耐火组合物制造技术

一种在聚合物组合物燃烧时形成目标无机物的耐火聚合物组合物，其包含２０～６０ｗｔ％的有机聚合物、２～３０ｗｔ％的氧化形成ＭｇＯ的镁化合物和５～３０ｗｔ％的二氧化硅。该组合物优选包括碱土金属硼硅酸盐化合物，该碱土金属硼硅酸盐化合物在升高的温度下形成陶瓷组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及聚合物组合物，所述聚合物组合物具有有用的耐火性能并且可用于其中需要在燃烧的情况下仍保持功能的各种应用中。本专利技术具体地针 对其中尤其需要保持电绝缘性能的电缆进行说明，但应当理解，按照本文所述的相关益处，本专利技术应具有更广泛用途。
技术介绍
电缆应用典型地由至少由绝缘层围绕的中心导体构成。此类缆线在建筑 物中具有广泛用途，并且实际上已形成家庭、办公室和工业建筑中几乎所有 电路的基础。在一些应用中，例如在应急电源和通信电路中，对缆线的要求 是即使在遭遇燃烧时仍能持续运行且能提供电路的完整性，且对该类缆线存 在许多标准。为了满足这样的一些标准，通常要求当以指定方式加热到特定温度(例如650、 750、 950、 1050。C)且加热特定时间(例如15分钟、30分钟、 60分钟、2小时)时，缆线至少保持电路完整性。在一些情况下，在加热阶 段期间使缆线经受规则的机械冲击。例如，可在加热循环的后期或者在加热 阶段之后以水喷射或喷淋缆线。为满足给定的标准，通常要求缆线在整个试 验中保持电路完整性。因而，使绝缘物保持低导电率(即使在高温下长期加 热之后)，保持其形状不收缩且不出现破裂，并使其机械上坚固是重要的， 特别是如果要求其在冲击(例如由水喷射或喷淋暴露而引起的机械碰撞所导 致的冲击)期间保持在原位时更是如此。如果要求缆线在短暂暴露于水喷射 的过程中能持续运行，则还期望使绝缘层在加热后保持防止水的进入。一种改善绝缘缆线高温性能的方法是使用由玻璃纤维制成并涂有云母 的带子缠绕缆线的导体。在生产期间将这样的带子缠绕在导体周围，然后涂 覆至少一个绝缘层。当暴露于渐增的温度时，外层降解并脱落，但玻璃纤维 将云母保持在原位。已经发现这些带子在火焰中有效地保持电路完整性，但 是其非常昂贵。此外，与其他缆线生产步骤相比，在导体周围缠绕带子的工艺相对緩慢，因此带子的缠绕减緩了缆线的总体生产，还增加了成本。期望的是，可以在通过挤出生产缆线期间涂覆耐火涂层，从而避免使用带子。呈现耐火性的某些组合物在升高的温度下也不显示适当高的电阻率。当 用于缆线应用时，这些组合物仅在导体和支撑性的金属托盘或支架之间提供 隔热和/或物理屏障，而在燃烧条件下往往会导电，从而导致电路故障。在此 情况下，必须采取另外的步骤以确保在升高的温度下保持电绝缘。例如，可配备于特别引入设计中以提供电绝缘的隔离层上。期望的是，提供单一组合 物，该组合物在升高的温度下可赋予所需的隔热和/或提供所需的粘结性(coherent)物理屏障(例如不破裂或破碎)，另外该组合物在那些温度下起电绝 缘体的作用。这可能提供显著的成本节省并简化产品制造。期望地，根据本专利技术的组合物不仅提供隔热和/或粘结性物理屏障或涂 层，而且也可以在升高的温度下呈现所需的电绝缘性能。根据本专利技术的组合物也可以具有优异的加工性能，该性能使它们能够通 过常规技术而容易地制造和使用。此外本专利技术能够制备具有宽范围的机械性 能的耐火聚合物产品，从而使本专利技术可以适用于许多不同应用的要求。
技术实现思路
与通过加热时从聚合态转变为陶资态以进行保护的其他专利技术相比，本发 明的区别特征在于选择在聚合组分烧尽后剩余的无机物作为组合物设计的 一部分，并且全部着眼于使目标无机物达到最大化来选择无机组分、它们的 比例、形状和状态，同时仍保持聚合态时的有用性能。申请人通过考虑目标无机物的组成发现，可以将无机物前体添加到聚 合物组合物中，可以在聚合物组合物燃烧时促进形成目标无机物。这样的一 个实例为按照比例并使用选定的粒径和尺寸分布，向耐火组合物中添加可 氧化的镁化合物和二氧化硅无机物，以使镁化合物在额定温度的火焰下可以 与组合物中的二氧化硅反应从而形成无机物镁橄榄石。镁橄榄石是具有通式 Mg2Si04的富含镁的材料，已知其在高温(1000。C)下具有高膨胀和高电阻率。 当然存在能够以类似形式形成的其他无机物，如堇青石 (2Mg0.2Al203'5Si02)、顽辉石(MgSi03)和尖晶石(MgAl204)。根据一个实施方式，提供了一种在聚合物组合物燃烧时形成目标无机物 的耐火聚合物组合物，其包含 20 60wt。/。的有机聚合物； 2 30wt。/。的氧化形成MgO的镁化合物；和 .5 30wt。/。的二氧化硅。二氧化硅形成与^5威性MgO反应从而形成目标无^L物的酸性氧化物。在优选实施方式中，聚合物组合物包含30 45wt。/。的有机聚合物；2~20% 的镁化合物；和5 20%的二氧化硅。为了确保良好的聚合性能，聚合物组合 物中无机组分的总含量应该不超过65wt%。取决于目标无机物，组合物还可以包含最高达30wt。/。的具有适当粒径和 分布的氧化铝(八1203)、及其他在强加热时具有挥发性阴离子或能形成氧化铝 的盐(如三水合氧化铝)。耐火粘土也可以表示氧化铝源，尽管粘土组成应当 不包括大量的导电阳离子和助熔剂如Li、 Na和K，这将在高温下降低组合 物的电阻。优选地，聚合物组合物不包含Li、 Na和K。在本专利技术的优选形式中，具有适当粒径和分布的镁化合物是氢氧化镁。 取决于组合物的性能要求，可以使用其他镁化合物，如具有挥发性阴离子的 盐。这些可以包括碳酸镁、卣化镁、硝酸镁或硫S吏镁，虽然这些化合物的导 电或吸水性对于某些应用而言太高。在本专利技术的优选形式中，上述组合物包含小于15重量％的碱土金属硼 硅酸盐化合物，该碱土金属硼硅酸盐化合物在升高的温度下形成陶瓷组合 物。碱土金属硼硅酸盐的量优选为全部组合物的5 15wt%。生产硼硅酸盐玻璃/陶瓷中的问题在于硼的硼挥发可导致表层变得富集 二氧化硅。此外，硼酸导致陶瓷组合物的粘度随温度升高而降低，从而导致 组合物的差的尺寸稳定性。氧化硼和一价碱金属(例如钠和钾)通常还是水溶 性的，因此这些组合物的稳定性特别易于受到高温和/或水的影响。本专利技术的优选形式通过添加碱土形式的硼硅酸盐而克服了该问题。优选 地，碱土金属选自钓、镁、锶、钡、铅和锌。有利地，配制本专利技术的组合物，以在暴露于升高的温度(例如在燃烧条 件下所经受的温度)(例如在1000°C的温度下30分钟)时提供自支撑陶瓷。优选地，碱土金属硼硅酸盐化合物是硼硅酸钧。有利地，硼硅酸钓化合 物包括硅酸4丐和/或硼酸钩或它们的前体。尽管可以使用天然来源的硅酸4丐 (例如硅灰石)和硼酸钓(例如水方硼石(CaMgB6Ou-6H20)或硬硼4丐石 (CaB304(OH)3-H20))，但优选合成原料，以便最大程度减少当组合物暴露于升高的温度下时的挥发性气体的释放和/或导电率的升高(归因于一价杂质，例如Na和/或K)。优选地，陶资组合物的硼含量为至少1重量％、优选为至少3重量％、 且甚至更优选为至少5重量％。硼含量可以为最高达12.5重量％或更大，并 且产生具有有利功能的陶瓷组合物。当暴露于在燃烧条件下所经受的升高的温度时，由本专利技术组合物形成的 硼硅酸盐陶乾的挠曲强度优选为至少0.3Mpa、更优选为至少lMPa且最优选 为至少2MPa。在火中和当受到与缆线暴露于火和所造成的后果有关的机械、热和化学 沖击时，本专利技术得到的缆线能够保持功能。当组合物暴露于升高的温度时，硼化合物的挥发可导致形成破裂，该破 裂源于除蒸汽和二氧化碳之外的包括硼的挥发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在聚合物组合物燃烧时形成目标无机物的耐火聚合物组合物，其包含：　２０～６０ｗｔ％的有机聚合物；　２～３０ｗｔ％的氧化形成ＭｇＯ的镁化合物；和　５～３０ｗｔ％的二氧化硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】AU 2006-4-21 20069020941. 一种在聚合物组合物燃烧时形成目标无机物的耐火聚合物组合物，其包含20～60wt％的有机聚合物；2～30wt％的氧化形成MgO的镁化合物；和5～30wt％的二氧化硅。2. 权利要求1的组合物，其中该有机聚合物的含量为30 45wt%。3. 权利要求1或2的组合物，其中该镁化合物为2 20wt°/0。4. 权利要求l、 2或3的组合物，其中该二氧化硅的含量为5~20wt%。5. 权利要求1的组合物，其中该聚合物组合物中的无机组分不超过 65wt%。6. 权利要求l的组合物，其进一步包含最高达30wt。/。的氧化铝。7. 权利要求1的组合物，其进一步包含碱土金属硼硅酸盐化合物，该碱 土金属硼硅酸盐化合物在升高的温度下形成陶瓷组合物。8. 权利要求7的组合物，其中该碱土金属硼硅酸盐化合物的存在量最高 达该组合物总量的15重量％。9. 权利要求8的组合物，其中'该碱土金属硼硅酸盐化合物的存在量为该 组合物总量的5~15wt%。10. 权利要求7、 8或9的组合物，其中该碱土金属硼硅酸盐化合物的碱 土金属组分选自钙、镁、锶、钡、铅和锌。11. 权利要求10的组合物，其中该^喊土金属硼硅酸盐化合物是硼硅酸4丐。12. 根据权利要求11的组合物，其中该硼硅酸钙化合物包括硅酸钙和/ 或硼酸钩或它们的前体。13. 权利要求7的组合物，其中，在暴露于如在燃烧条件下所经受的温 度的升高的温度时，该组合物形成自支撑陶瓷。14. 权利要求7的组合物，其中该陶资组合物的硼含量为至少1重量％。15. 权利要求14的组合物，其中该陶瓷组合物的硼含量为至少3重量％。16. 权利要求14的组合物，其中该陶资组合物的硼含量为至少5重量％。17. 权利要求14的组合物，其中该陶瓷组合物的硼含量最高达12.5重量％。18. 权利要求7的组合物，其中在...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷姆亚历山大，
申请(专利权)人：欧莱克斯澳大利亚私人有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]