36v自限温加-伴热电缆芯带材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种PTC复合材料及其制备方法，特别是涉及一种自控温PTC复合 材料及其制备方法，应用于功能性导电高分子复合材料制备的工艺技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外使用的正温度系数（Positive Temperature coefficient, PTC)材 料主要分为两大类，一类是以BaTiO3主的陶瓷类PTC材料，另一类就是有机高分子聚合物 与导电材料组成的有机PTC复合材料，有机PTC材料在20世纪50年代引发了人们的研究 热潮，开展了 了一系列研究，推动了有机PTC材料的发展，其应用领域也不断扩展。有机PTC 复合材料通常是以聚合物为基体，向其中掺杂炭黑、石墨、纤维、金属及其氧化物等导电填 料而制得的，其显著特点是材料在一定的转变温度下，其电阻率迅速增加，可发生（半）导 体到绝缘体的相转变，由于材料独特的热敏开关特性及在较大范围内的电阻率，力学性能 的可调性，成本低，加工性能好等特点而得到了广泛应用。在化工、石油管道、阀门等方面广 泛应用为降凝防堵加热带及自控温加热电缆，随着产品性能的不断开发，这一应用从军用、 工用扩展到民用，可以用于取暖装置、奶瓶恒温器、电暖鞋、防静电地毯等，具有非常广阔的 发展前景。但是，传统产品电阻值较大，不适宜在安全电压下使用，本发明采取低结晶聚合 物可以得到较低电阻值的PTC材料，适用于低压下使用。
[0003] POE是乙烯、辛稀，丁烯的共聚物，具有优良的性能，聚乙烯链结晶区（树脂相）起 物理交联点的作用，一定量的辛烯的引入削弱了聚乙烯链的结晶区，形成了呈现橡胶弹性 的无定型区（橡胶相）。有很窄的相对分子质量分布和短支链，具有优异的物理机械性能 (高弹性、高强度、高伸长率）和良好的低温性能；又由于其分子链是饱和，具有优异的耐热 老化和抗紫外线性能。EVA是乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物，同样拥有良好的特性，且与无机 粒子结合较好，保证其分散良好，MDPE可以提高PTC效应的强度，POE、EVA、少量MDPE、橡胶 共混制得的复合导电功能材料更是具有他们共同的优点，可用于低压自限温加/伴热带芯 带的制备。
[0004] PTC材料扩展到特殊领域时，其使用电压的降低是非常必要的，当导电材料要求其 工作电压在安全电压范围内时，以降低使用时触电的危险性，新型低压用PTC材料的制备 是必要的。安全电压是指，是指为了防止触电事故而由特定电源供电所采用的电压系列，我 国规定的安全电压额定值的等级为42、36、24、12、6￥。当电气设备采用的电压超过安全电压 时，必须按规定采取防止直接接触带电体的保护措施，本发明所提供复合导电功能材料常 温下电阻值小，PTC效应明显，可在较低电压下使用，使用长度为50米。导电复合聚合物加 工过程中的取向问题是很重要的一个因素，虽然在研究聚合物取向和聚合物填料取向方面 已做了大量工作。然而有关导点复合材料的取向性与导电性能的关系报道很少，这是由于 加工过程中的复杂性和固体粒子运动的瞬时性，特别是研究方法的局限性。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种 36V自限温加-伴热电缆芯带材料及其制备方法，本发明制备的芯带材料的导电性能在 1-100 Dwjw，具有较强PTC效应，发热功率可达到10W/m以上，可应用为36V自限温/加 伴热带芯带，具有优异的加工性能，体系稳定性高，常温电阻值小等优点。
[0006] 为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案： 一种36V自限温加-伴热电缆芯带材料，按照按组分重量份数主要由以下原料制成：中 密度聚乙烯为10-20份；热塑性弹性体为0-5份，POE为0-10份，线性低密度聚乙烯为0-25 份；乙稀-醋酸乙稀共聚物为0-15份；相容剂为1-5份；导电炭黑为45-65份；复合抗氧剂 为1-3份；石錯为1-3份。
[0007] 作为本发明优选的技术方案，所述中密度聚乙烯的相对密度为0. 926-0. 953,结 晶度为70-80%，平均分子量为20万，拉伸强度为8-24MPa，断裂伸长率为50-60%，熔融温 度126-135 °C，熔体流动速率为0. 1-35克/10分钟，压力为0. 46兆帕的热变形温度为 49-74。。。
[0008] 作为上述方案中进一步优选的技术方案，所述热塑性弹性体为乙烯-丙烯共聚 物，数均分子量15万，100° C门尼粘度为50Pa*s，邵氏A硬度为60,在190°C和2. 16kg下 的恪融指数为5g/10min。
[0009] 作为上述方案中进一步优选的技术方案，所述线性低密度聚乙烯数均分子量5-8 万，在190°C和2. 16kg下的熔融指数为2-5g/10min。
[0010] 作为上述方案中进一步优选的技术方案，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯 的质量含量为26-28wt%，在190°C和2. 16kg下的熔融指数为5g/10min。
[0011] 作为上述方案中进一步优选的技术方案，所述相容剂为丙稀酸酯接枝聚乙稀，接 枝率为1-2%，在190°C和2. 16kg下的熔融指数为l-2g/10min。
[0012] 作为上述方案中进一步优选的技术方案，所述导电炭黑为炉法炭黑与乙炔炭黑复 配而成。
[0013] 作为上述方案中进一步优选的技术方案，所述复合抗氧剂由下述组分按重量份组 成：1010为50份，1024为50份。
[0014] 作为上述方案中进一步优选的技术方案，所述的石蜡粒是白色、无味的蜡状固体， 在47-64°C熔化，密度为0· 9g/cm3。
[0015] 还提供一种本发明36V自限温加-伴热电缆芯带材料的制备方法，包括如下步 骤： a. 将配方量的各组分通过密炼机熔融共混，温度为120~175°C，时间为15~25分钟，然 后通过单螺杆挤出机造粒，得到复合材料粒子； b. 将在所述步骤a中制备的复合材料粒子在10-15m/min的挤出速率下，通过挤压模 挤出缆材； c. 将在所述步骤a中制备的线材经过电子加速器在150-250kGy剂量下进行辐照交 联，得到自限温加-伴热电缆芯带材料。
[0016] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点： 1.本发明通过引入多种导电炭黑制得辛烯聚乙烯/乙烯-醋酸乙烯酯/中密度聚乙 稀复合导电功能材料，其导电性能在1-100 Ο.?-，可用于自限温加伴热带芯带，适用于36V 安全电压自限温加/伴热系统； 2. 本发明制备的自限温加-伴热电缆芯带材料具有优异的导热性能，热量传递效率 高，常温电阻值小，发热功率可达到15W/m以上，且具有优良的力学性能和稳定性； 3. 本发明得到的导电复合功能材料常温下PTC效应强，稳定性高，可长期稳定使用； 4. 本发明方法工艺简单，操作方便，反应效率高，所需时间较短，材料导电性能优异。
【具体实施方式】
[0017] 本发明的优选实施例详述如下： 实施例一： 在本实施例中，一种36V自限温加-伴热电缆芯带材料，按照材料组分重量份数主要由 以下原料制成：中密度聚乙烯（MDPE)为10份；热塑性弹性体（TPE)为2份；POE为10份； 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA)为10份；相容剂为2份；导电炭黑为60份；复合抗氧剂为2 份；石蜡为2份。
[0018] 在本实施例中，所述中密度聚乙烯（MDPE)的相对密度为0.926-0. 953,结晶度 为70-80%，平均分子量为20万，拉伸强度为8-24MPa，断裂伸长率为50-60%，熔融温度 126-135Γ，熔体流动速率为0. 1-35克/10分钟，在0. 46兆帕压力下热变形温度49-74°C ; 所述的热塑性弹性体（TPE)为乙烯-丙烯共聚物，数均分子量15万，KKTC门尼粘度为 50Pa · s，邵氏A硬度为60,在190°C和2. 16kg下的恪融指数为5g/10min ;所述乙稀-醋 酸乙烯共聚物（EVA)的醋酸乙烯含量为26-30 wt%，190 °C和2. 16kg下的熔融指数为 5g/10min ;所述相容剂为丙烯酸酯接枝聚乙烯，接枝率为2%，190° C和2. 16kg下熔融指 数为2g/10min ;所述导电炭黑是炉法炭黑和乙炔炭黑复配而成；所述复合抗氧剂由下述 组分按重量份组成：1010为50份，1024为50份；所述石蜡粒是白色、无味的蜡状固体，在 47°C -64°C熔化，密度为 0· 9g/cm3。
[0019] 在本实施例中，一种本实施例36V自限温加-伴热电缆芯带材料的制备方法，采用 辐照交联加热制备电缆用高导热聚合物芯带材料，步骤如下： a. 称量材料各组分原料，将原料配方量的各组分通过密炼机熔融共混，温度为密炼温 度为140-155Γ，密炼时间为15~25分钟，然后通过单螺杆挤出