CN104582028B

CN104582028B - 一种复合高分子自限温伴热电缆

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Publication number: CN104582028B
Application number: CN201310483085.9A
Authority: CN
Inventors: 李贻连
Original assignee: ANBANG ELECTRICAL GROUP Co Ltd
Current assignee: Anbang Electric Co., Ltd.
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN104582028A

Abstract

本发明公开了一种复合高分子自限温伴热电缆，其PTC材料采用高分子基PTC复合材料，所述高分子基PTC复合材料由环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛、聚酰胺、乙二胺制成，其中，低结构导电碳黑在环氧树脂中的添加量为16-25%wt，镍箔在环氧树脂中的添加量为7-10%wt，碳纤维在环氧树脂中的添加量为13-24%wt，碳氮化钛在环氧树脂中的添加量为12-16%wt，聚酰胺与低结构导电碳黑的重量比为0.05-0.1，乙二胺与碳氮化钛的重量比为0.08-0.15，低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛在环氧树脂中的总添加量为50-65%wt。本发明提出了一种复合高分子自限温伴热电缆，实现了对伴热电缆的性能提升，其结构简单、稳定性好、PTC强度高。

Description

一种复合高分子自限温伴热电缆

技术领域

本发明涉及伴热电缆技术领域，尤其涉及一种复合高分子自限温伴热电缆。

背景技术

伴热电缆广泛应用于许多领域，如在工业方面主要利用在石油、化工、热电厂等需要防止管道或罐内的液体物质凝固/流动速度慢的场所，在公共设施方面主要用于消防管道的伴热，在民用方面可用于室内取暖以及冬季室外管道防冻方面。伴热电缆的核心在于其结构和制作其电热原件的PTC（PositiveTemperatureCoefficient）材料。PTC材料是指材料的电阻值随温度的升高而上升的一种热敏材料，即材料的电阻或电阻率在某一特定的温度范围内时基本保持不变或仅有微小量的变化，而当温度达到材料的某个特定的转变点温度附近时，材料的电阻率会在几度或十几度的狭窄的温度范围内发生突变，电阻率迅速增大10³-10⁹数量级。

PTC材料主要分为陶瓷基PTC材料和高分子基PTC材料两种类型。其中，高分子基PTC材料由于具有易加工、制造成本较低、导电范围大、室温电阻率低等优点而显示出巨大的应用价值。但是，现有技术中，高分子基PTC材料及高分子伴热电缆还存在性能稳定性较差、PTC强度较低等缺陷。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种复合高分子自限温伴热电缆，实现了对伴热电缆的性能提升，其结构简单、稳定性好、PTC强度高。

本发明提出的一种复合高分子自限温伴热电缆，包括PTC芯带，PTC芯带由两根平行布置的发热导线和包覆在其外的PTC材料层构成，在PTC芯带外依次包覆绝缘层、金属屏蔽层和耐磨护套层；所述PTC材料采用高分子基PTC复合材料，所述高分子基PTC复合材料由环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛、聚酰胺、乙二胺制成，其中，低结构导电碳黑在环氧树脂中的添加量为16-25%wt，镍箔在环氧树脂中的添加量为7-10%wt，碳纤维在环氧树脂中的添加量为13-24%wt，碳氮化钛在环氧树脂中的添加量为12-16%wt，聚酰胺与低结构导电碳黑的重量比为0.05-0.1，乙二胺与碳氮化钛的重量比为0.08-0.15，低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛在环氧树脂中的总添加量为50-65%wt。

优选地，低结构导电碳黑在环氧树脂中的添加量为20%wt。

优选地，镍箔在环氧树脂中的添加量为8%wt。

优选地，碳纤维在环氧树脂中的添加量为16%wt。

优选地，碳氮化钛在环氧树脂中的添加量为16%wt。

优选地，低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛在环氧树脂中的总添加量为60%wt。

优选地，聚酰胺与低结构导电碳黑的重量比为0.07。

优选地，乙二胺与碳氮化钛的重量比为0.1。

一种制备复合高分子自限温伴热电缆中高分子基PTC复合材料的方法，包括以下步骤：

S1称取一定量的环氧树脂，并参照环氧树脂称取量，按添加量称取低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛，将所称取上述各组分原料放入混料机中进行混合10-15分钟；

S2参照步骤S1中低结构导电碳黑、碳氮化钛称取量，按重量比称取聚酰胺、乙二胺；

S3将步骤S1中混合好的环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛的混合物和步骤S2中称取的聚酰胺、乙二胺，共同放入混炼机中进行混炼，混炼温度为170-180℃，混炼时间为10-15min，混炼后冷却，切粒。

本发明中，在环氧树脂基体中添加低结构导电碳黑作为导电赋予物的基础上，还添加有镍箔、碳纤维、碳氮化钛作为导电粒子，构成多元体系，从而利用材料所具有的加和性，提升性能；在该体系中，碳纤维在基体中形成导电网络，提供远程导电能力，碳黑粒子提供近程导电能力并能为相邻碳纤维的搭接起到桥接作用，镍箔、碳氮化钛具有良好的在基体内的移动性能，克服了碳纤维取向排列带来的导电不均匀性的缺陷，同时镍箔、碳氮化钛克服了低结构导电碳黑易于凝聚的缺陷，防止导电率的大幅波动，提高了性能的稳定性，而当达到PTC转化温度时，环氧树脂的热膨胀使得低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛均失去导电能力，从而引发强烈的PTC效应，显著的提升了PTC强度；聚酰胺、乙二胺作为低结构导电碳黑、碳氮化钛的固化剂，可以进一步提高性能的稳定性。

附图说明

图1为本发明提出的一种复合高分子自限温伴热电缆的结构示意图；

图2为本发明提出的一种制备复合高分子自限温伴热电缆中高分子基PTC复合材料的方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，图1为本发明提出的一种复合高分子自限温伴热电缆的结构示意图。

参照图1，本发明提出的一种复合高分子自限温伴热电缆，包括扁型带状的PTC芯带，PTC芯带由两根平行布置的发热导线1和包覆在其外的PTC材料层2构成，在PTC芯带外依次包覆绝缘层3、金属屏蔽层4和耐磨护套层5；所述PTC材料采用高分子基PTC复合材料。

在一种实施例中，高分子基PTC复合材料由环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛、聚酰胺、乙二胺制成，其中，低结构导电碳黑在环氧树脂中的添加量为20%wt，镍箔在环氧树脂中的添加量为8%wt，碳纤维在环氧树脂中的添加量为16%wt，碳氮化钛在环氧树脂中的添加量为16%wt，聚酰胺与低结构导电碳黑的重量比为0.07，乙二胺与碳氮化钛的重量比为0.1，低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛在环氧树脂中的总添加量为60%wt。

在另一种实施例中，高分子基PTC复合材料由环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛、聚酰胺、乙二胺制成，其中，低结构导电碳黑在环氧树脂中的添加量为25%wt，镍箔在环氧树脂中的添加量为10%wt，碳纤维在环氧树脂中的添加量为13%wt，碳氮化钛在环氧树脂中的添加量为15%wt，聚酰胺与低结构导电碳黑的重量比为0.05，乙二胺与碳氮化钛的重量比为0.15，低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛在环氧树脂中的总添加量为63%wt。

在又一种实施例中，高分子基PTC复合材料由环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛、聚酰胺、乙二胺制成，其中，低结构导电碳黑在环氧树脂中的添加量为16%wt，镍箔在环氧树脂中的添加量为7%wt，碳纤维在环氧树脂中的添加量为20%wt，碳氮化钛在环氧树脂中的添加量为12%wt，聚酰胺与低结构导电碳黑的重量比为0.1，乙二胺与碳氮化钛的重量比为0.08，低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛在环氧树脂中的总添加量为55%wt。

在本发明中，在环氧树脂基体中添加低结构导电碳黑作为导电赋予物的基础上，还添加有镍箔、碳纤维、碳氮化钛作为导电粒子，构成多元体系，从而利用材料所具有的加和性，提升性能；在该体系中，碳纤维在基体中形成导电网络，提供远程导电能力，碳黑粒子提供近程导电能力并能为相邻碳纤维的搭接起到桥接作用，镍箔、碳氮化钛具有良好的在基体内的移动性能，克服了碳纤维取向排列带来的导电不均匀性的缺陷，同时镍箔、碳氮化钛克服了低结构导电碳黑易于凝聚的缺陷，防止导电率的大幅波动，提高了性能的稳定性，而当达到PTC转化温度时，环氧树脂的热膨胀使得低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛均失去导电能力，从而引发强烈的PTC效应，显著的提升了PTC强度；聚酰胺、乙二胺作为低结构导电碳黑、碳氮化钛的固化剂，可以进一步提高性能的稳定性。

如图2所示，图2为本发明提出的一种制备复合高分子自限温伴热电缆中高分子基PTC复合材料的方法的流程示意图。

参照图2，本发明还提出了一种制备复合高分子自限温伴热电缆中高分子基PTC复合材料的方法，包括以下步骤：

S1、称取一定量的环氧树脂，并参照环氧树脂称取量，按添加量称取低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛，将所称取上述各组分原料放入混料机中进行混合10分钟；

S2、参照步骤S1中低结构导电碳黑、碳氮化钛称取量，按重量比称取聚酰胺、乙二胺；

S3、将步骤S1中混合好的环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛的混合物和步骤S2中称取的聚酰胺、乙二胺，共同放入混炼机中进行混炼，混炼温度为170℃，混炼时间为15min，混炼后冷却，切粒。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种复合高分子自限温伴热电缆，包括PTC芯带，PTC芯带由两根平行布置的发热导线和包覆在其外的PTC材料层构成，在PTC芯带外依次包覆绝缘层、金属屏蔽层和耐磨护套层；其特征在于，所述PTC材料采用高分子基PTC复合材料，所述高分子基PTC复合材料由环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维、碳氮化钛、聚酰胺和乙二胺制成，其中，低结构导电碳黑在环氧树脂中的添加量为16-25％wt，镍箔在环氧树脂中的添加量为7-10％wt，碳纤维在环氧树脂中的添加量为13-24％wt，碳氮化钛在环氧树脂中的添加量为12-16％wt，聚酰胺与低结构导电碳黑的重量比为0.05-0.1，乙二胺与碳氮化钛的重量比为0.08-0.15，低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维和碳氮化钛在环氧树脂中的总添加量为50-65％wt。

2.根据权利要求1所述的复合高分子自限温伴热电缆，其特征在于，低结构导电碳黑在环氧树脂中的添加量为20％wt。

3.根据权利要求1所述的复合高分子自限温伴热电缆，其特征在于，镍箔在环氧树脂中的添加量为8％wt。

4.根据权利要求1所述的复合高分子自限温伴热电缆，其特征在于，碳纤维在环氧树脂中的添加量为16％wt。

5.根据权利要求1所述的复合高分子自限温伴热电缆，其特征在于，碳氮化钛在环氧树脂中的添加量为16％wt。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的复合高分子自限温伴热电缆，其特征在于，低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维和碳氮化钛在环氧树脂中的总添加量为60％wt。

7.根据权利要求6所述的复合高分子自限温伴热电缆，其特征在于，聚酰胺与低结构导电碳黑的重量比为0.07。

8.根据权利要求6所述的复合高分子自限温伴热电缆，其特征在于，乙二胺与碳氮化钛的重量比为0.1。

9.一种制备如权利要求1-8任一项所述的复合高分子自限温伴热电缆中高分子基PTC复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、称取一定量的环氧树脂，并参照环氧树脂称取量，按添加量称取低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维和碳氮化钛，将所称取上述各组分原料放入混料机中进行混合10-15分钟；

S2、参照步骤S1中低结构导电碳黑和碳氮化钛称取量，按重量比称取聚酰胺和乙二胺；

S3、将步骤S1中混合好的环氧树脂、低结构导电碳黑、镍箔、碳纤维和碳氮化钛的混合物和步骤S2中称取的聚酰胺和乙二胺，共同放入混炼机中进行混炼，混炼温度为170-180℃，混炼时间为10-15min，混炼后冷却，切粒。