Электроизоляционная композиция

Электроизоляционная композиция

Реферат

Изобретение относится к области электротехники, а именно к кабельной технике и, в частности, к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженным показателем горючести и выделения дыма, и может быть использовано для изготовления изоляции и оболочек проводов и кабелей общепромышленного назначения, эксплуатируемых в условиях повышенной пожароопасности.

Провода и кабели часто являются причиной загорания и распространения пламени. В связи с этим к их полимерным составляющим - изоляции, внутренним и внешним оболочкам традиционно предъявляются требования по негорючести. В последнее время требования по характеристикам пожароопасности расширились, в частности по снижению дымообразования и выделения коррозионно-активных газов при возникновении пожара, поскольку указанные факторы приводят к негативным последствиям для здоровья человека и выходу из строя электронного и другого оборудования.

Для уменьшения горючести ПВХ-композиций в их состав вводят антипирены, например трехокись сурьмы, а для снижения дымовыделения - дымоподавители (Кодолов В.И. Замедлители горения полимерных материалов. М.: Химия, 1980, с.7-25).

Известна полимерная композиция на основе пластифицированного ПВХ, включающая в качестве антипиренов-дымоподавителей комбинацию трехокиси сурьмы, хлорированного парафина, карбоната кальция и окиси молибдена (US №4098748 А, 04.07.1978).

Указанные компоненты снижают дымообразование при горении композиции, однако степень повышения негорючести недостаточна.

Известна ПВХ-композиция, обладающая более высокой степенью негорючести, в состав которой входят комбинация антипиренов-дымовыводителей, содержащая трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, мел и гидроокись алюминия (SU №1646278 А1, БИ 1995).

Однако эта композиция не удовлетворяет требованиям по уровню выделения дыма и хлористого водорода при горении и тлении.

Известна также электроизоляционная композиция, содержащая ПВХ, сложноэфирный пластификатор, свинцовый термостабилизатор, трехокись сурьмы. Окись цинка, борную кислоту, карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия и аэросия (SU 1832700 А1, 27.06.1996).

Однако уровень снижения выделения хлористого водорода при горении и дыма при горении и тлении недостаточно высок.

Наиболее близкой к предложенной по совокупности признаков из числа известных является электроизоляционная композиция, содержащая (мас.ч.): суспензионный ПВХ 100, сложноэфирный пластификатор 40-80, термостабилизатор - свинецсодержащий стабилизатор 3-7, карбонат кальция 30-500, тригидрат окиси алюминия 10-100, трехокись сурьмы 4-7,5, окись цинка 0,7-1,9, борную кислоту 0,4-0,6, фенольный антиоксидант - смесь ионола 0,1-0,6 и дифенилолпропана (RU 2195729 С1, 27.12.2002).

Известная композиция характеризуется достаточно низким уровнем дымообразования. Однако она имеет недостаточно высокую устойчивость к возгоранию при повышенных температурах.

Поставленная задача состояла в разработке электроизоляционной композиции, используемой в кабельных изделиях, обладающей стойкостью к возгоранию при повышении в них токовых нагрузок, характеризующихся выделением большого количества тепла.

Технический результат достигается тем, что электроизоляционная композиция содержит суспензионный поливинилхлорид, термостабилизатор, карбонат кальция, трехокись сурьмы, фенольный антиоксидант, в качестве сложноэфирного пластификатора смесь фталатного и фосфатного пластификаторов и в качестве гидроокиси металла гидроокись магния при следующем соотношении компонентов (мас.ч.): суспензионный поливинилхлорид 100, фталатный пластификатор 25-50, фосфатный пластификатор 10-30, термостабилизатор 3-8, карбонат кальция 25-200, гидроокись магния 25-80, трехокись сурьмы 4-8, фенольный антиоксидант 0,2-0,8.

Предпочтительным является использование смеси гидроокиси магния с удельной поверхностью 5-15 м²/г и гидроокиси магния с удельной поверхностью 40-80 м²/г, взятых в массовом соотношении от 9:1 до 20:1 - Mg(OH)₂ (1) и Mg(OH)₂ (2) соответственно.

Далее приводятся сведения по осуществлению изобретения.

В данной электроизоляционной композиции используют известные химические продукты, соответствующие техническим требованиям на них, в частности суспензионный поливинилхлорид С-70 (ПВХ С-70) по ГОСТ 14332-78, термостабилизаторы, содержащие свинец - трехосновный сульфат свинца (ТОСС) по ТУ 6-09-098-75 и двухосновной фталат свинца (ДОФТС) по ТУ 6-09-098-76, двухосновной стеарат свинца (ДОСС) по ТУ 6-09-098-79, бессвинцовые термостабилизаторы Naftosave производства фирм Chemson (Австрия) Baeropan К производства Baerloher (Германия), трехокись сурьмы по ТУ 6-09-3267-84, карбонат кальция по ГОСТ 8253-79, гидроокись магния по ТУ 1517-002-59074732-2007, фенольные антиоксиданты ионол по ГОСТ 38.01420-87, дифенилолпропан (ДФП) по ГОСТ 12138-86.

Сложноэфирные пластификаторы являются широко известными компонентами ПВХ-композиций. Среди них наибольшее значение имеют индивидуально применяемые фталатные и фосфатные пластификаторы (Кирилович В.И., Носовский Ю.Е., Барштейн Р.С. Пластификаторы для полимеров. М.: Химия, 1982, 276 с.).

Фосфатные пластификаторы являются сложными эфирами ортофосфорной кислоты - триарилфосфатами или алкилдифенилфосфатами.

Типичными фталатными пластификаторами являются диоктилфталат (ДОФ) по ГОСТ 8728-77, диизононилфталат (ДИНФ) и диизодецилфталат (ДИДФ) - продукты фирмы Exxon, а фосфатными - трикрезилфосфат (ТКФ) и изодецилдифенилфосфат (ИИДДФФ) - продукт фирмы Supresta (Голландия) марки Fosflex.

В настоящее время в ПВХ-композициях используют в качестве термостабилизаторов различные типы химических соединений, такие как соединения свинца, а также элементов II группы периодической системы - кальция, бария, цинка.

Указанные продукты являются по сути техническими эквивалентами и на практике взаимозаменяемы (Руководство по разработке композиций на основе ПВХ. Под ред. Гроссмана Р.Ф. Пер. с англ. под ред. Гузеева В.В. - СПб.: Научные основы и технологии, 2009. - 608 с.).

Для специалиста очевидна возможность использования широкого ряда термостабилизаторов с получением идентичного эффекта, а именно обеспечения химической стабильности поливинилхлорида при переработке композиций. В странах Евросоюза производители кабельного ПВХ-пластиката почти полностью отказались от применения соединений свинца в качестве термостабилизаторов в силу экологических соображений.

В качестве антиоксидантов в ПВХ-композициях традиционно используют производные фенолов. Типичными представителями фенольных антиоксидантов являются ионол по ГОСТ 38.01420-87, дифенилопропан (ДФП) по ГОСТ 12138-86, а также ряд других пространственно-затрудненных фенолов.

Кроме перечисленных компонентов композиция может также включать известные целевые добавки, такие как сажа, красители, смазки и т.п.

Следующие примеры характеризуют, но не ограничивают изобретение.

Примеры 1-12

Изготавливают ПВХ-композиции согласно изобретению (примеры 1-8), сравнительные (примеры 9 и 10), предусматривающие индивидуальное использование фталатного и фосфатного стабилизаторов, и согласно прототипу (пример 12). Рецептуры композиции приведены в таблице 1.

В работающий турбомиксер последовательно загружают в количествах, предусмотренных рецептурой (табл.1), ПВХ марки С-70, пластификаторы, термостабилизатор фенольный антиоксидант, трехокись сурьмы, гидроокись магния, карбонат кальция. После того как температура в экструдере достигнет 90°С, смесь выгружают в охладитель, где она охлаждается до 30°С; после чего производятся экструдирование и гранулирование смеси на экструдере при 140-150°С и гранулы охлаждают.

Из полученного гранулята изготавливают образцы для испытаний. Максимальную плотность дыма (Dм) в условиях горения и тления определяют по ГОСТ 24632-81, выделение хлористого водорода - по ГОСТ Р МЭК 60754-1-99, кислородный индекс (КИ) - по ГОСТ 12.1.044.89. Поскольку определение по указанному методу дает величину КИ при комнатной температуре, дополнительно определяют величину температурного индекса (ТИ) по стандарту ISO-4589-3. Величина ТИ позволяет оценить температуру воспламеняемости электроизоляционного материала кабельного изделия при повышенных токовых нагрузках.

Результаты испытаний отражены в таблице 2. Как следует из представленных данных, предлагаемая электроизоляционная композиция характеризуется более высокими значениями максимально допустимой температуры невозгораемости, чем известная и, следовательно, сравнительные, содержащие фосфатный и фталатный пластификаторы, индивидуально снижает риск возникновения пожара при повышенных токовых нагрузках в кабельных изделиях, а также облегчает процесс тушения, что следует из физической сущности самих величин КИ и ТИ (Поливинилхлорид. Уилки У., Саммерс Дж., Даниэле У. СПб.: Профессия, 728 с., 2007 г.).

При этом предлагаемая композиция удовлетворяет требованиям по уровню дымообразования в условиях тления и горения и выделения хлористого водорода, равно как и по величине кислородного индекса и физико-механическим показателям.

Таблица 1
Состав поливинилхлоридных композиций (примеры 1-8 по изобретению, 9-1 сравнительные, 11 - прототип)
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	ПВХ С-70	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
2	ДОФ	25	-	-	40	-	-	-	40	-	-	-
3	ДИНФ	-	30	-	-	50	-	40	-	-	-	50
4	ДИДФ	-	-	35	-	-	40	-	-	-	55	-
5	ТКФ	30	-	20	-	10	-	15	-	50	-	-
6	ИДДФФ	-	25	-	15	-	15	-	15	-	-	-
7	Mg(OH)2(I)	25	40	50	60	80	45	60	40	20	75	-
8	Mg(OH)2(II)	-	-	-	-	-	5	4	2	-	10	-
9	Карбонат кальция	25	50	80	120	200	60	70	50	20	210	40
10	Трехокись сурьмы	4	5	5	6	6	8	5	5	3	9	7
11	ТОСС	3	-	-	-	8	-	-	-	-	-	4
12	ДОФТС	-	4	-	-	-	-	-	-	-	-	-
13	ДОСС	-	-	5	-	-	-	4	-	-	9	-
14	Naftosave	-	-	-	6	-	4	-	-	-	-	-
15	Baeropan К	-	-	-	-	4	-	-	3	2,5	-	-
16	Окись цинка	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	1,9
17	Борная кислота	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,6
18	Ионол	0,2	-	0,4	-	0,6	-	0,8	-	0,1	-	0,2
19	ДФП	-	0,3	-	0,5	-	0,7	-	0,4	-	0,9	0,3
20	Al(ОН)3	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	60

Таблица 2
Свойства поливинилхлоридных композиций (примеры 1-8 по изобретению, 9-10 для сравнения, 11 - прототип)
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Кислородный индекс	32,5	33,1	32,9	32,8	33,2	33,3	33,2	33,6	32,1	31,3	33
Температурный индекс	330	335	340	325	330	340	335	330	280	270	240
λ HCl %	9,4	9,2	9,3	9,3	9,6	9,2	9,1	8,9	9,3	9,8	9,1
Дм горения	210	202	204	198	206	203	209	208	220	215	205
Дм тления	173	182	179	186	181	176	183	184	195	200	180

1. Электроизоляционная композиция, содержащая суспензионный поливинилхлорид, смесь фталатного и фосфатного пластификаторов, термостабилизатор, карбонат кальция, гидроокись магния, трехокись сурьмы, фенольный антиоксидант при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:

Суспензионный поливинилхлорид	100
Фталатный пластификатор	25-50
Фосфатный пластификатор	10-30
Термостабилизатор	3-8
Карбонат кальция	25-200
Гидроокись магния	25-80
Трехокись сурьмы	4-8
Фенольный антиоксидант	0,2-0,8

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве гидроокиси магния содержит смесь гидроокись магния с удельной поверхностью 5-15 м²/г и удельной поверхностью 40-80 м²/г в массовом соотношении от 9:1 до 20:1.