專利名稱:自動(dòng)限溫加熱帶生產(chǎn)方法及其產(chǎn)品的制作方法
本發(fā)明涉及電熱器件的制造工藝及其電加熱器件傳統(tǒng)電熱器的電熱元件是用金屬電阻材料作為發(fā)熱體，其電阻率隨溫度變化較小，在額定電壓下，電熱功率基本是恒定的。只有通過(guò)外加電子控制設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，但技術(shù)比較復(fù)雜，造價(jià)較高，不便維護(hù)。1961年F.KOhler用低壓聚乙烯(HDPE)充填炭黑(CB)制得的復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)其電阻率具有正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient)，簡(jiǎn)稱PTC材料。該材料的電阻率不僅隨溫度升高而增大，而且在特定溫區(qū)急劇躍增，以至能阻斷電流，具有熱敏電開(kāi)關(guān)特性。使其電阻率發(fā)生躍增的溫度，定義為PTC材料的開(kāi)關(guān)溫度(Ts)。不同的PTC材料，其開(kāi)關(guān)溫度(Ts)不同，它主要取決于原料組成及制造工藝。美國(guó)較早的使用PTC材料作發(fā)熱體制成自限加熱器的原型(USP 3，243，753)。用PTC材料制作的自限加熱器，通電工作時(shí)，不僅可以加熱，而且能夠自動(dòng)限定最高加熱溫度，該溫度定義為加熱器的自限溫度(Tr)。自限溫度(Tr)的高低，取決于PTC材料的開(kāi)關(guān)溫度(Ts)，它能使加熱器的最高加熱溫度穩(wěn)定地工作在Ts附近。自限溫度Tr是自限溫加熱器的一項(xiàng)主要指標(biāo)，它決定了加熱器的適應(yīng)范圍。1974年美國(guó)已經(jīng)研制出適合工業(yè)使用的自限加熱器(即Self-Regu-lating Heater)。在USP 3，914，363專利文獻(xiàn)中，所公開(kāi)的自限導(dǎo)電擠出物的制造方法，使做成的加熱器必須在120-150℃溫度下退火15小時(shí)以上，因而要求加熱器的外套材料(高聚物)的熔點(diǎn)必須比內(nèi)部PTC材料的高幾十度，以保證在退火溫度下PTC電熱元件不軟化變形。目前，國(guó)外(如美國(guó))已商品化生產(chǎn)出Tr為65℃，110℃，120℃及150℃不同種類的自限加熱器。1980年以來(lái)國(guó)內(nèi)開(kāi)始涉入上述領(lǐng)域，研制出Tr等于65℃的自限加熱帶。由于所述加熱器(帶)具有自動(dòng)限溫，補(bǔ)償加熱的特殊性能，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于防凍，防凝結(jié)，氣液輸運(yùn)管線，石油開(kāi)采等許多需要加熱保溫的工程上，獲得了公認(rèn)的優(yōu)異效果。在民用方面，自限加熱器也得到越來(lái)越廣泛的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，引起國(guó)內(nèi)外科技和企業(yè)界的重視，人們從多方面探索PTC材料的發(fā)熱效率(JP昭57-12061)，導(dǎo)電性能(JP昭57-21441，JP昭56-8443)以及加熱器的工作壽命(JP昭55-98801)等。但是，現(xiàn)有技術(shù)和商品中尚缺Tr＝80℃的自限加熱器，更沒(méi)有披露該種加熱器的生產(chǎn)工藝。
針對(duì)上述情況，本發(fā)明的任務(wù)是提出一種自動(dòng)限溫加熱器的生產(chǎn)方法，并使用了開(kāi)關(guān)溫度(Ts)為85℃的PTC材料作為發(fā)熱體，制造出能將最高加熱溫度自動(dòng)限定在80±5℃溫區(qū)的自限加熱帶，以滿足民用及各種保溫工程對(duì)該溫區(qū)加熱器的要求。
本發(fā)明的要點(diǎn)是在兩根具有一定間距的平行金屬線芯之間，連續(xù)均勻地敷設(shè)PTC材料層，形成電熱元件PTC芯帶。再在該芯帶外面包復(fù)一層(或多層)高分子材料(或金屬編織網(wǎng))作為加熱帶外套，最后將加熱帶整體進(jìn)行輻照交聯(lián)，使芯材的PTC特性具有記憶功能，即制成自限加熱器成品。所說(shuō)的金屬線芯可選用多股絞合導(dǎo)線作為加熱帶的兩個(gè)電極。PTC芯帶和高分子外套使用同類熱塑性聚合物(PE)作基材。本發(fā)明經(jīng)拉制PTC芯帶、包復(fù)外套及輻照交聯(lián)三步工序完成。其生產(chǎn)步驟為A.拉制芯帶首先予熱單螺桿擠塑機(jī)，并保持該擠塑機(jī)的機(jī)頭溫度210-250℃，機(jī)身溫度150-180℃，機(jī)尾溫度80-110℃。再將開(kāi)關(guān)溫度(Ts)為85±5℃的PTC材料的粒料從機(jī)尾裝入。用兩根等間距導(dǎo)電線芯平行地穿過(guò)機(jī)頭擠塑模具，同時(shí)牽引該線芯勻速運(yùn)動(dòng)，其線速度穩(wěn)定在30-50m/min，隨著線芯地位移，擠塑機(jī)連續(xù)地將粘流態(tài)PTC材料由機(jī)頭模具擠出，并均勻地敷設(shè)在該兩根線芯上，形成PTC材料層、且兩側(cè)有兩根平行電極(即線芯)的帶型電熱元件，再將所拉制的熱態(tài)電熱元件經(jīng)水槽冷卻，即成PTC芯帶。
B.包復(fù)外套高分子外套材料，可選用高壓聚乙烯(LDPE)類電纜護(hù)套材料。用上述同型擠塑機(jī)，保持該擠塑機(jī)的機(jī)頭溫度210-230℃，機(jī)身溫度150-170℃，機(jī)尾溫度90-100℃，將上述拉制的PTC芯帶涂布適量滑石粉，穿過(guò)機(jī)頭外套模具，該模具的出口形狀與芯帶模具(截面)一致，尺寸稍大，穿過(guò)外套模具的PTC芯帶，其牽引線速度同PTC芯帶的拉制速度。隨著芯帶地拉出，擠塑機(jī)中的粘流態(tài)護(hù)套料經(jīng)外套模具連續(xù)均勻地?cái)D包在PTC芯帶上，形成的熱態(tài)外套，再經(jīng)過(guò)一對(duì)圓柱型滾輪滾壓成型，使其緊貼于PTC芯帶表面，隨即進(jìn)入水槽冷卻，得到基本型加熱帶。
C.輻射交聯(lián)將上述包復(fù)外套的PTC芯帶，在常溫、常壓，大氣氣氛下置于輻射場(chǎng)中，進(jìn)行整體均勻輻照交聯(lián)。輻射源可用電子束或60Co，137Cs等γ射線。輻照時(shí)，根據(jù)所用輻射源不同，帶身的累積輻照劑量達(dá)到5-20Mrad時(shí)，即可終止照射。其PTC材料和外套的交聯(lián)度應(yīng)在45-65%范圍，即完成自限加熱帶的生產(chǎn)過(guò)程。
由上述步驟生產(chǎn)的自動(dòng)限溫加熱帶，是由兩側(cè)有兩根電極的PTC芯帶和外套構(gòu)成，該加熱帶的自限溫度(Tr)為80±5℃，其芯帶和高分子外套使用同類熱塑性聚合物(PE)作基材，經(jīng)整體輻照交聯(lián)后，其交聯(lián)度為45-65%。加熱帶自重約40g/m，適用常規(guī)交、直流電源，工作電壓220±20V。其輸出功率隨溫度變化可自動(dòng)調(diào)節(jié)。該加熱帶連續(xù)工作壽命大于3萬(wàn)小時(shí)，間歇工作壽命大于2千次(一個(gè)通電、斷電循環(huán)為一次)。加熱帶成品用AGA780型熱象儀測(cè)試，自限溫度沿帶身長(zhǎng)度分布均在80±5℃范圍，經(jīng)有關(guān)檢測(cè)單位按GB2951、GB3048標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試均合格。并經(jīng)有關(guān)單位試用，效果良好，可廣泛用于工業(yè)、國(guó)防等部門(mén)需要加熱保溫的工程上。根據(jù)需要還可做成其它形狀的加熱保溫器件，以適應(yīng)各種特殊用途。
圖1是自動(dòng)限溫加熱帶的一種實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)，其中1為電極，2為PTC材料層，3為外套。
圖2是圖1中PTC芯帶A-A剖面圖，1為電極，2為PTC材料層。
圖3是自動(dòng)限溫加熱帶電熱功率P(W/m)隨溫度T(℃)變化的關(guān)系。
實(shí)施例用Ts＝85±5℃PTC材料作芯帶原料，線芯用19股鍍錫圓銅線的正規(guī)絞合線，每股圓銅線Φ＝0.26mm，外套選用2401黑色聚乙烯電纜護(hù)套料(PE-H)，用Φ45單螺桿擠塑機(jī)拉制芯帶及包復(fù)外套，用60Co γ射線源輻照交聯(lián)，累積劑量到15Mrad終止輻照，用索氏萃取器測(cè)定交聯(lián)度，交聯(lián)度大于45%。用上述生產(chǎn)步驟，擠塑機(jī)的溫度如下表
實(shí)施例1-4拉制的PTC芯帶在包復(fù)外套時(shí)，擠塑機(jī)溫度均保持在機(jī)頭230℃、機(jī)身170℃、機(jī)尾100℃。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)限溫加熱帶生產(chǎn)方法，該方法是用輻射法進(jìn)行整體交聯(lián)，其特征在于加熱帶的電熱元件，使用開(kāi)關(guān)溫度(TS)為85±5℃的PTC材料為原料，其外套使用與PTC材料同類的熱塑性高分子材料(PE)為基材，生產(chǎn)步驟為A.拉制芯帶(1)予熱單螺桿擠塑機(jī)，并保持機(jī)頭溫度210-250℃，機(jī)身溫度150-180℃，機(jī)尾溫度80-110℃；從機(jī)尾(2)裝入開(kāi)關(guān)溫度(TS)為85±5℃的PTC材料粒料；(3)用兩根等間距導(dǎo)電線芯平行地穿過(guò)機(jī)頭的擠塑模具，使該線芯的牽引線速度穩(wěn)定在30-50m/min；同時(shí)(4)擠塑機(jī)將粘流態(tài)PTC材料由機(jī)頭模具擠出，連續(xù)均勻地敷設(shè)在該兩根線芯上，形成PTC材料層、且兩側(cè)有兩根平行電極的帶型電熱元件；(5)將(4)拉制的熱態(tài)電熱元件經(jīng)水槽冷卻，即成為PTC芯帶。B.包復(fù)外套選用高壓聚乙烯(LDPE)類電纜護(hù)套料(6)所用擠塑機(jī)同(1)，擠包外套的溫度保持機(jī)頭210-230℃，機(jī)身150-170℃，機(jī)尾90-100℃；(7)將(5)拉制的PTC芯帶涂布適量滑石粉，穿過(guò)尺寸稍大、出口形狀同(3)的外套模具；并使(8)該P(yáng)TC芯帶牽引線速度同(3)；同時(shí)(9)擠塑機(jī)中的粘流態(tài)護(hù)套料，經(jīng)外套模具擠包在芯帶上；再(10)經(jīng)過(guò)一對(duì)圓柱型滾輪滾壓成型，使其緊貼于PTC芯帶表面；隨即進(jìn)入(11)水槽冷卻，制成加熱帶基本型體。C.輻射交聯(lián)(12)將(11)包復(fù)外套的加熱帶，在常溫、常壓，大氣氣氛下，置于輻射場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行整體輻照；(13)視所用輻射源類別，待累積輻照總劑量達(dá)5-20Mrad時(shí)，輻照終止。制得自限加熱帶成品。
2.如權(quán)利要求
1所述生產(chǎn)方法，其特征在于所制基本型加熱帶經(jīng)整體輻照后，其PTC芯材及外套交聯(lián)度在45-65%。
3.利用權(quán)利要求
1，2方法生產(chǎn)的自動(dòng)限溫加熱帶，該加熱帶是由兩側(cè)有兩根電極的PTC芯帶和外套構(gòu)成，其特征在于所說(shuō)加熱帶的自限溫度(Tr)為80±5℃，所說(shuō)芯帶及外套使用同類熱塑性聚合物(LDPE)作基材，其交聯(lián)度為45-65%。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種自動(dòng)限溫加熱帶的制造方法及其產(chǎn)品。加熱帶的加熱元件用兩根等間距的長(zhǎng)金屬線芯作電極，在其上連續(xù)敷設(shè)熱敏電開(kāi)關(guān)材料(即PTC材料)層作為發(fā)熱體，該材料的開(kāi)關(guān)溫度TS＝85±5℃。在電熱元件外包覆一層高分子護(hù)套，再經(jīng)整體輻射交聯(lián)成為加熱帶成品。本產(chǎn)品兼有電熱、功率自調(diào)、自動(dòng)限溫三項(xiàng)熱性能，其自限溫度(Tr)為80±5℃，可廣泛應(yīng)用于石油，化工部門(mén)防凍，防凝結(jié)，氣液輸運(yùn)管線等加熱保溫工程上。
文檔編號(hào)H05B3/14GK87102924SQ87102924
公開(kāi)日1988年11月30日 申請(qǐng)日期1987年4月19日
發(fā)明者蘇洪, 蔣淮渭 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan