[发明专利]一种具有PTC特性的复合电缆材料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电缆材料的技术领域，具体为一种具有PTC特性的复合电缆材料的制作方法，本发明还提供了具有PTC特性的复合电缆材料。

背景技术

复合型导电高分子材料因其在电子电器、国防、航空、军事等领域的广泛应用,受到研究者的普遍关注,对国民经济发展产生了深远影响。复合型导电高分子材料的一个重要特征就是其电阻率随导电填料体积分数的增加而呈现非线性的递减,当导电填料体积分数增大到某一临界值时,复合材料的电阻率突然减小,变化幅度可达10个数量级以上,此时导电填料体积分数的临界值被称为逾渗阈值,之后材料电阻随导电填料体积分数增加降低缓慢。自控温发热材料是目前复合型导电高分子材料研究领域的关注热点之一,也是当今各国高分子领域研究开发的重要课题。这种材料在导电填料的逾渗阈值附近可产生较强的PTC效应,即材料的电阻率在相对较低温度范围内保持不变或变化不大,而当温度达到材料的特定转变温度(居里温度)附近时,电阻率在几度或几十度狭窄的温度范围内发生突变,电阻率的迅速增加可以减小或切断电流,达到自控温或限制过流、过压的目的。

使用具有明显PTC效应的高分子材料制作的自控温电缆在特种电缆中占有一席之地。其具有温度自控、功率可调、安全可靠、节能降耗等优点，在石油化工、医疗卫生、电子工业、航空、军事等各个领域有着广泛的应用。

自控温电缆是一种可以随温度变化，自动调整加热输出功率，具有加热保温与自动控温双重功能的带状恒温电加热器，其基本结构是在两根平行的导体之间均匀的挤塑PTC材料得到芯带，再在外面挤包一层绝缘材料作为护套。电缆的这种结构，使其电路结构相当于两根平行金属导线之间充满无数个发热电阻。电缆接通电源之后(尾端导体不得连接)，电流由一根导体经过并联的PTC材料到另一导体而形成回路，借助PTC发热材料的电阻-温度、功率-温度特性，调整输出功率、调温、控温，随着芯带温度提高，高分子PTC发热材料电阻增大，输出功率降低，达到额定温度的PTC材料变为绝缘体，不再发热；反之，输出功率则增加。与此同时，芯带通过护套向温度降低的被加热体系传热，从而使被加热体系维持恒温。

现有的PTC材料以聚烯烃为基料时，其PTC-NTC转变温度最高为130℃，限制了PTC材料的应用。

碳纳米管由于其新颖的结构、高的长径比、大的比表面积、优异的机械性能和独特的光电性能，因而在新型复合材料、纳米电子器件和光电池等高科技领域具有重要的应用前景，迅速成为国内外化学、物理及材料科学等领域的研究热点，其中一个重要的研究方向就是碳纳米管聚合物复合材料。依据主客体的不同，碳纳米管聚合物复合材料可分为两类。一类是以聚合物为主体，碳纳米管作为填充材料，主要是针对导电聚合物材料，目的是为了改善导电聚合物的力学性能和导电性等性质。另一类是以碳纳米管为主体，把聚合物修饰在碳纳米管上，以增加碳纳米管的溶解度，使碳纳米管的光电性质得以应用和作为化学试剂在溶液中进行化学操作得以实现。

现有的PTC材料无法直接加入碳纳米管，为了能够将碳纳米管应用于PTC材料，制造出新型的具有PTC特性的复合电缆材料，科学界一直在进行不断研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种具有PTC特性的复合电缆材料的制作方法，其使得碳纳米管可以和基料均匀混合，提供了具有PTC特性的复合电缆材料，具有PTC特性的复合电缆材料可用于油田、化工厂作为加热电缆护层材料，具有PTC特性的复合电缆材料外表光滑耐磨、耐弯曲卷绕，耐高温压力，抗压性能好，加工性能好，便于挤出，具有PTC特性的复合电缆材料制成的缆产品结构轻巧、柔软，挤出胶量大且稳定，挤出表面光滑、模头无流延，线径稳定出料快。

一种具有PTC特性的复合电缆材料的制作方法，其特征如下：通过将表面改性的碳纳米管与基础树脂通过熔融共混制成碳纳米管母料，并将流变剂、抗老化剂、聚烯烃基料三者混合形成聚合物，之后将碳纳米管母料、聚合物通过双螺杆挤出机充分混合并挤出造粒，从而形成一种具有PTC特性的复合电缆材料。

其进一步特征在于：

其具体制作步骤如下:

(1)碳纳米管的表面改性处理：

a硝酸氧化处理:将原生态碳纳米管干燥后与硝酸混合，并在搅拌器作用下加热回流处理，取出处理物后放入烘箱中烘干；

b球磨处理：将偶联剂、乙醇配置形成偶联剂-乙醇溶液；之后将步骤a处理得到的碳纳米管与所述偶联剂-乙醇溶液混合均匀得到浆液，将所得的浆液放入行星式球磨机中球磨。最后将得到的碳纳米管用真空烘箱在抽真空条件下充分烘干。