一种伴热电力电缆的制作方法

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1.本发明属于电缆技术领域，具体地，涉及一种伴热电力电缆。

背景技术：

2.伴热作为一种有效的管道(储罐)保温及防冻方案一直被广泛应用；其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。
3.伴热电力电缆由ptc芯带和绝缘层组成。将ptc材料厚度均匀、连续地挤包(或缠绕)在平行的金属线芯(亦称母线)上，制成的扁型带即为ptc芯带。在他的外面包裹一层聚乙烯高分子或聚氯乙烯绝缘层；目前伴热电力电缆常运用在水、酸、碱、盐等介质的环境中，水分会使与绝缘层紧密接触的内外半导电层中的组分迁移或渗透出来，在绝缘层和半导电层界面形成酸性或碱性液滴微粒，在高电场作用下会频繁撞击绝缘表面，导致电力电缆绝缘层性能迅速劣化击穿，很容易被腐蚀失效，严重影响伴热电缆的使用性能。

技术实现要素：

4.为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种伴热电力电缆。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种伴热电力电缆，包括ptc芯带、绝缘层和护套层；ptc材料缠绕在平行的金属线芯上，制成的扁型带即为ptc芯带，ptc芯带外面包裹绝缘层，绝缘层外包裹护套材料形成护套层；
7.所述护套材料通过如下步骤制备：
8.将氯丁橡胶、聚乙烯、聚酰胺蜡和增塑剂混合加入到密炼机内，在86-88℃下，混炼2-4min，加入填料、抗氧剂和反应型添加剂，在温度为82-90℃下，混炼4-5min；再加入促进剂和硫化剂，在温度为55-60℃下混炼2-3min，出料冷却即得所述护套材料；
9.进一步地，反应型添加剂通过如下步骤制备：
10.步骤一、将烯丙基1h,1h-全氟辛基醚、冰醋酸、甲苯和固体酸混合，升温至60℃，加入过氧化氢，加完后保持温度不变，继续搅拌反应6h，反应结束后冷却，用去离子水洗涤至中性，分出有机物，减压蒸馏得到含氟助剂；在冰醋酸、固体酸和过氧化氢的作用下，将烯丙基1h,1h-全氟辛基醚中的双键氧化成环氧基，得到含氟助剂；
11.步骤二、将氨基聚硅氧烷和含氟助剂加入异丙醇中，在80℃条件下，搅拌反应5h，然后在0.01mpa，条件下除去异丙醇，得到反应型添加剂。反应型添加剂的结构为含有全氟烷基的有机硅氧烷。
12.进一步地，烯丙基1h,1h-全氟辛基醚、冰醋酸和过氧化氢的用量摩尔比为0.1：0.15：0.2；烯丙基1h,1h-全氟辛基醚、甲苯和固体酸的用量质量比为1：5：0.4；氨基聚硅氧烷、含氟助剂和异丙醇的用量质量比为8：1.6：15。
13.进一步地，所述ptc材料通过如下步骤制备：
14.按重量份计，将聚丙烯30份、聚偏氟乙烯30份、氢氧化铝3份、氧化镁3份、助剂6份、防老剂mb 1份和抗氧剂168 1份混合均匀，然后加入碳纳米管65份进行混炼，混炼温度为190-200℃，混炼时间为10-12min；然后在压185
±
5℃条件下制成型，得到ptc材料。
15.进一步地，所述助剂为月桂酸和乙烯-醋酸乙烯共聚物，其用量质量比为1：3。月桂酸和乙烯-醋酸乙烯共聚物可以提高导电材料(碳纳米管)和无机材料(氢氧化铝和氧化镁)的分散性，助剂中的月桂酸和乙烯-醋酸乙烯共聚物具有协同作用，可以对导电材料进行润湿、渗透来排除空气，提升材料的低温导电性能及稳定性。
16.进一步地，氨基聚硅氧烷通过如下步骤制备：
17.在氮气保护条件下，将八甲基环四硅氧烷、n-(β-氨乙基-γ-氨丙基)甲基二甲氧基硅烷、八甲基三硅氧烷和四甲基氢氧化铵甲醇溶液混合，升温至80℃，反应12h后，设置真空度为(-65)
±
5cmhg，减压反应23h脱除体系中的小分子，得到氨基聚硅氧烷。四甲基氢氧化铵甲醇溶液为四甲基氢氧化铵和甲醇按照0.1g：10ml混合而成；八甲基环四硅氧烷、n-(β-氨乙基-γ-氨丙基)甲基二甲氧基硅烷、八甲基三硅氧烷和四甲基氢氧化铵甲醇溶液的用量比为100g：6g：1g：0.4ml。
18.进一步地，填料为氢氧化铝、白炭黑和水滑石按照质量比3：2：1混合而成。护套材料所用的氯丁橡胶本身具有优异的耐热性和耐臭氧老化性，但其本身具有氯元素，属于离火自熄的阻燃橡胶，但燃烧时会产生大量的黑烟，释放出的盐酸具有严重的腐蚀性，会造成二次伤害。因此本发明中通过加入氢氧化铝、白炭黑和水滑石作为填料，其中水滑石可以对产生的酸性气体产生吸附作用；氢氧化铝本身具有阻燃和抑烟的作用，白炭黑为常规补强填料。
19.进一步地，增塑剂为聚己二酸丙二醇酯，分子量为2500-3000；抗氧剂为抗氧剂1010；促进剂为促进剂tmtd，硫化剂为2,4-二氯过氧化苯甲酰。
20.进一步地，按重量份计，氯丁橡胶100份、聚乙烯10-12份、聚酰胺蜡6-9份、增塑剂6-10份、填料18-20份、抗氧剂1-2份、反应型添加剂3-5份、促进剂1-2份和硫化剂0.8-1份。
21.本发明的有益效果：
22.本发明制备了一种伴热电力电缆，该电缆包括ptc芯带、绝缘层和护套层，通过提高护套层的性能对伴热电力电缆的内部进行防护，在制备护套层的护套材料时，添加了一种反应型添加剂，该反应型添加剂与原料在共混或挤出的过程中，可与填料表面的活性基团(填料表面一般含有羟基)发生交联，一方面可以改善无机混合物在基体中的分散相容性，实现护套材料阻燃和机械性能的同时提升；另一方面交联后的结构作为护套材料的一部分，结合效果好，同时，反应型添加剂自身的羟基也会发生交联，形成连续的结构，表现为疏水性，与全氟烷基的结构相互配合，可以有效降低其表面张力，显示出优异的疏水疏油性，对于长期处于水、酸、碱、盐等介质的环境中的电缆具有良好的防护性能。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.一种伴热电力电缆，包括ptc芯带、绝缘层和护套层；ptc材料缠绕在平行的金属线芯上，制成的扁型带即为ptc芯带，ptc芯带外面包裹绝缘层，绝缘层外包裹护套材料形成护套层。
25.实施例1
26.制备ptc材料：
27.按重量份计，将聚丙烯30份、聚偏氟乙烯30份、氢氧化铝3份、氧化镁3份、助剂6份、防老剂mb 1份和抗氧剂168 1份混合均匀，然后加入碳纳米管65份进行混炼，混炼温度为190-200℃，混炼时间为10-12min；然后在压185
±
5℃条件下制成型，得到ptc材料。所述助剂为月桂酸和乙烯-醋酸乙烯共聚物，其用量质量比为1：3。测试电阻率为0.42。
28.对比例1
29.与实施例1相比添加助剂，其余原料及制备过程与实施例1保持相同。测试电阻率为0.79。
30.实施例2
31.制备反应型添加剂：
32.步骤一、在氮气保护条件下，将八甲基环四硅氧烷、n-(β-氨乙基-γ-氨丙基)甲基二甲氧基硅烷、八甲基三硅氧烷和四甲基氢氧化铵甲醇溶液混合，升温至80℃，反应12h后，设置真空度为(-65)
±
5cmhg，减压反应23h脱除体系中的小分子，得到氨基聚硅氧烷。四甲基氢氧化铵甲醇溶液为四甲基氢氧化铵和甲醇按照0.1g：10ml混合而成；八甲基环四硅氧烷、n-(β-氨乙基-γ-氨丙基)甲基二甲氧基硅烷、八甲基三硅氧烷和四甲基氢氧化铵甲醇溶液的用量比为100g：6g：1g：0.4ml。
33.将烯丙基1h,1h-全氟辛基醚、冰醋酸、甲苯和固体酸混合，升温至60℃，加入过氧化氢，加完后保持温度不变，继续搅拌反应6h，反应结束后冷却，用去离子水洗涤至中性，分出有机物，减压蒸馏得到含氟助剂；其中，烯丙基1h,1h-全氟辛基醚、冰醋酸和过氧化氢的用量摩尔比为0.1：0.15：0.2；烯丙基1h,1h-全氟辛基醚、甲苯和固体酸的用量质量比为1：5：0.4；
34.步骤二、将氨基聚硅氧烷和含氟助剂加入异丙醇中，在80℃条件下，搅拌反应5h，然后在0.01mpa，条件下除去异丙醇，得到反应型添加剂。其中，氨基聚硅氧烷、含氟助剂和异丙醇的用量质量比为8：1.6：15。
35.实施例3
36.制备护套材料：
37.将100份氯丁橡胶、10份聚乙烯、6份聚酰胺蜡和6份增塑剂混合加入到密炼机内，在86℃下，混炼2min，再加入18份填料、1份抗氧剂和3份实施例2制备的反应型添加剂，在温度为82℃下，混炼4min；再加入1份促进剂和0.8份硫化剂，在温度为55℃下混炼2min，出料冷却即得所述护套材料；
38.其中，填料为氢氧化铝、白炭黑和水滑石按照质量比3：2：1混合而成。增塑剂为聚己二酸丙二醇酯；抗氧剂为抗氧剂1010；促进剂为促进剂tmtd，硫化剂为2,4-二氯过氧化苯甲酰。
39.实施例4
40.制备护套材料：
41.将100份氯丁橡胶、11份聚乙烯、8份聚酰胺蜡和8份增塑剂混合加入到密炼机内，在87℃下，混炼3min，再加入19份填料、1份抗氧剂和4份实施例2制备的反应型添加剂，在温度为85℃下，混炼5min；再加入1-2份促进剂和0.8-1份硫化剂，在温度为60℃下混炼3min，出料冷却即得所述护套材料；
42.其中，填料为氢氧化铝、白炭黑和水滑石按照质量比3：2：1混合而成。增塑剂为聚己二酸丙二醇酯；抗氧剂为抗氧剂1010；促进剂为促进剂tmtd，硫化剂为2,4-二氯过氧化苯甲酰。
43.实施例5
44.制备护套材料：
45.将100份氯丁橡胶、12份聚乙烯、9份聚酰胺蜡和10份增塑剂混合加入到密炼机内，在88℃下，混炼4min，再加入20份填料、2份抗氧剂和5份实施例2制备的反应型添加剂，在温度为90℃下，混炼5min；再加入2份促进剂和1份硫化剂，在温度为60℃下混炼3min，出料冷却即得所述护套材料；
46.其中，填料为氢氧化铝、白炭黑和水滑石按照质量比3：2：1混合而成。增塑剂为聚己二酸丙二醇酯；抗氧剂为抗氧剂1010；促进剂为促进剂tmtd，硫化剂为2,4-二氯过氧化苯甲酰。
47.对比例2
48.与实施例5相比不添加反应型添加剂，其余原料与制备过程与实施例5保持相同。
49.对实施例3-5和对比例2制备的护套材料进行测试；测试拉伸强度(gb528-92)和撕裂强度(gb530-81)，然后配制质量分数3.5％氯化钠溶液，加入制备的护套材料，浸泡60天，测试拉伸强度和断裂伸长率的变化。
50.测试结果如下表1所示：
51.表1
[0052] 实施例3实施例4实施例5对比例2拉伸强度/mpa12.412.412.56.5撕裂强度/(kn/m)42424324拉伸强度减少率/％2.32.12.010.1撕裂强度减少率/％1.11.10.95.4
[0053]
从测试结果可知，本发明制备的耐水性好，有利于提高电缆的使用寿命。
[0054]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0055]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种伴热电力电缆，包括ptc芯带、绝缘层和护套层；ptc材料缠绕在平行的金属线芯上，制成的扁型带即为ptc芯带，ptc芯带外面包裹绝缘层，绝缘层外包裹护套材料形成护套层；其特征在于，所述护套材料通过如下步骤制备：将氯丁橡胶、聚乙烯、聚酰胺蜡和增塑剂混合加入到密炼机内，在86-88℃下，混炼2-4min，加入填料、抗氧剂和反应型添加剂，在温度为82-90℃下，混炼4-5min；再加入促进剂和硫化剂，在温度为55-60℃下混炼2-3min，出料冷却即得所述护套材料。2.根据权利要求1所述的一种伴热电力电缆，其特征在于，反应型添加剂通过如下步骤制备：步骤一、将烯丙基1h,1h-全氟辛基醚、冰醋酸、甲苯和固体酸混合，升温至60℃，加入过氧化氢，加完后保持温度不变，继续搅拌反应6h，得到含氟助剂；步骤二、将氨基聚硅氧烷和含氟助剂加入异丙醇中，在80℃条件下，搅拌反应5h，得到反应型添加剂。3.根据权利要求1所述的一种伴热电力电缆，其特征在于，所述ptc材料通过如下步骤制备：按重量份计，将聚丙烯30份、聚偏氟乙烯30份、氢氧化铝3份、氧化镁3份、助剂6份、防老剂mb 1份和抗氧剂168 1份混合均匀，然后加入碳纳米管65份进行混炼，混炼温度为190-200℃，混炼时间为10-12min；然后在压185
±
5℃条件下制成型，得到ptc材料。4.根据权利要求3所述的一种伴热电力电缆，其特征在于，所述助剂为月桂酸和乙烯-醋酸乙烯共聚物，用量质量比为1：3。5.根据权利要求1所述的一种伴热电力电缆，其特征在于，所述填料为氢氧化铝、白炭黑和水滑石按照质量比3：2：1混合而成。6.根据权利要求1所述的一种伴热电力电缆，其特征在于，所述增塑剂为聚己二酸丙二醇酯；所述抗氧剂为抗氧剂1010；所述促进剂为促进剂tmtd，所述硫化剂为2,4-二氯过氧化苯甲酰。7.根据权利要求1所述的一种伴热电力电缆，其特征在于，按重量份计，氯丁橡胶100份、聚乙烯10-12份、聚酰胺蜡6-9份、增塑剂6-10份、填料18-20份、抗氧剂1-2份、反应型添加剂3-5份、促进剂1-2份和硫化剂0.8-1份。

技术总结

本发明涉及一种伴热电力电缆，属于电缆技术领域，包括PTC芯带、绝缘层和护套层，通过提高护套层的性能对伴热电力电缆的内部进行防护，在制备护套层的护套材料时，添加了一种反应型添加剂，该反应型添加剂与原料在共混或挤出的过程中，可与填料表面的活性基团发生交联，一方面可以改善无机混合物在基体中的分散相容性，实现护套材料阻燃和机械性能的同时提升；另一方面交联后的结构作为护套材料的一部分，结合效果好，同时，反应型添加剂自身的羟基也会发生交联，形成连续的结构，表现为疏水性，与全氟烷基的结构相互配合，可以有效降低其表面张力，显示出优异的疏水疏油性，对电缆具有良好的防护性能。良好的防护性能。