[发明专利]耐火组合物

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物组合物，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。本发明具体地针 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，本发明应具有更广泛用途。

背景技术

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℃)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 艺相对缓慢，因此带子的缠绕减缓了缆线的总体生产，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 将在升高的温度下赋予耐热性和/或提供物理屏障但变成有导电性的组合物 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，根据本发明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。

根据本发明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。此外本发明能够制备具有宽范围的机械性 能的耐火聚合物产品，从而使本发明可以适用于许多不同应用的要求。

发明内容

与通过加热时从聚合态转变为陶瓷态以进行保护的其他发明相比，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 Mg₂SiO₄的富含镁的材料，已知其在高温(1000℃)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 (2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)、顽辉石(MgSiO₃)和尖晶石(MgAl₂O₄)。