正温度系数高分子半导体温控伴热电缆及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种正温度系数高分子半导体温控伴热电缆及其制造方法，它的结构如下：伴热电缆的两个电极是用束线机绞制的预恒张力正规结构绞线，在两条平行电极导线上预包高分子低电阻过渡层，在低电阻过渡层外连续包覆双基料双热峰配方的具有正温度系数高分子半导体发热体材料，组成伴热电缆的发热元件，再在芯带外面包覆绝缘层。以基本型发热元件可组成屏蔽型、屏蔽防护型和与电源线组合制成可加长型组合温控伴热电缆。它广泛应用于石油、化工系统及民用室内外流体输送管道防冻、保温、降粘、防堵等；也可以用于民用电热毯，开关温度４５℃±５℃；室内采暖和太阳能热水器防冻化冰、开关温度９０℃±５℃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电热器材及制造工艺，尤其是一种双芯双层结构的具有正温度系数特性的自调控的温控伴热电缆，属于特种电缆领域。
技术介绍
随着社会进步，自动化程度提高，电加热、伴热技术应用越来越广泛，恒功率加热电缆和自控温加热电缆已在工业领域应用多年。这种自控温加热电缆的结构是在两根平行的电极导体上包一层PTC发热体组成并联回路，然后在发热体外包一层绝缘制成基本型发热元件，PTC发热元件为PE/CB组成的单组份单热峰PTC材料，这种结构的加热电缆工作一段时间后，时常发生严重的功率衰减，起动电流变大，最后烧毁电缆的情况时有发生，致使这种加热电缆质量口碑极差，很难实现工业化应用。
技术实现思路
1、专利技术目的本专利技术提供了一种，其目的是解决现有加热电缆的发热体采用单组份单热峰PTC材料，直接与导电电极接触，工作一段时间后，易发生严重的功率衰减，使起动电流变大，常烧毁电缆等方面存在的问题。2、技术方案本专利技术是通过以下技术方案来实现的一种正温度系数高分子半导体温控伴热电缆，该伴热电缆由两个平行设置输电的金属导电电极、发热体及发热体外包覆的绝缘层构成；其特征在于每个金属导电电极外均预包低电阻过渡层，两个金属导电电极通过低电阻过渡层与发热体紧密接触构成并联回路。金属导电电极采用预恒张力正规结构的绞线。低电阻过渡层由厚度为0.1～0.2mm的高分子导电树脂层构成。发热体由双热峰具有电阻正温度系数的高分子半导体材料制成。一种正温度系数高分子半导体温控伴热电缆的制造方法，其特征在于它按下述步骤进行a、制备金属导电电极采用束线机绞制得到正规结构的绞线作为金属导电电极；b、树脂低电阻过渡层选料采用两根步骤a中制得的绞线作为金属导电电极，选用高分子树脂导电材料作为包在每根金属导电电极上的低电阻电渡层；c、双芯双层结构发热芯带挤制将步骤b中制得的绕有两根金属导电电极的两个放线盘放在挤出生产线的主动放线架上，使两根金属导电电极线芯同时放出，经张力控制器和加热装置加热后同时进入两个塑料挤出机之间的双芯、双层共挤机头内一次包覆低电阻过渡层和发热体材料，并使导电电极的张力保持一致，然后经冷却后，包覆的低电阻过渡层与金属导电电极和发热体紧密接触成为导电电极的一部分，得到双芯双层发热芯带；d、包覆绝缘选择工作温度与上述制得的基本型发热芯带的最高表面温度相同的辐照交联型聚烯烃绝缘料在发热芯带外包覆绝缘；绝缘挤出时抽真空，将发热芯带与绝缘之间的空气排净，以防止辐照时气胀；e、辐照交联采用电子加速器，对包好绝缘层的发热芯带进行整体辐照，辐照剂量控制在20～25Mrad之间，绝缘层热延伸控制在80～100％之间，PTC发热体热延伸控制在20～50％之间，辐照处理后得到基本型本专利技术伴热电缆。上述步骤a中采用束线机制备导电电极按下述步骤进行①.采用经过改造的双倍束线机绞制，采用主动或被动有张力控制装置的放线架；绞线通过进线主轴导轮后，拐入弓带时与主轴中心线的夹角α要小于45°，进线主轴导轮是易拆装的工艺轮，在主轴导轮与绞线接触的圆弧面上设有一凹槽，此凹槽为圆弧R，R＝0.5d+0.05mm，R为凹槽半径，d为绞线计算外径；②.将镀锡铜线的线盘推入放线架的轴中紧好螺帽；将单线通过张力可调的摆杆上的导轮，依次进入分线板、并线模、主轴导轮、弓带模眼、出线主轴导轮、牵引轮、排线器拨杆、引入收线盘系牢；调整摆杆弹簧，使每根线的张力基本一致；根据工艺要求更换节距轮和主轴导轮，主轴导轮的槽半径R＝0.5d+0.05mm，调好绞向；调好收线盘张力；在弓带转速500转/分钟时用张力测试仪逐盘调整放线张力，φ0.32mm铜线张力为450克，φ0.52mm铜线张力为800克，中心线略大15％，断线或放线盘换盘时，用冷焊接头并修磨好接口飞边。上述步骤b中发热体材料的树脂为双组分基料。选取开关温度分别为45℃±5℃、65℃±5℃、90℃±5℃、110℃±5℃的EVA/PVDF/CB或LDPE/PVDF/CB或MDPE/PVDF/CB或HDFE/PVDF/CB作为发热体材料，经双辊炼胶机制成易于塑料挤出机使用的颗料。在权利要求5制得的基本型伴热电缆的外面用镀锡铜丝编上屏蔽层得到屏蔽型伴热电缆；在屏蔽型伴热电缆外面包覆一层护套得到屏蔽防护型伴热电缆。3、优点及效果通过本专利技术技术方案的实施，能够很好地解决现有加热电缆的发热体采用单组份单热峰PTC材料，直接与金属导电电极接触，工作一段时间后，易发生严重的功率衰减，使起动电流变大，常烧毁电缆等方面存在问题。本专利技术在金属电极与发热体之间设置低电阻过渡层，解决了现有发热电缆金属导电电极直接与发热体接触，使用一段时间后功率衰减、起动电流变大、常烧毁电缆的缺点，并且由于伴热电缆的低电阻过渡层和PTC发热体是在熔融状态下同时挤出，形成溶合一体的结构不会剥离，使金属导电电极经低电阻过渡层与发热体接触良好，导电性能好，发热稳定，不会出现现有单热峰发热材料的发热电缆的各种故障，它可以广泛的应用于电热装置、石油及化工企业的管道伴热，太阳能热水器输水管的防冻保温等。本专利技术对现有温控伴热电缆发热元件的发热体配方进行了改进，采用双组分基料双热峰体系，防止了NTC效应，使该种产品的性能显著提高、更安全、更可靠。NTC效应是负温度系数效应，随着温度升高，电阻变小电流变大，最后烧毁电缆。出现NTC现象的原因是PTC发热体温度达到树脂的熔点时，导电填料发生了聚集并形成相对较多的导电通道。在现行产品中虽然用交联技术构成了立体三维网，控制了炭的导电逾渗网络，但交联度只能做到60％～70％，因为辐照交联的同时会产生裂解。产生NTC效应的机率还是很大。现有技术的PTC发热配方树脂是单组分的，只有一个热峰。当发热体温度高于开关温度达到树脂的熔融温度时，就有可能使导电填料炭黑颗粒发生聚集并形成新的导电通路，产生大电流，使温度不断升高，最终使发热体烧毁，而本专利技术的发热体采用双热峰体系，双热峰体系中由于采用两种有一定梯度的不同熔点的半晶聚合物，如EVA/PVDF/CB；LDPE/PVDF/CB；MDPE/PVDF/CB；HDFE/PVDF/CB，可做成不同开关温度的伴热电缆。在双热峰体系中，第一个热峰是工作开关温度，第二个热峰是保护热峰，限制了炭黑颗粒的活动能力，不能形成新的导电逾渗网络，杜绝了NTC效应。避免了烧毁电缆的问题。本专利技术对现有技术的发热元件的结构进行改进。现有技术发热元件的结构是直接在两根平行的金属导体之间均匀挤包一层PTC发热体制成并联回路芯带。由于在伴热电缆工作的热历程中，发热元件的金属电极与聚烯烃发热体有热膨胀差异，相互附着力差。电缆在工作时由于热冲击电流的作用瞬间，光滑的金属电极表面与发热体之间容易脱离，形成间隙，造成接触电阻增大，造成接触不良，以至电打火，引发界面火花，损坏PTC发热体，引起PTC材料的电阻变化。为了解决这些问题，在结构上增加了树脂低电阻过渡层。低电阻过渡层是导体的一部分，使导体与PTC发热体接触良好，减少了热膨胀差异。本专利技术的低电阻过渡层就是包覆在两根金属电极导体上含炭量高的导电树脂。使金属导体与PTC发热体的接触得到过渡。低电阻过渡层的基础树脂材质与PTC发热体的基础树脂材质相同，但不含PVDF，只是含炭量高，约占40～50％的重量份。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正温度系数高分子半导体温控伴热电缆，该伴热电缆由两个平行设置输电的金属导电电极（１）、发热体（３）及发热体（３）外包覆的绝缘层（４）构成；其特征在于：每个金属导电电极（１）外均预包低电阻过渡层（２），两个金属导电电极（１）通过低电阻过渡层（２）与发热体（３）紧密接触构成并联回路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王崇，
申请(专利权)人：王崇，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]