一種用于自限溫電伴熱帶電纜的耐高溫ptc復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自限溫電伴熱帶電纜的耐高溫復(fù)合材料及其制備方法，由熱塑性聚合物、導(dǎo)電填料和助劑構(gòu)成。炭黑經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理成導(dǎo)電填料，增大了炭黑在復(fù)合材料中的分散性，提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能與PTC強(qiáng)度，并使其PTC復(fù)合材料具有較高的工作溫度。
【專利說明】—種用于自限溫電伴熱帶電纜的耐高溫PTC復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于自限溫電伴熱帶電纜的耐高溫PTC復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]自限溫電伴熱帶電纜由導(dǎo)電高分子復(fù)合材料和兩根平行金屬導(dǎo)線及絕緣護(hù)套構(gòu)成的扁形帶狀電纜，具有PTC特性，其在低溫狀態(tài)快速啟動(dòng)，溫度均勻，每一局部皆可因其被伴熱處的溫度變化；并能隨被加熱體系的溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率，自動(dòng)限制加熱的溫度。所以該電纜可以被任意截短或在一定范圍內(nèi)接長使用，并允許多次交叉重疊而無高溫?zé)狳c(diǎn)及燒毀之慮，因此被廣泛地應(yīng)用于化工、電、制糖等行業(yè)用于自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度要求高的領(lǐng)域。
[0003]目前用于自限溫電伴熱帶電纜PTC復(fù)合材料主要以聚乙烯(PE)、乙烯一醋酸乙烯酷共聚物(EVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等單組分結(jié)晶或半結(jié)晶聚合物為基體材料，以性價(jià)比高的導(dǎo)電炭黑(CB)為導(dǎo)電填料。由于聚乙烯(PE)、乙烯一醋酸乙烯酷共聚物(EVA)、聚偏氟乙烯(PVDF)這類結(jié)晶性聚合物的熔點(diǎn)一般都在150°C以下，致使得到的PTC復(fù)合材料的PTC轉(zhuǎn)變溫度較低(<150°C )，不能滿足高溫場合的應(yīng)用需求。
[0004]隨著現(xiàn)代科技的日新月異，高分子PTC材料應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，單一結(jié)構(gòu)的聚合物基PTC材料已經(jīng)難以滿足社會的需要，綜合性能更加優(yōu)良的聚合物共混物及復(fù)合材料，通過共混可使兩種或多種聚合物組成一個(gè)穩(wěn)定體系，在性能上優(yōu)勢互補(bǔ)，其價(jià)格又可大幅降低。其中CB填充雙組份聚合物基PTC復(fù)合材料由于較以往單一聚合物基PTC復(fù)合材料具有更低的滲流閩值和更優(yōu)良的機(jī)械加工性能，在聚合物基PTC材料的研究和開發(fā)中越來越受到人們的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種耐高溫PTC復(fù)合材料，該導(dǎo)電聚合材料具有低室溫電阻率、高PTC強(qiáng)度。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制備上述耐高溫PTC復(fù)合材料方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種用于自限溫電伴熱帶電纜的耐高溫PTC復(fù)合材料，所述PTC復(fù)合材料包括熱塑性聚合物、導(dǎo)電填料和助劑，其各組份的質(zhì)量百分比為:
[0008]熱塑性聚合物:80-95% ；
[0009]導(dǎo)電填料:1-16%;
[0010]助劑:2_5%。
[0011] 所述熱塑性聚合物為組份A與組份B組成，所述組份A為聚丙烯，組份B為高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯或聚偏氟乙烯；所述組份A與組份B質(zhì)量比為1:4-4:1。
[0012]所述導(dǎo)電填料是指炭黑放入偶聯(lián)劑的異丙醇溶液中經(jīng)過表面處理得到的導(dǎo)電填料，所述炭黑與偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為100:1。
[0013]所述助劑為抗氧劑、潤滑劑。
[0014]進(jìn)一步方案，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑，所述鈦酸酯類偶聯(lián)劑為NDZ-101或NDZ-40。
[0015]所述抗氧劑為四(β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯(1010)、三(2，4_ 二叔丁基苯基)亞磷酸酯(168)、硫代二丙酸雙十八醇酯(DSTDP)中的至少一種。
[0016]所述潤滑劑為有機(jī)硅樹脂、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、聚硬脂酸乙烯醋、脂肪酸醋。
[0017]一種制備如上述的PTC復(fù)合材料的方法，包括如下步驟:
[0018](I)炭黑的表面處理:
[0019]按質(zhì)量比為100:1，將炭黑放入偶聯(lián)劑的異丙醇溶液中，經(jīng)球磨2-3小時(shí)后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，再于真空烘箱中反應(yīng)得到炭黑導(dǎo)電填料；
[0020](2)混煉:按配方稱取熱塑性聚合物、助劑和(I)處理后的導(dǎo)電填料，在150-200°C下進(jìn)行混煉8-15分鐘；
[0021](3)成型:將(2)中混煉后的物質(zhì)放入雙螺桿擠出機(jī)造粒、擠出，經(jīng)冷卻得到PTC復(fù)合材料。
[0022]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:`[0023]1、炭黑經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理成導(dǎo)電填料，增大了炭黑在復(fù)合材料中的分散性，提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能；
[0024]2、雙組份熱塑性聚合物組成一個(gè)穩(wěn)定體系，在性能上優(yōu)勢互補(bǔ)，又可大幅降低價(jià)格；
[0025]3、這種復(fù)合材料有著優(yōu)異的導(dǎo)電性能及PTC性能，在導(dǎo)電填料含量很低的情況下，就可以明顯提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性，而且能夠在較低導(dǎo)電填料含量時(shí)出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度。
[0026]4、本PTC復(fù)合材料可以通過調(diào)節(jié)復(fù)合材料中導(dǎo)電填料的含量改變復(fù)合材料的導(dǎo)電性，而且由于電導(dǎo)率隨著填料變化進(jìn)行相應(yīng)的連續(xù)的穩(wěn)定變化，因此可以較為精確的控制復(fù)合材料的室溫電導(dǎo)率；
[0027]5、采用熔融共混的方法進(jìn)行復(fù)合，可以使得兩相聚合物均勻混合及導(dǎo)電填料能夠較為均勻的在基體中分散，從而得到較低的電阻率及穩(wěn)定的PTC性能；
[0028]6、復(fù)合后的材料具有較高的工作溫度。
【具體實(shí)施方式】:
[0029]下面給出實(shí)施例以對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員根據(jù)本
【發(fā)明內(nèi)容】
對本發(fā)明做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]本發(fā)明中所用的原料均是市售產(chǎn)品，各廠家生產(chǎn)的基本類似，在此不一一指出。下面對本發(fā)明的原料配方與制備方法進(jìn)行舉例說明。
[0031]實(shí)施例1[0032](I)按質(zhì)量比為100:1，將炭黑放入偶聯(lián)劑NDZ-101的異丙醇溶液中，經(jīng)球磨2小時(shí)后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，再于真空烘箱中反應(yīng)得到炭黑導(dǎo)電填料；
[0033](2)按配方稱取聚丙烯18%、高密度聚乙烯72%、抗1010為1%、抗168為1%、有機(jī)硅樹脂3%和經(jīng)(I)處理得到的導(dǎo)電填料5%，在180°C下進(jìn)行混煉10分鐘；
[0034](3)將(2)中混煉后的物質(zhì)放入雙螺桿擠出機(jī)造粒、擠出，經(jīng)冷卻得到PTC復(fù)合材料。
[0035]實(shí)施例2
[0036](I)按質(zhì)量比為100:1，將炭黑放入偶聯(lián)劑NDZ-40的異丙醇溶液中，經(jīng)球磨2.5小時(shí)后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，再于真空烘箱中反應(yīng)得到炭黑導(dǎo)電填料；
[0037](2)按配方稱取聚丙烯22%、低密度聚乙烯66%、抗168為2%、聚乙烯蠟3%和經(jīng)(I)處理得到的導(dǎo)電填料7%，在200°C下進(jìn)行混煉8分鐘；
[0038](3)將(2)中混煉后的物質(zhì)放入雙螺桿擠出機(jī)造粒、擠出，經(jīng)冷卻得到PTC復(fù)合材料。
[0039]實(shí)施例3
[0040](I)按質(zhì)量比為100:1，將炭黑放入偶聯(lián)劑NDZ-101的異丙醇溶液中，經(jīng)球磨2小時(shí)后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，再于真空烘箱中反應(yīng)得到炭黑導(dǎo)電填料；
[0041](2)按配方稱取聚丙 烯30%、高密度聚乙烯60%、抗1010為1%、有機(jī)硅樹脂1%和經(jīng)
(I)處理得到的導(dǎo)電填料8%，在180°C下進(jìn)行混煉10分鐘；
[0042](3)將(2)中混煉后的物質(zhì)放入雙螺桿擠出機(jī)造粒、擠出，經(jīng)冷卻得到PTC復(fù)合材料。
[0043]實(shí)施例4
[0044](I)按質(zhì)量比為100:1，將炭黑放入偶聯(lián)劑NDZ-101的異丙醇溶液中，經(jīng)球磨3小時(shí)后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，再于真空烘箱中反應(yīng)得到炭黑導(dǎo)電填料；
[0045](2)按配方稱取聚丙烯45%、線性低密度聚乙烯45%、抗1010為1%、氧化聚乙烯蠟2%和經(jīng)(I)處理得到的導(dǎo)電填料7%，在180°C下進(jìn)行混煉15分鐘；
[0046](3)將(2)中混煉后的物質(zhì)放入雙螺桿擠出機(jī)造粒、擠出，經(jīng)冷卻得到PTC復(fù)合材料。
[0047]實(shí)施例5
[0048](I)按質(zhì)量比為100:1，將炭黑放入偶聯(lián)劑NDZ-40的異丙醇溶液中，經(jīng)球磨2.5小時(shí)后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，再于真空烘箱中反應(yīng)得到炭黑導(dǎo)電填料；
[0049](2)按配方稱取聚丙烯64%、聚偏氟乙烯16%、抗DSTDP為2%、聚硬脂酸乙烯醋2%和經(jīng)(I)處理得到的導(dǎo)電填料16%，在200°C下進(jìn)行混煉8分鐘；
[0050](3)將(2)中混煉后的物質(zhì)放入雙螺桿擠出機(jī)造粒、擠出，經(jīng)冷卻得到PTC復(fù)合材料。
[0051]實(shí)施例6
[0052](I)按質(zhì)量比為100:1，將炭黑放入偶聯(lián)劑NDZ-40的異丙醇溶液中，經(jīng)球磨2小時(shí)后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，再于真空烘箱中反應(yīng)得到炭黑導(dǎo)電填料；
[0053](2)按配方稱取聚丙烯50%、聚偏氟乙烯45%、抗DSTDP為2%、聚硬脂酸乙烯醋2%和經(jīng)(I)處理得到的導(dǎo)電填料1%，在190°c下進(jìn)行混煉12分鐘；[0054](3)將(2)中混煉后的物質(zhì)放入雙螺桿擠出機(jī)造粒、擠出，經(jīng)冷卻得到PTC復(fù)合材料。
[0055]對比試驗(yàn):
[0056]將上述實(shí)施例1-6中制得的PTC復(fù)合材料按照統(tǒng)一工藝注塑成長為5mm、寬為5mm、厚為0.5 mm的樣品，采用微歐計(jì)測量樣品的電阻，根據(jù)面積和厚度換算得到各聚合材料的常溫電阻札。再把制成的樣品放入150度恒溫箱中30分鐘后測量樣品的電阻民，用電阻R2除以樣品的常溫電阻R1，得到PTC強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
[0057]表1:聚合材料的PTC性能測試比較
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種用于自限溫電伴熱帶電纜的耐高溫PTC復(fù)合材料，其特征在于:所述PTC復(fù)合材料包括熱塑性聚合物、導(dǎo)電填料和助劑，其各組份的質(zhì)量百分比為: 熱塑性聚合物:80-95% ； 導(dǎo)電填料:1-16% ； 助劑:2-5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PTC復(fù)合材料，其特征在于:所述熱塑性聚合物為組份A與組份B組成，所述組份A為聚丙烯，組份B為高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯或聚偏氟乙烯；所述組份A與組份B質(zhì)量比為1:4-4:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PTC復(fù)合材料，其特征在于:所述導(dǎo)電填料是指炭黑放入偶聯(lián)劑的異丙醇溶液中經(jīng)過表面處理得到的導(dǎo)電填料，所述炭黑與偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為100:1
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的PTC復(fù)合材料，其特征在于:所述助劑為抗氧劑、潤滑劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PTC復(fù)合材料，其特征在于:所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯類偶聯(lián)劑，所述鈦酸酯類偶聯(lián)劑為NDZ-1Ol或NDZ-40。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PTC復(fù)合材料，其特征在于:所述抗氧劑為四(β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸)季戊四醇酯(1010)、三(2，4_二叔丁基苯基)亞磷酸酯(168)、硫代二丙酸雙十八醇酯 (DSTDP)中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PTC復(fù)合材料，其特征在于:所述潤滑劑為有機(jī)硅樹脂、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、聚硬脂酸乙烯醋、脂肪酸醋。
8.一種制備如權(quán)利要求1所述的PTC復(fù)合材料的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)炭黑的表面處理: 按質(zhì)量比為100:1，將炭黑放入偶聯(lián)劑的異丙醇溶液中，經(jīng)球磨2-3小時(shí)后于烘箱中蒸發(fā)溶劑，再于真空烘箱中反應(yīng)得到炭黑導(dǎo)電填料； (2)混煉:按配方稱取熱塑性聚合物、助劑和(I)處理后的導(dǎo)電填料，在150-200°C下進(jìn)行混煉8-15分鐘； (3)成型:將(2)中混煉后的物質(zhì)放入雙螺桿擠出機(jī)造粒、擠出，經(jīng)冷卻得到PTC復(fù)合材料。
【文檔編號】C08K3/04GK103804779SQ201210455081
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月13日
【發(fā)明者】李貽連 申請人:安邦電氣集團(tuán)有限公司