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基本信息

項(xiàng)目名稱：
聚乙烯及其共聚物膨脹阻燃材料
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本發(fā)明采用了新型無(wú)鹵膨脹阻燃劑，對(duì)聚乙烯及其共聚物材料進(jìn)行膨脹阻燃。添加該阻燃劑的材料燃燒時(shí)，不釋放有毒及腐蝕性氣體。本發(fā)明材料與現(xiàn)有的聚乙烯及其共聚物阻燃材料相比，氧指數(shù)可達(dá)30以上，阻燃性能達(dá)到UL-94標(biāo)準(zhǔn)的V0級(jí)。本發(fā)明材料可以應(yīng)用于化工、包裝、機(jī)械、建筑以及電線電纜等行業(yè)。
詳細(xì)介紹：
聚乙烯是目前產(chǎn)量最大的通用塑料之一，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的電絕緣性能、耐化學(xué)腐蝕性能以及易成型加工等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的各個(gè)領(lǐng)域。然而聚乙烯極易燃燒，其極限氧指數(shù)(LOI)僅為17.0%，而且起火后伴有熔滴和延流起火現(xiàn)象，極易導(dǎo)致火災(zāi)蔓延。因此人們?cè)絹碓街匾晫?duì)聚乙烯材料的阻燃改性。應(yīng)用于聚乙烯的阻燃劑主要包括鹵素阻燃劑、無(wú)機(jī)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(jià)格相對(duì)低廉，但其對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，使用已經(jīng)受到限制。無(wú)機(jī)阻燃劑雖然對(duì)環(huán)境無(wú)污染，但其阻燃效率低下，所需添加量較大，這必然對(duì)聚合物材料的力學(xué)性能破壞較大。而膨脹阻燃劑由于無(wú)鹵、低毒、生煙量小和對(duì)材料力學(xué)性能破壞較小，故已成為阻燃領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本發(fā)明系統(tǒng)的研究了阻燃劑中APP與CFA的質(zhì)量配比、阻燃協(xié)效劑的種類和用量等因素對(duì)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(xiàn)，APP/CFA為3/1時(shí)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(jī)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(jī)中混合后，再在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)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(jī)各區(qū)溫度為160℃、170℃、185℃、190℃、190℃和185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20MHz。 簡(jiǎn)例： 當(dāng)以O(shè)MMT為協(xié)效劑，阻燃劑添加量為28份時(shí)，膨脹阻燃LLDPE材料可達(dá)到UL-94 V0級(jí)，氧指數(shù)提高到32.2%。 當(dāng)以4A分子篩為協(xié)效劑，阻燃劑添加量為28份時(shí)，膨脹阻燃EVA材料可達(dá)到UL-94 V0級(jí)，氧指數(shù)提高到36.5%。 當(dāng)以O(shè)MMT為協(xié)效劑，阻燃劑添加量為28份時(shí)，膨脹阻燃LLDPE/EVA材料可達(dá)到UL-94 V0級(jí)，氧指數(shù)提高到32.7%。

作品圖片

  • 聚乙烯及其共聚物膨脹阻燃材料
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)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(wú)鹵膨脹阻燃劑，對(duì)PE材料進(jìn)行膨脹阻燃。添加該阻燃劑的PE材料燃燒時(shí)，不釋放有毒及腐蝕性氣體。本發(fā)明材料與現(xiàn)有的聚乙烯及其共聚物阻燃材料相比，氧指數(shù)可達(dá)30以上，阻燃性能達(dá)到UL-94標(biāo)準(zhǔn)的V0級(jí)。 本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵：膨脹阻燃材料按重量份數(shù)由65-80份的樹脂基復(fù)合材料、20-35份的無(wú)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(fù)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(fù)合材料為共混物，按重量份數(shù)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(wú)鹵膨脹阻燃劑按重量份數(shù)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(jī)蒙脫土；加工助劑按重量份數(shù)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(shí)施方式：將膨脹阻燃材料上述各組分在高速混合機(jī)中混合后，再在雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)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(jī)各區(qū)溫度為160℃、170℃、185℃、190℃、190℃和185℃，螺桿轉(zhuǎn)速為20MHz。

科學(xué)性、先進(jìn)性

本作品通過一系列實(shí)驗(yàn)研究科學(xué)的總結(jié)出膨脹阻燃劑中各個(gè)組分的最佳配比，同時(shí)總結(jié)出基體樹脂中不同種類樹脂的最佳配比，而且探討出性價(jià)比最高的阻燃材料的配比。 該阻燃材料燃燒時(shí)不產(chǎn)生有毒有害氣體，不污染環(huán)境，對(duì)人體沒有傷害，同時(shí)其阻燃性能已經(jīng)達(dá)到目前世界先進(jìn)水平。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

目前本發(fā)明已與佳木斯沃爾德電纜廠達(dá)成合作協(xié)議并且已經(jīng)進(jìn)入到生產(chǎn)階段。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

轉(zhuǎn)讓發(fā)明專利。

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品。

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

本發(fā)明材料中不含鹵素元素，解決了現(xiàn)有阻燃劑在燃燒中釋放有毒氣體問題；與現(xiàn)有阻燃材料相比，添加25-30份，本發(fā)明材料的氧指數(shù)可達(dá)30以上，阻燃性能可達(dá)UL94標(biāo)準(zhǔn)的V0級(jí)。同時(shí)拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到8.5MPa,斷裂伸長(zhǎng)率也可以達(dá)到600%。除了阻燃性能優(yōu)越，力學(xué)性能也很好，此材料燃燒時(shí)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(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，適用于制備電線電纜護(hù)套，現(xiàn)已在佳木斯沃爾德電纜廠正式生產(chǎn)。據(jù)企業(yè)預(yù)測(cè)，該阻燃劑前景非常好，投產(chǎn)后可以為企業(yè)帶來上億元的產(chǎn)值。

同類課題研究水平概述

隨著膨脹阻燃技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)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(dá)到一定的阻燃級(jí)別，又要具有良好的物理機(jī)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(guó)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(dāng)在聚乙烯中添加30%~35%的上述阻燃劑時(shí)，材料氧指數(shù)可以達(dá)到30%，同時(shí)垂直燃燒級(jí)別達(dá)到UL-94 V0標(biāo)準(zhǔn)，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(guó)Budenheim公司研制的Budit3167適用于PE及其他聚烯烴，當(dāng)阻燃劑添加量在18%~25%份時(shí)，可以使阻燃材料達(dá)到UL-94 V0標(biāo)準(zhǔn)。此外還有意大利Montefluos公司的SpinflamMF82/PE，Spinflam MF82/PE可用于阻燃交聯(lián)聚乙烯（XLPE）以及核電廠和地下工程等軍事設(shè)施的電纜護(hù)套。國(guó)外其他商品化的膨脹阻燃劑還有美國(guó)Great lakes公司開發(fā)的Char-Guard CN329、美國(guó)Borg-Warner化學(xué)公司研制出的籠狀結(jié)構(gòu)Melabis，這些阻燃劑不僅使聚乙烯具有優(yōu)良阻燃性能，同時(shí)對(duì)其各種使用性能影響較小。 國(guó)內(nèi)四川大學(xué)等也對(duì)膨脹阻燃聚乙烯材料進(jìn)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(fù)合，制備膨脹型阻燃PE電纜料，在阻燃劑添加總量為30%時(shí)，LOI可達(dá)29.8%。李明制備的HDPE/EVA/有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合阻燃材料，當(dāng)添加35% APP/PER時(shí)，其阻燃性能可達(dá)到UL-94 V0級(jí)，LOI達(dá)34%，且熔融過程較短，在較小溫度范圍內(nèi)可提供足夠強(qiáng)度的膨脹炭層。王玉忠等發(fā)明的無(wú)鹵膨脹型阻燃聚烯烴復(fù)合物，不僅具有高氧指數(shù)、抗熔滴、低熱釋放速率、無(wú)鹵、低毒、低煙塵排放和對(duì)基材力學(xué)性能影響較小等優(yōu)點(diǎn)，可用于各種阻燃材料領(lǐng)域，特別適合用于電線電纜、通訊電纜及船泊、汽車等行業(yè)。
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