阻燃聚乙烯電纜國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)研究進(jìn)展

陳曉雨++王海永

摘 要：聚乙烯是世界上產(chǎn)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(shù)為18%左右，屬于易燃材料，由電纜易燃引起的火災(zāi)不容忽視[2]。近年來(lái)，人們針對(duì)阻燃聚乙烯電纜申請(qǐng)了眾多專利。文章對(duì)中國(guó)的阻燃聚乙烯電纜的專利申請(qǐng)情況進(jìn)行了分析，并在CNABS中進(jìn)行了相關(guān)檢索。由于部分專利在申請(qǐng)后18個(gè)月公布，故文章分析的時(shí)間截點(diǎn)設(shè)定為2015年8月31日。

關(guān)鍵詞：阻燃；聚乙烯；電纜；專利

1 國(guó)內(nèi)不同地區(qū)的申請(qǐng)量

國(guó)內(nèi)華東和華中地區(qū)的申請(qǐng)量最大，各占全國(guó)申請(qǐng)總量的42%和41%；其次為華北和華南地區(qū)，分別為7%和5%，其它區(qū)域的申請(qǐng)量不多，分布也較為零散。華東地區(qū)，包括江浙滬，該地區(qū)主要申請(qǐng)人有上海日之升新技術(shù)發(fā)展公司、上海至正道化高分子材料有限公司、江蘇遠(yuǎn)洋東澤電纜股份公司以及江蘇亨通電力、江蘇達(dá)勝高聚物有限公司等。這些申請(qǐng)人申請(qǐng)了大量的相關(guān)專利，并且該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)較強(qiáng)，因此華東地區(qū)申請(qǐng)量為全國(guó)之最。

華北地區(qū)和華南地區(qū)申請(qǐng)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(fā)科技股份有限公司等是華南地區(qū)的主要申請(qǐng)人。

2 國(guó)內(nèi)不同年份的申請(qǐng)量分布

2000年以前申請(qǐng)量很少，幾乎看不出增長(zhǎng)趨勢(shì)，2000-2009年開(kāi)始緩慢增長(zhǎng)，2010年以后進(jìn)入迅速增長(zhǎng)階段。國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量增長(zhǎng)趨勢(shì)如圖1所示。

形成圖1的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾方面原因：首先，2000年以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速。尤其是2012年以后，經(jīng)濟(jì)體量躍居世界第二，各行各業(yè)得到了迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)進(jìn)步巨大，因此，專利申請(qǐng)量上升很快；其次，隨著中國(guó)與世界各國(guó)的溝通與交流的深入，企業(yè)及科研單位的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)；再次，近年來(lái)國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)明創(chuàng)造，倡導(dǎo)建設(shè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)強(qiáng)國(guó)等，進(jìn)一步推動(dòng)了專利事業(yè)的發(fā)展，因此，近年專利申請(qǐng)?jiān)絹?lái)越多。

3 國(guó)內(nèi)阻燃聚乙烯電纜典型專利申請(qǐng)案例

國(guó)內(nèi)各時(shí)期阻燃電纜專利申請(qǐng)代表案例如圖2所示。

93119240.4是國(guó)內(nèi)第一件阻燃電纜專利申請(qǐng)。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(qiáng)度、硬度且兼具一定的韌性和塑性。由于處于阻燃電纜發(fā)展的初期階段，技術(shù)較不成熟，且環(huán)保意識(shí)略為淡薄，因此，該申請(qǐng)?zhí)砑恿艘欢康暮u阻燃劑，但仍未取得較好的阻燃效果。

隨著90年代末環(huán)境污染的加劇，環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng).與此同時(shí)，兼具阻燃性且無(wú)有毒鹵化氫氣體的電纜料被開(kāi)發(fā)出來(lái)。申請(qǐng)?zhí)枮?8113205.7的專利提出以不含鹵素的無(wú)機(jī)礦物，如氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅、碳酸鎂為阻燃劑，同時(shí)添加阻燃增效劑紅磷、磷酸二苯異辛酯、磷酸三辛酯等.無(wú)機(jī)礦物在高溫下吸熱分解，生成無(wú)害的二氧化碳和起降溫稀釋作用的水分，降低發(fā)熱量和火焰溫度，稀釋助燃空氣，達(dá)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(xiàn)。例如紅磷在潮濕環(huán)境中與空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)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(yīng)用，含紅磷的阻燃電纜料在生產(chǎn)過(guò)程中和燃燒時(shí)會(huì)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(yīng)用。

北京化工大學(xué)提出一篇申請(qǐng)?zhí)枮?3153510.0的關(guān)于無(wú)鹵非磷阻燃電纜料的專利申請(qǐng)，采用A、B兩類阻燃劑進(jìn)行復(fù)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(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑或表面活化劑為表面改性劑，強(qiáng)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(zhǎng)，能夠與聚合物高分子鏈發(fā)生纏繞作用，使得材料受拉力作用時(shí)，不會(huì)立即發(fā)生斷裂，對(duì)于復(fù)合材料斷裂伸長(zhǎng)率的提高有貢獻(xiàn)。所獲得的電纜護(hù)套料具有優(yōu)良的阻燃性能，氧指數(shù)達(dá)到40以上，垂直燃燒試驗(yàn)可以達(dá)到FV-0等級(jí)。

申請(qǐng)?zhí)枮?01420503736.6涉及一種低煙無(wú)鹵高阻燃電纜。該申請(qǐng)從阻燃劑的添加、電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)置等多個(gè)角度進(jìn)行了研究。阻燃劑方面：添加復(fù)合阻燃劑和消煙劑可提高阻燃性能。復(fù)合阻燃劑為磷酸三甲苯酯、水滑石以及氫氧化鋁的復(fù)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(guò)程中產(chǎn)生的煙霧和有害氣體。電纜結(jié)構(gòu)設(shè)置方面：在導(dǎo)體外部設(shè)置屏蔽層，屏蔽層外部設(shè)置阻燃絕緣層，阻燃絕緣層外部設(shè)置耐火層，耐火層外部設(shè)置隔氧層，導(dǎo)體之間填充巖棉繩，整個(gè)導(dǎo)體及巖棉繩外部設(shè)置阻燃帶，阻燃帶外部設(shè)置內(nèi)阻燃EVA層，內(nèi)阻燃EVA層外部設(shè)置鎧裝層，鎧裝層外部設(shè)置外阻燃EVA層，外阻燃EVA層外部設(shè)置防腐層，防腐層外部設(shè)置耐高溫層。得到的電纜料氧指數(shù)大約在50%左右，遠(yuǎn)大于高阻燃標(biāo)準(zhǔn)的36%。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，各種阻燃劑被開(kāi)發(fā)并應(yīng)用，不同的阻燃劑、改性方式、復(fù)配方式等百花齊放。預(yù)期，未來(lái)阻燃聚乙烯電纜專利申請(qǐng)的發(fā)展趨勢(shì)為：（1）研發(fā)更加環(huán)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(fù)配等方面來(lái)提高阻燃性能，還從電纜的結(jié)構(gòu)及內(nèi)外層級(jí)的設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步提高電纜的阻燃性。（3）性能提高點(diǎn)多樣化，在提高電纜的阻燃性的同時(shí)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(xiàn)

[1]張玉龍.電氣電子工程用塑料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

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