CN1447344A - 一种安全电缆的绝缘组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明有关于一种可以抵抗高温T的电绝缘组合物。该组合物包含的第一个组分，是由一种有机聚合物组成，该聚合物的分解温度低于上述温度T；该组合物包含的第二个组分，是由一种可熔的陶瓷填料构成，该填料的熔化温度低于上述温度T；该组合物包含的第三个组分，是由一种难熔填料组成，并且，该填料熔化温度高于上述温度T。根据本发明，该可熔陶瓷填料含量，以100份聚合物的重量比计，低于或者等于50份。

Description

一种安全电缆的绝缘组合物
本发明有关于一种防火安全电缆的绝缘组合物。
这种电缆有这样的特性，那就是在防火试验标准下，可以持续工作很长一段时间。并且，这样做时，对它的环境是绝对安全的。围绕导线的绝缘材料涂层，必须在很大温度范围内(从20℃到1100℃)保持它的绝缘性能。并且，该涂层最后产生的灰渣必须有足够机械内聚力。
一种已知的防火绝缘涂层的组合物，在专利文献WO 98/43251中有所描述。
该绝缘涂层包含的第一个组分，是由硅橡胶或者乙烯和丙烯的单体或聚合物构成；第二个组分由一种易熔融的陶瓷填料构成；第三个组分由一种难熔氧化物构成。
在上述专利文献中，特别提出采用乙烯-丙烯三元共聚物，或者乙烯-丙烯二烯单体作为第一个组分。另外，使用的可熔陶瓷填料也是高含量的。按重量比计，可能100份的聚合物需要超过200份的填料。
此组合物构成带来几个技术问题。
第一种组分，硅橡胶或者乙烯和丙烯的单体或共聚物，要求过氧化物交联化处理。
另外，尽管可熔的陶瓷填料可形成一种玻璃物质，该物质可使绝缘层具有很好的防火性能。但其结果是，它的高含量对绝缘层的电绝缘性能是不利的。太多的填料含量对制造具有压出性和固化性绝缘组合物也是一个障碍。
含有高含量填料和过氧化物的上述混合物，使该组合物具有高粘性，这使得当组分混合时，该物质在很大程度上具有自热性。因而使过氧化物产生早期分解，并产生灼烧现象。组合物在搅拌器中发生部分交联化。在挤出过程中，由于组合物的高粘性而产生的过多的机械自热，灼烧现象也可发生。
本发明通过提供绝缘材料的热绝缘性和电绝缘性之间的一种很好的折衷，来解决这些问题。并且，为了达到这个目的，该发明提出了一种电绝缘组合物。该组合物可以经受高温T。该组合物包含由有机聚合物构成的第一种组分，该有机聚合物的分解温度小于上述温度T；第二种组分由可熔陶瓷填料构成，该陶瓷填料的熔化温度小于上述温度T；第三种组分由难熔的填料组成，该难熔的填料的熔化温度高于所述的温度T；该组合物的特征是：可熔的陶瓷填料含量，相对于每100份聚合物，按重量比计小于或等于50份。
此高温T是最高防火试验温度，也就是1100℃，是有利的。
在一个首选的具体试验方案中，上述聚合物为乙烯共聚物。
上述聚合物是乙烯-辛烯共聚物或者基于乙烯-辛烯共聚物的一种混合物。
较佳的是，上述的可熔的陶瓷填料选自：氧化硼(B2O3)；硼酸锌(4ZnOB2O3 H2O和2ZnO 3B2O3 3.5H2O)；和无水的或有水的磷酸硼(BPO4)，或者这些组分的一种混合物。这种可熔陶瓷填料的熔点低于500℃，并且在温度影响下，产生一种玻璃态物质。
较佳的是，上述的难熔填料选自氧化镁MgO，氧化硅(SiO2)，氧化铝(Al2O3)，和白云母(6SiO2-3Al2O3-K2O-2H2O)，或者这些填料的一种混合物。
该组合物或者通过热塑混合，或者通过硅烷交联化处理。例如，采用sioplas技术。在这种情况下，硼酸锌是最适合的可熔陶瓷填料。这种交联化要求较少的设备，并且，与过氧化物交联化相比，具有较高的挤出率。另外，这种交联化不会对电缆的组件施加压力，这是因为它发生在大气压力下，或者在非常低的蒸汽压力下。这与传统上在高压下蒸汽管中进行的过氧化物交联化是不一样的。
应该注意到，使用一种可完全降解的聚合物作为第一个组分，并通过合适地选取难熔的填料，就可使形成导体的金属的膨胀系数，与填料的膨胀系数比率接近于1。例如，在温度是20℃到1000℃的范围内，二氧化硅的膨胀系数是4×10-6/℃；然而，铜的膨胀系数是18×10-6/℃；氧化镁的膨胀系数是12×10-6/℃到14×10-6/℃。因此，在硅树脂橡胶分解以后，填充有氧化镁的绝缘电缆比填充有二氧化硅的电缆，具有更好的机械性能。
这种组合物在一个较广的温度范围(大约在20℃到1100℃)内，仍然保持电绝缘性。这样，通过将该组合物转化成一种硬质陶瓷层，就使导体在着火的条件下仍然是绝缘的。有这种组合物构成的涂层的电缆，在一般的应用场合中，比如在环境温度下使用时，是聚合物使导体具有绝缘性，并使电缆具有机械强度和弹性。在高温下，特别是在着火的情况下，聚合物将完全裂解。这样，在烧结的条件下，由于可熔陶瓷填料形成玻璃物质，难熔的填料就代替了聚合物，并在导体周围，形成了一种硬质绝缘陶瓷层，从而提供了电绝缘性能。
举一个例子来说，本发明的组合物在一个内搅拌器中制成，另外附加的一个步骤，就是将无机填料各组分用一个叶片式混合机预先混合好，以使可熔陶瓷填料在类似的难熔陶瓷填料(如氧化镁)中均匀分布。这样可以增加陶瓷层的内聚力。
在第一种较好的特别的具体实施方案中，绝缘组合物包括：
-100份按重量比计的乙烯-辛烯共聚物；
-100到200份按重量比计的氧化镁；
-5到50份按重量比计的氧化硼或者硼酸锌或者磷酸硼；以及
-5到150份的按重量比计的其他填料以及加工助剂和保护助剂。
考虑到高难熔性氧化镁的熔点温度是大约2800℃，使用易熔氧化物(如氧化硼)是较佳的。这样可以润湿氧化镁颗粒，并且提高它在燃烧时的烧结程度。
在第二个较佳的实施方案中，绝缘组合物包括：
-100份按重量比计的乙烯-辛烯共聚物；
-100到200份按重量比计的白云母(muscovite mica)；
-5到50份按重量比计的磷酸硼或者硼酸锌；以及
-5到150份的按重量比的其它填料以及加工助剂和保护助剂。
本发明还提供了一种电缆，该电缆包括至少一种导体1、涂敷于该导体的作为内层的第一绝缘涂层2，以及作为外层的第二绝缘层3组成。上述第一涂层2由与第一实施方案的组合物组成，并表现出特别高的电绝缘性能。第二涂层3由第二个具体实施方案的组合物构成。
这样一种电缆，就具有两层绝缘层。第一层2与导体1(如铜导体)相接触，当温度上升时产生电绝缘性；外层的第二绝缘层3在高温下，通过形成一种环绕导体的硬壳，使电缆具有机械强度。
这两种涂层采用共挤出法生产是有利的。
根据本发明相的绝缘组合物举例如下：
-以云母为基质的组合物组成：
实施例1 55phr乙烯-醋酸乙烯共聚物+25phr乙烯-丙二烯三聚物+20phr乙烯-丙烯酸酯-马来酐三聚物或者100phr乙烯-辛烯共聚物5到50phr硼酸锌或磷酸硼100到200phr云母0到60phr铝的三水化合物或者镁的二水化合物5到15phr石蜡0到5phrZnO2到15phr硅烷2到5phr抗氧化剂0到15phr交联剂
实施例2 55phr乙烯-辛烯共聚物25phr乙烯-丙二烯三聚物20phr乙烯-丙烯酸酯共聚物5至50phr硼酸锌或者磷酸硼100至200phr云母0至60phr铝的三水化合物或镁的二水化合物5至15phr蜡0至5phrZnO2至15phr硅烷2至5phr抗氧化剂0至15phr交联剂
实施例3 75phr乙烯-辛烯共聚物25phr乙烯-丙烯酸酯共聚物5至50phr硼酸锌或磷酸硼100至200phr云母0至60phr铝的三水化合物或镁的二水化合物5至15phr石蜡0至5phrZnO2至15phr硅烷2至5phr抗氧剂0至15phr交联剂
-以氧化镁(MgO)为基质的组合物组成：
实例4 75phr以重量计的乙烯-辛烯共聚物25phr乙烯-丙烯酸酯共聚物5至50phr硼酸锌或磷酸硼100至200phr MgO0至60phr铝的三水化合物或镁的二水化合物5至15phr石蜡0至5phrZnO2至15phr硅烷2至5phr抗氧剂0至15phr交联剂
在这里，phr意思是指以重量比计的每100份树脂中的各组分的份数。

Claims (9)

1、一种可以抵抗高温T的电绝缘组合物，该组合物包含由一种有机聚合物构成的第一种组分，该聚合物的分解温度低于上述温度T；由一种可熔陶瓷填料构成的第二种组分，该填料的熔化温度低于上述温度T；由难熔的填料构成的第三种组分，该填料的熔化温度高于上述温度T；该组合物的特征在于可熔的陶瓷填料含量，以100份聚合物的重量比计，低于或者等于50份。
2、根据权利要求1的组合物，其特征在于上述聚合物是乙烯聚合物。
3、根据权利要求2的组合物，其特征在于上述聚合物是乙烯-辛烯共聚物或者一种基于乙烯-辛烯共聚物的混合物。
4、据前述任一权利要求的组合物，其特征在于采用硅烷交联剂进行处理。
5、据前述任一权利要求的组合物，其特征在于上述可熔陶瓷填料选自硼氧化物、硼酸锌和磷酸锌，或者一种上述组分的混合物。
6、根据前述任一权利要求的组合物，其特征在于上述难熔填料选自氧化镁、氧化硅、氧化铝、和白云母，或者一种上述填料的混合物。
7、根据前述任一权利要求的组合物，其特征在于其包括：
-100份按重量比计的乙烯-辛烯共聚物或基于乙烯-辛烯共聚物的混合物；
-100到200份按重量比计的氧化镁；
-5到50份按重量比计的氧化硼或者硼酸锌或者磷酸硼；以及
-5到150份的按重量比的其他填料以及加工助剂和保护助剂。
8、根据前述权利要求1至6中的任何一个的组合物，其特征在于其包括：
-100份按重量比计的乙烯-辛烯共聚物或基于乙烯-辛烯共聚物的混合物；
-100到200份按重量比计的白云母；
-5到50份按重量比计的磷酸硼或者硼酸锌；以及
-5到150份的按重量比的其它填料以及加工助剂和保护助剂。
9、一种电缆，包括至少一种导体(1)，该导体附着有处于内层的第一绝缘层(2)，以及处于外层的第二绝缘层(3)；该电缆的特征在于，上述第一绝缘层(2)是根据权利要求7的组合物构成的；上述第二绝缘层(3)是根据权利要求8的组合物构成的。
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