【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 抑煙阻燃母料和專用料的工藝配方。在配方體系中：通過(guò)偶聯(lián)劑及預(yù)處理工藝的選擇，解決納米級(jí)鎂基阻燃劑的有機(jī)化修飾；通過(guò)鎂基阻燃劑與磷系、氮系阻燃劑的復(fù)配，提高阻燃材料的阻燃效率，同時(shí)大幅度降低煙密度；通過(guò)分散劑、潤(rùn)滑劑的合理選用，解決復(fù)合材料的加工性能。納米級(jí)鎂基高抑煙阻燃復(fù)合材料的配方體系的科學(xué)設(shè)計(jì) ，是本項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)之一。 2）阻燃劑顆粒表面在線改性方法 19 無(wú)機(jī)阻燃劑具有親水性，與親油性的高分子材料基體之間的相容性較差，從而影響了其分散性。利用強(qiáng)制微觀共混時(shí)所形成的巨大剪切力，將一些反應(yīng)性兩親化合物作為共混助劑加入螺桿擠出機(jī)中，使其一端接枝到無(wú)機(jī)阻燃劑晶體顆粒的表面，另一端與高分子基體相結(jié)合，從而導(dǎo)致無(wú)機(jī)阻燃劑晶體顆粒在材料中的高度分散，從而顯著改善制品的性能。 3）共混分散工藝技術(shù) 為實(shí)現(xiàn)鎂基納米阻燃劑在聚合物基體中的納米尺度分散，通過(guò)特殊的工藝和裝備，獲得必要的剪切場(chǎng)與拉伸場(chǎng)。對(duì)非極性聚合物等難分散的基體樹(shù)脂，引入原位氣泡拉伸法等新型工藝。采用剪切場(chǎng)和拉伸場(chǎng)的聯(lián)合作用，以及原位氣泡拉伸工藝技術(shù)，是本項(xiàng)目的重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。 4）高效共混分散設(shè)備 采用同向平行雙螺桿擠出機(jī)，設(shè)計(jì)專用混煉元件，適應(yīng)納米復(fù)合材料的加工要求；采用國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的倒品字形三螺桿連續(xù)混煉機(jī)，利用高剪切和高拉伸復(fù)雜流場(chǎng)，對(duì)納米粉體實(shí)現(xiàn)有效的混煉和分散。倒品字排列三螺桿連續(xù)混煉機(jī)為北京化工大學(xué)新開(kāi)發(fā)成功的新型連續(xù)高效混煉設(shè)備，其特點(diǎn)是在三螺桿混煉系統(tǒng)中有三個(gè)剪切區(qū)域和中心擠壓捏合區(qū)，復(fù)合材料在其中收到復(fù)雜的剪切和擠壓拉伸場(chǎng)的聯(lián)合作用，分散能 力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)混煉設(shè)備，對(duì)高填充復(fù)合材料體系有很好的適應(yīng)性。該設(shè)備長(zhǎng)徑比短，物料停留時(shí)間短，在保證混煉質(zhì)量的同時(shí)具有較低的能耗，同時(shí)由于縮短了復(fù)合材料的受熱時(shí)間，使得復(fù)合材 20 料的性能得以提高。關(guān)鍵設(shè)備的創(chuàng)新，為本項(xiàng)目的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的裝備基礎(chǔ)。 2．項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)對(duì)比 作為一類重要工程材料，國(guó)家對(duì)無(wú)鹵阻燃電纜護(hù)套制品的各種性能進(jìn)行了明確規(guī)定， 表 1 給 出了國(guó)家規(guī)定的以各種高聚物為基材的無(wú)鹵阻燃護(hù)套的主要性能指標(biāo)。具體包括力學(xué)性能、阻燃性能以及抑煙性能等。 表 1 無(wú) 鹵阻燃電纜護(hù)套材料的主要性能指標(biāo) 序號(hào) 性能 單位 要求值 1 密度 g/cm3 2 抗拉強(qiáng)度 MPa ≥ 3 斷裂伸長(zhǎng)率 % ≥ 150 4 耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂 (h) ≥ 96 個(gè) 0/10 5 極限氧指數(shù) % ≥ 30 6 煙密度（無(wú)焰） / ≤ 300 7 鹵化氫氣體含量 mg/g ≤ 5 8 燃燒氣體 pH 值 / ≥ 4 9 燃燒氣體電導(dǎo)率 S/cm ≤ 100 在前期的研究過(guò)程中，開(kāi)發(fā)了系列鎂基高抑煙阻燃復(fù)合材料，并在相關(guān)行業(yè)獲得了實(shí)際應(yīng)用，以下以 無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料和 阻燃聚 21 丙烯復(fù)合材料為例列出了 他們的各項(xiàng)性能指標(biāo)。就 無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料而言，通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于國(guó)家規(guī)定的優(yōu)級(jí)出口電纜料的標(biāo)準(zhǔn)。 （ 1） 無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料 密度 g/cm3: 熔體流動(dòng)速率 g/10min ， 150℃ ,： ~ 拉伸強(qiáng)度 MPa: ≥ 斷裂伸長(zhǎng)率 % ≥ 160 極限氧指數(shù) %: ≥ 40 煙密度 Dm (無(wú)焰 ): 200 鹵化物釋放量 %: 燃燒氣體 pH值 : 4 （ 2）阻燃聚丙烯復(fù)合材料 拉伸強(qiáng)度 MPa： 27 彎曲強(qiáng)度 MPa： 50 斷裂伸長(zhǎng)率 %： 30 缺口沖 擊強(qiáng)度 KJ/m2： ≥ 5 無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度 KJ/m2： 20 擊穿電壓 MV/mm： 26 阻燃 性： V0 隨項(xiàng)目研究的進(jìn)一步深入，將根據(jù) 產(chǎn)品使用要求進(jìn)一步嚴(yán)格 技術(shù) 22 參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，確立產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 3．申請(qǐng)單位及其技術(shù)依托單位、合作單位的研究開(kāi)發(fā)實(shí)力 本項(xiàng)目 申請(qǐng) 單位為北京思踐通科技發(fā)展有限公司， 成立 于 2021年 12 月 15 日 ，企業(yè)類型為有限責(zé)任公司，具有自營(yíng)進(jìn)出口權(quán)， 實(shí)施該項(xiàng)目具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、合作優(yōu)勢(shì)、技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)和服務(wù)優(yōu)勢(shì)。北京思踐通科技發(fā)展有限公司 是在北京海淀區(qū)國(guó)家高新技術(shù)園區(qū)注冊(cè)的高新技術(shù)企業(yè)， 主要從事 功能材料 和專用化工設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng) 。公司董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理李云龍先生 1983 年畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)， 1986 年畢業(yè)于中石化石油化工科學(xué)研究院并獲碩士學(xué)位， 1995年晉升高級(jí)工程師，作為負(fù)責(zé)人先后承擔(dān)了 10 余項(xiàng)國(guó)家和中石化的科研計(jì)劃項(xiàng)目，獲 5 項(xiàng)中石化科技進(jìn)步獎(jiǎng)。 2021 年創(chuàng)辦 北京思踐通科技發(fā)展有限公司 。公司成立之初設(shè)立了 生產(chǎn)管理部、市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)部、科技開(kāi)發(fā)部、財(cái)務(wù)部和辦公室等機(jī)構(gòu)，組織機(jī)構(gòu)如下圖所示。 董事會(huì) 技術(shù)委員會(huì) 財(cái)務(wù)部 公司本部 辦公室 生產(chǎn)管理部 市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)部 科技開(kāi)發(fā)部 生產(chǎn)基地 圖 2 北京思踐通科技發(fā)展有限公司組織機(jī)構(gòu)圖 23 北京思踐通科技發(fā)展有限公司 科技開(kāi)發(fā)部人員組成詳見(jiàn)下表。 表 2 北京思踐通科技發(fā)展有限公司科技開(kāi)發(fā)部人員組成 序號(hào) 姓名 年齡 性別 文化程度 專業(yè) 職稱 1 李云龍 44 男 碩士 石油化工 高工 2 李殿卿 44 男 博士 應(yīng)用化學(xué) 教授 2 李 峰 36 男 博士 化學(xué)工藝 教授 4 楊明彪 64 男 本科 材料化工 教授級(jí)高工 5 黃蔚霞 31 女 博士 應(yīng)用化學(xué) 高工 6 李建軍 28 男 博士 材料化工 工程師 7 朱純峰 31 男 碩士 材料化工 工程師 8 童揚(yáng)傳 28 男 碩士 催化材料 工程師 9 王建榮 31 女 博士 阻燃材料 工程師 10 林彥軍 30 男 博士 無(wú)機(jī)化工 工程師 科技開(kāi)發(fā)部在項(xiàng)目前期與北京化工大學(xué)密切合作 ，并作為項(xiàng)目研究單位之一，開(kāi)展了系列鎂基高抑煙復(fù)合材料的應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，產(chǎn)出了系列阻燃復(fù)合材料制備方面的成果。 北京化工大學(xué)是一所直屬國(guó)家教育部的化學(xué)化工類重點(diǎn)高等院校，成立于 1958 年， 1997 年首批進(jìn)入國(guó)家“ 211”工程。校內(nèi)化學(xué)、化工及相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)科配置齊全，與本項(xiàng)目相關(guān)的化工設(shè)計(jì)、化學(xué)工程、材料、應(yīng)用化學(xué)和工業(yè)催化等學(xué)科分別為國(guó)家、教育部和北京市重點(diǎn)學(xué)科，具有碩士和博士學(xué)位授予權(quán)。在建設(shè)研究型大學(xué)目標(biāo)的驅(qū)使下，北京化工大學(xué)長(zhǎng)期在相關(guān)領(lǐng)域從事研究工作，研究實(shí)力較強(qiáng)，多項(xiàng)研究成果轉(zhuǎn)化后取得顯著經(jīng)濟(jì)和社 會(huì)效益。作為一所 24 工科院校，北京化工大學(xué)有較豐富的工程化和產(chǎn)業(yè)化研究經(jīng)驗(yàn)，并與國(guó)際上從事相關(guān)研究的英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)的有關(guān)研究單位保持著長(zhǎng)期友好的合作關(guān)系。在歐盟支持下長(zhǎng)期從事相關(guān)材料研究的、在國(guó)際上頗具知名度的英國(guó) EXTER 大學(xué) 博士，已來(lái)華與北京化工大學(xué)合作研究 10 年之久， 2021 年獲國(guó)家外專局“友誼獎(jiǎng)”，2021 年經(jīng)北京市推薦獲中華人民共和國(guó)“國(guó)際科技合作獎(jiǎng)”。 北京化工大學(xué)參與本項(xiàng)目工作的主要是段雪教授領(lǐng)導(dǎo)的化工資源有效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有固定在編人員 40 余人，其中 70％具有 博士學(xué)位， 80％為高級(jí)職稱研究人員。該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)的主要研究方向?yàn)闊o(wú)機(jī)功能材料組裝及其工程化和產(chǎn)業(yè)化，圍繞這一研究方向先后承擔(dān)了近 30 項(xiàng)國(guó)家科技部、國(guó)家經(jīng)貿(mào)委、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市、化工部、中石化總公司的科研項(xiàng)目，開(kāi)展了深入而系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化前期的研究工作，為本項(xiàng)目的順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 為本項(xiàng)目的順利實(shí)施并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，北京思踐通科技發(fā)展有限公司與北京化工大學(xué)聯(lián)合成立了項(xiàng)目組開(kāi)展各項(xiàng)工作，項(xiàng)目組主要成員及在項(xiàng)目中的作用如表 3 所示。 25 表 3 項(xiàng)目組主要研究人員名單 序號(hào) 姓名 性別 年齡 文化程度 專業(yè) 職稱 單位 職務(wù)及在項(xiàng)目中的作用 1 李云龍 男 44 碩士 石油化工 高工 北京思踐通科技發(fā)展公司 董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 2 李殿卿 男 44 博士 應(yīng)用化學(xué) 教授、博導(dǎo) 北京思踐通科技發(fā)展公司 （發(fā)明獎(jiǎng)第二完成人） 總工程師（兼），項(xiàng)目第一技術(shù)負(fù)責(zé)人 3 李 峰 男 36 博士 化學(xué)工藝 教授、博導(dǎo) 北京思踐通科技發(fā)展公司 （發(fā)明獎(jiǎng)第五完成人） 副總工程師（兼），項(xiàng)目第二技術(shù) 負(fù)責(zé)人 4 楊明彪 男 64 本科 材料化學(xué) 教授級(jí)高工 北京思踐通科技 發(fā)展公司 項(xiàng)目組成員 5 宋森凱 男 43 本科 復(fù)合材料 高工 北京思踐通科技發(fā)展公司 項(xiàng)目組成員 6 黃蔚霞 女 31 博士 應(yīng)用化學(xué) 高工 北京思踐通科技發(fā)展公司 項(xiàng)目組成員 7 童揚(yáng)傳 男 28 碩士 催化材料 工程師 北京思踐通科技發(fā)展公司 項(xiàng)目組成員 8 段 雪 男 48 博士 應(yīng)用化學(xué) 教授、博導(dǎo) 北京化工大學(xué)（發(fā)明獎(jiǎng)第一完成人） 國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，項(xiàng)目顧問(wèn) 9 吳大鳴 男 48 博士 化工機(jī)械 教授、博導(dǎo) 北京化工大學(xué) 項(xiàng)目組成員 10 史 翎 女 40 博士 阻燃材料 副 教授 北京化工大學(xué)（發(fā)明獎(jiǎng)第三完成人） 項(xiàng)目組成員 11 何 靜 女 41 博士 無(wú)機(jī)化學(xué) 教授、博導(dǎo) 北京化工大學(xué)（發(fā)明獎(jiǎng)第四完成人） 項(xiàng)目組成員 12 衛(wèi) 敏 女 32 博士 無(wú)機(jī)化工 教授 北京化工大學(xué)（發(fā)明獎(jiǎng)第六完成人） 項(xiàng)目組成員 26 三．生產(chǎn)場(chǎng)地基本建設(shè)情況及項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 1．基建項(xiàng)目立項(xiàng)情況 基建項(xiàng)目立足于北京思踐通科技發(fā)展有限公司的阻燃復(fù)合材料生產(chǎn)基地，該 基地 位于北京空港工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，現(xiàn)擁有雙螺桿造粒生產(chǎn)線一套，精密復(fù)合擠出成型生產(chǎn)線一套，及原料混和、干燥及包裝設(shè)備等。生產(chǎn)廠房面積 800 m2，包括 200 m2 無(wú)菌無(wú)塵凈化車(chē)間。根據(jù)項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模對(duì)基建條件進(jìn)行配套改造。 2．座落地、建設(shè)期、建筑面積及建設(shè)進(jìn)度狀況 座落地： 北京 空港工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū) ； 建設(shè)期：立項(xiàng)批準(zhǔn)以后 2 年； 建筑面積：生產(chǎn)基地占地 2200 平方米； 建設(shè)進(jìn)度： 2021 年 5 月 — 2021 年 11 月進(jìn)行土建設(shè)計(jì)、現(xiàn)有基建條件改造； 2021 年 12 月 — 2021 年 8 月進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)及制造、定型設(shè)備選型及采購(gòu)； 2021 年 9 月 — 2021 年 12 月進(jìn)行設(shè)備安裝； 2021 年 1 月 — 2021 年 5 月進(jìn)行調(diào)試、開(kāi)車(chē)及試生產(chǎn)。 3． 項(xiàng)目完成時(shí)年 生產(chǎn)能力及產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目完成時(shí)達(dá)到批量（規(guī)模）生產(chǎn)階段，系列鎂基高抑煙阻燃材料的年生產(chǎn)能力達(dá)到 5000 噸。 項(xiàng)目產(chǎn)品達(dá)到的技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：系列鎂基高抑煙阻燃材料按比例添加，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、介電性能、氧指數(shù)、抑煙性等滿足國(guó)家規(guī)定的電線電纜材料、阻燃電器制品、阻燃建筑材料相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。 27 四．市場(chǎng)需求 1．國(guó)內(nèi)市場(chǎng)狀況及產(chǎn)品的發(fā)展前景，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力和市場(chǎng)占有率 我國(guó) 鎂基高抑煙阻燃 材料的發(fā)展起步于 90 年代 中 后期，雖歷史較短，但發(fā)展迅速 。項(xiàng)目組在國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì) 劃、國(guó)家高技術(shù)發(fā)展（ 863）計(jì)劃及地方政府的大力支持下，開(kāi)展鎂基高抑煙阻燃 材料 的研究與開(kāi)發(fā)，奠定了良好的產(chǎn)品創(chuàng)新基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)、工程開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)系列鎂基高抑煙阻燃材料產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)造了條件。 據(jù)中國(guó)工程塑料工業(yè)協(xié)會(huì)信息，我國(guó)工程塑料近期發(fā)展目標(biāo)及措施已確定。主要內(nèi)容是 盡快 建立起我國(guó)工程塑料產(chǎn)業(yè) 群 ，到 2021 年，五大通用工程塑料和 ABS 的年生產(chǎn)能力分別達(dá)到 39萬(wàn)噸和 116萬(wàn)噸，產(chǎn)量達(dá)到 23． 7 萬(wàn)噸和 82 萬(wàn)噸，市場(chǎng)占有率分別提高到 ％和51． 2％ 。因上述工程塑料都具有阻燃的要求且需求量巨大，為本項(xiàng)目的實(shí)施創(chuàng)造了有利條件。 2021 年我國(guó)阻燃劑消費(fèi)量將突破 22 萬(wàn)噸，無(wú)機(jī)阻燃劑的消費(fèi)量亦達(dá) 8 萬(wàn)噸左右，而無(wú)鹵抑煙阻燃復(fù)合材料消費(fèi)量將突破 15 萬(wàn)噸。發(fā)展空間極為廣闊。目前，國(guó)內(nèi)無(wú)鹵抑煙阻燃復(fù)合材料品種少，產(chǎn)量低，每年進(jìn)口近 4 萬(wàn)噸，約占目前我國(guó)無(wú)鹵抑煙阻燃復(fù)合材料年需求量的 1/3。以 EVA 無(wú)鹵低煙阻燃專用料（填加氫氧化鋁或氫氧化鎂）為例，國(guó)外進(jìn)口價(jià)格為 3 萬(wàn)元 /噸左右，而我們目前開(kāi)發(fā)的同類產(chǎn)品價(jià)格為 萬(wàn)元 /噸，產(chǎn)品