本發(fā)明涉及電纜材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐候性好的自限溫電纜材料。
背景技術(shù)：
伴熱電纜廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如在工業(yè)方面主要利用在石油、化工、熱電廠等需要防止管道或罐內(nèi)的液體物質(zhì)凝固/流動(dòng)速度慢的場(chǎng)所，在公共設(shè)施方面主要用于消防管道的伴熱，在民用方面可用于室內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)時(shí)基本保持不變或僅有微小量的變化，而當(dāng)溫度達(dá)到材料的某個(gè)特定的轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度附近時(shí)，材料的電阻率會(huì)在幾度或十幾度的狹窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生突變，電阻率迅速增大103-109數(shù)量級(jí)。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(dǎo)電范圍大、室溫電阻率低 等優(yōu)點(diǎn)而顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。但是，現(xiàn)有技術(shù)中，高分子基PTC材料及高分子伴熱電纜還存在性能穩(wěn)定性較差、PTC強(qiáng)度較低等缺陷。
《導(dǎo)電/抗靜電聚合物納米復(fù)合材料的制備及其性能研究》一文中作者利用低熔點(diǎn)金屬、碳納米管等導(dǎo)電填料制備得到導(dǎo)電抗靜電聚合物復(fù)合材料及纖維，提出了新的制備方法和新原理，采用電導(dǎo)率高、易加工的低熔點(diǎn)金屬作為導(dǎo)電填料，通過熔融共混以及固相拉伸等方法，制備出復(fù)合纖維，得出聚合物/低熔點(diǎn)導(dǎo)電金屬?gòu)?fù)合纖維具有電阻率隨著拉伸倍率的提高而降低的性質(zhì)，與未含有低導(dǎo)電熔點(diǎn)纖維的復(fù)合纖維比較，其復(fù)合纖維的強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都有所提高。通過在復(fù)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(fù)合纖維獲得了更加優(yōu)異的電性能和力學(xué)性能。導(dǎo)電填料在聚合物基體中的分散性是影響PTC材料性能優(yōu)良與否的決定性因素，影響著PTC材料的發(fā)展和應(yīng)用。PTC材料的穩(wěn)定性和是否有NTC效應(yīng)是運(yùn)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(gè)問題，這也是本發(fā)明所要解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種耐候性好的自限溫電纜材料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種耐候性好的自限溫電纜材料，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(hù)套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發(fā)熱導(dǎo)線和包覆在其外的PTC材料層構(gòu)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4-6、硬脂酸鈣0.2-0.4、導(dǎo)電云母11-15、羧基丁腈粉末橡膠9-12、闊葉木纖維15-18、羧甲基纖維素2-3、石墨7-9、無磷石膏粉4.8-6、聚芳酯30-40、石蠟2-3、聚烯烴42-50、去離子水適量。
所述一種耐候性好的自限溫電纜材料，由以下具體步驟制備制成：
（1）將闊葉木纖維浸泡在去離子水中并用打漿機(jī)進(jìn)行疏解、打漿，打漿濃度為6-8%，加入羧甲基纖維素?cái)嚢柙倬徛邷囟戎?5-50℃，混合均勻后加入石墨、無磷石膏粉繼續(xù)攪拌混合，繼續(xù)升高溫度攪拌反應(yīng)，直至水分蒸發(fā)，再轉(zhuǎn)移至燒結(jié)爐中在250-280℃下高溫碳化0.5-1h，冷卻后研磨粉碎；
（2）將聚丙烯在烘箱中80℃下烘干6-8h，冷卻后切成顆粒，將錫鉍合金粉、硬脂酸鈣、導(dǎo)電云母和預(yù)處理的聚丙烯粒料按照配比在高速攪拌機(jī)中混合均勻，然后加到雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，再將顆粒在80℃下烘干4-5h，之后置于毛細(xì)管流變儀中，制成混合原絲，將原絲夾持在夾具上，在170-180℃的環(huán)境加熱箱內(nèi)，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（1）制備的產(chǎn)物和步驟（2）制備的產(chǎn)物通過密煉機(jī)熔融共混，溫度為160-175℃，時(shí)間為15-25min，然后通過單螺桿擠出機(jī)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。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明通過使用低熔點(diǎn)金屬作為導(dǎo)電填料，結(jié)合熔融混合和固相拉伸的手段，制備了導(dǎo)電、抗靜電復(fù)合纖維，使其擁有良好的強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能，解決了金屬與基體材料相容性差、容易氧化導(dǎo)致電導(dǎo)率下降的問題，并且通過引入的超細(xì)粉末橡膠和改性石墨烯，實(shí)現(xiàn)高體積填充，顯著提高體積排除效應(yīng)的效率，并且?guī)椭y分散的納米粒子在聚合物種分散，完善了金屬/導(dǎo)電材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，大幅度降低了導(dǎo)電逾滲值，提高了材料的電學(xué)穩(wěn)定性，還通過將闊葉木打漿和石墨等混合進(jìn)行高溫反應(yīng)，降低了原料之間的間隙差距，使材料之間結(jié)合更緊密，并且經(jīng)高溫反應(yīng)、碳化使的材料的導(dǎo)電能力強(qiáng)，配合使用的石膏能夠提高材料的耐水性、耐候性、防火阻燃性，本發(fā)明采用的原料的物料配比，降低了產(chǎn)品表面的電阻率，進(jìn)而增強(qiáng)了填料的導(dǎo)電效率，制備過程簡(jiǎn)單，成本低，具有良好的耐候性、耐高溫性，值得推廣。
具體實(shí)施方式
一種耐候性好的自限溫電纜材料，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(hù)套層，PTC芯帶由兩根平行布置的發(fā)熱導(dǎo)線和包覆在其外的PTC材料層構(gòu)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4、硬脂酸鈣0.2、導(dǎo)電云母11、羧基丁腈粉末橡膠9、闊葉木纖維15、羧甲基纖維素2、石墨7、無磷石膏粉4.8、聚芳酯30、石蠟2、聚烯烴42、去離子水適量。
所述一種耐候性好的自限溫電纜材料，由以下具體步驟制備制成：
（1）將闊葉木纖維浸泡在去離子水中并用打漿機(jī)進(jìn)行疏解、打漿，打漿濃度為6%，加入羧甲基纖維素?cái)嚢柙倬徛邷囟戎?5℃，混合均勻后加入石墨、無磷石膏粉繼續(xù)攪拌混合，繼續(xù)升高溫度攪拌反應(yīng)，直至水分蒸發(fā)，再轉(zhuǎn)移至燒結(jié)爐中在250℃下高溫碳化0.5h，冷卻后研磨粉碎；
（2）將聚丙烯在烘箱中80℃下烘干6h，冷卻后切成顆粒，將錫鉍合金粉、硬脂酸鈣、導(dǎo)電云母和預(yù)處理的聚丙烯粒料按照配比在高速攪拌機(jī)中混合均勻，然后加到雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，再將顆粒在80℃下烘干4h，之后置于毛細(xì)管流變儀中，制成混合原絲，將原絲夾持在夾具上，在170℃的環(huán)境加熱箱內(nèi)，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（1）制備的產(chǎn)物和步驟（2）制備的產(chǎn)物通過密煉機(jī)熔融共混，溫度為160℃，時(shí)間為15min，然后通過單螺桿擠出機(jī)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。
該伴熱電纜材料的性能測(cè)試如下：
拉伸強(qiáng)度（MPa）：26.1；斷裂伸長(zhǎng)率（%）：388；氧指數(shù)（%）：33；熱穩(wěn)定性：由10℃到99℃間來回循環(huán)300次后電纜發(fā)熱量維持在95%；體積電阻率（Ω.cm）：84；工作溫度≥160℃。