一种超高温自限温电伴热带及其制造方法与流程

本发明涉及电热应用，具体涉及一种超高温自限温电伴热带及其制造方法。

背景技术：

1、自限温电伴热带利用正温度系数（ptc）材料的电阻自发调节特性，实现输出功率随温度升高而自动降低，广泛用于管道防冻、工艺伴热等领域，然而，现有产品在超过200℃的高温场景下，普遍存在ptc效应衰减、导电网络失稳、基体热氧化分解等问题，尤其在海上石油、核工业辅助管道、航空航天地面设备等高端领域，对伴热带的耐温性、耐腐蚀性及长期热稳定性提出了严苛要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种超高温自限温电伴热带及其制造方法。

2、本发明第一方面提供一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，所述超高温自限温电伴热带包括绞合镀镍铜导体、ptc发热芯层、第一绝缘层、金属屏蔽层和外护套层；

3、超高温自限温电伴热带制造方法包括以下步骤：

4、s1、制备复合导电填料，将pfa树脂、复合导电填料、成核剂及抗氧剂进行熔融共混，并辅以超声辅助分散，得到ptc芯层材料；

5、s2、通过三层共挤机头，将ptc芯层材料、第一绝缘层材料及外护套层材料一次性共挤成型，形成胚体；

6、s3、对胚体进行梯度辐照交联，对辐照后的产品进行退火与极化处理，在已成型复合体的外部设置金属屏蔽层并安装外接端子，得到超高温自限温电伴热带。

7、可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述ptc发热芯层采用pfa/杂化碳系复合体系，pfa/杂化碳系复合体系中的导电填料为具有核壳结构的纳米粒子，且所述ptc发热芯层沿径向呈现交联度梯度分布，表层交联度高于芯层交联度，其中表层交联度为85%～95%，芯层交联度为60%～75%。

8、可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述纳米粒子中壳体为原位聚合包覆的导电聚合物层，所述导电聚合物层为聚多巴胺层或导电聚苯胺层，壳层厚度为5～15nm。

9、可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，步骤s1具体包括以下过程：

10、s11、选取高结构炭黑作为核体材料，将炭黑置于等离子体处理腔室中，在氧气或氮气气氛下进行低温等离子体表面处理，处理功率为100～300w、时间为5～15min，在炭黑表面引入活性基团，其中活性基团为羟基、羧基或胺基中一种；

11、s12、将活化后的炭黑分散于含有多巴胺或苯胺单体的缓冲溶液，单体浓度为2～10g/l，在室温下搅拌聚合12～24小时，聚合形成导电聚合物壳层，聚合完成后经离心、洗涤、真空干燥，得到具有核壳结构的复合导电填料；

12、s13、将pfa树脂、复合导电填料、成核剂及抗氧剂按重量份数称取，并投入混合机中进行预混合，将预混合物料送入双螺杆挤出机，共混后的熔体经口模挤出、冷却、造粒，得到ptc芯层材料颗粒。

13、可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，pfa树脂60～80份，复合导电填料15～25份，成核剂5～10份，抗氧剂1～3份。

14、可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，步骤s13具体包括以下过程：

15、将pfa树脂、复合导电填料、成核剂及抗氧剂投入混合机中，在室温下预混合5～10min，转速为500～800rpm，使各组分初步分散均匀；

16、将预混合物料通过计量喂料器送入双螺杆挤出机，螺杆转速为300～500rpm双螺杆挤出机各段温度设置为：加料段320～340℃，熔融段350～370℃，混炼段370～380℃，机头温度360～370℃；

17、在双螺杆挤出机的熔融段后通过超声探头伸入物料熔体中，超声频率为20～40khz、功率为500～1000w，在超声作用下，使核壳结构填料均匀分散，共混后的熔体经口模挤出、冷却、造粒，得到ptc芯层材料颗粒。

18、可选的，在本发明第一方面的第六种实现方式中，步骤s2具体包括以下过程：

19、s21、使用三层共挤复合机头，机头内部采用分流道设计，使三层材料在出口模前汇合；

20、ptc芯层挤出机温度为340～370℃，第一绝缘层挤出机温度为350～380℃，外护套层挤出机温度为350～380℃，共挤机头温度为360～375℃；

21、ptc芯层挤出机挤出速度为5～15rpm，第一绝缘层挤出机挤出速度为8～20rpm，外护套层挤出机挤出速度为10～20rpm；

22、s22、绞合镀镍铜导体在牵引装置作用下以1～5m/min恒定速度通过机头中心，第一绝缘层包覆在ptc芯层外侧，外护套层包覆在最外层，挤出后通过定径套及冷却水槽冷却定型，形成胚体。

23、可选的，在本发明第一方面的第七种实现方式中，所述第一绝缘层材料选用具有高绝缘电阻及耐高温性pfa，所述外护套层材料选用添加抗uv及耐腐蚀助剂pfa。

24、可选的，在本发明第一方面的第八种实现方式中，步骤s3具体包括以下过程：

25、s31、将得到的胚体在放卷装置上展开，以1～3m/min的速度通过电子加速器辐照室进行第一段辐照，电子束能量为1.5～3.0mev，束流强度为20～50ma，辐照剂量为80～120kg；

26、s32、将经过第一段辐照的胚体送入第二辐照室，使用钴-60伽马射线源，辐照剂量为30～60kgy，通过两段辐照剂量的差异，实现沿径向从芯层到表层的交联度梯度分布；

27、s33、将辐照后的胚体置于氮气保护的烘箱中，在冷却后的复合体外，通过编织机将镀锡铜丝或镀镍铜丝编织形成金属屏蔽层；

28、s34、在伴热带两端剥除外护套层及绝缘层，露出导体，采用焊接方式安装防爆防水型外接端子，得到超高温自限温电伴热带。

29、可选的，在本发明第一方面的第九种实现方式中，所述烘箱中以5℃/min的速率升温至200℃，保温1小时，再以3℃/min升温至240℃，保温1～2小时，最后自然冷却至60℃以下出炉。

30、本发明提供的技术方案中，采用梯度辐照交联结构，表层高交联度提供了优异的抗热氧化和抗蠕变能力，芯层适度交联保留了ptc效应的稳定性，超声辅助分散确保了核-壳填料在基体中的均匀分布，显著延长了使用寿命，降低了维护更换成本；等离子体表面处理与原位聚合相结合制备核-壳结构导电填料，确保了填料结构的稳定性和可重复性；超声辅助熔融共混显著改善了填料分散均匀性，避免了传统机械搅拌导致的团聚缺陷；三层共挤一次成型实现了芯层、绝缘层、护套层的紧密结合，消除了层间界面缺陷。

1.一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，所述超高温自限温电伴热带包括绞合镀镍铜导体、ptc发热芯层、第一绝缘层、金属屏蔽层和外护套层；

2.如权利要求1所述的一种超高温自限温电伴热带，其特征在于，所述ptc发热芯层采用pfa/杂化碳系复合体系，pfa/杂化碳系复合体系中的导电填料为具有核壳结构的纳米粒子，且所述ptc发热芯层沿径向呈现交联度梯度分布，表层交联度高于芯层交联度，其中表层交联度为85%～95%，芯层交联度为60%～75%。

3.如权利要求1所述的一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，所述纳米粒子中壳体为原位聚合包覆的导电聚合物层，所述导电聚合物层为聚多巴胺层或导电聚苯胺层，壳层厚度为5～15nm。

4.如权利要求1所述的一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，步骤s1具体包括以下过程：

5.如权利要求4所述的一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，pfa树脂60～80份，复合导电填料15～25份，成核剂5～10份，抗氧剂1～3份。

6.如权利要求4所述的一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，步骤s13具体包括以下过程：

7.如权利要求1所述的一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，步骤s2具体包括以下过程：

8.如权利要求7所述的一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，所述第一绝缘层材料选用具有高绝缘电阻及耐高温性pfa，所述外护套层材料选用添加抗uv及耐腐蚀助剂pfa。

9.如权利要求1所述的一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，步骤s3具体包括以下过程：

10.如权利要求1所述的一种超高温自限温电伴热带及其制造方法，其特征在于，所述烘箱中以5℃/min的速率升温至200℃，保温1小时，再以3℃/min升温至240℃，保温1～2小时，最后自然冷却至60℃以下出炉。