專(zhuān)利名稱(chēng)：一種半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種發(fā)熱電纜，屬于電熱器件技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種半導(dǎo)電 高分子包銅電極自控溫伴熱電纜。
背景技術(shù)：
自控溫伴熱電纜是美國(guó)RAYCHEM公司80年代開(kāi)發(fā)成功的智能型保溫伴熱產(chǎn)品，其 應(yīng)用越來(lái)越廣泛。普通自控溫伴熱電纜的主元件是PTC芯帶，由兩根平行的導(dǎo)電電極，外 敷一層基體，是一種具有正溫度系數(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)特性的高分子半導(dǎo)體材料，芯帶外層依次 為阻燃絕緣層、屏蔽層和護(hù)套層。當(dāng)伴熱電纜接通電源時(shí)，電流便由一根電極經(jīng)過(guò)跨接于 兩電極之間的PTC材料垂直到達(dá)另一電極，形成回路，電能轉(zhuǎn)化為熱能，使PTC發(fā)熱材料升 溫。PTC芯帶的安全性和穩(wěn)定性決定了自控溫伴熱電纜的質(zhì)量，而安全性和穩(wěn)定性主要是由 PTC材料性能和材料與電極二者的接觸電阻決定。當(dāng)PTC材料的性能達(dá)到一定質(zhì)量要求， 而其它工藝不能提高時(shí)，PTC芯帶的性能主要由接觸電阻決定。由于一般PTC材料與電極 二者材料的熱膨脹系數(shù)不同，且電極表面與發(fā)熱體呈物理電接觸，二者的附著力小，當(dāng)通電 后，瞬間啟動(dòng)電流較大，由于有溫度梯度，電極與發(fā)熱體不能協(xié)同作用而易脫離形成間隙， 引起接觸電阻的增大及其波動(dòng)，并會(huì)引發(fā)界面火花，破壞PTC材料的組成，并使接觸電阻增 大；在下一次通電加熱、冷卻過(guò)程中進(jìn)一步增加接觸電阻，如此循環(huán)，造成電纜電阻值不斷 增加，PTC效應(yīng)和電-熱轉(zhuǎn)換功能逐漸衰退，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性下降，且隨微火花的擴(kuò)大有 著火的可能性。因此啟動(dòng)電流低、接觸電阻穩(wěn)定是自控溫伴熱電纜安全性和穩(wěn)定性的重要 前提。目前市場(chǎng)上提高自控溫伴熱電纜質(zhì)量的主要方法和工藝是提高PTC材料的性能， 如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)《一種高分子自控溫伴熱帶》申請(qǐng)?zhí)朇N200910210502.6是通過(guò)改變配方 降低啟動(dòng)電流沖國(guó)石油化工總公司申請(qǐng)的《自控溫加熱電纜用樹(shù)脂組合物》，專(zhuān)利號(hào)為 CN97119459. 9，是通過(guò)加入粘接性材料改善材料與電極的粘接性。也有通過(guò)對(duì)導(dǎo)電電極進(jìn) 行結(jié)構(gòu)改造以提高產(chǎn)品質(zhì)量，如住友電氣工業(yè)株式會(huì)社的專(zhuān)利申請(qǐng)JP昭63-3觀86和日立 電線株式會(huì)社的專(zhuān)利申請(qǐng)JP昭58-106787，是在電極和PTC材料之間設(shè)置一層低電阻材料 來(lái)改善體系的電阻穩(wěn)定性；松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社的專(zhuān)利特開(kāi)平6-13165 (或JP6013165A) 采用導(dǎo)電彈性體電極來(lái)改善PTC材料與電極的粘接性從而提高電阻穩(wěn)定性；松下電器產(chǎn)業(yè) 株式會(huì)社申請(qǐng)的中國(guó)專(zhuān)利《PTC熱敏電阻用電極及其制造方法以及PTC熱敏電阻》，專(zhuān)利號(hào) CN99123909. 1，是在電極上通過(guò)燒結(jié)導(dǎo)電性粉末形成一層具有導(dǎo)電性的燒結(jié)層，表面具有 凹凸形狀，進(jìn)而提高PTC材料和電極的粘接力，降低了接觸電阻值，并可提高接觸電阻的穩(wěn) 定性；美國(guó)RAYCHEM公司的《含導(dǎo)電聚合物電動(dòng)裝置》專(zhuān)利JP2788968則是通過(guò)電極沉積處 理使電極表面具有凹凸形狀進(jìn)而提高接觸電阻的穩(wěn)定性。上述方法雖然各有優(yōu)點(diǎn)，但不能同時(shí)大幅降低啟動(dòng)電流和提高接觸電阻的穩(wěn)定 性，或者存在工藝復(fù)雜、成本高的問(wèn)題，其應(yīng)用受到限制。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種啟動(dòng)電流小、接觸電阻穩(wěn)定的新型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)電 高分子包銅電極自控溫伴熱電纜。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是該半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜，包 括兩根導(dǎo)電電極、PTC材料層、絕緣層、金屬屏蔽層和護(hù)套層，兩根導(dǎo)電電極相互平行，設(shè)在 PTC材料層中，在PTC材料層的外部依次設(shè)有絕緣層、金屬屏蔽層和護(hù)套層，其特征在于在 每根導(dǎo)電電極上設(shè)有中間電阻層，中間電阻層位于PTC材料層中。本實(shí)用新型還通過(guò)如下措施實(shí)施所述的導(dǎo)電電極為多股絞合的鍍錫或鍍鎳的銅 線導(dǎo)電電極，一般由3-37芯絞合而成。所述的PTC材料層，為發(fā)熱體，由普通PTC、阻燃PTC或含氟PTC材料制成。所述的中間電阻層由以熱塑性塑料、熱塑性彈性體或氟塑料為基體經(jīng)改性制成的 可交聯(lián)的半導(dǎo)電高分子材料制成，所述半導(dǎo)電高分子材料的體積電阻率為IO2 106Ω .cm, 應(yīng)遠(yuǎn)高于PTC材料，形成的電阻層電阻應(yīng)大于或相當(dāng)于PTC材料層的電阻，半導(dǎo)電高分子材 料的PTC強(qiáng)度小于1. 0，半導(dǎo)電高分子材料的200°C的氧化誘導(dǎo)期(OIT)大于lOOmin。所述的絕緣層和護(hù)套層由PE、Teflon FEP或PVDF材料制成。所述的金屬屏蔽層為鋁鎂合金絲、鍍錫銅絲、鍍錫銅包鋁合金絲或其它金屬絲編 織網(wǎng)結(jié)構(gòu)，覆蓋密度大于80 %。上述半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜的制造方法，其特征在于它包括以 下步驟(1)、在兩根導(dǎo)電電極外層由一臺(tái)擠出機(jī)擠出包覆一層半導(dǎo)電高分子材料作為中間 電阻層，同時(shí)由另一臺(tái)擠出機(jī)在中間電阻層外擠出敷設(shè)PTC材料層，形成PTC芯帶；⑵、將 制成的PTC芯帶經(jīng)熱處理和輻照交聯(lián)后，在PTC芯帶外層擠出包覆絕緣層，然后再經(jīng)過(guò)高速 編織機(jī)編織一層金屬屏蔽層，最后擠出包覆上護(hù)套層，最終制成半導(dǎo)電高分子包銅電極自 控溫伴熱電纜。由于半導(dǎo)電高分子材料與PTC材料是在熔融狀態(tài)下共擠出，粘接力非常大，接觸 電阻穩(wěn)定，中間電阻層在室溫下的電阻大于或相當(dāng)于PTC材料層的電阻，且中間電阻層電 阻與PTC材料層電阻形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此總電阻比普通PTC芯帶的電阻高許多，電纜啟動(dòng)電 流減少；隨著溫度的提高，中間電阻層電阻變化較小，而PTC材料層電阻增大，因而PTC材料 層的兩端電壓不斷增大，中間電阻層兩端電壓不斷減小，溫度繼續(xù)提高，在動(dòng)作溫度附近， PTC材料層的體積電阻率是中間電阻層的幾倍以上，其電阻遠(yuǎn)大于中間電阻層電阻，PTC材 料層的兩端電壓達(dá)到最大值，接近電源電壓，體系電壓、總電阻、發(fā)熱溫度達(dá)到平衡，電纜的 自控溫性能基本不受影響。本實(shí)用新型的有益效果在于結(jié)構(gòu)新穎、生產(chǎn)簡(jiǎn)單，電纜的啟動(dòng)電流小，控溫性能 穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、農(nóng)副產(chǎn)品加工等部門(mén)的伴熱保溫等工程上。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)斷面剖面示意圖；圖中1、導(dǎo)電電極；2、中間電阻層；3、PTC材料層；4、絕緣層；5、金屬屏蔽層；6、護(hù)套層。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1參照附圖1制作本實(shí)用新型。一種半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜，包括 兩根導(dǎo)電電極1、PTC材料層3、絕緣層4、金屬屏蔽層5和護(hù)套層6，兩根導(dǎo)電電極1相互平 行，設(shè)在PTC材料層3中，在PTC材料層3的外部依次設(shè)有絕緣層4、金屬屏蔽層5和護(hù)套 層6，其特征在于在每根導(dǎo)電電極1上設(shè)有中間電阻層2，中間電阻層2位于PTC材料層3 中。所述的導(dǎo)電電極1為多股絞合的鍍錫銅線導(dǎo)電電極，一般由3-37芯絞合而成。所述的PTC材料層3，為發(fā)熱體，由普通PTC材料制成。所述的中間電阻層2由以熱塑性塑料為基體經(jīng)改性制成的可交聯(lián)的半導(dǎo)電高分 子材料制成，所述半導(dǎo)電高分子材料的體積電阻率為4Χ103Ω · cm，半導(dǎo)電高分子材料的 PTC強(qiáng)度為0.85，半導(dǎo)電高分子材料的200°C的氧化誘導(dǎo)期(OIT)為140min。所述的絕緣層4和護(hù)套層6由PE材料制成。所述的金屬屏蔽層5為鋁鎂合金絲編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)，覆蓋密度為81%。上述半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜的制造方法，其特征在于它包括以 下步驟(1)、在兩根導(dǎo)電電極1外層由一臺(tái)擠出機(jī)擠出包覆一層半導(dǎo)電高分子材料作為中 間電阻層2，同時(shí)由另一臺(tái)擠出機(jī)在中間電阻層2外擠出敷設(shè)PTC材料層3，形成PTC芯帶； (2)、將制成的PTC芯帶經(jīng)熱處理和輻照交聯(lián)后，在PTC芯帶外層擠出包覆絕緣層4，然后再 經(jīng)過(guò)高速編織機(jī)編織一層金屬屏蔽層5，最后擠出包覆上護(hù)套層6，最終制成半導(dǎo)電高分子 包銅電極自控溫伴熱電纜。實(shí)施例2一種半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜，包括兩根導(dǎo)電電極1、PTC材料層3、 絕緣層4、金屬屏蔽層5和護(hù)套層6，兩根導(dǎo)電電極1相互平行，設(shè)在PTC材料層3中，在PTC 材料層3的外部依次設(shè)有絕緣層4、金屬屏蔽層5和護(hù)套層6，其特征在于在每根導(dǎo)電電極 1上設(shè)有中間電阻層2，中間電阻層2位于PTC材料層3中。所述的導(dǎo)電電極1為多股絞合的鍍鎳的銅線導(dǎo)電電極。所述的PTC材料層3，為發(fā)熱體，由阻燃PTC材料制成。所述的中間電阻層2由以熱塑性彈性體為基體經(jīng)改性制成的可交聯(lián)的半導(dǎo)電高 分子材料制成，所述半導(dǎo)電高分子材料的體積電阻率為5Χ102Ω ·_，半導(dǎo)電高分子材料的 PTC強(qiáng)度為0.8，半導(dǎo)電高分子材料的200°C的氧化誘導(dǎo)期(OIT)為180min。所述的絕緣層4和護(hù)套層6由Teflon FEP材料制成。所述的金屬屏蔽層5為鍍錫銅絲編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)，覆蓋密度大于81%。上述半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜的制造方法，與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3一種半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜，包括兩根導(dǎo)電電極1、PTC材料層3、 絕緣層4、金屬屏蔽層5和護(hù)套層6，兩根導(dǎo)電電極1相互平行，設(shè)在PTC材料層3中，在PTC 材料層3的外部依次設(shè)有絕緣層4、金屬屏蔽層5和護(hù)套層6，其特征在于在每根導(dǎo)電電極 1上設(shè)有中間電阻層2，中間電阻層2位于PTC材料層3中。所述的導(dǎo)電電極1為多股絞合的鍍錫的銅線導(dǎo)電電極。[0036]所述的PTC材料層3，為發(fā)熱體，由含氟PTC材料制成。所述的中間電阻層2由以氟塑料為基體經(jīng)改性制成的可交聯(lián)的半導(dǎo)電高分子材 料制成，所述半導(dǎo)電高分子材料的體積電阻率為ΙΧΙΟ5Ω ·_，半導(dǎo)電高分子材料的PTC強(qiáng) 度為0.9，半導(dǎo)電高分子材料的200°C的氧化誘導(dǎo)期(OIT)為160min。所述的絕緣層4和護(hù)套層6由PVDF材料制成。所述的金屬屏蔽層5為鍍錫銅包鋁合金絲編織網(wǎng)結(jié)構(gòu)，覆蓋密度大于81%。上述半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜的制造方法，與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求1. 一種半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜，包括兩根導(dǎo)電電極(1)、PTC材料層 (3)、絕緣層G)、金屬屏蔽層(5)和護(hù)套層(6)，兩根導(dǎo)電電極(1)相互平行，設(shè)在PTC材料 層(3)中，在PTC材料層(3)的外部依次設(shè)有絕緣層G)、金屬屏蔽層(5)和護(hù)套層(6)， 其特征在于在每根導(dǎo)電電極⑴上設(shè)有中間電阻層0)，中間電阻層⑵位于PTC材料層 (3)中。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜，包括兩根導(dǎo)電電極(1)、PTC材料層(3)、絕緣層(4)、金屬屏蔽層(5)和護(hù)套層(6)，兩根導(dǎo)電電極(1)相互平行，設(shè)在PTC材料層(3)中，在PTC材料層(3)的外部依次設(shè)有絕緣層(4)、金屬屏蔽層(5)和護(hù)套層(6)，其特征在于在每根導(dǎo)電電極(1)上設(shè)有中間電阻層(2)，中間電阻層(2)位于PTC材料層(3)中。該半導(dǎo)電高分子包銅電極自控溫伴熱電纜，結(jié)構(gòu)新穎、生產(chǎn)簡(jiǎn)單，電纜的啟動(dòng)電流小，控溫性能穩(wěn)定，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、農(nóng)副產(chǎn)品加工等部門(mén)的伴熱保溫等工程上。
文檔編號(hào)H05B3/56GK201937865SQ20112006017
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者商傳紅, 王日輝, 臧化文 申請(qǐng)人:山東科虹線纜有限公司