加到去離子水中，攪拌加熱至40-50°C恒溫保持1.5-2h得混合溶液，再將碳纖維、乙炔炭黑、鋁鋯偶聯劑、陽離子聚丙烯酰胺加到混合液中攪拌，升高溫度至55-60°C時保持1-1.5h，再在超聲分散下加入無水氯化鋁，混合均勻后過濾，將所得產物在300-400°C下燒結0.5-lh，冷卻至室溫粉碎后備用；
(2)將聚丙烯在烘箱中80°C下烘干6-8h，冷卻后切成顆粒，將錫鉍合金粉、硬脂酸、硫磺、導電氧化鋅和預處理的聚丙烯粒料按照配比在高速攪拌機中混合均勻，然后加到雙螺桿擠出機擠出造粒，再將顆粒在80°C下烘干4-5h，之后置于毛細管流變儀中，制成混合原絲，將原絲夾持在夾具上，在170-180°C的環境加熱箱內，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維；
(3 )將剩余配方量的各組分、步驟(I)制備的產物和步驟(2 )制備的產物通過密煉機熔融共混，溫度為160-175°C，時間為15-25min，然后通過單螺桿擠出機造粒，再將粒子在10-15m/min的擠出速率下，通過擠壓模擠出成纜材冷卻至常溫即可。
[0007]本發明的優點是:本發明通過使用低熔點金屬作為導電填料，結合熔融混合和固相拉伸的手段，制備了導電、抗靜電復合纖維，使其擁有良好的強度和斷裂伸長率，且具有優異的導電性能和力學性能，解決了金屬與基體材料相容性差、容易氧化導致電導率下降的問題，并且通過引入的超細粉末橡膠和改性石墨烯，實現高體積填充，顯著提高體積排除效應的效率，并且幫助難分散的納米粒子在聚合物種分散，完善了金屬/導電材料的導電網絡，大幅度降低了導電逾滲值，提高了材料的電學穩定性，還將改性的懸浮液包覆在碳纖維和乙炔黑表面，使其顆粒之間結合的更加緊密，且不影響導電性能，并且與基體材料之間的相容性更好，不影響材料本身的性能，本發明的制備方法簡單，適合工業化大生產，制備的伴熱電纜熱穩定性高，使用壽命長，值得推廣。
【具體實施方式】
[0008]一種電學穩定性高的自限溫電纜材料，包括PTC芯帶，依次包覆在所述PTC芯帶外的絕緣層、金屬屏蔽層和耐磨護套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發熱導線和包覆在其外的PTC材料層構成;所述PTC材料由以下重量份(公斤)的原料制備制成:聚丙烯30、錫鉍合金粉
7、硬脂酸0.2、硫磺2、導電氧化鋅11、環氧化天然橡膠9、偏鈦酸5、乙醇12、硝酸銀4、碳纖維
15、乙炔炭黑8、鋁鋯偶聯劑0.4、陽離子聚丙烯酰胺0.7、無水氯化鋁3、抗氧化劑1010 0.3、環烯烴共聚物22、聚乙烯48、去離子水適量。
[0009]所述一種電學穩定性高的自限溫電纜材料，由以下具體步驟制備制成:
(1)取偏鈦酸、乙醇、硝酸銀加到去離子水中，攪拌加熱至40°C恒溫保持1.5h得混合溶液，再將碳纖維、乙炔炭黑、鋁鋯偶聯劑、陽離子聚丙烯酰胺加到混合液中攪拌，升高溫度至55°C時保持lh，再在超聲分散下加入無水氯化鋁，混合均勻后過濾，將所得產物在300°C下燒結0.5h，冷卻至室溫粉碎后備用；
(2)將聚丙烯在烘箱中80°C下烘干6h，冷卻后切成顆粒，將錫鉍合金粉、硬脂酸、硫磺、導電氧化鋅和預處理的聚丙烯粒料按照配比在高速攪拌機中混合均勻，然后加到雙螺桿擠出機擠出造粒，再將顆粒在80°C下烘干4h，之后置于毛細管流變儀中，制成混合原絲，將原絲夾持在夾具上，在170°C的環境加熱箱內，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維；
(3 )將剩余配方量的各組分、步驟(I)制備的產物和步驟(2 )制備的產物通過密煉機熔融共混，溫度為160°C，時間為15min，然后通過單螺桿擠出機造粒，再將粒子在10m/min的擠出速率下，通過擠壓模擠出成纜材冷卻至常溫即可。
[0010]該伴熱電纜材料的性能測試如下:
拉伸強度(MPa):26.2;斷裂伸長率(％):381;氧指數(％):30；熱穩定性:由10°C到99°C間來回循環300次后電纜發熱量維持在95%;體積電阻率(Ω.cm): 91;工作溫度彡160 °C。
【主權項】
1.一種電學穩定性高的自限溫電纜材料，其特征在于，包括PTC芯帶，依次包覆在所述PTC芯帶外的絕緣層、金屬屏蔽層和耐磨護套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發熱導線和包覆在其外的PTC材料層構成;所述PTC材料由以下重量份的原料制備制成:聚丙烯30-35、錫鉍合金粉7-9、硬脂酸0.2-0.4、硫磺2-3、導電氧化鋅11-13、環氧化天然橡膠9_12、偏鈦酸5-6、乙醇12-15、硝酸銀4-6、碳纖維15-18、乙炔炭黑8-9、鋁鋯偶聯劑0.4-0.6、陽離子聚丙烯酰胺0.7-0.8、無水氯化鋁3-4、抗氧化劑1010 0.3-0.5、環烯烴共聚物22-26、聚乙烯48-55、去咼子水適量。2.根據權利要求1所述一種電學穩定性高的自限溫電纜材料，其特征在于，由以下具體步驟制備制成: (1)取偏鈦酸、乙醇、硝酸銀加到去離子水中，攪拌加熱至40-50°C恒溫保持1.5-2h得混合溶液，再將碳纖維、乙炔炭黑、鋁鋯偶聯劑、陽離子聚丙烯酰胺加到混合液中攪拌，升高溫度至55-60°C時保持1-1.5h，再在超聲分散下加入無水氯化鋁，混合均勻后過濾，將所得產物在300-400°C下燒結0.5-lh，冷卻至室溫粉碎后備用； (2)將聚丙烯在烘箱中80°C下烘干6-8h，冷卻后切成顆粒，將錫鉍合金粉、硬脂酸、硫磺、導電氧化鋅和預處理的聚丙烯粒料按照配比在高速攪拌機中混合均勻，然后加到雙螺桿擠出機擠出造粒，再將顆粒在80°C下烘干4-5h，之后置于毛細管流變儀中，制成混合原絲，將原絲夾持在夾具上，在170-180°C的環境加熱箱內，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維； (3 )將剩余配方量的各組分、步驟(I)制備的產物和步驟(2 )制備的產物通過密煉機熔融共混，溫度為160-175°C，時間為15-25min，然后通過單螺桿擠出機造粒，再將粒子在10-15m/min的擠出速率下，通過擠壓模擠出成纜材冷卻至常溫即可。
【文檔編號】C08K3/22GK105985572SQ201610521995
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】洪生華, 荔建榮, 董文鋒, 姜壽華, 劉興珍
【申請人】安徽吉安特種線纜制造有限公司