[发明专利]一种高热稳定性高分子基导电复合材料及釆用该复合材料制备自限温伴热电缆的方法

说明书

技术领域

本发明一种涉及高分子基导电复合材料，具体涉及一种高热稳定性高分子基导电复合材料，以及釆用该复合材料制备自限温伴热电缆的方法。

背景技术

高分子基导电复合材料的电阻率具有随温度变化而变化的特性，当通电时，电路持续发热，当发生过高温现象时，其电阻会瞬间升高到一高阻值状态，使电缆处于断路状态，以达到限温的目的。因此，可将高分子导电复合材料制备成发热芯带应用到电缆中。

高分子基导电复合材料一般由高分子基材和导电填料复合而成，导电填料宏观上均匀分布于所述高分子基材中。高分子一般为聚烯烃及其共聚物，例如：聚乙烯或乙烯-丙烯共聚物等，而导电填料最常用的为炭黑和导电石墨。炭黑作导电填料的高分子基导电复合材料，由于炭黑特殊的聚集体结构且其表面具有极性基团，而高分子聚烯烃通常是表面无极性基团，呈现惰性，因而炭黑与高分子基体的粘结力较差。制备的伴热电缆在发热自限温时，由于炭黑自团聚现象，回到常温炭黑与高分子分相，高分子基体中由炭黑形成导电链随着使用逐渐被破坏，常温状态电阻逐渐上升，发热功率降低或劣化，降低了伴热电缆的使用寿命和运行的可靠性。

此外，由于导电电极是金属，其表面呈极性，而高分子表面呈惰性，在包覆电极时，粘结力也相对较弱。在伴热电缆发热自限温时，由于金属与高分子材料热膨胀率的巨大差异，回到常温时，电极与高分子基导电复合材料之间的界面电阻也随之增加，同样影响到伴热电缆的正常使用。

目前，虽有添加各类偶联剂来改善高分子与炭黑之间的粘结力，偶联剂一端极性基团与炭黑反应，另一端有机基团与高分子形成物理“缠结”，从而减缓了高分子基体中炭黑的自团聚；但是，由于偶联剂上是短链的有机基团，与高分子的长链分子之间的物理“缠结”力仍是较低。若较长时间处于高温度的环境下，常温电阻仍会大幅升高，影响其使用寿命和运行的有效性。此外，偶联剂对炭黑的表面处理工艺也相对较复杂，成本也较高。

发明内容

本发明旨在提供一种电气特性稳定、使用寿命长的高热稳定性高分子基导电复合材料，本发明还提供釆用该复合材料制备自限温伴热电缆的方法。

本发明之一是揭示一种高热稳定性高分子基导电复合材料，其包含由高分子、导电填料、可聚合的极性单体、无机填料和加工助剂混合制备而成，各组分的体积百分比如下：

（1）具体的，上所述结晶性或半结晶性高分子的体积百分比大于15%，优选为大于25%，更优为大于35%；导电填料的体积百分比大于25%，优选大于30%，更优为大于35%；可聚合的极性单体的体积百分比大于0.5%，优选大于1%，更优为大于2%；无机填料的体积百分比小于30%，优选小于25%，更优为小于20%；加工助剂中引发剂优选1%，优选小于0.8%，更优为0.6%。

（2）在上述方案的基础之上，结晶性或半结晶性高分子为聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚烯烃弹性体、聚乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯共聚物中的一种或多种。其中聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯或高密度聚乙烯，聚乙烯的熔融指数选为0.1~15.0 g/10min，优选为0.3~10.0g/10min；聚乙烯的维卡软化点选95℃，优选为100℃。

（3）在上述方案的基础之上，可聚合的极性单体为酸酐、（甲基）丙烯酸（脂）、丙烯腈 、酰胺、肽胺和不饱和胺中的一种或多种。

（4）在上述方案的基础之上，导电填料为粒径为炭黑或石墨，其中炭黑的粒径为10nm～10μm，优选30nm~1um，炭黑的吸碘值40～300cc/kg，BET氮气吸附法比表面积30~80m²/g。

（5）在上述方案的基础之上，无机填料为增强炭黑、层状纳米蒙脱土、纳米或微米碳酸钙、氧化镁、氧化铝和氧化锌中的一种或多种。其中，增强炭黑粒径为60~150nm，其邻苯二甲酸二丁酯吸收值为50~120cc/100g，BET氮气吸收比表面积小于30m²/g；其他无机填料为层状纳米蒙脱土、纳米或微米碳酸钙、氧化镁、氧化铝或氧化锌，粒径优先小于1um。

（6）在上述方案的基础之上，加工助剂为引发剂、抗氧剂、润滑剂、金属抑制剂和阻燃剂中的一种或多种。其中，引发剂为有机过氧化物、偶氮类引发剂和氧化还原引发剂的一种或多种，所述的有机过氧化物引发剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化二异丙苯；所述的偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈；所述的氧化还原引发剂为过氧化氢/氯化亚铁或异丙苯过氧化氢/四乙烯亚胺；