專利名稱:用作絕熱材料的組合物的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及在瞬間升高溫度的條件下如在起火過程中經(jīng)歷的高溫條件下起作用的、在制品中用作絕熱或熱阻隔材料的組合物。使用本發(fā)明的組合物的制品包括具有耐火性能的電纜和光纜,電子組配件如終端和電纜夾頭,以及需要用作隔火材料的填隙化合物。
在起火過程中必須承受高溫或在高溫下繼續(xù)起作用的制品中已經(jīng)使用各種材料用作熱阻隔材料。此類材料包括,例如,適時熔化形成陶瓷涂層的某些金屬氧化物以及在超過了該制品需要發(fā)揮作用的最高溫度的溫度下仍保持為固體狀態(tài)的惰性材料。例如,可使用氧化鎂,它在有機物質燃燒起火所達到的溫度下基本上保持惰性。氧化鎂可存在于金屬殼體內(nèi)。
還已使用聚合物材料。一些聚合物,如硅橡膠,在高達300℃的溫度下表現(xiàn)穩(wěn)定,但高于這些溫度將發(fā)生分解形成二氧化硅的絕熱灰塵,后者則在更高溫度下保持穩(wěn)定。然而二氧化硅灰塵多少有些脆性并會掉落或破碎。其它聚合物如聚酰胺在300-400℃的溫度下熔化并趨向于流淌開,結果在制品的一部分上損失了所需要的絕熱性能。
在電子和建筑工業(yè)中,該制品必須符合ISO 834第I部分規(guī)定的標準,它要求在按照規(guī)定時間/溫度曲線加熱時該制品仍能夠起作用。在許多情況下在這些條件下材料的性能受到溫度的影響,在該溫度下組分材料會改變狀態(tài)或發(fā)生化學反應。以各種形式使用的一種這類材料是硅鋁酸鹽。一般來說,隨著硅鋁酸鹽的硅酸鹽含量的下降,熔化溫度將提高。純氧化鋁在大約2050℃下熔化,而硅鋁酸鹽的天然白云母形式則在大約1100℃下熔化。在大多數(shù)起火的情形下溫度不會達到1100℃,所以如果白云母構成火阻隔體系的一部分,則在起火過程中保持在固相狀態(tài)下。這類體系易發(fā)生機械故障,因為阻隔體系在起火過程中處于非延性狀態(tài)。如果白云母屬于顆粒形式并由阻隔體系的其它組分保持在原位,則隨著溫度的升高它將喪失完整性,因此容易掉落。如果白云母處于燒結形式,則由于起火過程中經(jīng)歷的熱膨脹、機械撞擊和振動所引起的運動而容易破碎。破碎使燃燒的火焰前面的和熱的氣態(tài)產(chǎn)物穿透阻隔體系。在組合物用作填隙的火焰阻隔材料的應用中,失敗會導致燃燒例如從建筑物的一間房子穿透和發(fā)展到另一間房子或從一層穿透和發(fā)展到另一層。在電子應用中,火焰阻隔的失敗同樣導致電子完整性的損失。
對于具有絕熱性能的組合物仍然有需求,即在起火過程中經(jīng)歷的高溫下是延性或柔性的并保持完整性,從而在火焰中保持在原位而使之繼續(xù)用作熱阻隔材料。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面,需要在瞬間提高的溫度條件下起作用的、在制品中用作絕熱或熱阻隔材料的組合物包括至少兩種組分,兩種組分的第一種在第一個較低溫度范圍內(nèi)的溫度下是延性或柔性的,但是,在高于所述較低溫度范圍但低于耐火性能所要求的溫度上限的溫度下發(fā)生物理或化學變化,兩種組分中的第二種組分被分散在第一種組分中,和第一種組分在較低溫度范圍內(nèi)起內(nèi)聚粘結作用從而保持第二種組分并基本上保持在原位,第二種組分在過渡至第二較高溫度范圍時會發(fā)生物理或化學變化,在較高溫度范圍內(nèi)第二種組分是延性或柔性的,并具有較強的內(nèi)聚力而能夠在較高溫度范圍內(nèi)的溫度下基本上保持在原位,較高溫度范圍的下限低于耐火性能所要求的溫度上限。
在組合物中,第一種和第二種組分被混合在一起。在起火的情況下,在較高溫度范圍內(nèi)第一種組分或第一種組分的反應產(chǎn)物分散在第二種組分中。
第一種組分的狀態(tài)的變化可以是熔化或分解。第二種組分的狀態(tài)的變化可以是熔化或分解。
第一種組分包括聚合物。在本文中術語聚合物用來包括聚合物本身和/或可一起反應形成聚合物的各試劑。該聚合物可以是硅橡膠。硅橡膠在高達約300℃的溫度下是穩(wěn)定的,但高于這些溫度它會分解形成二氧化硅的灰分。二氧化硅灰分是脆性的且本身趨向于掉落或破碎。其它聚合物如聚酰胺和聚酯在300-400℃的溫度下熔化且本身會從制品上掉落下來而喪失了絕熱性能。
對于第一種組分是在高于第一溫度范圍的溫度下熔化的聚合物的情況,在該聚合物中第二種組分的存在被用來提高熔化聚合物的粘度,從而使之在高于例如400℃的溫度下保持在原位。
第二種組分包括玻璃,當熔化時形成玻璃的那類材料的混合物或結晶性材料。第二種組分在比制品需要承受的最高溫度低的溫度下熔化。第二種組分可能在高于第一種組分的熔點或分解溫度的溫度下開始熔化。當?shù)谝环N組分是一種可分解成固相殘余物的材料時,該殘余物可分散在熔化的第二種組分中和用于提高其粘度,并隨著溫度的升高將其保持在原位。
該組合物還可包括第三種組分,它在整個較高溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定呈固相,從而提高熔化的第二種組分的粘度。對于第一種組分分解后沒有固體殘余物的情況,可包括第三種組分,或者對于有殘余物的情況,可包括第三種組分,為的是進一步提高熔化的第二種組分的粘度。
第三種組分可以是鋁、硅或鎂的氧化物或此類氧化物的混合物,如硅鋁酸鹽。第三種組分在達到和高于耐火性能所要求的溫度上限的溫度(例如1000℃)下保持在固態(tài),或在低于該溫度上限但高于較高溫度范圍的下限的溫度下熔化。以這種方式,第三種組分會形成延性體系,在第二較高溫度范圍內(nèi)提供內(nèi)聚粘結力。例如,硅鋁酸鹽經(jīng)處理后使其熔化溫度降低到較高溫度范圍內(nèi)但低于上限,在該溫度下組合物需要起作用。
如以上所述,硅鋁酸鹽的熔化溫度在1100℃-2050℃范圍內(nèi)。我們發(fā)現(xiàn),通過用其它材料處理硅鋁酸鹽,熔化溫度能夠降低至同樣在火災中遇到的溫度范圍內(nèi)。典型地,該材料包括金屬氧化物或金屬氧化物的前體。有些金屬氧化物是堿金屬氧化物。我們發(fā)現(xiàn),通過使用碳酸鈉形式的氧化鈉,能夠實現(xiàn)硅鋁酸鹽的熔化溫度的顯著降低。例如,通過用碳酸鈉處理白云母形式的云母,熔化溫度能夠從1100℃降低至850℃。與氧化鈉一樣,可使用氧化鋰或氧化鉀或鈉、鋰和鉀氧化物的混合物。通過使用該混合物,熔化溫度可降低至500℃左右。以這種方式處理過的硅鋁酸鹽可形成第三組分,或以上所指的第二種組分。
當?shù)诙N組分由含有鈉或鉀的材料組成時所遇到的問題是該材料會自然潮解使之不適合某些應用。
優(yōu)選地,該組合物是非潮解性的。我們發(fā)現(xiàn)第二種和/或第三種組分的合適材料能夠通過使用其它材料制備,例如含氧化鉛的玻璃或此類玻璃的原料??墒褂闷渌饘傺趸?。
第二種組分可以是玻璃料形式。然而,玻璃料的使用所帶來的缺點是明顯增加組合物的成本。加熱原料成分形成玻璃和然后熔結和研磨該玻璃顆粒(particlesso)(被引入到第一種組分中)意味著消耗大量的能量和需要幾個處理步驟。玻璃料所以顯著增加了組合物的成本。我們發(fā)現(xiàn),令人滿意的第二種組分能夠由玻璃的原料成分的混合物形成。因此,根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選形式,第二種組分包括不同氧化物的離散顆粒的混合物,經(jīng)加熱會就地形成玻璃。這種形式的第二種組分的一個可能的缺點是,因為各種成分混合形成玻璃需要花費時間而推遲了熔化,各種成分的熔化溫度可高于玻璃的熔化溫度。另一方面,熔化各種成分所需要的熱量有益于從火焰中帶走能量。
優(yōu)選的材料是經(jīng)熔化后形成低熔點玻璃的材料,這類玻璃例如是硼酸鹽玻璃,磷酸鹽玻璃,硫酸鹽玻璃,電子玻璃。但第一種組分是硅氧烷聚合物時,它分解形成二氧化硅,和/或二氧化硅被加入到組合物中時,一些二氧化硅將與熔化的玻璃混合而形成粘性的漿狀物,一些則溶解在熔化的低熔點玻璃中,從而制造出更高熔點的玻璃和因此提高其粘度。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面,用于制造絕熱性耐火材料的組合物包括聚合物和與金屬氧化物或金屬氧化物前體或金屬氧化物或金屬氧化物前體的混合物混合的或用其處理的可熔性材料以便形成一種組合物,后者在比同樣在火災中經(jīng)歷的溫度低的溫度下熔化。典型地,熔化的溫度降低至低于1000℃的溫度??扇坌匝趸锟梢允枪桎X酸鹽,它在處理之前具有高于1000℃的熔化溫度。對于較低的溫度范圍,可使用硼酸鹽如硼酸鋅。金屬氧化物可以是堿金屬氧化物,例如,氧化鈉或氧化鋰或氧化鉀,或來自鈉、鋰和鉀氧化物的混合氧化物,或是氧化鉛,三氧化銻,或這些材料的前體或這些氧化物或前體的混合物。
熔化溫度的降低程度取決于混合物中金屬氧化物和可熔性氧化物的比例。
優(yōu)選地,熔化發(fā)生在某一溫度范圍內(nèi),從而在該溫度范圍內(nèi)能夠使組合物保持結構完整性。形成一種組合物(它作為金屬氧化物或前體的混合物熔化)的優(yōu)點是提高了熔化的溫度范圍。
優(yōu)選地,該溫度范圍是在450℃和1210℃之間。
如以上所指定的,該組合物包括可熔性氧化物和金屬氧化物或金屬氧化物前體的混合物,或它包括早已與金屬氧化物一起加熱進行預處理的可熔性氧化物,從而與金屬氧化物反應形成降低了熔化溫度的組合物。
為了改進組合物在較高溫度下的性能,耐火材料(即在比同樣在火災中遇到的溫度高的溫度下保持固態(tài)和穩(wěn)定的材料)被加入到組合物中。通過添加此類材料,熔化的結晶性材料的粘度得到提高,從而防止熔化的結晶性材料從制品上流走。包含耐火材料還有助于穩(wěn)定組合物的體積。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面,該組合物包括已改性的耐火性氧化物和玻璃質材料,從而在較寬的溫度范圍內(nèi)保持組合物的結構完整性,改性在于調整該玻璃質材料和耐火性氧化物的熔化特性,因此在火災的各個階段中保持了粘性液相,在液相-固相粘結中保持了結構完整性。以這種方式能夠生產(chǎn)出更佳有效的火焰阻隔材料。
合適的耐火性氧化物包括二氧化硅,氧化鋁和硅鋁酸鹽。
可熔性氧化物可具有在400℃-850℃范圍內(nèi)的熔化或軟化點。較低的軟化點可通過添加其它材料來實現(xiàn)。
改性的耐火性氧化物可與其它材料一起使用而形成一體系,后者與聚合物主體材料相結合而得到柔性材料或填隙化合物。這些化合物能夠被設計成導電性,半導體性,絕緣性或阻燃性,這取決于具體的應用。此外,材料本身就可原樣使用。
由于在火災中經(jīng)歷的條件是短暫的,在整個制品中將有溫度梯度,因此在任何時間制品的不同部分將處于不同的溫度下。例如,當制品是電纜時,電纜的一側比另一側更靠近火焰和因此在最接近火焰的電纜外側上的溫度大大高于遠離火焰的那一側上電纜內(nèi)部的溫度。為此,沒有必要提供一種體系,它是柔性的并在所有的溫度下提供完整性。只要在所有的時間內(nèi)制品的一些合適部分處在某溫度下,在該溫度下體系的各種組分中的一種或其它將提供必要的完整性,則制品的其它部分處在了沒有任何組分處于合適相中的溫度下。
本發(fā)明還涉及一種組合物,它包括任何兩種或多種以下組分-聚合物,在室溫下和在較低的提升溫度范圍內(nèi)(溫度范圍例如是300℃)下提供完整性和延性-玻璃或可熔性氧化物組分,在較高溫度范圍內(nèi)提供完整性和延性(該范圍例如在450℃和850℃之間)-改性的耐火性氧化物或改性的耐火性氧化物的前體,在更高的溫度范圍內(nèi)提供完整性和延性(該范圍可在850℃和1000℃之間),和-在火災中經(jīng)歷的所有溫度條件(例如不超過1000℃)下表現(xiàn)穩(wěn)定和保持固態(tài)的耐火材料。
在任何特殊溫度(此時其它組分處于熔化相中)下處于固相中的組分可用來提高組合物的粘度和因此改進在該溫度下體系的完整性。
當聚合物屬于在高于較低溫度范圍的溫度下分解形成固體殘余物的類型時,分解產(chǎn)物將形成耐火性材料,后者在所有溫度下都穩(wěn)定或者是對在所有溫度下都穩(wěn)定的其它耐火性材料的補充。
該體系可包括全部四種組分。在該體系中,隨著主體聚合物分解,玻璃或可熔性氧化物顆粒熔化而開始了讓延性玻璃取代聚合物相的過程。隨著玻璃或可熔性氧化物的熔化,它粘結于或熔解于或結合于構成了原始組合物的一部分的耐火性氧化物(即穩(wěn)定的耐火材料和改性的耐火材料)和作為主體聚合物的分解產(chǎn)物存在的其它耐火性材料。這一作用提高了液相的粘度。
隨著溫度的提高,在更高溫度范圍內(nèi),在改性試劑例如堿金屬氧化物和耐火性氧化物之間發(fā)生物理和/或化學相互作用或反應而形成了在大約850℃下熔化的物質。該反應是與一些來自固相的還未改性的耐火性氧化物進行而且還與熔化相中的耐火性氧化物(即已經(jīng)熔解到由玻璃或可熔性氧化物熔化所形成的液相中)進行。在聚合物發(fā)生分解的溫度下形成的液相和熔化的改性耐火性氧化物都結合于穩(wěn)定的耐火性材料(即已經(jīng)被選擇預計存在),從而在火災中可使制品預期保存下來的溫度范圍內(nèi)不致于熔化。這些非熔化型耐火材料提高熔化耐火性氧化物的粘度并用來穩(wěn)定其體積。
還可能由少量非熔化型耐火性被吸收到由熔化玻璃或氧化物形成的液相中及熔化的改性耐火性氧化物相中。這一作用可用來提供穩(wěn)定的基質,甚至在非常高的溫度下。
玻璃是非結晶性固體,所以具有非均勻的分子結合作用。這將導致非特定的寬熔化或軟化點。粘度隨溫度的變化速率,雖然與組成也有關系,則比結晶性固體緩慢。通過使用不同類型的玻璃的混合物或受熱形成玻璃質材料的可熔性氧化物的混合物,能夠得到具有中間熔化特性的組合物。通過使用在較高溫度下反玻璃化的玻璃,在通過反玻璃化后形成的晶體和剩下的液相之間的相互作用使得在某一溫度下保持粘度,否則在該溫度下液相將變得太具流動性而無法保持完整性。因此,溫度范圍(在該范圍內(nèi)組合物才有效)的上端可進一步延伸。
在電絕緣性能相當重要的應用中,含有氧化鉛的玻璃特別有效。也可使用電子玻璃,它含有能夠中和移動相的離子片段的物質。
對于在性質上稍具導電性的玻璃,提高了堿金屬含量和熔化溫度較低的材料是合適的。當需要導電性時能夠使用硫屬元素化物和金屬玻璃。
對于較低溫度熔化的玻璃,具有各種改性劑和穩(wěn)定劑的磷酸鹽、硫酸鹽和氧化硼玻璃是典型的。
硼酸鹽玻璃或形成硼酸鹽玻璃的可熔性氧化物是特別優(yōu)選的。我們發(fā)現(xiàn),通過使用含有氧化鉛和硼酸鹽的混合物,能夠獲得令人滿意的組合物?;旌衔镆部珊腥趸R。
如以上所指明的,如果可熔性氧化物組分作為玻璃質材料的原料成分的混合物而不是作為玻璃料形式的玻璃存在于組合物中,則能夠顯著節(jié)約成本。
為了以較低熔化溫度形成耐火性氧化物,耐火性氧化物與堿金屬氧化物助熔劑的混合物被包括在組合物中。優(yōu)選地,堿金屬氧化物是鈉或鋰氧化物或鈉、鋰和可能存在的鉀的氧化物混合物。通過使用堿金屬氧化物的混合物,能夠達到低于850℃的熔化溫度,甚至低至400-500℃。助熔劑用來斷裂耐火性氧化物的共價鍵結構。這在耐火性氧化物的鍵強度典型為60-110Kcal/mol時尤其重要并直接與發(fā)生熔化的溫度有關。所以,在一定范圍內(nèi),堿金屬氧化物的量確定了改性耐火性氧化物的熔化溫度。
取決于體系的具體應用,改性耐火性氧化物能夠以一種或兩種明顯不同的形式存在。對于沒有過多電性能要求的應用,該體系能夠以未處理狀態(tài)使用,即還未改性的耐火材料和改性劑一起混合但未反應。其優(yōu)點是從制造過程中省略了一個步驟并通過釋放出非燃性氣體(例如氮氣,水或二氧化碳)提供了附加的吸熱阻燃效果。在其它環(huán)境中,如需要電絕緣性能或消除所揮發(fā)的氣體的場合,改性耐火性氧化物可預先制備,即在被引入到組合物(用于形成制品)中之前體系的未改性氧化物和改性劑兩組分進行熔化、熔結和研磨。以這種方式,在被引入到體系中進入主體聚合物中之前完成氣體釋放反應,或當使用組合物作為涂料組合物時,沒有進一步調整。預先制備的改性氧化物也在某些應用中有一些優(yōu)點,在組合物經(jīng)歷火災的溫度變化時所發(fā)生的物理和化學變化也簡單化了,這使得熱轉變更加合理化從而得到了溫度范圍(在該范圍內(nèi)體系的各種組分起作用)的明晰兩端。
如以上所述,本發(fā)明的組合物沒有必要包括所有四種組分。它可僅僅由聚合物和可熔性氧化物或玻璃,或聚合物、可熔性氧化物或玻璃和耐火材料組成。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,熔化溫度低于同樣在火災中經(jīng)歷的最高溫度(即1000℃)的結晶性材料的生產(chǎn)方法包括將堿金屬氧化物或堿金屬氧化物和該氧化物的前體加入到耐火材料例如氧化鋁、氧化硅、氧化鎂和這些氧化物的復合物如硅鋁酸鹽中,然后將組合物熔化。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,本發(fā)明提供了一種用于制造絕熱耐火材料的組合物,它包括聚合物和不同氧化物的離散顆粒的混合物,后者經(jīng)加熱后就地熔化形成低溫熔化型玻璃。
聚合物優(yōu)選是硅氧烷聚合物,它在加熱下分解形成硅的氧化物。
該混合物優(yōu)選在450-850℃范圍內(nèi)的溫度下熔化。
混合物優(yōu)選包括硼酸鹽,例如硼酸鋅。
混合物優(yōu)選包括金屬氧化物,優(yōu)選氧化鉛或氧化銻或鉛和銻氧化物的混合物。
該組合物還包括耐火材料例如二氧化硅。
以上所述的組合物可用于制造各種制品,通過擠塑或其它加工方法。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面提供了一種制品,它需要在瞬間升高的溫度下起作用,包括包含任何以上所述組合物的絕熱材料層。
該制品可以是包括一種或多種導電體的電纜。絕熱層可構成電絕緣材料或一層或多層電絕緣材料或可包括單獨的層。該制品可以是電纜夾頭或電纜的其它輔助件,或可以是電子組件。
借助于下面的實施例和附圖(
圖1)來進一步描述和說明本發(fā)明,附圖顯示了電纜截面的放大圖,該電纜在其結構中包括本發(fā)明的材料。
根據(jù)本發(fā)明的材料組合物的實例是以下這些。組合物可由任何方式進行混合。
實施例1.1無機聚合物組合物由以下組分構成1. 100重量份的有機基聚硅氧烷膠,
2. 10-100重量份的增強填料,3. 1-20重量份的有機過氧化物,4. 10-120重量份的氧化鉛,5. 10-90重量份的三氧化銻,6. 1-40重量份的硼酸鋅,7. 20-75重量份的其它填料和加工助劑如沉淀硅石和硅油。
實施例1.2另一種組合物由以下組分構成1. 100重量份的有機基聚硅氧烷(0.2mol%不飽和脂族烴基),2. 35-65重量份的硅石填料,比表面積為100±20m2/g,3. 2-7重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分),4. 45-70重量份的氧化鉛II,5. 20-50重量份的三氧化銻,6. 5-13重量份的硼酸鋅,7. 16-30重量份的硅油(動力學粘度在20-40Pas范圍內(nèi)),13-29重量份的沉淀硅石填料和5-13重量份的增量油。
實施例1.3另一個實例具有以下組成1. 100重量份的有機基聚硅氧烷(0.2mol%不飽和脂族烴基),2. 50重量份的硅石填料,比表面積為100±20m2/g,3. 4重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分),4. 55重量份的氧化鉛II,5. 35重量份的三氧化銻,6. 10重量份的硼酸鋅,7. 23重量份的硅油(動力學粘度在20-40Pas范圍內(nèi)),20重量份的沉淀硅石填料和10重量份的硅石粉。
在以上實施例中,組分4,5和6是可熔性氧化物或改性劑;各組分的混合物在400℃-1100℃之間溫度下加熱后形成玻璃或陶瓷材料。
在遇火時,材料暴露于升高的溫度并隨著溫度的升高而發(fā)生結構變化。在約350℃和450℃之間,有機基聚硅氧烷膠(組分1),它是組合物的內(nèi)聚力和結構完整性的關鍵,開始分解而形成氧化硅灰塵。通常,灰化將導致結構完整性的損失。然而,對于舉例的組合物而言,可熔性氧化物或改性劑(組分4,5和6)開始在高于400℃的溫度下熔化。這些化合物的熔化得到熔化玻璃或陶瓷或半陶瓷材料,使整個組合物在升高的溫度下具有結構完整性,而有機基聚硅氧烷膠已經(jīng)形成灰。另外,熔化的改性劑可溶解由有機基聚硅氧烷膠分解所產(chǎn)生的灰分(氧化硅),使熔化混合物有提高的粘度和提高的強度。通過溶解在已熔化的硼酸鹽玻璃材料中,硅的氧化物產(chǎn)生較高熔點的玻璃和因此提高粘度,部分原因是未溶解的二氧化硅形成漿狀組合物的效果,還部分地在于熔點的提高。
在實施例中可熔性氧化物或改性劑(組分4,5和6)由氧化鉛,三氧化銻和硼酸鋅的基料組成。這些材料是獲得低溫硼酸鹽玻璃的廉價但高效的途徑??梢氲浇M合物中的其它材料包括1.氧化鋰2.氧化硼3.氧化鎂4.氧化鈉5.氧化鉀,硝酸鉀或碳酸鉀6.五氧化二釩7.氧化鋯8.二氧化鈦9.磷酸鹽玻璃的前體(例如聚磷酸銨)10.硫酸鹽玻璃的前體11.其它電子玻璃前體12.其它水玻璃前體
13.氧化鍶或碳酸鍶14.氧化鈣或碳酸鈣15.氧化鐵16.氧化鋇17.氧化釔18.氧化釩19.鉻、鉬或鎢的氧化物組合物的熔化溫度可通過改變整個組合物中改性劑(組分4,5和6)的總量以及這三種單獨的組分的相對比例來對其施加影響。通過提高整個組合物中改性劑的總量,降低了熔化溫度。
實施例2.1又一個實例是1. 100重量份的有機基聚硅氧烷膠,2. 10-100重量份增強填料,3. 1-20重量份的有機過氧化物4. 50-200重量份的氧化鉛5. 30-150重量份的三氧化銻6. 10-70重量份的硼酸鋅7. 5-50重量份的其它填料和加工助劑如沉淀硅石和硅油。
實施例2.2更特定的實例是1. 100重量份的有機基聚硅氧烷(0.2mol%不飽和脂族烴基),2. 60-90重量份的比表面積為100±20m2/g的硅石填料,3. 2-5重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分),4. 140-170重量份的氧化鉛II,5. 90-110重量份的三氧化銻,6. 15-35重量份的硼酸鋅,
7. 30-40重量份的硅油(動力學粘度在20-40Pas范圍內(nèi))。
實施例2.3再一個特定實例是1. 100重量份的有機基聚硅氧烷(0.2mol%不飽和脂族烴基),2. 80重量份的比表面積為100±20m2/g的硅石填料,3. 4重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分),4. 158重量份的氧化鉛II,5. 101重量份的三氧化銻,6. 29重量份的硼酸鋅,7. 35重量份的硅油(動力學粘度在20-40Pas范圍內(nèi))。
對于這些實施例,可熔性氧化物或改性劑組分4,5和6在450℃和1200℃之間的溫度下熔化。
根據(jù)實施例2.3混合的組合物按以下方式暴露于火災中預見的溫度下。對組合物2.3取幾個樣品。每一種樣品在2小時內(nèi)在烘箱中暴露于恒定溫度。樣品在400-1300℃之間的恒定溫度下暴露。在暴露之后研究各樣品的外觀。在暴露于450℃的溫度之后,組合物開始顯示出組分4,5和6的熔化效果。暴露于比該溫度高的溫度(例如450-750℃)下的樣品顯示出更多的熔化證據(jù);在較低溫度(例如450-750℃)下樣品的外觀是輕度熔化的物料的外觀。暴露于較高溫度(例如800-1210℃)下的樣品具有更具光澤的或陶瓷一樣的外觀。發(fā)生熔化和/或陶瓷化而與此同時組合物保持內(nèi)聚力的溫度范圍是450-1210℃的范圍。在高于1210℃的溫度下,熔化進行到使組合物產(chǎn)生流動的較大程度;它不再顯示出有效的內(nèi)聚力。
通過說明本發(fā)明的組合物的許多可能應用中的一種,圖1顯示了通過使用本發(fā)明的組合物所形成的電纜的截面。銅導體1被硅氧烷絕緣體2包覆。硅氧烷絕緣體2是在導體1周圍擠塑而成的普通硅橡膠。硅氧烷絕緣體被實施例2.3中描述的組合物形成的層3包圍。通過擠塑方法在層3上形成了該層并以普通方式風干。整個電纜,在這種情況下引入了兩根銅導體和它們外圍各層,本身進一步被外套管4包裹。在暴露于950℃的火焰溫度后,保持了電纜的電性能和結構。
在火中組合物3的層將會熔化并損失其絕緣性能。因此重要的是在起火中導體1具有保持絕緣性能的外圍層。在該實施例中,硅氧烷絕緣層2在熱解后形成二氧化硅絕緣灰分,它由組合物層3保持在原位并能夠使電纜保持其在火中的電性能。
根據(jù)本發(fā)明的組合物也能夠以有機聚合物體系為基礎。
在加熱下熔化形成硬質結構的基于有機聚合物的體系的實例是以下這些。應該指出的是,在這些實施例中,改性劑或在升高的溫度下熔化得到有強內(nèi)聚力結構的組分的混合物,是由組分3表示。對于這些實施例,改性劑組分3在850-1100℃之間的溫度范圍內(nèi)熔化。
實施例3.11. 100重量份的乙烯-丙烯三元共聚物,2. 25-175重量份的增強填料,3. 150-300重量份的改性劑,4. 1-10重量份的偶聯(lián)劑,5. 1-20重量份的交聯(lián)劑,6. 1-10重量份的自由基促進劑,7. 1-10重量份的熱穩(wěn)定劑,8. 10-75重量份的加工助劑和抗氧化劑。
實施例3.21. 100重量份的乙烯-丙烯-二烯共聚物,2. 100-140重量份的硅石粉,3. 60-80重量份的三氧化銻,100-120重量份的氧化鉛II,和10-30重量份的硼酸鋅,4. 3-5重量份的有機硅烷,5. 5-13重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分)6. 7-9重量份的三烯丙基氰脲酸酯,
7. 3-8重量份的氧化鋅,8. 40-50重量份的加工助劑,和2-4重量份的抗氧化劑。
實施例3.31. 100重量份的乙烯-丙烯-二烯共聚物,2. 120重量份硅石粉,3. 70重量份的三氧化銻,110重量份的氧化鉛II,和20重量份的硼酸鋅,4. 4重量份的有機硅烷,5. 10重量份二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分),6. 8重量份的三烯丙基氰脲酸酯,7. 5重量份的氧化鋅,8. 45重量份的加工油,和3重量份抗氧化劑。
實施例3.4通過在體系中引入纖維狀材料,可獲得更具內(nèi)聚力的熔化產(chǎn)物。下面詳細列出含有纖維狀材料的實例1. 100重量份的乙烯-丙烯三元共聚物,2. 25-175重量份的增強填料,3. 125-300重量份的改性劑,4. 1-10重量份的偶聯(lián)劑,5. 1-20重量份的交聯(lián)劑,6. 1-10重量份的自由基促進劑,7. 1-10重量份的熱穩(wěn)定劑,8. 10-75重量份的加工助劑和抗氧化劑,9. 10-70重量份的天然或合成硅鋁酸鹽纖維。
實施例3.5含有纖維材料的基于有機聚合物的體系的更特定實例是1. 100重量份的乙烯-丙烯-二烯共聚物,2. 80-150重量份的硅石粉,
3. 60-80重量份的三氧化銻,80-125重量份的氧化鉛II,和10-30重量份的硼酸鋅,4. 3-5重量份的有機硅烷,5. 5-13重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分)6. 7-9重量份的三烯丙基氰脲酸酯,7. 3-8重量份的氧化鋅,8. 35-55重量份的加工油,和2-4重量份的抗氧化劑,9. 40-60重量份的天然或合成氧化鋁或從二代巖石產(chǎn)生的硅鋁酸鹽纖維。
實施例3.6再一個更特定的實例是1. 100重量份的乙烯-丙烯-二烯共聚物,2. 120重量份的硅石粉,3. 70重量份的三氧化銻,110重量份的氧化鉛II,和20重量份的硼酸鋅,4. 4重量份的有機硅烷,5. 10重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分)6. 8重量份的三烯丙基氰脲酸酯,7. 5重量份的氧化鋅,8. 45重量份的加工油,和3重量份的抗氧化劑,9. 50重量份的天然或合成氧化鋁或從二代巖石產(chǎn)生的硅鋁酸鹽纖維。
實施例4下面是通過加熱熔化形成硬質結構的基于有機聚合物的體系的實例1. 100重量份的乙烯-丙烯三元共聚物,2. 10-250重量份的增強填料,
3. 100-250重量份的改性劑,4. 1-10重量份的偶聯(lián)劑,5. 1-20重量份的交聯(lián)劑,6. 1-10重量份的自由基促進劑,7. 1-10重量份的熱穩(wěn)定劑,8. 10-75重量份的加工助劑和抗氧化劑。
更特定的實例是1. 100重量份的乙烯-丙烯-二烯共聚物,2. 70-90重量份的白云母,3. 60-80重量份的三氧化銻,60-80重量份的氧化鉛II,10-30重量份的硼酸鹽和20-40重量份的碳酸鋰,4. 3-5重量份的有機硅烷,5. 5-13重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分)6. 7-9重量份的三烯丙基氰脲酸酯,7. 3-8重量份的氧化鋅,8. 35-45重量份的加工油,和2-4重量份的抗氧化劑。
又一個更特定的實例是1. 100重量份的乙烯-丙烯-二烯共聚物,2. 80重量份的白云母,3. 70重量份的三氧化銻,70重量份的氧化鉛II,20重量份的硼酸鹽和30重量份的碳酸鋰,4. 4重量份的有機硅烷,5. 10重量份的二枯基過氧化物(在白堊或EPDM載體體系上有40%活性成分)6. 8重量份的三烯丙基氰脲酸酯,7. 5重量份的氧化鋅,8. 40重量份的加工油,和3重量份的抗氧化劑。
以上的組合物特別可用作電纜的涂料,但應該理解的是,它們能夠用于制造任何制品,組件或熔結料,在火災中后續(xù)性能是理想的。
權利要求
1.需要在瞬間提高的溫度條件下起作用的、在制品中用作絕熱或熱阻隔材料的組合物,它包括至少兩種組分,兩種組分的第一種在第一個較低溫度范圍內(nèi)的溫度下是延性或柔性的,但是,在高于上述較低溫度范圍但低于耐火性能所要求的溫度上限的溫度下發(fā)生物理或化學變化,兩種組分中的第二種組分被分散在第一種組分中,和第一種組分在較低溫度范圍內(nèi)起內(nèi)聚粘結作用從而保持第二種組分并基本上保持在原位,第二種組分在過渡至第二較高溫度范圍時會發(fā)生物理或化學變化,在較高溫度范圍內(nèi)第二種組分是延性或柔性的,并具有強內(nèi)聚力而能夠在較高溫度范圍內(nèi)的溫度下基本上保持在原位,較高溫度范圍的下限低于耐火性能所要求的溫度上限。
2.根據(jù)權利要求1的組合物,其中第一種和第二種組分被混合,從而使得在火災中在較高溫度范圍內(nèi)第一種組分的反應產(chǎn)物分散于整個第二種組分中。
3.根據(jù)權利要求1或2的組合物,其中第一種組分的狀態(tài)的改變是熔化或分解。
4.根據(jù)權利要求1,2或3的組合物,其中第二種組分的狀態(tài)的改變是熔化和/或分解。
5.根據(jù)權利要求4的組合物,進一步包括第三種組分,后者在整個較高溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定呈固相,從而提高熔化的第二種組分的粘度。
6.根據(jù)權利要求4或5的組合物,其中第一種組分是分解成固相殘余物的材料,當熔化時該殘余物被分散在第二組分中從而提高其粘度。
7.根據(jù)前述權利要求中任何一項的組合物,其中第一種組分包括聚合物或經(jīng)反應形成聚合物的試劑。
8.根據(jù)權利要求7的組合物,其中聚合物是硅橡膠。
9.根據(jù)前述權利要求中任何一項的組合物,其中第二種組分包括鋁、硅、鎂或硼的氧化物或此類氧化物的混合物。
10.根據(jù)權利要求9的組合物,其中第二種組分包括硅鋁酸鹽。
11.根據(jù)權利要求10的組合物,其中硅鋁酸鹽用一種物質進行處理將其熔化溫度降低至較高溫度范圍內(nèi)但低于組合物需要起作用的溫度上限。
12.根據(jù)權利要求11的組合物,其中該物質包括金屬氧化物或金屬氧化物的前體。
13.根據(jù)權利要求12的組合物,其中金屬氧化物是堿金屬氧化物或堿金屬氧化物的前體。
14.根據(jù)權利要求13的組合物,其中前體是碳酸鹽或乙酸鹽。
15.根據(jù)權利要求10的組合物,其中硅鋁酸鹽是白云母形式的云母,它已用堿金屬碳酸鹽處理而將其熔化溫度降低至約850℃。
16.根據(jù)權利要求9的組合物,其中第二種組分包括硼酸鹽。
17.根據(jù)權利要求16的組合物,其中硼酸鹽是硼酸鋅。
18.根據(jù)權利要求16或17的組合物,其中第二種組分包括金屬氧化物。
19.根據(jù)權利要求18的組合物,其中金屬氧化物的金屬選自鉛,鍶,鈣,鐵,鋇,釔,釩,鉀,鉻,鎢和鉬,鋰,鎂,鈉,鋯,鈦。
20.根據(jù)前面權利要求中任何一項的組合物,其中第二種組分包括一種在熔化后形成水玻璃、磷酸鹽玻璃、電子玻璃、硫酸鹽玻璃或硼酸鹽玻璃的材料。
21.根據(jù)前面權利要求中任何一項的組合物,其中第二種組分是非潮解性的。
22.根據(jù)權利要求21的組合物,其中第二種組分是鉛玻璃或鉛玻璃的原料。
23.根據(jù)前面權利要求中任何一項的組合物,其中第二種組分包括在加熱后熔化就地形成玻璃的不同氧化物的離散顆粒的混合物。
24.用于制造絕熱性耐火材料的組合物,它包括與金屬氧化物或金屬氧化物前體或金屬氧化物或金屬氧化物前體的混合物混合的或用其處理的可熔性氧化物材料從而將其熔化溫度降低到比在火災中經(jīng)常經(jīng)歷的溫度低的溫度。
25.根據(jù)權利要求24的組合物,其中可熔性材料是在處理之前具有高于1000℃的熔化溫度的氧化物。
26.根據(jù)權利要求25的組合物,其中可熔性氧化物材料是硅鋁酸鹽。
27.根據(jù)權利要求24、25或26的組合物,其中金屬氧化物是堿金屬氧化物。
28.根據(jù)權利要求24、25、26或27的組合物,其中所述金屬氧化物是氧化鉛,氧化銻或這些氧化物的混合物或這些氧化物的前體。
29.根據(jù)權利要求24-28中任何一項的組合物,其中組合物包括可熔性的可形成玻璃或陶瓷的那些氧化物與金屬氧化物或金屬氧化物前體的混合物。
30.根據(jù)權利要求24-28中任何一項的組合物,其中組合物包括通過與金屬氧化物一起加熱進行預處理而形成降低熔化溫度的組合物的可熔性氧化物材料。
31.根據(jù)權利要求24-30中任何一項的組合物,進一步包括耐火材料。
32.根據(jù)權利要求31的組合物,其中耐火性氧化物包括氧化硅,氧化鋁或硅鋁酸鹽。
33.一種組合物,它包括-聚合物,在室溫下和在較低的提升溫度范圍內(nèi)提供完整性和延性-玻璃或可熔性氧化物組分,在較高的溫度范圍內(nèi)提供完整性和延性和-在火災中經(jīng)歷的所有溫度條件下表現(xiàn)穩(wěn)定和保持固態(tài)的耐火材料。
34.熔化溫度低于在火災中經(jīng)常經(jīng)歷的最高溫度的玻璃或非結晶性材料的生產(chǎn)方法,它包括將堿金屬氧化物或堿金屬氧化物和該氧化物的前體的混合物加入到耐火性氧化物中,然后將組合物熔化。
35.根據(jù)權利要求34的方法,其中耐火性氧化物包括氧化鋁,氧化硅,氧化鎂和這些氧化物的復合物。
36.用于制造絕熱性耐火材料的組合物,它包括聚合物,和在加熱時熔化就地形成低溫熔化型玻璃的不同氧化物的離散顆粒的混合物。
37.根據(jù)權利要求36的組合物,其中聚合物是在加熱時分解形成氧化硅的硅氧烷聚合物。
38.根據(jù)權利要求36或37的組合物,其中混合物在450-850℃范圍內(nèi)的溫度下熔化。
39.根據(jù)權利要求36、37或38的組合物,其中混合物包括硼酸鹽。
40.根據(jù)權利要求36-39中任何一項的組合物,其中混合物包括金屬氧化物。
41.根據(jù)權利要求40的組合物,其中金屬氧化物是氧化鉛或氧化銻或鉛和銻氧化物的混合物。
42.需要在瞬間提高的溫度條件下起作用的制品,它包括絕熱層,后者包括根據(jù)權利要求1-41中任何一項的組合物。
43.包括一根或多根導電體和絕熱層的電纜,絕熱層包括根據(jù)權利要求1-41中任何一項的組合物,該組合物構成了電絕緣材料或電絕緣材料的一層或多層或單獨的層。
44.根據(jù)權利要求43的電纜,其中硅氧烷絕緣層包覆導電體和組合物層包圍硅氧烷絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明涉及在瞬間升高溫度的條件下如在起火過程中經(jīng)歷的高溫條件下起作用的、在制品中用作絕熱或熱阻隔材料的組合物。使用本發(fā)明的組合物的制品包括具有耐火性能的電纜和光纜,電子組配件如終端和電纜夾頭,以及需要用作隔火材料的填隙化合物。本發(fā)明還提供一種組合物,它在起火過程中經(jīng)歷的升高溫度下為延性或柔性的,從而在火焰中保持在原位而使之繼續(xù)用作熱阻隔材料。
文檔編號H01B3/46GK1253655SQ9880453
公開日2000年5月17日 申請日期1998年3月23日 優(yōu)先權日1997年3月21日
發(fā)明者G·J·里德, L·S·萊奇, H·J·賴特 申請人:德雷卡英國有限公司