專利名稱：：材料及加熱電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及材料，以及包含該材料的加熱電纜。
背景技術(shù)：
：加熱電纜是眾所周之的，并被用于例如在化學(xué)加工工廠中加熱管道。典型地，加熱電纜沿與組分接觸的管道的外表面附著。通常，加熱電纜與恒溫器連接，并且當(dāng)溫度降至預(yù)設(shè)水平以下時(shí)被恒溫器啟動(dòng)。加熱電纜起到對(duì)管道的保溫作用，由此確保管道的溫度被保持足夠高，因而管道的內(nèi)容物不會(huì)凍結(jié)或發(fā)生其它有害的溫度相關(guān)效應(yīng)。近年來(lái)，已制造了包含具有正電阻溫度系數(shù)的材料的加熱電纜。其具有加熱電纜為自調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)(當(dāng)恒定電壓作用于加熱電纜時(shí))。供給于加熱電纜的電流將隨溫度升高而減小，由此避免加熱電纜到達(dá)不必要的過(guò)高溫度。與此類型加熱電纜相關(guān)的問(wèn)題是其在低溫下具有非常低的電阻。這可導(dǎo)致當(dāng)例如與加熱電纜連接的電源被開啟時(shí)有害的電流脈沖(surge)通過(guò)加熱電纜。人們?yōu)榻鉀Q此問(wèn)題，已提出了各種不同的機(jī)理。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種材料以及克服或基本上減輕上述缺點(diǎn)的加熱電纜。根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供一種材料，所述材料包含具有第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第一組分；以及具有第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第二組分，所述第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，兩組分的比例使得所述材料具有正溫度系數(shù)的電阻特性曲線，并且這樣的正溫度系數(shù)的電阻特性曲線為所述第一和第二組分的第一和第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。所述材料可包含具有第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第三組分。所述材料還可包含具有第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第四組分，所述第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種包含如下組分的材料具有第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第一組分；以及具有第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第二組分，所述第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，所述兩組分的比例使得所述材料具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線，并且這樣的負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線為所述第一和第二組分的第一和第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。所述材料可包含具有第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第三組分。所述材料還可包含具有第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第四組分，所述第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種包含一個(gè)或更多導(dǎo)體的加熱電纜，其中所述導(dǎo)體被埋入在根據(jù)本發(fā)明的第一和/或第二方面的材料中。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種制備材料的方法，該方法包括將具有第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第一組分混合到基體中；并且將具有第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第二組分混合到該基體中，所述第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，選擇所述兩組分的比例，使得所述材料具有正溫度系數(shù)的電阻特性曲線，并且這樣的正溫度系數(shù)的電阻特性曲線為所述第一和第二組分的第一和第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。所述基體優(yōu)選為聚合物。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種制備材料的方法，該方法包括將具有第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第一組分混合到基體中；并且將具有第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第二組分混合到所述基體中，所述第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，選擇所述兩組分的比例，使得該材料具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線，并且這+羊的負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線為所述第一和第二組分的第一和第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。所述基體優(yōu)選為聚合物。根據(jù)本發(fā)明的第六方面提供一種加熱電纜，該加熱電纜包含被經(jīng)擠出的負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料包圍的第一導(dǎo)體，以及第二導(dǎo)體，所述第一和第二導(dǎo)體被埋入在經(jīng)擠出的正溫度系數(shù)的電阻材料中。優(yōu)選地，具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻的組分包含陶瓷。優(yōu)選地，該陶瓷包含Mn203與NiO的混合物。優(yōu)選地，該陶瓷包含82%的Mn203與18%的NiO。優(yōu)選地，該混合物經(jīng)煅燒。優(yōu)選地，煅燒在至少90(TC的溫度下進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種加熱電纜，該加熱電纜包含被經(jīng)擠出的正溫度系數(shù)的電阻材料所包圍的第一導(dǎo)體，以及第二導(dǎo)體，所述第一與第二導(dǎo)體被埋入在經(jīng)擠出的負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料中。優(yōu)選地，所述具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻的組分包含陶瓷。優(yōu)選地，該陶瓷包含Mn203與NiO的混合物。優(yōu)選地，該陶瓷包含82%的Mn203與18%的NiO。優(yōu)選地，該混合物經(jīng)煅燒。優(yōu)選地，煅燒在至少90(TC的溫度下進(jìn)行。現(xiàn)將參照附圖，描述本發(fā)明的實(shí)施方案，這些實(shí)施方案只作為實(shí)例，在所述附圖中圖1為實(shí)施本發(fā)明的加熱電纜的示意性表示；圖2為示意性說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方案的操作的圖；圖3為顯示實(shí)施本發(fā)明的特定加熱電纜的性質(zhì)的圖；圖4為示意性說(shuō)明改進(jìn)加熱電纜組分的效果的圖；圖5為實(shí)施本發(fā)明的備選加熱電纜的示意性表示；圖6為顯示包含一種NTC組分和兩種PTC組分的材料的電阻的圖；圖7為顯示包含一種NTC組分和兩種PTC組分的另一材料的電阻的圖；以及圖8為實(shí)施本發(fā)明的另一加熱電纜的示意性表示。具體實(shí)施例方式7圖1表示包含一對(duì)被埋入在材料3中的導(dǎo)體1、2的加熱電纜。材料3被絕緣材料4包圍。材料3包含組分的混合物，并且包含一種或多種提供正溫度系數(shù)的電阻的組分以及一種或多種提供負(fù)溫度系數(shù)的電阻的組分。所述組分被埋入在聚合物例如聚乙烯中。選擇組分的相對(duì)比例，使得加熱電纜具有期望的電阻隨溫度的變化，例如如圖2所示。參照?qǐng)D2，在低溫下所述材料具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻。這表示為區(qū)域A。在高溫下，材料3具有正溫度系數(shù)的電阻。此區(qū)域表示為區(qū)域B。在這兩個(gè)區(qū)域之間是中間區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)電阻的溫度系數(shù)是相對(duì)平坦的。這將被看作平衡溫度系數(shù)區(qū)域，并且被表示為區(qū)域C。圖2中所表示的材料性能尤其有用，因?yàn)槠淇梢灾瞥赏耆哉{(diào)節(jié)的加熱電纜。通常，當(dāng)開啟加熱電纜時(shí)，其處于低溫。將恒定電壓的電源連接到加熱電纜，優(yōu)選地該電纜在低溫下具有高電阻，因此當(dāng)開啟加熱電纜時(shí)不會(huì)出現(xiàn)電流脈沖。所述材料在低溫下的負(fù)溫度系數(shù)的電阻性能(即在圖2的區(qū)域A內(nèi)的操作)通過(guò)確保加熱電纜的電阻在低溫下高而達(dá)到此目標(biāo)。隨著加熱電纜溫度的升高，其電阻降低。這導(dǎo)致更強(qiáng)的電流通過(guò)加熱電纜，由此進(jìn)一步升高加熱電纜的溫度。這一直持續(xù)到所述材料的電阻的負(fù)溫度系數(shù)開始被所述材料的電阻的正溫度系數(shù)平衡。該材料的電阻的負(fù)溫度系數(shù)逐漸減小(圖2中曲線的斜率降低)，直至達(dá)到零。換言之，該材料進(jìn)入平衡溫度系數(shù)區(qū)域(即圖2的區(qū)域C)。在平衡溫度系數(shù)區(qū)域內(nèi)，加熱電纜的電阻僅僅被加熱電纜溫度的小變化微弱地影響。加熱電纜的溫度將停留在平衡溫度系數(shù)區(qū)域C。具體地，加熱電纜的溫度將停留在該材料的電阻的負(fù)溫度系數(shù)與電阻的正溫度系數(shù)相互抵償?shù)臏囟?即圖2中曲線的斜率為零)。如果供應(yīng)給加熱電纜的電流顯著增強(qiáng)，則這會(huì)提高加熱電纜的溫度。該材料電阻的正溫度系數(shù)則會(huì)增大，并且超過(guò)該材料的電阻的負(fù)溫度系數(shù)。因此該加熱電纜將會(huì)進(jìn)入正溫度系數(shù)區(qū)域(即圖2的區(qū)域B)，加熱電纜的電阻會(huì)升高，并且供應(yīng)給加熱電纜的電流會(huì)由此而降低。因此該加熱電纜將返回到平衡溫度系數(shù)區(qū)域。類似地，如果供應(yīng)給該加熱電纜的電流顯著降低，則加熱電纜將進(jìn)入負(fù)溫度系數(shù)區(qū)域(即圖2的區(qū)域A)。加熱電纜的電阻將增加，導(dǎo)致供給的電流隨溫度降低8而減小。平衡溫度系數(shù)區(qū)域的大小很難限定。例如參照?qǐng)D2，在平衡溫度系數(shù)區(qū)域C邊緣的曲線可被視為具有小的斜率(即電阻的非零溫度系數(shù))。圖2中的曲線可被認(rèn)為只具有一個(gè)使曲線的斜率為零的溫度。該溫度在下文中被稱作平衡溫度。在向平衡溫度任一側(cè)伸展的區(qū)域內(nèi)，加熱電纜的電阻僅受加熱電纜溫度的小變化的微弱影響，這樣的區(qū)域?yàn)槠胶鉁囟认禂?shù)區(qū)域。據(jù)知道，該區(qū)域的大小將取決于溫度系數(shù)曲線的形狀。如后面進(jìn)一步描述的，這將取決于所使用的NTC與PTC組分的量與類型。用在加熱電纜中的材料3包含(按重量百分比計(jì))表1所示的組分-<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>聚乙烯級(jí)別為可從美國(guó)UnionCarbide公司(UCC)得到的DFDA7540與DGDK3364。為制備該材料，將聚乙烯與炭黑、氧化鋅和熱穩(wěn)定劑混合。炭黑提供正溫度系數(shù)的電阻。氧化鋅用于吸收可能在加熱電纜使用過(guò)程中所釋放的酸，否則該酸會(huì)損壞電纜。熱穩(wěn)定劑起著阻止加熱電纜的分解的作用。合適的熱穩(wěn)定劑的實(shí)例為Irganox1010，這可從例如瑞士CibaSpecialtyChemicalsofBasel得至廿。粉末形式的NTC陶瓷是單獨(dú)制備的。其包含以重量計(jì)的82%的Mn203與18。/。的NiO的混合物。使用球磨機(jī)將該粗粉末混合物與純化水混合，并隨后干燥。然后將該混合物在900和120(TC之間煅燒。隨后向混合物中加入粘合劑，然后使用球磨機(jī)將該混合物混合、進(jìn)行過(guò)濾并干燥。隨后將混合物模壓成圓盤狀，并在1200與160(TC之間燒制。隨后將圓盤狀物粉碎為具有20至40nm粒度的粉末。此粉末為被加入到聚乙烯混合物(即混合了炭黑、氧化鋅和熱穩(wěn)定劑的聚乙烯)的NTC陶瓷。將70克聚乙烯混合物加入到具有兩個(gè)6英寸輥的輥磨機(jī)中。在接受聚乙烯混合物前，輥磨機(jī)的輥被加熱至16(TC的溫度。將NTC陶瓷分批以20至50克加入到聚乙烯混合物中，直至將280克加入到混合物中為止。所得材料具有圖3中所示的性質(zhì)。據(jù)知道，可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的幾種塑料加工技術(shù)中的任一種，例如使用單擠壓機(jī)或雙擠壓機(jī)、輥磨機(jī)或重型捏和機(jī)，將NTC陶瓷加入到聚乙烯混合物中。參照?qǐng)D3，可看見(jiàn)樣品具有在低溫即不超過(guò)約3(TC下為負(fù)的溫度系數(shù)。之后在約40。C，該溫度系數(shù)通過(guò)平衡區(qū)域。之后溫度系數(shù)在較高溫度即約5(TC以上變?yōu)檎摹Ｒ虼?，該材料可用于形成在約40'C溫度自調(diào)節(jié)的加熱電纜。所示兩組數(shù)據(jù)為同一樣品，第一組表示當(dāng)加熱樣品時(shí)樣品的電阻，第二組表示當(dāng)冷卻樣品時(shí)樣品的電阻。選擇用于所述材料中的NTC陶瓷和炭黑的比例，使得材料在低溫具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻，在高溫具有正溫度系數(shù)的電阻，并且在操作加熱電纜所需要的溫度下具有平衡溫度系數(shù)。炭黑和聚乙烯提供正溫度系數(shù)的電阻。這是由于當(dāng)溫度升高時(shí)聚乙烯膨脹，增加了相鄰炭黑粒子間的距離并由此導(dǎo)致電阻率的升高。此效應(yīng)比NTC陶瓷提供的負(fù)溫度系數(shù)的電阻效應(yīng)強(qiáng)，并且因此使用比炭黑約多16倍的NTC陶瓷。據(jù)信通過(guò)輥磨機(jī)加工所述材料，炭黑提供的正溫度系數(shù)的的電阻強(qiáng)度被降低。據(jù)信這是因?yàn)槭褂幂伳C(jī)將炭黑從結(jié)晶形態(tài)改變?yōu)闊o(wú)定型碳。結(jié)晶炭黑提供通過(guò)材料的電流通路(即電流從炭黑晶體之間穿過(guò)，并因此通過(guò)該材料)。隨著結(jié)晶炭黑含量的降低(雖然轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形碳)，但是炭黑提供的正溫度系數(shù)效應(yīng)的電阻的強(qiáng)度降低。以此方式降低負(fù)溫度系數(shù)的電阻的強(qiáng)度可使其平衡NTC陶瓷所提供的負(fù)溫度系數(shù)的電阻。圖1所示加熱電纜按如下方式制作將兩種導(dǎo)體1、2通過(guò)模頭(未顯示)的開孔，并且將材料3通過(guò)該模頭擠出，使其形成其中埋入有導(dǎo)體的電纜。以這種方式的加熱電纜的構(gòu)造是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，并因此在此不再進(jìn)一步詳細(xì)地描述。通過(guò)調(diào)節(jié)加熱電纜中使用的電阻材料(例如NTC陶瓷)的負(fù)溫度系數(shù)和電阻材料(例如炭黑)的正溫度系數(shù)的比例，可以選擇加熱電纜的性能。此外，可以使用不同的NTC陶瓷。每一NTC陶瓷都具有其特有的居里溫度點(diǎn)(此后稱為Tc)，在此處NTC陶瓷的電阻急劇變化。通過(guò)選擇具有不同Tc的不同NTC陶瓷，可得到特別需要的電阻的負(fù)溫度系數(shù)效應(yīng)?？梢允褂枚嘤谝环N的NTC陶瓷，所述NTC陶瓷具有不同Tc，因此允許修整電阻的負(fù)溫度系數(shù)曲線的形狀。圖4示意地表示了電阻材料的負(fù)溫度系數(shù)和電阻材料的正溫度系數(shù)各自的效應(yīng)。線10表示電阻材料的負(fù)溫度系數(shù)的效應(yīng)，并且線ll表示電阻材料的正溫度系數(shù)的效應(yīng)。虛線12表示這些材料的綜合效應(yīng)。虛線12包括平衡點(diǎn)13(平衡溫度)，在這一點(diǎn)上，電阻材料的負(fù)溫度系數(shù)的效應(yīng)與電阻材料的正溫度系數(shù)的效應(yīng)相等。增加負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料的比例將使線10向上移，由此將平衡點(diǎn)13向上并且向右移動(dòng)。換言之，平衡溫度將更高并且將在更大電阻下出現(xiàn)。降低負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料的比例將使線IO下移，并將平衡點(diǎn)13向下并且向左移。換言之，平衡溫度將更低并且將在更小電阻下出現(xiàn)。類似地，增加正溫度系數(shù)的電阻材料的比例將使線11向上移，由此將平衡點(diǎn)13向上并且向左移。換言之，平衡溫度將更低并將在更大電阻下出現(xiàn)。降低正溫度系數(shù)的電阻材料的比例將使線11下移，并將平衡點(diǎn)13向下并且向右移。換言之，平衡溫度將更高并將在更小電阻下出現(xiàn)。為了調(diào)節(jié)電阻的負(fù)溫度系數(shù)線10的斜率，可以使用具有不同負(fù)溫度系數(shù)的電阻的材料。例如，如果選擇了具有較低Tc的NTC陶瓷，則平衡溫度將較低(假設(shè)線11沒(méi)有變化)。類似地，如果選擇了具有較高Tc的NTC陶瓷，則平衡溫度將較高(假設(shè)線ll沒(méi)有變化)?？赏ㄟ^(guò)混合兩種或更多種具有不同Tc的NTC陶瓷來(lái)改變電阻的負(fù)溫度系數(shù)線10的形狀。換言之，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，可將兩種或更多種具有不同負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組分混合到一起形成材料(其可包含一種或更多種PTC材料)。因而該材料將表現(xiàn)出負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線(至少在特定溫度范圍)，而這樣的負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線是第一和第二組分的第一和第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合?？梢酝ㄟ^(guò)使用不同的正溫度系數(shù)的電阻組分來(lái)調(diào)節(jié)電阻的正溫度系數(shù)線11的斜率。例如，任何其它合適導(dǎo)電粒子如金屬粉末、碳纖維、碳納米管或PTC陶瓷。通過(guò)混合兩種或更多種的正溫度系數(shù)的電阻組分，可以改變電阻的正溫度系數(shù)線11的形狀。換言之，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，可以將兩種或更多種具有不同正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組分混合到一起以形成材料(其可包含一種或更多種NTC材料)。因而該材料將表現(xiàn)出正溫度系數(shù)的電阻特性曲線(至少在特定溫度范圍)，而這樣的正溫度系數(shù)的電阻特性曲線是第一和第二組分的第一和第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。在如上所述的實(shí)例材料中，具有正溫度系數(shù)的電阻的材料是炭黑。通過(guò)對(duì)材料的熱壓(不增加炭黑的比例)可使電阻的正溫度系數(shù)線11上移。據(jù)信這是因?yàn)闊釅涸黾恿颂亢谥薪Y(jié)晶部分的體積(無(wú)定形部分被降低)而發(fā)生的，因此電阻的正溫度系數(shù)效應(yīng)的強(qiáng)度被增加。熱壓包括將材料放置在熱活塞下，該熱活塞用于向材料施加壓力。所施壓力與活塞頭的溫度是可調(diào)節(jié)的。通過(guò)例如對(duì)材料樣品的試驗(yàn)，可以調(diào)節(jié)施加給材料的熱量和壓力(以及施以壓力的時(shí)間)，以獲得特別需要的溫度系數(shù)或電阻。據(jù)知道，該材料可以被用于制造具有不同于圖l所示形式的加熱電纜。例如，可以將加熱電纜構(gòu)造成由被保護(hù)層所包圍的材料形成，電纜的材料的任一端與電源連接。此形式的加熱電纜可以被視為串聯(lián)電阻的加熱電纜。前述實(shí)施方案涉及具有正溫度系數(shù)的電阻和負(fù)溫度系數(shù)的電阻的材料。然而，如圖5所示，可以提供這樣的加熱電纜，其由具有正溫度系數(shù)的電阻的第一材料和具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻的第二材料形成。參照?qǐng)D5，第一導(dǎo)體21和第二導(dǎo)體22被埋入在具有正溫度系數(shù)的電阻的材料23中。第二導(dǎo)體22被具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻的材料24包圍。絕緣材料25包圍正溫度系數(shù)材料23。圖5的加熱電纜通過(guò)如下方法構(gòu)造通過(guò)第二導(dǎo)體22從其中穿過(guò)的模頭(未顯示)，將負(fù)溫度系數(shù)材料24擠出。通過(guò)將前面提到的NTC陶瓷加入到聚乙烯混合物中，可以形成合適的負(fù)溫度系數(shù)材料，該聚乙烯混合物包含前面提到的材料但不包含炭黑。在第一次擠出之后，通過(guò)第一導(dǎo)體21和第二導(dǎo)體22從其中穿過(guò)(第二導(dǎo)體已被負(fù)溫度系數(shù)材料24包圍)的模頭(未顯示)，將正溫度系數(shù)材料23擠出。合適的PTC材料為前面提到的12聚乙烯混合物(沒(méi)有NTC粉末)。在另外的備選布置(未顯示)中，可將加熱電纜構(gòu)造成其中第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體被埋入具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻的材料中。第二導(dǎo)體可以被具有正溫度系數(shù)的電阻的材料包圍。這種電纜也可以以與前述相同的方式，通過(guò)擠出來(lái)構(gòu)造。在前面提到的兩種布置中，所得溫度系數(shù)曲線可以被安排成具有圖2所示類型的電阻溫度系數(shù)曲線。曲線的斜率、寬度和位置可以以前述涉及圖4的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。此夕卜，例如通過(guò)向混合物中加入不同的PTC材料或NTC材料，可以改變曲線的整體形狀。圖6示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，材料的電阻隨溫度的變化。該材料包含提供負(fù)溫度系數(shù)的電阻的組分和兩種提供不同正溫度系數(shù)的電阻的組分。在低溫下，該材料具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻，表示為區(qū)域A。在中間溫度下，電阻的溫度系數(shù)相對(duì)平坦，并且被標(biāo)記為區(qū)域C。超過(guò)區(qū)域C，電阻逐漸增加，并且隨后增加得更快，之后再一次回到逐漸增加。此正溫度系數(shù)的電阻區(qū)域被標(biāo)記為區(qū)域B。在圖6區(qū)域A中看到的負(fù)溫度系數(shù)的電阻可以由例如包含在材料中的組分如陶瓷提供?？梢杂糜谔峁┴?fù)溫度系數(shù)的電阻的陶瓷實(shí)例在前面被進(jìn)一步描述。曲線在區(qū)域B中的陡峭和平緩部分可以由材料中的兩種不同組分提供，其中每一種組分都具有不同正溫度系數(shù)的電阻。例如這些組分的第一種可以包含炭黑(容納在聚乙烯中，該聚乙烯形成在其中容納炭黑和其它組分的基體)。此組分提供正溫度系數(shù)的電阻，其在圖6中標(biāo)記為虛線30，即逐漸增加的電阻。第二組分可以例如包含陶瓷-金屬?gòu)?fù)合物，其中導(dǎo)電粒子選自鉍、鎵或它們的合金；并且其中高電阻材料選自陶瓷氧化物，例如氧化鋁或二氧化硅、氧化鎂和富鋁紅柱石。(陶瓷氮化物、硼酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃以及鋁酸鹽玻璃是合適高電阻材料的其它實(shí)例。)這提供更大的正溫度系數(shù)的電阻，在圖6中標(biāo)記為虛線31，即更陡峭地增加的電阻。NTC組分與兩種PTC組分一起為該材料提供根據(jù)圖6中顯示的曲線32(即實(shí)線)變化的溫度系數(shù)的電阻(即溫度系數(shù)的電阻特性曲線)。據(jù)知道，曲線32意在僅作為示意性說(shuō)明，示意性地顯示將不同的PTC組分添加到一起的結(jié)果。利用具有圖6所示的電阻系數(shù)特性曲線的材料構(gòu)造的加熱電纜具有有用的特性曲線。由于其在低溫下電阻增加，因此當(dāng)其冷的時(shí)候?qū)⒉粫?huì)遭受到高涌入電流。當(dāng)加熱電纜處于其平衡溫度系數(shù)區(qū)域C中的溫度時(shí)，電纜的電阻以及因此供應(yīng)給該電纜的電流將僅僅微小地變化。當(dāng)電纜變得較熱并且進(jìn)入?yún)^(qū)域B時(shí)，首先其電阻將逐漸增加。然而，隨著電纜變得更熱，電纜的電阻將非常迅速地增加，因此急劇地降低穿過(guò)電纜的電流的量。該電纜有效地提供防止其過(guò)熱的自動(dòng)切斷(即，使得電纜不傳導(dǎo)可感知的電流(或功率))。由于更大的正溫度系數(shù)(即更陡峭地增加電阻)而出現(xiàn)自動(dòng)切斷。隨著電纜溫度的增加，電纜的電阻更快地增加，并且傳送到電纜的電流的量迅速地降低。換言之，在電纜的正溫度系數(shù)組分內(nèi)的導(dǎo)電通道消失，并且電纜變得指數(shù)級(jí)地更加抵抗電流流動(dòng)。傳送到電纜的電流的這種快速降低防止了電纜的過(guò)熱。在這種情況下，快速地增大的電阻有效地使得電纜不會(huì)過(guò)熱到例如使其熔化或著火的程度。通過(guò)選擇第二PTC組分，可以選擇快速增長(zhǎng)曲線31的位置，即開始可見(jiàn)其效應(yīng)的溫度。這將影響自動(dòng)切斷出現(xiàn)的溫度。盡管圖6表示包含一種NTC組分和兩種PTC組分的材料的電阻，但是可以使用NTC與PTC組分的其它組合。例如，可以使用兩種NTC組分以提供負(fù)溫度系數(shù)的電阻曲線，該曲線包含具有第一斜率的區(qū)域和具有第二斜率的區(qū)域。在另一實(shí)例中可以使用兩種NTC組分和兩種PTC組分。一般而言，為獲得所期望的電阻隨溫度的變化，可以使用任何數(shù)目的組分。通過(guò)在材料中使用PTC和NTC組分的適當(dāng)組合，可使得所得溫度特性曲線具有任何期望形狀。圖7是具有一種NTC組分和兩種PTC組分的材料的電阻對(duì)溫度的曲線圖。在沿著該特性曲線的所有點(diǎn)上，在材料中NTC組分的負(fù)溫度系數(shù)的電阻與兩種PTC組分的正溫度系數(shù)的電阻之間的平衡受影響?？梢钥吹皆谔匦郧€的第一部分50上，NTC組分的負(fù)溫度系數(shù)的電阻占主導(dǎo)，意味著該特性曲線的第一部分50表現(xiàn)出負(fù)溫度系數(shù)的電阻。在特性曲線的第二部分51上，NTC組分的負(fù)溫度系數(shù)的電阻與第一PTC組分的正溫度系數(shù)的電阻平衡，意味著特性曲線的第二部分51表現(xiàn)出零溫度系數(shù)的電阻。在特性曲線的第三部分52上，第一PTC組分的正溫度系數(shù)的電阻比NTC組分的負(fù)溫度系數(shù)的電阻占優(yōu)勢(shì)，意味著特性曲線的第三部分52表現(xiàn)出正溫度系數(shù)的電阻。在特性曲線的第四部分53上，溫度為使得第一PTC組分的影響變?yōu)榭珊雎?，意味著特性曲線的第四部分53表現(xiàn)出幾乎為零溫度系數(shù)的電阻。在特性曲線的第五部分54上，溫度使得第二PTC組分成為主導(dǎo)，意味著特性曲線的第五部分54表現(xiàn)出正溫度系數(shù)的電阻。最后，在特性曲線的第六部分55上，溫度使得第二PTC組分的影響變?yōu)榭珊雎?，意味著特性曲線的第六部分55表現(xiàn)出幾乎為零溫度系數(shù)的電阻。加熱電纜可以具有圖1所示的形式，即包含一對(duì)被埋入材料3中的導(dǎo)體l、2，該材料3包含NTC和PTC組分(該材料可以被絕緣體4包圍)?；蛘?，加熱電纜可以包含所謂的串聯(lián)電阻加熱電纜。在圖8中顯示了串聯(lián)電阻加熱電纜的實(shí)例，并且該實(shí)例包含被絕緣套管或涂層44包圍的材料42(包含NTC和PTC組分)?？梢匀芜x地加入導(dǎo)電外層編織層46(例如厚度大約為0.5mm的銅編織層)，用于額外的機(jī)械保護(hù)和/或作為地線使用?？梢允褂脽崴苄酝鈱犹坠?8包裹該編織層，以用于額外的機(jī)械保護(hù)。加熱電纜在使用中可以將任意一端與電源上(典型地為恒壓源)連接。將該連接作用到材料42上，使得電流沿著加熱電纜流動(dòng)穿過(guò)材料42，由此導(dǎo)致加熱電纜被電流加熱。串聯(lián)電阻加熱電纜并不是必須包含兩種不同的PTC組分，但是可以包含例如單一的PTC組分和單一的NTC組分。實(shí)際上，在串聯(lián)電阻加熱電纜中(或者實(shí)際上在圖1所示形式的加熱電纜中)，可以使用任意數(shù)目的NTC組分和PTC組分。使用任何上述材料的加熱電纜可以被用于任何需要加熱的合適環(huán)境中。例如，加熱電纜可以沿著暴露于溫度波動(dòng)的管道或者其它流體傳輸裝置應(yīng)用?；蛘呃缈梢詫⒓訜犭娎|用于加熱人們所使用的環(huán)境，例如提供地下加熱。加熱電纜可以被安置在汽車座位中以加熱座位。加熱電纜可以具有圖1所示類型或圖7所示類型。1權(quán)利要求1.一種材料，所述材料包含第一組分，所述第一組分具有第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線；以及第二組分，所述第二組分具有第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線，所述第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，所述兩種組分的比例使得，所述材料的正溫度系數(shù)的電阻特性曲線是所述第一和第二組分的所述第一和第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。2.權(quán)利要求1所述的材料，還包含第三組分，所述第三組分具有第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線。3.權(quán)利要求2所述的材料，還包含第四組分，所述第四組分具有第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線，所述第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同。4.一種材料，所述材料包含第一組分，所述第一組分具有第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線；以及第二組分，所述第二組分具有第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線，所述第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，所述兩種組分的比例使得，所述材料的負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線是所述第一和第二組分的所述第一和第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合o5.權(quán)利要求4所述的材料，還包含第三組分，所述第三組分具有第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線。6.權(quán)利要求5所述的材料，還包含第四組分，所述第四組分具有第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線，所述第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同。7.—種加熱電纜，所述加熱電纜包含一種或更多種被埋入在前面任一權(quán)利要求所述的材料中的導(dǎo)體。8.—種制備材料的方法，所述方法包括將具有第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第一組分混合到基體中；以及將具有第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第二組分混合到該基體中，所述第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，選擇所述兩種組分的比例，使得所述材料的正溫度系數(shù)的電阻特性曲線是所述第一和第二組分的所述第一和第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。9.一種制備材料的方法，所述方法包括-將具有第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第一組分混合到基體中；以及將具有第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第二組分混合到該基體中，所述第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，選擇所述兩種組分的比例，使得所述材料的負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線是所述第一和第二組分的所述第一和第二負(fù)溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中所述基體是聚合物。11.一種加熱電纜，所述加熱電纜包含被經(jīng)擠出的負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料所包圍的第一導(dǎo)體，以及包含第二導(dǎo)體，所述第一和第二導(dǎo)體被埋入在經(jīng)擠出的正溫度系數(shù)的電阻材料中。12.—種加熱電纜，所述加熱電纜包含被經(jīng)擠出的正溫度系數(shù)的電阻材料所包圍的第一導(dǎo)體，以及包含第二導(dǎo)體，所述第一和第二導(dǎo)體被埋入在經(jīng)擠出的負(fù)溫度系數(shù)的電阻材料中。13.權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的加熱電纜，其中所述具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻的組分包含陶瓷。14.權(quán)利要求3所述的加熱電纜，其中所述陶瓷包含Mn203與NiO的混合物。15.權(quán)利要求14所述的加熱電纜，其中所述陶瓷包含82%的Mn203與18。/。的NiO。16.權(quán)利要求14或15所述的加熱電纜，其中所述混合物經(jīng)過(guò)煅燒。17.權(quán)利要求16所述的加熱電纜，其中所述煅燒在至少900。C的溫度進(jìn)行。全文摘要根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種這樣的材料，該材料包含具有第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第一組分和具有第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的第二組分，所述第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線與所述第一正溫度系數(shù)的電阻特性曲線不同，兩種組分的比例使得該材料具有正溫度系數(shù)的電阻特性曲線，并且該正溫度系數(shù)的電阻特性曲線是所述第一和第二組分的第一和第二正溫度系數(shù)的電阻特性曲線的組合。文檔編號(hào)H05B3/56GK101485230SQ200780017960公開日2009年7月15日申請(qǐng)日期2007年5月17日優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日發(fā)明者賈森·丹尼爾·哈羅德·奧康納申請(qǐng)人:電伴熱有限公司