正溫度系數高分子半導體溫控伴熱電纜及其制造方法技術

本發明專利技術涉及一種正溫度系數高分子半導體溫控伴熱電纜及其制造方法，它的結構如下：伴熱電纜的兩個電極是用束線機絞制的預恒張力正規結構絞線，在兩條平行電極導線上預包高分子低電阻過渡層，在低電阻過渡層外連續包覆雙基料雙熱峰配方的具有正溫度系數高分子半導體發熱體材料，組成伴熱電纜的發熱元件，再在芯帶外面包覆絕緣層。以基本型發熱元件可組成屏蔽型、屏蔽防護型和與電源線組合制成可加長型組合溫控伴熱電纜。它廣泛應用于石油、化工系統及民用室內外流體輸送管道防凍、保溫、降粘、防堵等；也可以用于民用電熱毯，開關溫度４５℃±５℃；室內采暖和太陽能熱水器防凍化冰、開關溫度９０℃±５℃。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種電熱器材及制造工藝，尤其是一種雙芯雙層結構的具有正溫度系數特性的自調控的溫控伴熱電纜，屬于特種電纜領域。
技術介紹
隨著社會進步，自動化程度提高，電加熱、伴熱技術應用越來越廣泛，恒功率加熱電纜和自控溫加熱電纜已在工業領域應用多年。這種自控溫加熱電纜的結構是在兩根平行的電極導體上包一層PTC發熱體組成并聯回路，然后在發熱體外包一層絕緣制成基本型發熱元件，PTC發熱元件為PE/CB組成的單組份單熱峰PTC材料，這種結構的加熱電纜工作一段時間后，時常發生嚴重的功率衰減，起動電流變大，最后燒毀電纜的情況時有發生，致使這種加熱電纜質量口碑極差，很難實現工業化應用。
技術實現思路
1、專利技術目的本專利技術提供了一種，其目的是解決現有加熱電纜的發熱體采用單組份單熱峰PTC材料，直接與導電電極接觸，工作一段時間后，易發生嚴重的功率衰減，使起動電流變大，常燒毀電纜等方面存在的問題。2、技術方案本專利技術是通過以下技術方案來實現的一種正溫度系數高分子半導體溫控伴熱電纜，該伴熱電纜由兩個平行設置輸電的金屬導電電極、發熱體及發熱體外包覆的絕緣層構成；其特征在于每個金屬導電電極外均預包低電阻過渡層，兩個金屬導電電極通過低電阻過渡層與發熱體緊密接觸構成并聯回路。金屬導電電極采用預恒張力正規結構的絞線。低電阻過渡層由厚度為0.1～0.2mm的高分子導電樹脂層構成。發熱體由雙熱峰具有電阻正溫度系數的高分子半導體材料制成。一種正溫度系數高分子半導體溫控伴熱電纜的制造方法，其特征在于它按下述步驟進行a、制備金屬導電電極采用束線機絞制得到正規結構的絞線作為金屬導電電極；b、樹脂低電阻過渡層選料采用兩根步驟a中制得的絞線作為金屬導電電極，選用高分子樹脂導電材料作為包在每根金屬導電電極上的低電阻電渡層；c、雙芯雙層結構發熱芯帶擠制將步驟b中制得的繞有兩根金屬導電電極的兩個放線盤放在擠出生產線的主動放線架上，使兩根金屬導電電極線芯同時放出，經張力控制器和加熱裝置加熱后同時進入兩個塑料擠出機之間的雙芯、雙層共擠機頭內一次包覆低電阻過渡層和發熱體材料，并使導電電極的張力保持一致，然后經冷卻后，包覆的低電阻過渡層與金屬導電電極和發熱體緊密接觸成為導電電極的一部分，得到雙芯雙層發熱芯帶；d、包覆絕緣選擇工作溫度與上述制得的基本型發熱芯帶的最高表面溫度相同的輻照交聯型聚烯烴絕緣料在發熱芯帶外包覆絕緣；絕緣擠出時抽真空，將發熱芯帶與絕緣之間的空氣排凈，以防止輻照時氣脹；e、輻照交聯采用電子加速器，對包好絕緣層的發熱芯帶進行整體輻照，輻照劑量控制在20～25Mrad之間，絕緣層熱延伸控制在80～100％之間，PTC發熱體熱延伸控制在20～50％之間，輻照處理后得到基本型本專利技術伴熱電纜。上述步驟a中采用束線機制備導電電極按下述步驟進行①.采用經過改造的雙倍束線機絞制，采用主動或被動有張力控制裝置的放線架；絞線通過進線主軸導輪后，拐入弓帶時與主軸中心線的夾角α要小于45°，進線主軸導輪是易拆裝的工藝輪，在主軸導輪與絞線接觸的圓弧面上設有一凹槽，此凹槽為圓弧R，R＝0.5d+0.05mm，R為凹槽半徑，d為絞線計算外徑；②.將鍍錫銅線的線盤推入放線架的軸中緊好螺帽；將單線通過張力可調的擺桿上的導輪，依次進入分線板、并線模、主軸導輪、弓帶模眼、出線主軸導輪、牽引輪、排線器撥桿、引入收線盤系牢；調整擺桿彈簧，使每根線的張力基本一致；根據工藝要求更換節距輪和主軸導輪，主軸導輪的槽半徑R＝0.5d+0.05mm，調好絞向；調好收線盤張力；在弓帶轉速500轉/分鐘時用張力測試儀逐盤調整放線張力，φ0.32mm銅線張力為450克，φ0.52mm銅線張力為800克，中心線略大15％，斷線或放線盤換盤時，用冷焊接頭并修磨好接口飛邊。上述步驟b中發熱體材料的樹脂為雙組分基料。選取開關溫度分別為45℃±5℃、65℃±5℃、90℃±5℃、110℃±5℃的EVA/PVDF/CB或LDPE/PVDF/CB或MDPE/PVDF/CB或HDFE/PVDF/CB作為發熱體材料，經雙輥煉膠機制成易于塑料擠出機使用的顆料。在權利要求5制得的基本型伴熱電纜的外面用鍍錫銅絲編上屏蔽層得到屏蔽型伴熱電纜；在屏蔽型伴熱電纜外面包覆一層護套得到屏蔽防護型伴熱電纜。3、優點及效果通過本專利技術技術方案的實施，能夠很好地解決現有加熱電纜的發熱體采用單組份單熱峰PTC材料，直接與金屬導電電極接觸，工作一段時間后，易發生嚴重的功率衰減，使起動電流變大，常燒毀電纜等方面存在問題。本專利技術在金屬電極與發熱體之間設置低電阻過渡層，解決了現有發熱電纜金屬導電電極直接與發熱體接觸，使用一段時間后功率衰減、起動電流變大、常燒毀電纜的缺點，并且由于伴熱電纜的低電阻過渡層和PTC發熱體是在熔融狀態下同時擠出，形成溶合一體的結構不會剝離，使金屬導電電極經低電阻過渡層與發熱體接觸良好，導電性能好，發熱穩定，不會出現現有單熱峰發熱材料的發熱電纜的各種故障，它可以廣泛的應用于電熱裝置、石油及化工企業的管道伴熱，太陽能熱水器輸水管的防凍保溫等。本專利技術對現有溫控伴熱電纜發熱元件的發熱體配方進行了改進，采用雙組分基料雙熱峰體系，防止了NTC效應，使該種產品的性能顯著提高、更安全、更可靠。NTC效應是負溫度系數效應，隨著溫度升高，電阻變小電流變大，最后燒毀電纜。出現NTC現象的原因是PTC發熱體溫度達到樹脂的熔點時，導電填料發生了聚集并形成相對較多的導電通道。在現行產品中雖然用交聯技術構成了立體三維網，控制了炭的導電逾滲網絡，但交聯度只能做到60％～70％，因為輻照交聯的同時會產生裂解。產生NTC效應的機率還是很大。現有技術的PTC發熱配方樹脂是單組分的，只有一個熱峰。當發熱體溫度高于開關溫度達到樹脂的熔融溫度時，就有可能使導電填料炭黑顆粒發生聚集并形成新的導電通路，產生大電流，使溫度不斷升高，最終使發熱體燒毀，而本專利技術的發熱體采用雙熱峰體系，雙熱峰體系中由于采用兩種有一定梯度的不同熔點的半晶聚合物，如EVA/PVDF/CB；LDPE/PVDF/CB；MDPE/PVDF/CB；HDFE/PVDF/CB，可做成不同開關溫度的伴熱電纜。在雙熱峰體系中，第一個熱峰是工作開關溫度，第二個熱峰是保護熱峰，限制了炭黑顆粒的活動能力，不能形成新的導電逾滲網絡，杜絕了NTC效應。避免了燒毀電纜的問題。本專利技術對現有技術的發熱元件的結構進行改進。現有技術發熱元件的結構是直接在兩根平行的金屬導體之間均勻擠包一層PTC發熱體制成并聯回路芯帶。由于在伴熱電纜工作的熱歷程中，發熱元件的金屬電極與聚烯烴發熱體有熱膨脹差異，相互附著力差。電纜在工作時由于熱沖擊電流的作用瞬間，光滑的金屬電極表面與發熱體之間容易脫離，形成間隙，造成接觸電阻增大，造成接觸不良，以至電打火，引發界面火花，損壞PTC發熱體，引起PTC材料的電阻變化。為了解決這些問題，在結構上增加了樹脂低電阻過渡層。低電阻過渡層是導體的一部分，使導體與PTC發熱體接觸良好，減少了熱膨脹差異。本專利技術的低電阻過渡層就是包覆在兩根金屬電極導體上含炭量高的導電樹脂。使金屬導體與PTC發熱體的接觸得到過渡。低電阻過渡層的基礎樹脂材質與PTC發熱體的基礎樹脂材質相同，但不含PVDF，只是含炭量高，約占40～50％的重量份。其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種正溫度系數高分子半導體溫控伴熱電纜，該伴熱電纜由兩個平行設置輸電的金屬導電電極（１）、發熱體（３）及發熱體（３）外包覆的絕緣層（４）構成；其特征在于：每個金屬導電電極（１）外均預包低電阻過渡層（２），兩個金屬導電電極（１）通過低電阻過渡層（２）與發熱體（３）緊密接觸構成并聯回路。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王崇，
申請(專利權)人：王崇，
類型：發明
國別省市：89[中國|沈陽]