CN103396599B

CN103396599B - 自限温伴热带用聚合物基ptc复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103396599B
Application number: CN201310371877.7A
Authority: CN
Inventors: 张文龙; 戴亚杰; 麻居清; 万育萍
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: CN103396599A

Abstract

一种自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料，其特征在于：它是由下述质量百分比的原料组成，低密度聚乙烯55-65%、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-25%、炭黑10-15%、钛酸钡2-5%、新戊二醇5-10%、三羟甲基乙烷5-10%、季戊四醇5-10%、三羟甲基氨基甲烷5-10%、二苯甲酮2-3%；其中，低密度聚乙烯牌号为18D，熔融指数为2.0g/min；乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯质量百分数为14%和51%。本发明的有益效果是：在传统配方中加入新戊二醇、季戊四醇、三羟甲基氨基甲烷等相变储热材料作为NTC效应抑制剂能暂时吸收环境热量，延缓NTC效应的发生，防止材料内部缺陷及杂质或外在因素引起的局部过热，避免***“热崩溃”而加速老化，提高了材料的高温稳定性和使用寿命。采用钛酸钡无机粒子不仅可以微调控材料的加热功率，提高了复合材料的稳定性。

Description

自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及伴热电缆技术领域，尤其是指一种自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料及其制备方法。

背景技术：

聚合物基PTC材料是以聚合物作为基体，炭黑、石墨、碳纤维、金属等导电粒子作为填料通过共混制备而成的具有PTC效应的复合材料。具有价格低廉、加工成型容易、电学性能和力学性能高等优点，在伴热、保温、限流、传感等领域有广泛的应用，尤其是聚乙烯基PTC自控温电缆在建筑、机场、道路桥梁的坡面及涵洞、输油管道等的保温领域都得到实际的应用。

聚乙烯基PTC自控温电缆存在NTC效应明显，NTC是影响PTC材料重演性和使用寿命的重要因素。目前PTC材料普遍存在重演性差，使用寿命短等问题严重阻碍了其应用。

发明内容：

本发明的目的是针对目前聚乙烯基PTC自控温电缆存在NTC效应缺陷，提供一种能够有效抑制NTC作用，具有良好的重演性，使用寿命长，稳定性良好的PTC复合材料；本发明的另一目的是提供该种PTC复合材料的制备方法。

本发明的目的是以如下方式实现的：一种自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料，它是由下述质量百分比的原料组成，低密度聚乙烯 55-65%、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-25%、炭黑10-15%、钛酸钡2-5%、新戊二醇5-10%、三羟甲基乙烷5-10%、季戊四醇5-10%、三羟甲基氨基甲烷5-10%、二苯甲酮2-3%；其中，低密度聚乙烯牌号为18D，熔融指数为2.0g/min；乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯质量百分数为14%和51%。

自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、称取以下原料组成：

低密度聚乙烯质量百分数 55-65%、乙烯-醋酸乙烯共聚物质量百分数20-25%、炭黑质量百分数10-15%、钛酸钡质量百分数2-5%、新戊二醇质量百分数5-10%、三羟甲基乙烷质量百分数5-10%、季戊四醇质量百分数5-10%、三羟甲基氨基甲烷质量百分数5-10%、二苯甲酮质量百分数1-3%；

步骤2、将步骤1称取的低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物按质量比分为 6:4分为两份，将一份加入扭矩流变仪，在流变仪温度140℃、转速40r/min的条件下密炼3分钟，使其熔融；

步骤3、在步骤2所得的熔体中加入炭黑、钛酸钡、二苯甲酮、新戊二醇等有机相变材料后，再加入步骤2中的另一份低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的初混物，在流变仪温度140℃、转速40r/min的条件下,密炼10分钟出料；

步骤4、制作伴热带，将步骤3所得粒料通过螺杆挤出机包覆在两根互相平行的铜导线上，然后采用⁶⁰Coγ射线进行辐照交联后，给其包覆聚乙烯绝缘层，然后进行恒温归一化处理；处理温度80摄氏度，处理时间2小时。

本发明的有益效果是：在传统配方中加入新戊二醇、季戊四醇、三羟甲基氨基甲烷等相变储热材料作为NTC效应抑制剂能暂时吸收环境热量，延缓NTC效应的发生，防止材料内部缺陷及杂质或外在因素引起的局部过热，避免***“热崩溃”而加速老化，提高了材料的高温稳定性和使用寿命；采用低密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物为基体材料对提高材料的PTC强度和稳定性有着显著作用；若单一采用聚乙烯基体，由于其为非极性聚合物，作为填料的极性粒子炭黑和钛酸钡在其中分布含量较低，使得材料的室温电阻较高，从而其PTC强度较低；而采用低密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物为基体材料，由于乙烯-醋酸乙烯共聚物为极性共聚物，其对极性填料炭黑、钛酸钡粒子体现良好的包容性，从而使得炭黑和钛酸钡在基体中分布含量增大，材料的室温电阻相应降低，因而材料的PTC强度增大，稳定性增强；此外乙烯-醋酸乙烯共聚物具有非常优良的抗老化性和耐臭氧性，从而提高了复合材料的使用寿命；采用钛酸钡无机粒子不仅可以微调控材料的加热功率，不影响复合体系的导电性，而且在升温过程中由于钛酸钡颗粒的阻碍以及其正电性的吸引作用，抑制了导电粒子的附聚作用，从而提高了复合材料的稳定性；采用分步加料法，将填料加入到熔融的基体材料中，使得填料粒子充分的分散；避免了一次性加料中由于基体颗粒受热不均匀，先融化的颗粒将炭黑及钛酸钡包裹在其中，影响了填料粒子的运动，进而被相继融化的基体颗粒继续包裹而产生填料粒子的大量团聚现象。

具体实施方式：

本发明自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料是由下述质量百分比的原料组成：低密度聚乙烯 55-65%、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-25%、炭黑10-15%、钛酸钡2-5%、新戊二醇5-10%、三羟甲基乙烷5-10%、三羟甲基氨基甲烷5-10%、二苯甲酮2-3%。

其中，低密度聚乙烯牌号为18D，熔融指数为2.0g/min；乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯质量百分数为14%和51%。

本发明自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、按质量百分数称取一下原料组成：

低密度聚乙烯 55-65%、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-25%、炭黑10-15%、钛酸钡2-5%、新戊二醇5-10%、三羟甲基乙烷5-10%、季戊四醇5-10%、三羟甲基氨基甲烷5-10%、二苯甲酮2-3%；

步骤2、将步骤1称取的低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物按质量比分为 6:4分为两份，将质量比为6的一份加入扭矩流变仪，在流变仪温度140℃，转速40r/min的条件下密炼3分钟，使其熔融;

步骤3、在步骤2所得的熔体中加入炭黑、钛酸钡、二苯甲酮、新戊二醇等有机相变材料后，再加入步骤2中重量比为4的低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物，在流变仪温度140℃，转速40r/min的条件下密炼10分钟出料。

步骤4、制作伴热带。将步骤3所得粒料通过螺杆挤出机包覆在两根互相平行的铜导线上，然后采用⁶⁰Coγ射线进行辐照交联后，给其包覆聚乙烯绝缘层，然后进行恒温归一化处理。处理温度：80摄氏度，处理时间2小时。

以下结合实例进一步说明本发明。

实例1

步骤1、称取一下原料组成：

30.0g低密度聚乙烯、7.5g醋酸乙烯酯含量为14%的乙烯-醋酸乙烯共聚物、3.0g新戊二醇、7.0g炭黑、1.25g钛酸钡、1.25g二苯甲酮；

步骤2、将30g低密度聚乙烯和7.5g乙烯-醋酸乙烯酯共聚物初步共混后分为A、B两份，A份22.5g，B份15.0g。将A份初步共混物加入扭矩流变仪，在流变仪温度140℃，转速40r/min的条件下密炼3分钟，使其熔融。

步骤3、在步骤2所得的熔体中加入步3.0g新戊二醇、7.0g炭黑、1.25g钛酸钡、1.25g二苯甲酮后，再加入15.0g低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物，在流变仪温度140℃，转速40r/min的条件下密炼10分钟出料。

步骤4、制作伴热带。将步骤3所得粒料通过螺杆挤出机包覆在两根互相平行的铜导线上，然后采用⁶⁰Coγ射线进行辐照交联后，给其包覆聚乙烯绝缘层，然后进行恒温归一化处理。处理温度80摄氏度，处理时间2小时。

实例2、

采用醋酸乙烯酯含量为51%的乙烯-醋酸乙烯共聚物代替实例1中的醋酸乙烯酯含量为14%的乙烯-醋酸乙烯共聚物，其余步骤条件如实例1。

实例3、

采用三羟甲基乙烷代替实例1中的新戊二醇，其余步骤条件如实例1。

实例4、采用三羟甲基氨基甲烷代替实例1中的新戊二醇，其余步骤条件如实例1。

Claims

1.一种自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料，其特征在于：它是由下述质量百分比的原料组成，低密度聚乙烯 55-65%、乙烯-醋酸乙烯共聚物20-25%、炭黑10-15%、钛酸钡2-5%、新戊二醇5-10%、三羟甲基乙烷5-10%、季戊四醇5-10%、三羟甲基氨基甲烷5-10%、二苯甲酮2-3%；其中，低密度聚乙烯牌号为18D，熔融指数为2.0g/min；乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯质量百分数为14%和51%。

2.根据权利要求1所述的自限温伴热带用聚合物基PTC复合材料，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

步骤1、称取以下原料组成：

步骤3、在步骤2所得的熔体中加入炭黑、钛酸钡、二苯甲酮、新戊二醇、三羟甲基乙烷、季戊四醇及三羟甲基氨基甲烷有机相变材料后，再加入步骤2中的另一份低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的初混物，在流变仪温度140℃、转速40r/min的条件下，密炼10分钟出料。