基本信息
- 項目名稱：
- 聚乙烯及其共聚物膨脹阻燃材料
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本發(fā)明采用了新型無鹵膨脹阻燃劑，對聚乙烯及其共聚物材料進行膨脹阻燃。添加該阻燃劑的材料燃燒時，不釋放有毒及腐蝕性氣體。本發(fā)明材料與現有的聚乙烯及其共聚物阻燃材料相比，氧指數可達30以上，阻燃性能達到UL-94標準的V0級。本發(fā)明材料可以應用于化工、包裝、機械、建筑以及電線電纜等行業(yè)。
- 詳細介紹：
- 聚乙烯是目前產量最大的通用塑料之一，具有良好的機械強度、優(yōu)良的電絕緣性能、耐化學腐蝕性能以及易成型加工等優(yōu)點，被廣泛應用于生產生活中的各個領域。然而聚乙烯極易燃燒，其極限氧指數(LOI)僅為17.0%，而且起火后伴有熔滴和延流起火現象，極易導致火災蔓延。因此人們越來越重視對聚乙烯材料的阻燃改性。應用于聚乙烯的阻燃劑主要包括鹵素阻燃劑、無機阻燃劑以及膨脹阻燃劑三類。 鹵素阻燃劑雖然阻燃效率高，價格相對低廉，但其對環(huán)境污染嚴重，使用已經受到限制。無機阻燃劑雖然對環(huán)境無污染，但其阻燃效率低下，所需添加量較大，這必然對聚合物材料的力學性能破壞較大。而膨脹阻燃劑由于無鹵、低毒、生煙量小和對材料力學性能破壞較小，故已成為阻燃領域的研究熱點。 本發(fā)明系統(tǒng)的研究了阻燃劑中APP與CFA的質量配比、阻燃協(xié)效劑的種類和用量等因素對膨脹阻燃聚乙烯及其共聚物材料阻燃性能的影響。研究發(fā)現，APP/CFA為3/1時膨脹阻燃劑的阻燃效果最佳；Na-MMT，各種改性蒙脫土和4A 分子篩都具有一定的阻燃協(xié)效能力。其中有機蒙脫土 (OMMT)在提高材料阻燃性能方面作用更明顯。不同的協(xié)效劑的最佳添加量也不同，其中OMMT的最佳添加量為IFR的8%，而4A 分子篩的最佳添加量為IFR的7%。 本發(fā)明的具體加工工藝：將膨脹阻燃材料上述各組分在高速混合機中混合后，再在雙螺桿擠出機中進行共混、擠出、拉條、切粒，即得膨脹阻燃材料，其中雙螺桿擠出機各區(qū)溫度為160℃、170℃、185℃、190℃、190℃和185℃，螺桿轉速為20MHz。 簡例： 當以OMMT為協(xié)效劑，阻燃劑添加量為28份時，膨脹阻燃LLDPE材料可達到UL-94 V0級，氧指數提高到32.2%。 當以4A分子篩為協(xié)效劑，阻燃劑添加量為28份時，膨脹阻燃EVA材料可達到UL-94 V0級，氧指數提高到36.5%。 當以OMMT為協(xié)效劑，阻燃劑添加量為28份時，膨脹阻燃LLDPE/EVA材料可達到UL-94 V0級，氧指數提高到32.7%。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 本發(fā)明的目的是解決現有的阻燃劑在燒然過程中釋放出毒性氣體的問題，提供了一種膨脹阻燃聚乙烯材料。 創(chuàng)新性在于采用了新型無鹵膨脹阻燃劑，對PE材料進行膨脹阻燃。添加該阻燃劑的PE材料燃燒時，不釋放有毒及腐蝕性氣體。本發(fā)明材料與現有的聚乙烯及其共聚物阻燃材料相比，氧指數可達30以上，阻燃性能達到UL-94標準的V0級。 本發(fā)明的技術關鍵：膨脹阻燃材料按重量份數由65-80份的樹脂基復合材料、20-35份的無鹵膨脹阻燃劑、0.5-2.0份的加工助劑和0-1份的抗滴落劑組成。 本發(fā)明中所述的所述的樹脂基復合材料為聚乙烯、聚乙烯醋酸乙烯酯中的一種或兩者的共混物；樹脂基復合材料為共混物，按重量份數由60-86重量份的聚乙烯與14-40重量份的聚乙烯醋酸乙烯酯組成；聚乙烯為線型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯或高密度聚乙烯；無鹵膨脹阻燃劑按重量份數由10-60份的三嗪系成炭―發(fā)泡劑、40-90份的聚磷酸銨和0-15份的阻燃協(xié)效劑組成；阻燃協(xié)效劑為4A分子篩、二氧化硅、蒙脫土或有機蒙脫土；加工助劑按重量份數由20-30份的抗氧劑1010、20-30份的N，N-乙撐雙硬脂酸酰胺EBS和30-50份的PE蠟組成；所述的抗滴落劑為SN-3300抗滴落劑。 具體實施方式：將膨脹阻燃材料上述各組分在高速混合機中混合后，再在雙螺桿擠出機中進行共混、擠出、拉條、切粒，即得膨脹阻燃材料，其中雙螺桿擠出機各區(qū)溫度為160℃、170℃、185℃、190℃、190℃和185℃，螺桿轉速為20MHz。
科學性、先進性
- 本作品通過一系列實驗研究科學的總結出膨脹阻燃劑中各個組分的最佳配比，同時總結出基體樹脂中不同種類樹脂的最佳配比，而且探討出性價比最高的阻燃材料的配比。 該阻燃材料燃燒時不產生有毒有害氣體，不污染環(huán)境，對人體沒有傷害，同時其阻燃性能已經達到目前世界先進水平。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 目前本發(fā)明已與佳木斯沃爾德電纜廠達成合作協(xié)議并且已經進入到生產階段。
技術轉讓方式
- 轉讓發(fā)明專利。
作品可展示的形式
- 實物、產品。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 本發(fā)明材料中不含鹵素元素，解決了現有阻燃劑在燃燒中釋放有毒氣體問題；與現有阻燃材料相比，添加25-30份，本發(fā)明材料的氧指數可達30以上，阻燃性能可達UL94標準的V0級。同時拉伸強度可以達到8.5MPa,斷裂伸長率也可以達到600%。除了阻燃性能優(yōu)越，力學性能也很好，此材料燃燒時不釋放有毒有害氣體，是一種環(huán)境友好型材料。 本發(fā)明材料技術處于國內領先水平，適用于制備電線電纜護套，現已在佳木斯沃爾德電纜廠正式生產。據企業(yè)預測，該阻燃劑前景非常好，投產后可以為企業(yè)帶來上億元的產值。
同類課題研究水平概述
- 隨著膨脹阻燃技術的不斷發(fā)展，人們對膨脹阻燃劑各種性能的要求也越來越高，膨脹阻燃材料既要達到一定的阻燃級別，又要具有良好的物理機械性能、加工性能、熱穩(wěn)定性和耐水性等。膨脹阻燃劑的蓬勃發(fā)展也為膨脹阻燃LLDPE/EVA材料的發(fā)展開闊了更廣泛的空間。近年來，開發(fā)了許多適用于聚乙烯的膨脹阻燃劑，如美國HoechstCelanese公司推出的Exolit IFR-10 和Exolit IFR-11兩種新型的膨脹型阻燃劑，當在聚乙烯中添加30%~35%的上述阻燃劑時，材料氧指數可以達到30%，同時垂直燃燒級別達到UL-94 V0標準，生煙量與未阻燃材料相同，密度僅比未阻燃材料提高了10%~15%。英國Budenheim公司研制的Budit3167適用于PE及其他聚烯烴，當阻燃劑添加量在18%~25%份時，可以使阻燃材料達到UL-94 V0標準。此外還有意大利Montefluos公司的SpinflamMF82/PE，Spinflam MF82/PE可用于阻燃交聯聚乙烯（XLPE）以及核電廠和地下工程等軍事設施的電纜護套。國外其他商品化的膨脹阻燃劑還有美國Great lakes公司開發(fā)的Char-Guard CN329、美國Borg-Warner化學公司研制出的籠狀結構Melabis，這些阻燃劑不僅使聚乙烯具有優(yōu)良阻燃性能，同時對其各種使用性能影響較小。 國內四川大學等也對膨脹阻燃聚乙烯材料進行了研究。謝飛將三季戊四醇酯、聚磷酸銨及三聚氰胺磷酸鹽與LDPE復合，制備膨脹型阻燃PE電纜料，在阻燃劑添加總量為30%時，LOI可達29.8%。李明制備的HDPE/EVA/有機蒙脫土納米復合阻燃材料，當添加35% APP/PER時，其阻燃性能可達到UL-94 V0級，LOI達34%，且熔融過程較短，在較小溫度范圍內可提供足夠強度的膨脹炭層。王玉忠等發(fā)明的無鹵膨脹型阻燃聚烯烴復合物，不僅具有高氧指數、抗熔滴、低熱釋放速率、無鹵、低毒、低煙塵排放和對基材力學性能影響較小等優(yōu)點，可用于各種阻燃材料領域，特別適合用于電線電纜、通訊電纜及船泊、汽車等行業(yè)。
