加热电缆、半导电高分子材料及半导电高分子材料的制备方法

摘要

本发明涉一种半导电高分子材料，所述半导电高分子材料包括A组分、B组分和交联剂；以重量份数计，所述A组分包括：LLDPE为100份；炭黑CB为20份；陶土10.0～11.0份；石蜡：8.0～8.5份；BaTiO3：4.5～5.0份；所述B组分包括：EVA为100份；炭黑CB为20份；抗氧剂1010为6.0～6.5份；石蜡为7.5～8.0份；交联剂为2～3份。本发明实施例提供的半导电高分子材料用于制造自控温加热电缆的发热元件，达到具有导电性能好，具有良好的电热循环性能及机械性能的有益技术效果。

说明书

技术领域

本发明涉及工业用高分子材料领域，尤其涉及一种自控温加热电缆用 半导电高分子材料及其制备方法。

背景技术

在我国北方冬天比较寒冷，给工农业生产、人民生活带来诸多不便， 如原油输油管道，在冬天原油里的石油蜡容易凝固在油管的内管壁上，而 且越积越多，造成输油管堵塞，给原油输送带来困难。传统的解决办法是 用锅炉热水加进输油管道，让凝固在管道内壁的石油蜡融化，送到炼油厂 前进行脱水处理，脱离出来的水再送回锅炉进行循环，使用这种办法需要 大量的物力和财力，还会浪费大量能源。因此，目前出现了一些新的解决 方案，即将自控温加热电缆缠绕在输油管道外侧，这种方案可以有效的解 决这一技术难题。

自控温加热电缆的制造关键是构成电缆结构的一种起到发热作用的半 导电材料，因此开发此半导电高分子混合物具有很大的经济价值和现实作 用。

发明内容

有鉴于此，实有必要提供一种加热电缆用的半导电高分子材料。

本发明提供一种半导电高分子材料，该材料包括组分A、组分B和 交联剂，而组份A由LLDPE为基材(英文：Linear Low-Density Polyethy –lene，英文缩写为LLDPE，中文：线型低密度聚乙烯)，组份B由EVA (英文名称：ethylene-vinyl acetate copolymer，英文简称：EVA，中文名 称：塑胶原料为乙烯-醋酸乙烯共聚物)为基材，先将组份A和组份B分 别在高速混合机中混合造粒，再将组份A颗粒和组份B颗粒按一定比例投入 高速混合机中混合并加入交联剂DCP(英文名称：dicumylperoxide，英文缩写： DCP，中文名称：过氧化二异丙苯)，混合均匀后再经造粒机造粒，制得一种 自控温加热电缆用半导电高分子材料。本发明的具体技术方案如下：

一种半导电高分子材料，所述半导电高分子材料包括A组分、B组分和交 联剂；以重量份数计，所述A组分包括：

LLDPE：100份；炭黑CB：20份；陶土：10.0～11.0份；石蜡：8.0～8.5 份；BaTiO3：4.5～5.0份；

所述B组分包括：

EVA：100份；炭黑CB：20份；抗氧剂1010：6.0～6.5份；石蜡：7.5～ 8.0份；

交联剂：2～3份。

进一步的，所述交联剂为DCP。

进一步的，所述方法包括如下步骤：

步骤a:将所述组分A加入至高速混合机中搅拌，将搅拌均匀后的组分A 加入到造粒机中，挤出造粒得到组分A颗粒；

步骤b:将所述组分B加入到高速混合机中搅拌，将搅拌均匀后的组分B 加入到造粒机中，挤出造粒得到组分B颗粒；

步骤c:将所述组分A颗粒和所述组分B颗粒投入至高速混合机，同时加入 交联剂进行混合，将搅拌均匀后的混合物送入造粒机中，造粒得到所述加热电 缆用半导电高分子材料。

进一步的，所述步骤a的具体方法包括：

所述组分A加入高速混合机中搅拌，当达到87～93℃，将搅拌均匀后的组 分A加入到已预加温至112～118℃的造粒机中，挤出造粒得到组分A颗粒。

进一步的，所述步骤b的具体方法包括：

所述组分B加入到高速混合机中搅拌，当达到52～58℃，将搅拌均匀后的 组分B加入到已预加热至77～83℃的造粒机中，挤出造粒得到组分B颗粒。

进一步的，所述步骤c的具体方法包括：

将所述组分A颗粒和所述组分B颗粒按比例投入至高速混合机，同时加入 交联剂进行混合，当温度达到92～98℃，将搅拌均匀后的混合物送入已预加温 至107～113℃的造粒机中，造粒得到所述加热电缆用半导电高分子材料。

一种加热电缆，包括镀锡软铜绞合导体、发热元件、镀锡铜丝编织层和PVC 外保护套；所述发热元件所述的半导体高分子材料制成；两条所述镀锡软铜绞 合导体并列设置，所述发热元件一体式包覆于所述两条镀锡软铜绞合导体的外 部；所述渡锡铜丝编织层包覆于所述发热元件外部，所述PVC外护套包覆于所 述镀锡铜丝编织层外部。

相较于现有技术，本发明提供一种半导电高分子材料的主要有益效果在 于：采用组分A和组分B的分组共混工艺，使炭黑CB在所述半导电高分子材 料中均匀分布，以使材料导电性均匀；因陶土和BaTiO3正电性具有吸附电子 的能力，大大提高材料的电热稳定性；石蜡可以明显改善材料的正电阻温度系 数特性，材料具有很好的控温灵敏度；抗氧剂1010，使材料具有良好的耐热、 抗老化特性。本发明提供加热电缆半导电用高分子材料是具有正温度系数的半 导电高分子材料，达到了具有良好的导电性且同时具有良好的电热循环性能及 良好的机械性能的有益技术效果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下为具体实施例， 对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解 释本发明，并不用来限定本发明。

实施例1

本发明实施例提供一种半导电高分子材料，所述半导电高分子材料包括A 组分、B组分和交联剂；以重量份数计，所述A组分包括：

LLDPE：100份；炭黑CB：20份；陶土：10.0份；石蜡：8.0；BaTiO₃：4.5 份；

所述B组分包括：

EVA：100份；炭黑CB：20份；抗氧剂1010：6.0份；石蜡：7.5份； 交联剂：2份。

需要说明的是，组分A中，以LLDPE为基材，加入陶土和BaTiO3大大提 高混合物的电热稳定性，因其正电性具有吸附电子的能力。

炭黑CB为高导电炭黑，现有技术中导电炭黑CB分散困难，导致半导 电高分子材料导电性不均匀，本发明采用分组混合工艺，将所述炭黑等量 分配至两个组分中，使材料中的导电炭黑CB分散均匀，在起到导电作用 的同时，使导电性能均匀。

石蜡可以明显改善材料的正电阻温度系数特性，材料具有很好的控温灵敏 度。

交联剂把导电的CB粒子“禁锢”在交联网格中，有效限制CB粒子在结晶 /熔融过程中运动的自由度，同时提高材料的居里点温度。

加入抗氧剂1010，使材料具有良好的耐热、抗老化特性。

该加热电缆用半导体高分子材料的制备方法包括如下步骤：

组分A颗粒制备：所述组分A加入高速混合机中搅拌，当达到87℃，将搅 拌均匀后的组分A加入到已预加温至112℃的造粒机中，挤出造粒得到组分A 颗粒。

组分B颗粒制备：所述组分B加入到高速混合机中搅拌，当达到52℃，将 搅拌均匀后的组分B加入到已预加热至77℃的造粒机中，挤出造粒得到组分B 颗粒。

组分A颗粒与组分B颗粒共混：将所述组分A颗粒和所述组分B颗粒投入 至高速混合机，同时加入交联剂进行混合，当温度达到92℃，将搅拌均匀后的 混合物送入已预加温至97℃的造粒机中，造粒得到加热电缆用的半导电高分子 材料。

性能检测：

1、电性能检测，在不同的温度下检测材料的电阻率，电阻率对数与温度 的关系如下：

表1

lgρ 4.09 4.15 4.21 5.1 7.21 8.1 7.32 温度 30 50 70 90 110 130 150

一般情况下，自控温加热电缆的控制温度范围在30～50℃，在加热 电缆的自动控温范围内，电阻率对数大于等于4，所述材料具有正温度系数， 电性能良好。

2、物理机械性能检测

检测所述材料老化前和老化后的抗拉强度和断裂伸长率，如下表所示：

表2

  抗拉强度 断裂伸长率 老化前 ≥12.5N/mm²≥150％ 老化后 ≥12.5N/mm²≥150％

由以上实例的测试结果可知，本发明实施例公开的加热电缆半导电高 分子混合物具有优良的正的电阻温度系数，经多次冷/热循环，电阻温度 系数稳定，具有良好的电热循环性能，物理机械性能满足制造自控温加热 电缆要求，以使电缆可以重复使用，且制备方法简单、操作方便、成本低。

实施例2

本发明实施例提供一种半导电高分子材料，所述半导电高分子材料包括A 组分、B组分和交联剂；以重量份数计，所述A组分包括：

LLDPE：100份；炭黑CB：20份；陶土10.5份；石蜡：8.2份；BaTiO3： 4.7份；

所述B组分包括：

EVA为100份；炭黑CB为20份；抗氧剂1010为6.3份；石蜡为7.7份；

所述交联剂为DCP，重量份数为2.5份。

该加热电缆用半导体高分子材料的制备方法：

组分A颗粒制备：所述组分A加入高速混合机中搅拌，当达到90℃，将搅 拌均匀后的组分A加入到已预加温至115℃的造粒机中，挤出造粒得到组分A 颗粒。

组分B颗粒制备：所述组分B加入到高速混合机中搅拌，当达到55℃，将 搅拌均匀后的组分B加入到已预加热至80℃的造粒机中，挤出造粒得到组分B 颗粒。

组分A颗粒与组分B颗粒共混：将所述组分A颗粒和所述组分B颗粒投入 至高速混合机，同时加入交联剂进行混合，当温度达到95℃，将搅拌均匀后的 混合物送入已预加温至110℃的造粒机中，造粒得到所述加热电缆用半导电高 分子材料。

性能检测：

1、电性能检测，在不同的温度下检测材料的电阻率，电阻率对数与温度 的关系如下：

表3

lgρ 4.10 4.10 4.22 5.5 7.3 8.2 7.4 温度 30 50 70 90 110 130 150

一般情况下，自控温加热电缆的控制温度范围在30～50℃，在加热 电缆的自动控温范围内，电阻率对数大于等于4，所述材料具有正温度系数， 电性能良好。

2、物理机械性能检测

检测所述材料老化前和老化后的抗拉强度和断裂伸长率，如下表所示：

表4

  抗拉强度 断裂伸长率 老化前 ≥12.5N/mm²≥150％ 老化后 ≥12.5N/mm²≥150％

由以上实例的测试结果可知，本发明实施例公开的加热电缆半导电高 分子混合物具有优良的正的电阻温度系数，经多次冷/热循环，电阻温度 系数稳定，物理机械性能满足制造自控温加热电缆要求，制备方法简单、 操作方便、成本低。

实施例3

本发明实施例提供一种半导电高分子材料，所述半导电高分子材料包括A 组分、B组分和交联剂；以重量份数计，所述A组分包括：

LLDPE：100份；炭黑CB：20份；陶土11份；石蜡：8.5份；BaTiO3：5 份；

所述B组分包括：

EVA为100份；炭黑CB为20份；抗氧剂1010为6.5份；石蜡为8份；

所述交联剂为DCP，重量份数为3份。

该加热电缆用半导体高分子材料的制备方法：

组分A颗粒制备：所述组分A加入高速混合机中搅拌，当达到93℃，将搅 拌均匀后的组分A加入到已预加温至118℃的造粒机中，挤出造粒得到组分A 颗粒。

组分B颗粒制备：所述组分B加入到高速混合机中搅拌，当达到58℃，将 搅拌均匀后的组分B加入到已预加热至83℃的造粒机中，挤出造粒得到组分B 颗粒。

组分A颗粒与组分B颗粒共混：将所述组分A颗粒和所述组分B颗粒投入 至高速混合机，同时加入交联剂进行混合，当温度达到98℃，将搅拌均匀后的 混合物送入已预加温至113℃的造粒机中，造粒得到所述加热电缆用半导电高 分子材料。

性能检测：

1、电性能检测，在不同的温度下检测材料的电阻率，电阻率对数与 温度的关系如下：

表5

lgρ 4.20 4.26 4.26 5.1 7.21 8.1 7.22 温度 30 50 70 90 110 130 150

一般情况下，自控温加热电缆的控制温度范围在30～50℃，在加热 电缆的自动控温范围内，电阻率对数大于等于4，所述材料具有正温度系数， 电性能良好。

2、物理机械性能检测

检测所述材料老化前和老化后的抗拉强度和断裂伸长率，如下表所 示：

表6

  抗拉强度 断裂伸长率 老化前 ≥12.5N/mm²≥150％ 老化后 ≥12.5N/mm²≥150％

由以上实例的测试结果可知，本发明实施例公开的加热电缆半导电高 分子混合物具有优良的正的电阻温度系数，经多次冷/热循环，电阻温度 系数稳定，物理机械性能满足制造自控温加热电缆要求，具有良好的导电 性能和优良的机械性能，可重复使用，而且制备方法简单、操作方便、成 本低。

实施例4

在实施例1-3的基础上，本发明实施例提供一种加热电缆，所述加热电缆 包括镀锡软铜绞合导体、发热元件、镀锡铜丝编织层和PVC外保护套；所述 发热元件由上述的半导体高分子材料制成；两条所述镀锡软铜绞合导体并列设 置，所述发热元件一体式包覆于所述两条镀锡软铜绞合导体的外部；所述渡锡 铜丝编织层包覆于所述发热元件外部，所述PVC外护套包覆于所述镀锡铜丝 编织层外部。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精 神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。