一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜，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；本發(fā)明制備的電纜材料結(jié)構(gòu)簡單，低煙無鹵環(huán)保性好，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電纜重量較大、電阻較大、導(dǎo)電能力差、安全性能差等缺陷，值得推廣。
【專利說明】
一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電纜材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜。
【背景技術(shù)】
[0002]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/流動速度慢的場所，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)到材料的某個特定的轉(zhuǎn)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(nèi)發(fā)生突變，電阻率迅速增大103-109數(shù)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(dǎo)電范圍大、室溫電阻率低等優(yōu)點而顯示出巨大的應(yīng)用價值。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。
[0003]《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/低熔點導(dǎo)電金屬復(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問題，這也是本發(fā)明所要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜，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:氧化石墨烯9-13、聚苯胺4-5、水合肼0.3-0.5、聚丙烯30-35、錫鉍合金粉4-6、硬脂酸鋅0.2-0.4、碳納米管13-16、羧基丁腈粉末橡膠9-12、聚甲基丙烯酸酯10-14、碳纖維5-7、N，N-二甲基甲酰胺20-26、去離子水適量。
[0006]所述一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜，由以下具體步驟制備制成:
(I)將氧化石墨稀加到去離子水中制成lmg/ml的溶液，超聲攪拌均勾后加入聚苯胺繼續(xù)超聲分散Ih，再加入水合肼在90°C下冷凝回流3-4小時，趁熱過濾，產(chǎn)物用去離子水清洗，呈中性后于40°C真空干燥后備用；
(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、硬脂酸鋅、碳納米管和預(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°C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°C的環(huán)境加熱箱內(nèi)，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維；
(3)將聚甲基丙烯酸酯和N，N-二甲基甲酰胺加到燒瓶中，在90°C下冷凝回流lh，同時將步驟(I)制備的產(chǎn)物和碳纖維加到N，N-二甲基甲酰胺中超聲分散lh，超聲結(jié)束后加到上述燒瓶中冷凝回流2h，然后加到烘箱中除去溶劑，自然冷卻至室溫；
(4 )將剩余配方量的各組分、步驟(2 )制備的產(chǎn)物和步驟(3 )制備的產(chǎn)物通過密煉機(jī)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(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。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:本發(fā)明通過使用低熔點金屬作為導(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，并且利用聚苯胺改性石墨烯，通過兩者間形成酰胺基將聚苯胺嫁接到石墨烯表面，得到在基體中分散性好的石墨烯，提高了體系的PTC強(qiáng)度，本發(fā)明制備的電纜材料結(jié)構(gòu)簡單，低煙無鹵環(huán)保性好，克服了現(xiàn)有技術(shù)中電纜重量較大、電阻較大、導(dǎo)電能力差、安全性能差等缺陷，值得推廣。
【具體實施方式】
[0008]一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜，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:氧化石墨烯9、聚苯胺
4、水合肼0.3、聚丙烯30、錫鉍合金粉4-6、硬脂酸鋅0.2、碳納米管13、羧基丁腈粉末橡膠9、聚甲基丙烯酸酯10、碳纖維5、N，N-二甲基甲酰胺20、去離子水適量。
[0009]所述一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜，由以下具體步驟制備制成:
(1)將氧化石墨稀加到去離子水中制成lmg/ml的溶液，超聲攪拌均勾后加入聚苯胺繼續(xù)超聲分散lh，再加入水合肼在90°C下冷凝回流3小時，趁熱過濾，產(chǎn)物用去離子水清洗，呈中性后于40 °C真空干燥后備用；
(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、硬脂酸鋅、碳納米管和預(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°C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°C的環(huán)境加熱箱內(nèi)，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維；
(3)將聚甲基丙烯酸酯和N，N二甲基甲酰胺加到燒瓶中，在90°C下冷凝回流lh，同時將步驟(I)制備的產(chǎn)物和碳纖維加到N，N二甲基甲酰胺中超聲分散lh，超聲結(jié)束后加到上述燒瓶中冷凝回流2h，然后加到烘箱中除去溶劑，自然冷卻至室溫； (4 )將剩余配方量的各組分、步驟(2 )制備的產(chǎn)物和步驟(3 )制備的產(chǎn)物通過密煉機(jī)熔融共混，溫度為160°C，時間為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。
[0010]該伴熱電纜的性能測試如下:
拉伸強(qiáng)度(MPa):23.5;斷裂伸長率(％):402;氧指數(shù)(％):31；熱穩(wěn)定性:由10°C到99°C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): 89;工作溫度彡160 °C。
【主權(quán)項】
1.一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜，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(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:氧化石墨烯9-13、聚苯胺4-5、水合肼0.3-0.5、聚丙烯30-35、錫鉍合金粉4_6、硬脂酸鋅0.2-0.4、碳納米管13-16、羧基丁腈粉末橡膠9-12、聚甲基丙烯酸酯10-14、碳纖維5-7、N，N-二甲基甲酰胺20-26、去離子水適量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種阻燃型高分子自限溫伴熱電纜，其特征在于，由以下具體步驟制備制成: (1)將氧化石墨稀加到去離子水中制成lmg/ml的溶液，超聲攪拌均勾后加入聚苯胺繼續(xù)超聲分散Ih，再加入水合肼在90°C下冷凝回流3-4小時，趁熱過濾，產(chǎn)物用去離子水清洗，呈中性后于40°C真空干燥后備用； (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、硬脂酸鋅、碳納米管和預(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°C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°C的環(huán)境加熱箱內(nèi)，以10mm/min的速度均勻拉伸纖維； (3)將聚甲基丙烯酸酯和N，N-二甲基甲酰胺加到燒瓶中，在90°C下冷凝回流lh，同時將步驟(I)制備的產(chǎn)物和碳纖維加到N，N-二甲基甲酰胺中超聲分散lh，超聲結(jié)束后加到上述燒瓶中冷凝回流2h，然后加到烘箱中除去溶劑，自然冷卻至室溫； (4 )將剩余配方量的各組分、步驟(2 )制備的產(chǎn)物和步驟(3 )制備的產(chǎn)物通過密煉機(jī)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(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。
【文檔編號】H05B3/56GK105960039SQ201610420447
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】孫劍, 周強(qiáng), 劉暢
【申請人】安徽和信科技發(fā)展有限責(zé)任公司