一种柔型加热电缆的制作方法

本发明涉及电缆技术领域，具体涉及一种柔型加热电缆。

背景技术：

加热电缆是一种特殊形式的加热器具，可结合工业、农业和建筑业等各方面的特殊需要而制成不同的供热装置。加热电缆的应用是多方面的，例如：石油工业的采油、输油和炼油以及很多化工厂都需要各种加热电缆；农业最主要的是温室栽培用加热电缆；建筑则包括取暖(如别墅)，防冰雪(如机场跑道)和保温(如车库)等，由此可见，加热电缆可广泛的应用于各种场合。

局限于加热电缆的直径限制，因此在很多场合下，为了确保受热体能获得更大面积、更快速、更均匀的加热，常采用将加热电缆弯曲绕设在受热体上，为了实现更为均匀的加热，对绕设后相邻加热电缆的间距也提出了一定的要求。而现有技术中的加热电缆，为了确保内层通电的导体产生的热量更高效的传递出来，内层通常采取致密的组成方式，防止因间隙影响热量的扩散效率，而过于致密的组成方式势必会影响到电缆的弯曲程度。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种柔型的加热电缆，在确保加热电缆热传递效率的同时，提高加热电缆的可弯曲程度，方便加热电缆的使用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种柔型加热电缆，包括多根绞制在一起的导体及包覆在外的绝缘层，所述的绝缘层外包覆有纤维布，纤维布外包覆有护套；

所述纤维布上各平行纤维之间的间距为100～300μm；纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：水性环氧树脂乳液30～45份、无机导热填料12～20份、偶联剂0.2～2份、碳纤维3～10份。

电缆通常包括单根或多根绞制在一起的导体构成的缆芯线，所述的导体可以为所属领域技术人员所知的，如铜芯导体、铝芯导体。

所述绝缘层的作用在于实现绝缘和固定缆芯线的作用，防止传输的电流泄露到外界，保障电线电缆的正常传输功能；同时确保绞制在一起的数股导体不会出现过大的迁移。

进一步的，所述的绝缘层的厚度为导体绞制成的缆芯线厚度的0.01～0.08倍，绝缘层的厚度过薄时，无法实现有效的绝缘和缆芯线的固定作用，而绝缘层的厚度过厚时，对加热电缆的热扩散性能具有很大的影响，同时也不利于实现柔型的特点。

本发明对所述的绝缘层的具体材料没有特殊的要求，确保良好的导热和绝缘性能即可，如采用聚酯塑料或橡胶进行挤包成型。另外，挤出的绝缘层表面要求尽量光滑，挤出绝缘层的横断面要致密结实，无空隙，确保热能的扩散效率。

在绝缘层的外侧绕包有纤维布，所述的纤维布上各平行纤维之间的间距为100～300μm，如此，在加热电缆的弯曲过程中，该间距提供了可弯曲的挤压空间，确保加热电缆的弯曲性能。而为了填补该间距对于热扩散性能的影响，所述的纤维布上浸渍有导热粉浆，通过导热粉浆中的无机导热填料确保内层的热量能快速、均匀的传递到外侧。

进一步的，根据本发明，为了确保导热粉浆中的无机导热填料在纤维布表面能均匀的填充，实现优异的传热性能，所述的无机导热填料由大、小粒径的无机导热填料按重量比为1：(3～8)复配而成；大粒径的无机导热填料的平均粒径为100～300μm，小粒径的无机导热填料的平均粒径为0.1～5μm。通过大、小粒径的配合实现更为优异的热扩散性能，若大粒径的无机导热填料过多，则导致纤维布表面过于粗糙，容易出现掉粉而影响后续的制程，而小粒径的无机导热填料过多，虽不会影响纤维布表面的粗糙度，但直接导致成本上升。

进一步的，根据本发明，所述的纤维布绕包的厚度为导体绞制成的缆芯线厚度的0.05～0.1倍。绕包的厚度过薄时，无法提供足够的空间以实现加热电缆的弯曲，而绕包的厚度过厚时，对内层的热量的扩散产生影响。

进一步的，根据本发明，所述的纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布或芳纶纤维布。

进一步的，根据本发明，所述的无机导热填料选自二氧化硅、二氧化钛、硅酸锆、三氧化二铝、碳化硅、氧化镁、氧化铝、氮化铝、氮化硼中的一种或一种以上的混合物。

进一步的，根据本发明，导热粉浆中的偶联剂与无机导热填料作用，使其能均匀的分散在水性环氧树脂乳液中，所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯。

本发明所述的导热粉浆中还含有碳纤维，该碳纤维填充在水性环氧树脂乳液中，与纤维布表面产生交织，提高导热粉浆在纤维布表面的附着力。

上述柔型加热电缆的制备方法包括以下步骤：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将无机导热填料和碳纤维分散到2～3倍量的去离子水中，加入偶联剂，超声分散1～3h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在105～120℃的条件下烘烤15～30s,然后将该浸渍有导热粉浆的纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

护套是保护电缆内层，防止环境因素侵蚀的结构部分，其作用在于提高加热电缆的机械强度、防化学腐蚀、防潮、防水，该护套可以为所属领域技术人员所熟知的，具体的，可以为rvv、bvv、rvvb、bvvb护套中的一种。

上述制备方法，简单方便，采用挤包成型的方式，有利于填充多股导体绞制时产生的缝隙，提高热量的扩散性能；绕包在绝缘层外侧的纤维布上浸渍有导热粉浆，提高了传热性能；所述的柔型加热电缆可以采用弯曲绕设的方式布置在受热体的表面，提供给受热体快速、均匀的加热或保温效果。

与现有技术相比，本发明提供的柔型加热电缆具有以下技术效果：

1、本发明提供的柔型加热电缆结构简单，通过绝缘层与其外侧的纤维布的配合，在确保加热电缆具有一定结构强度的同时具有柔性，可弯曲的能力，在受热体的外表面上绕设，实现快速、均匀的加热或保温效果；

2、本发明中，通过合理控制纤维布的纤维之间的间距及浸渍在纤维布表面的导热粉浆，在实现可弯曲能力的同时确保内层导体产生的热量能高效的传递到外侧。

附图说明

图1、2为本发明所述的柔型加热电缆的示意图；

图中标号说明：10-导体，20-绝缘层，30-纤维布，40-护套。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及实施例，进一步阐明本发明。

实施例1

如图1所示，一种柔型加热电缆的横截面，该柔型加热电缆由四根铜芯导体10绞制在一起形成的缆芯线，缆芯线的直径为20mm，缆芯线外包覆有厚度为1mm的绝缘层20，所述的绝缘层20外包覆有碳纤维布30，碳纤维布30的厚度为1.6mm，碳纤维布30外包覆有护套40；

所述的碳纤维布上各平行纤维之间的间距为200μm；

所述的碳纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：

水性环氧树脂乳液38份

二氧化硅填料(粒径为200μm)4份

三氧化二铝填料(粒径为3μm)12份

γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份

碳纤维7份；

上述柔型加热电缆的制备方法包括：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将二氧化硅填料、三氧化二铝填料和碳纤维分散到2倍量的去离子水中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，超声分散h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将碳纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在110℃的条件下烘烤20s，然后将该浸渍有导热粉浆的碳纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的碳纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

实施例2

如图2所示，一种柔型加热电缆的横截面，该柔型加热电缆由三根铜芯导体10绞制在一起形成的缆芯线，缆芯线的直径为15mm，缆芯线外包覆有厚度为0.75mm的绝缘层20，所述的绝缘层20外包覆有玻璃纤维布30，玻璃纤维布30的厚度为1.2mm，玻璃纤维布30外包覆有护套40；

所述的玻璃纤维布上各平行纤维之间的间距为120μm；

所述的玻璃纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：

水性环氧树脂乳液35份

硅酸锆填料(粒径为150μm)3份

碳化硅填料(粒径为2μm)15份

γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.5份

碳纤维5份；

上述柔型加热电缆的制备方法包括：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将硅酸锆填料、碳化硅填料和碳纤维分散到2倍量的去离子水中，加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，超声分散2h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将玻璃纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在110℃的条件下烘烤20s，然后将该浸渍有导热粉浆的玻璃纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的玻璃纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

实施例3

如图1所示，一种柔型加热电缆的横截面，该柔型加热电缆由四根铝芯导体10绞制在一起形成的缆芯线，缆芯线的直径为20mm，缆芯线外包覆有厚度为1mm的绝缘层20，所述的绝缘层20外包覆有玄武岩纤维布30，玄武岩纤维布30的厚度为1.6mm，玄武岩纤维布30外包覆有护套40；

所述的玄武岩纤维布上各平行纤维之间的间距为120μm；

所述的玄武岩纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：

水性环氧树脂乳液35份

氧化铝填料(粒径为250μm)2份

氮化铝填料(粒径为4μm)14份

γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.5份

碳纤维5份；

上述柔型加热电缆的制备方法包括：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将氧化铝填料、氮化铝填料和碳纤维分散到2倍量的去离子水中，加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，超声分散1h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将玄武岩纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在110℃的条件下烘烤20s，然后将该浸渍有导热粉浆的玄武岩纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的玄武岩纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

实施例4

如图1所示，一种柔型加热电缆的横截面，该柔型加热电缆由四根铜芯导体10绞制在一起形成的缆芯线，缆芯线的直径为20mm，缆芯线外包覆有厚度为1mm的绝缘层20，所述的绝缘层20外包覆有芳纶纤维布30，芳纶纤维布30的厚度为1.6mm，芳纶纤维布30外包覆有护套40；

所述的芳纶纤维布上各平行纤维之间的间距为250μm；

所述的芳纶纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：

水性环氧树脂乳液40份

二氧化钛填料(粒径为220μm)2份

氮化铝填料(粒径为2μm)12份

异丙基三油酸酰氧基钛酸酯0.8份

碳纤维8份；

上述柔型加热电缆的制备方法包括：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将二氧化钛填料、氮化铝填料和碳纤维分散到2倍量的去离子水中，加入异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，超声分散h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将芳纶纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在110℃的条件下烘烤25s，然后将该浸渍有导热粉浆的芳纶纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的芳纶纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

实施例5

如图1所示，一种柔型加热电缆的横截面，该柔型加热电缆由四根铜芯导体10绞制在一起形成的缆芯线，缆芯线的直径为20mm，缆芯线外包覆有厚度为1mm的绝缘层20，所述的绝缘层20外包覆有碳纤维布30，碳纤维布30的厚度为1.6mm，碳纤维布30外包覆有护套40；

所述的碳纤维布上各平行纤维之间的间距为100μm；

所述的碳纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：

水性环氧树脂乳液30份

三氧化二铝填料(粒径为100μm)2份

氮化硼填料(粒径为0.1μm)10份

γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.2份

碳纤维3份；

上述柔型加热电缆的制备方法包括：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将三氧化二铝填料、氮化硼填料和碳纤维分散到2倍量的去离子水中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，超声分散1h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将碳纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在105℃的条件下烘烤15s，然后将该浸渍有导热粉浆的碳纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的碳纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

实施例6

如图1所示，一种柔型加热电缆的横截面，该柔型加热电缆由四根铜芯导体10绞制在一起形成的缆芯线，缆芯线的直径为20mm，缆芯线外包覆有厚度为1mm的绝缘层20，所述的绝缘层20外包覆有碳纤维布30，碳纤维布30的厚度为1.6mm，碳纤维布30外包覆有护套40；

所述的碳纤维布上各平行纤维之间的间距为300μm；

所述的碳纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：

水性环氧树脂乳液45份

硅酸锆填料(粒径为300μm)2.5份

氮化硼填料(粒径为5μm)17.5份

γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷2份

碳纤维10份；

上述柔型加热电缆的制备方法包括：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将硅酸锆填料、氮化硼填料和碳纤维分散到3倍量的去离子水中，加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，超声分散3h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将碳纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在120℃的条件下烘烤30s，然后将该浸渍有导热粉浆的碳纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的碳纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

实施例7

如图1所示，一种柔型加热电缆的横截面，该柔型加热电缆由四根铜芯导体10绞制在一起形成的缆芯线，缆芯线的直径为20mm，缆芯线外包覆有厚度为0.2mm的绝缘层20，所述的绝缘层20外包覆有碳纤维布30，碳纤维布30的厚度为1mm，碳纤维布30外包覆有护套40；

所述的碳纤维布上各平行纤维之间的间距为200μm；

所述的碳纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：

水性环氧树脂乳液38份

二氧化硅填料(粒径为200μm)4份

三氧化二铝填料(粒径为3μm)12份

γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份

碳纤维7份；

上述柔型加热电缆的制备方法包括：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将二氧化硅填料、三氧化二铝填料和碳纤维分散到2倍量的去离子水中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，超声分散h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将碳纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在110℃的条件下烘烤20s，然后将该浸渍有导热粉浆的碳纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的碳纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

实施例8

如图1所示，一种柔型加热电缆的横截面，该柔型加热电缆由四根铜芯导体10绞制在一起形成的缆芯线，缆芯线的直径为20mm，缆芯线外包覆有厚度为1.6mm的绝缘层20，所述的绝缘层20外包覆有碳纤维布30，碳纤维布30的厚度为2mm，碳纤维布30外包覆有护套40；

所述的碳纤维布上各平行纤维之间的间距为200μm；

所述的碳纤维布上浸渍有导热粉浆，所述导热粉浆由以下重量份的物质混配而成：

水性环氧树脂乳液38份

二氧化硅填料(粒径为200μm)4份

三氧化二铝填料(粒径为3μm)12份

γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份

碳纤维7份；

上述柔型加热电缆的制备方法包括：

(1)采用绞合设备将导体绞制成缆芯线，然后采用挤包成型工艺在缆芯线表面形成绝缘层；

(2)制备导热粉浆：将二氧化硅填料、三氧化二铝填料和碳纤维分散到2倍量的去离子水中，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，超声分散h，然后加入水性环氧树脂乳液，继续搅拌均匀得导热粉浆；

(3)将碳纤维布浸没到导热粉浆中，提出，在110℃的条件下烘烤20s，然后将该浸渍有导热粉浆的碳纤维布绕包在步骤(1)的绝缘层外侧；

(4)通过挤塑设备将护套挤包在步骤(3)的碳纤维布外侧，得到所述的柔型加热电缆。

对比例1

本实施例的加热电缆与实施例1的加热电缆的结构基本一致，不同的是，本实施例中绝缘层的厚度为0.1mm，其余不变，制备得到所述的加热电缆。

对比例2

本实施例的加热电缆与实施例1的加热电缆的结构基本一致，不同的是，本实施例中绝缘层的厚度为2mm，其余不变，制备得到所述的加热电缆。

对比例3

本实施例的加热电缆与实施例1的加热电缆的结构基本一致，不同的是，本实施例中纤维布的绕包厚度为0.4mm，其余不变，制备得到所述的加热电缆。

对比例4

本实施例的加热电缆与实施例1的加热电缆的结构基本一致，不同的是，本实施例中纤维布的绕包厚度为4mm，其余不变，制备得到所述的加热电缆。

对比例5

本实施例的加热电缆与实施例1的加热电缆的结构一致，不同的是，本实施例中的导热粉浆中仅有大粒径的二氧化硅填料，且无机导热填料的份数为16份，其余不变，制备得到所述的加热电缆。

对比例6

本实施例的加热电缆与实施例1的加热电缆的结构一致，不同的是，本实施例中的导热粉浆中仅有小粒径的三氧化二铝填料，且无机导热填料的份数为16份，其余不变，制备得到所述的加热电缆。

对比例7

本实施例的加热电缆与实施例1的加热电缆的结构一致，不同的是，本实施例中的导热粉浆中没有碳纤维，其余不变，制备得到所述的加热电缆。

对比例8

本实施例的加热电缆与实施例1的加热电缆的结构一致，不同的是，本实施例中的导热粉浆中二氧化硅填料的粒径为50μm，三氧化二铝填料的粒径为10μm，其余不变，制备得到所述的加热电缆。

1、可弯曲性能

取上述实施例中得到的加热电缆1m长，垂直悬挂且底部固定在一旋转装置上，旋转装置带动加热电缆顺时针扭转5圈，再逆时针扭转5圈，重复上述过程2000次，目测加热电缆的外侧护套上是否有裂纹，并以下述标准进行等级划分，将测试结果记录到表1中；

lev.1：裂纹数不超过3个；表明该加热电缆的可弯曲性能好；

lev.2：裂纹数大于3个，但不超过8个；表明该加热电缆的可弯曲性能一般；

lev.3：裂纹数超过8个，该加热电缆未通过测试，可弯曲性能差。

2、热扩散性能测试

将上述实施例得到的加热电缆通以10a、220v的电流，对同样体积的水进行加热，以实施例1的水温升高值作为100％，依次换算出其余实施例的水温升高比并记录到表1中，以此评价实施例中的加热电缆的热扩散性能；

3、热应力开裂

取上述实施例中得到的加热电缆并参考测试标准gb/t15065中附录a，分别在70℃、150℃条件下测试，并将测试结果记录到表1中。

表1：

由以上数据可以看出，本发明提供的加热电缆具有优异的可弯曲性能和热扩散性能，能快速、均匀的实现受热体的加热或保温。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。