自限温加热管及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种自限温加热管及其成型方法，以高分子正温度系数（ＰＴＣ）材料为基料，采用特制的挤出机头，在管材挤出的同时，线型金属电极（２）也同步平行包埋在管壁（１）中，金属电极的数量≥２，经定径、冷却、切割、辐照等工序，即可制备出自限温加热管。这种成型方法适用于热塑性自限温加热管的制造。该管具有自动限定发热温度、自动调节输出功率、节电以及制造工艺简单等特点。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功能性塑料管材及其制备工艺，特别是具有正温度系数(PTC)效应的高分子材料制备的自限温加热管及其制备工艺。自限温发热材料是近年来发展起来的一种功能高分子复合材料，它是将导电填料添加到热塑性树脂基体中，当对材料施加一定电压后，材料电阻迅速增大，同时材料发热并在一定温度下达到恒定值。因此，这类材料具有自动控温和自动调节功率的特性，可起到恒温控制的作用。自限温发热材料的典型制品自限温加热带是由美国Raychem公司于七十年代中期率先投放市场并获得成功。此后，日本、德国、法国、英国等国也相应开发出大量的此类产品。国内于八十年代中期开始此类产品的研制开发工作，相应的中国专利有CN87102924、CN1126417A。前者公开了一种PTC材料的制造方法及其应用。该材料采用高压聚乙烯、工业炭黑以及其它添加物经热混炼制成，是一种交联型热塑性高分子复合材料。一种典型的用途是用它作电热元件的发热体、生产自限温加热带。后者公开了一种自控温电热带的制造方法，即以高、低密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物或乙丙橡胶、炭黑、抗氧剂、氧化锌或碳酸钙为原料，按组份混炼后切粒，经挤塑、包覆绝缘层、热处理、包覆外护套、辐照而生产出具有稳定的正温度系数特性、工作温度达80℃等级、热输出功率≥40瓦/米的自控温电热带。另外，还有其它PTC材料及其制品的专利出现。如CN1129309(槽穴式PTC电水器)、CN2220543(柴油加温器)、CN2226653(柴油发动机低温启动装置)、CN2038644(自限温加热器)及CN2231006(油井用自控温加热电缆)。在众多的此类产品中，尚无自限温加热管的国内外专利。电极的设置是长期困扰自限温加热管开发的关键问题。传统的塑料管机头在挤出过程中无法设置电极。本专利技术的目的之一是提供一种具有自动限定发热温度的管材。本专利技术的目的之二是提供一种自限温加热管的制备工艺。本专利技术是以复合型高分子PTC材料为基体，管材的内径为5～150mm，最好为5～50mm，壁厚为0.5～10mm，最好为1～8mm。电极在管材中的分布是沿轴向在管壁上平行排列，环向在管壁上均匀分布。采用线型金属丝做电极，在管材挤出的同时，电极连续平行嵌入到管壁中，电极数量≥2,≤300，最好为≥4,≤50。其连接方式是，对电极数量等于2的，如采用直流电源，则两电极分别与其正、负极相连；如采用单相交流电源，则两电极分别与其火线和零线相连。对电极数量多于2的，间隔的线型金属电极相连分别构成一组电极，共两组。两组电极分别与直流电源的正、负极相连；如采用单相交流电源，则两组电极分别与其火线和零线相连。自限温加热管的制备工艺如下将粒状复合型PTC材料置于塑料挤出机中，挤出机机筒及机头温度为150～300℃，物料通过塑料挤出机由直角管机头挤出，在挤出的同时，线型金属电极也同步嵌入管壁中。当以聚乙烯为基料的复合型PTC材料进行挤出成型时，机筒及机头温度为180～240℃。管材的定径根据用途不同，采用外径定径法和内径定径法。外径定径法制备外表面光滑的自限温加热管，适用于对管状物体内表面的加热；内径定径法制备内表面光滑的自限温加热管，适用于对管状物体外表面的加热。外径定径法是塑料管材常用的方法。内径定径法即在管材从机头出来后就套在冷却定型套——芯模延长轴上，使管材内表面冷却而定径。经过定径之后，进行喷淋冷却，消除水份后再经切割、辐照，辐照源为60Coγ射线，累计辐照剂量为4～30Mrad，最好为8～20Mrad，即可制成自限温加热管。该加热管具有自动限定发热温度、自动调节输出功率、节电及制造工艺简单等特点。本专利技术涉及的自限温加热管可用于自来水、热水、易液化、易固化、易结晶及粘稠流体输送的管道、测量仪表支管的保温和加热。如汽车冬季柴油结腊无法起动的问题严重影响汽车的正常运行和安全，其中输油管的加热尚无合适的管状元件。本自限温加热管是输油管较为理想的加热元件。附图说明图1为自限温加热管的示意图，PTC材料构成的管壁1，线型金属电极2沿管壁1轴向平行排列，环向均匀分布。实施例1采用配方1，制备出粒状的PTC材料，然后置于德国BRABENDER公司产螺杆直径为30mm、长径比为25的塑料挤出机中塑化挤出，机筒及机头的设定温度为190～200℃。挤出工艺条件的实测值如表1所示。机头采用直角管机头，管口模内径为8mm，壁厚2mm，电极由四根镀锡铜绞线组成，每根绞线均由直径Φ0.25mm、18根镀锡铜线构成，在管壁上纵向平行排列，环向均匀分布。管材挤出后经芯模延长轴内径定径后再进行喷淋冷却，管材表面水份拭干后切割成长0.5米的管。经整体辐照交联，辐照源为60Coγ射线，累计辐照剂量为8Mrad。实施例2采用配方2，制备出粒状的PTC材料，置于德国BRABENDER公司产螺杆直径为30、长径比为25的塑料挤出机中塑化挤出，机筒及机头的温度为210～220℃。挤出工艺条件的实测值如表1所示机头采用直角管机头，管口模内径为6mm，壁厚3mm，电极由四根镀锡铜绞线组成，每根绞线均由直径Φ0.25mm、18根镀锡铜线构成，在管壁上纵向平行排列，环向均匀分布。管材挤出后经芯模延长轴内径定径后再进行喷淋冷却，管材表面水份拭干后切割成长0.5米的管。经整体辐照交联，辐照源为60Coγ射线，累计辐照剂量为10Mrad。实施例3采用配方3，制备出粒状的PTC材料，然后置于德国BRABENDER公司产螺杆直径为30mm、长径比为25的塑料挤出机中塑化挤出，机筒及机头的温度为210～220℃。挤出工艺条件的实测值如表1所示。机头采用直角管机头，管口模内径为14mm，壁厚3mm，电极由八根镀锡铜绞线组成，每根绞线均由直径Φ0.25mm、18根镀锡铜线构成，在管壁上纵向平行排列，环向均匀分布。管材挤出后经芯模延长轴内径定径后再进行喷淋冷却，管材表面水份拭干后切割成长0.5米的管。经整体辐照交联，辐照源为60Coγ射线，累计辐照剂量为12Mrad。实施例4采用配方4，制备出粒状的PTC材料，置于德国BRABENDER公司产螺杆直径为30、长径比为25的塑料挤出机中塑化挤出，机筒及机头的温度为205～215℃。挤出工艺条件的实测值如表1所示。机头采用直角管机头，管口模内径为12mm，壁厚4mm，电极由八根镀锡铜绞线组成，每根绞线均由直径Φ0.25mm、18根镀锡铜线构成，在管壁上纵向平行排列，环向均匀分布。管材挤出后经芯模延长轴内径定径后再进行喷淋冷却，管材表面水份拭干后切割成长0.5米的管。经整体辐照交联，辐照源为60Coγ射线，累计辐照剂量为12Mrad。表1自限温加热管挤出工艺条件实施例 管内径 壁厚 电极 螺杆 机 筒 温 度 ℃ 机头背压数量 转速 温 度mmmm r/min 一区 二区 三区 四区 ℃KN1Φ82 4 15190202 203 203202 9.22Φ63 4 15209218 220 221223 15.53Φ14 3 8 25208219 221 221222 10.84Φ12 4 8 25204212 215 217本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子自限温加热管，以复合型高分子ＰＴＣ材料为基体，管材的内径为５～１５０ｍｍ，壁厚０．５～１０ｍｍ，其电极采用线型金属导线，电极数量≥２，≤３００，电极（２）沿管壁（１）轴向平行排列，环向均匀分布，电极的连接方式是间隔的线型金属电极相连分别构成一组电极，共两组，分别与电源的两极相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭洪生，王雪梅，洪英，闫波，汪浩，
申请(专利权)人：中国石化齐鲁石油化工公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]