阻燃聚乙烯電纜國內專利申請研究進展

陳曉雨++王海永

摘 要：聚乙烯是世界上產量最大的一種通用塑料，廣泛用于電線電纜中[1]；聚乙烯氧指數為18%左右，屬于易燃材料，由電纜易燃引起的火災不容忽視[2]。近年來，人們針對阻燃聚乙烯電纜申請了眾多專利。文章對中國的阻燃聚乙烯電纜的專利申請情況進行了分析，并在CNABS中進行了相關檢索。由于部分專利在申請后18個月公布，故文章分析的時間截點設定為2015年8月31日。

關鍵詞：阻燃；聚乙烯；電纜；專利

1 國內不同地區的申請量

國內華東和華中地區的申請量最大，各占全國申請總量的42%和41%；其次為華北和華南地區，分別為7%和5%，其它區域的申請量不多，分布也較為零散。華東地區，包括江浙滬，該地區主要申請人有上海日之升新技術發展公司、上海至正道化高分子材料有限公司、江蘇遠洋東澤電纜股份公司以及江蘇亨通電力、江蘇達勝高聚物有限公司等。這些申請人申請了大量的相關專利，并且該地區經濟發展快速，經濟較為發達，知識產權保護意識較強，因此華東地區申請量為全國之最。

華北地區和華南地區申請量基本持平。沃爾核材有限公司、深圳科聚新材料有限公司及金發科技股份有限公司等是華南地區的主要申請人。

2 國內不同年份的申請量分布

2000年以前申請量很少，幾乎看不出增長趨勢，2000-2009年開始緩慢增長，2010年以后進入迅速增長階段。國內申請量增長趨勢如圖1所示。

形成圖1的發展趨勢主要有以下幾方面原因：首先，2000年以來，中國經濟增長迅速。尤其是2012年以后，經濟體量躍居世界第二，各行各業得到了迅猛發展，科學技術進步巨大，因此，專利申請量上升很快；其次，隨著中國與世界各國的溝通與交流的深入，企業及科研單位的知識產權保護意識越來越強；再次，近年來國家鼓勵發明創造，倡導建設知識產權強國等，進一步推動了專利事業的發展，因此，近年專利申請越來越多。

3 國內阻燃聚乙烯電纜典型專利申請案例

國內各時期阻燃電纜專利申請代表案例如圖2所示。

93119240.4是國內第一件阻燃電纜專利申請。其采用氫氧化鋁、氯烴、三氧化二銻及氯化石蠟為阻燃劑、聚乙烯為主料，制備的電纜料具有一定強度、硬度且兼具一定的韌性和塑性。由于處于阻燃電纜發展的初期階段，技術較不成熟，且環保意識略為淡薄，因此，該申請添加了一定量的含鹵阻燃劑，但仍未取得較好的阻燃效果。

隨著90年代末環境污染的加劇，環保意識逐漸增強.與此同時，兼具阻燃性且無有毒鹵化氫氣體的電纜料被開發出來。申請號為98113205.7的專利提出以不含鹵素的無機礦物，如氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅、碳酸鎂為阻燃劑，同時添加阻燃增效劑紅磷、磷酸二苯異辛酯、磷酸三辛酯等.無機礦物在高溫下吸熱分解，生成無害的二氧化碳和起降溫稀釋作用的水分，降低發熱量和火焰溫度，稀釋助燃空氣，達到了阻燃目的。

隨著含紅磷阻燃劑電纜料使用的增多，紅磷的各種缺陷也逐漸顯現。例如紅磷在潮濕環境中與空氣發生化學反應，產生劇毒的磷化氫氣體，并且紅磷粉塵易爆炸，紅磷本身固有的紫紅色限制了含紅磷電纜料的應用，含紅磷的阻燃電纜料在生產過程中和燃燒時會釋放出大量的刺激性氣味，均限制了含紅磷阻燃電纜料的應用。

北京化工大學提出一篇申請號為03153510.0的關于無鹵非磷阻燃電纜料的專利申請，采用A、B兩類阻燃劑進行復配增效阻燃，其中A類阻燃劑為水合金屬氧化物或改性水合金屬氧化物，以硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑或表面活化劑為表面改性劑，強化水合金屬氧化物與聚合物之間的作用力；B類阻燃劑為陰離子表面活性劑改性的水合金屬氧化物，弱化水合金屬氧化物與聚合物之間的作用力，由于陰離子表面活性劑分子鏈比較長，能夠與聚合物高分子鏈發生纏繞作用，使得材料受拉力作用時，不會立即發生斷裂，對于復合材料斷裂伸長率的提高有貢獻。所獲得的電纜護套料具有優良的阻燃性能，氧指數達到40以上，垂直燃燒試驗可以達到FV-0等級。

申請號為201420503736.6涉及一種低煙無鹵高阻燃電纜。該申請從阻燃劑的添加、電纜的結構設置等多個角度進行了研究。阻燃劑方面：添加復合阻燃劑和消煙劑可提高阻燃性能。復合阻燃劑為磷酸三甲苯酯、水滑石以及氫氧化鋁的復配物；消煙劑為摩爾比為Sb2O3：MoO3=1：1的混合物；能夠消除或者降低材料在燃燒過程中產生的煙霧和有害氣體。電纜結構設置方面：在導體外部設置屏蔽層，屏蔽層外部設置阻燃絕緣層，阻燃絕緣層外部設置耐火層，耐火層外部設置隔氧層，導體之間填充巖棉繩，整個導體及巖棉繩外部設置阻燃帶，阻燃帶外部設置內阻燃EVA層，內阻燃EVA層外部設置鎧裝層，鎧裝層外部設置外阻燃EVA層，外阻燃EVA層外部設置防腐層，防腐層外部設置耐高溫層。得到的電纜料氧指數大約在50%左右，遠大于高阻燃標準的36%。

4 結束語

經過長期的發展，各種阻燃劑被開發并應用，不同的阻燃劑、改性方式、復配方式等百花齊放。預期，未來阻燃聚乙烯電纜專利申請的發展趨勢為：（1）研發更加環保、更加高效而成本更低的阻燃劑，以滿足更高的需求。（2）手段多樣化，不僅從阻燃劑種類的選擇及復配等方面來提高阻燃性能，還從電纜的結構及內外層級的設計來進一步提高電纜的阻燃性。（3）性能提高點多樣化，在提高電纜的阻燃性的同時提高其它性能，如耐磨性、耐腐蝕性、耐油性能、耐寒性等。

參考文獻

[1]張玉龍.電氣電子工程用塑料[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]朱金偉.高性能低煙無鹵阻燃聚乙烯電纜料的淺析[J].電線電纜，2011（1）：26-28.