СОСТАВ НЕГОРЮЧИЙ КАБЕЛЬНЫЙ
NON-COMBUSTIBLE CABLE COMPOSITION

Изобретение относится к кабельной промышленности, а именно к разработке негорючего состава, предназначенного для огнезащиты электрических кабелей, а также защиты кабелей от коррозии и механических повреждений.
В настоящее время в наружном защитном покрове кабелей используют битум, который является горючим материалом.
В наружном защитном покрове кабелей, не распространяющих горение, выпускаемых по ГОСТ 7006-72, предусмотрено использование состава негорючего по ТУ 16-504.044-80, изготавливаемого путем смешения пека каменноугольного марки А, Б или В по ГОСТ 1038-75, или ГОСТ 10200-83 и совола пластификаторного по ОСТ 6-01-24-85.
Негорючий состав наносится на стальную броню кабеля и защитный волокнистый материал (кабельную пряжу) в расплавленном виде при температуре 100-160°С.
Недостатки данного негорючего состава:
- низкая температура вытекания состава из защитного покрова (нижний предел 45°С по ГОСТ 7006-72);
- высокая летучесть и токсичность компонентов состава, в частности совола пластификаторного.
Совол пластификаторный - препарат на основе полихлорбифенилов. По данным Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору, материалам Симонова В.В., Демина С.Н., Лямина В.Т. «Проблемы санитарно-эпидемиологической экспертизы утилизации полихлорбифенилсодержащих отходов» ФГУЗ ЦГиЭ №122 ФМБА (Санкт-Петербург) полихлорбифенил относится к стойким высокотоксичным органическим загрязнителям. Он обладает кумулятивным эффектом, накапливаясь, в основном, в жировой ткани, и практически не выводится из организма. Он поражает печень, оказывает губительное воздействие на центральную нервную систему, приводя к преждевременным родам, гибели плода у беременных женщин. Отравление полихлорбифенилами отражается на умственном и физическом здоровье новорожденных.
6
Известна негорючая битумно-кровельная композиция, не содержащая галогенов, разработанная в США (патент 5437923 США, МКИ В32В 11/02 / Kalkanoglu Husnu; GS Roofing Products Co-№74302 заявлено 9.06.93, опубликовано 1.08.95; НКИ 428/291).
Она включает (5-20)% гидроксида алюминия или магния или их смесь, термопластичное связующее, добавки. В качестве связующего используется битум (не менее 45%), термопластичный полимер (блоксополимер стирола и бутадиена, стирола, этилена и бутадиена, стирола и изопрена, сополимер этилена и пропилена) (2-25)%, атактический полипропилен (10-25)% и их смеси. В качестве добавок применяют (2-20)% бората цинка и (2-20)% карбоната кальция. Гидроксиды металлов и добавки представляют собой минеральный порошковый наполнитель.
По своему составу и основным характеристикам данная композиция наиболее близка к настоящему изобретению и принята нами за прототип.
К недостаткам огнезащитной композиции по прототипу следует отнести повышенную вязкость и плохую пропитывающую способность при температуре до 160°С, недостаточную адгезию к металлу, низкую температуру размягчения и технологичность.
Технической задачей изобретения является разработка состава негорючего кабельного для пропитки защитных покровов кабелей из волокнистых материалов (пряжа, тканевая лента, крепированная бумага, нетканое полотно, стекловолокно), не уступающего прототипу по огнезащитным свойствам, но более технологичного и обладающего повышенной адгезией к металлической оболочке и стальной броне кабеля.
Технический результат достигается тем, что содержание антипирена - гидроксида алюминия, магния или их смеси существенно увеличено, а в качестве добавок в составе используют смолы и пластификаторы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гидроксид алюминия, магния или их смесь
25-70
Термопластичное связующее
20-60
Смола
1-20
Пластификатор
1-20
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие в негорючем составе гидроксидов алюминия и магния и термопластичного связующего.
В то же время предложенный состав отличается от известного использованием других добавок - смол и пластификаторов, а также значительно большим содержанием антипирена - гидроксида алюминия, магния или их смеси.
Преимущества предлагаемого негорючего состава:
- повышенные огнезащитные свойства;
- пониженная вязкость и повышенная пропитывающая способность при температуре до 160°С;
- повышенная технологичность;
- высокая адгезия к металлу;
- высокая морозостойкость;
- повышенная температура размягчения;
- повышенные коррозионнозащитные свойства.
Основу приведенной выше композиции составляют гидроксиды алюминия, магния или их смесь, которые при температуре (180-300)°С разлагаются на оксиды металлов и воду. Оксиды металлов в виде инертного порошка и пары воды гасят очаги возгорания композиции.
В качестве связующего могут быть использованы термопласты: битум нефтяной, термопластичный полимер, например блоксополимеры стирола и бутадиена; стирола, этилена и бутадиена; стирола и изопрена; сополимер этилена и пропилена, термопластичный полиуретан, атактический полипропилен, а также их смеси.
Для увеличения адгезии к стальной броне и металлической оболочке кабеля, усиления коррозионной защиты кабеля и уменьшения влагопроницаемости защитного покрытия предлагаемый состав содержит в качестве добавок натуральные или синтетические смолы, а для увеличения пластичности и технологичности состава - пластификаторы.
Из смол могут быть использованы полиэфирная смола, эпоксидная смола, нефтеполимерная смола, бензофуран-бензоциклопентадиеновая смола, канифоль или их смесь.
Из пластификаторов могут быть использованы диоктилфталат (ДОФ), хлорпарафин, эфир фосфорной кислоты или их смесь.
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Приготовление состава негорючего кабельного.
Предварительно в реакторе готовят смесь добавок: загружают 5 кг пластификатора - хлорпарафина ХП-470 и разогревают его до температуры (100-120)°С. Навеску нефтеполимерной смолы (5 кг) загружают в реактор порциями в два приема и перемешивают при температуре (100-120)°С до полного ее растворения. В варочный котел загружают 30 кг термопластичного связующего - предварительно измельченного битума нефтяного, который расплавляют при температуре (160-180)°С. В варочный котел с расплавленным битумом загружают при постоянном перемешивании предварительно приготовленную смесь добавок. После получения однородной массы в варочный котел при постоянном перемешивании загружают 60 кг гидроксида алюминия порциями в три приема. Состав перемешивают в варочном котле при температуре (140-160)°С до получения однородной массы. Готовый состав при температуре (100-140)°С разливают в многослойные бумажные мешки с антиадгезионным покрытием. В мешках состав остывает и превращается в твердую пластичную массу. Для использования в защитных покровах кабелей состав разогревают до (140-160)°С и в расплавленном виде наносят на поверхность кабеля и защитные волокнистые материалы.
Пример 2. Приготовление состава негорючего кабельного.
Процесс приготовления состава негорючего кабельного проводят аналогично примеру 1. В качестве добавок берут смесь пластификаторов, содержащую 10 кг диоктилфталата и 10 кг трибутилового эфира фосфорной кислоты, и смесь смол, содержащую 15.7 кг нефтеполимерной смолы, 0.3 кг канифоли и 4 кг эпоксидной смолы. В качестве термопластичного связующего берут 20 кг термопластичного полимера - блоксополимера стирола и бутадиена. Используют смесь гидроксидов металлов, состоящую из 30 кг гидроксида алюминия и 10 кг гидроксида магния.
Компонентный состав негорючей битумной композиции по прототипу и вариантам предлагаемого состава негорючего кабельного приведен в таблице 1.
Для изготовления композиции по прототипу использовали в качестве связующего смесь нефтяного битума, блоксополимера стирола и бутадиена, атактического полипропилена, в качестве антипирена - гидроксид алюминия, в качестве добавок - борат цинка и карбонат кальция.
В таблице 2 приведены основные характеристики прототипа и вариантов предлагаемого состава.
Температуру размягчения составов определяли по ГОСТ 11506-73. Кинематическую вязкость расплава состава определяли по ГОСТ 33-82. Определение горючести составов проводили на образцах джутовой пряжи, пропитанной составом. Образцы пропитанной пряжи готовили следующим образом. Отрезки сухой пряжи линейной плотностью 2200 текс и длиной 200 мм предварительно выдерживали в течение 1 мин в негорючем составе, разогретом до температуры (140-160)°С. За характеристику линейной плотности сухой пряжи принята условная единица текс, определяемая по ГОСТ 6611.1-73 как отношение массы точечной пробы пряжи в граммах к длине этой точечной пробы (50 м), умноженное на 1000. Пропитанные негорючим составом образцы пряжи подвешивали в вертикальном положении и выдерживали в течение 20 мин при температуре (25±10)°С. Горючесть составов определяли по ГОСТ 12.1.044-89.
Определение морозостойкости составов проводили по ГОСТ 15037-69 на образцах пропитанной джутовой пряжи в морозильной камере с температурой регулирования от минус 20°С до минус 60°С. Образцы пряжи, пропитанные негорючим составом, помещали в морозильную камеру и выдерживали там при заданной температуре в течение 2 часов, после чего быстро извлекали из камеры и подвергали трехкратному изгибу и распрямлению. Пряжа с негорючим составом должна сохранять упругость и гибкость, а при ее изгибе не должно быть характерного потрескивания.
Адгезию к стальной броне и металлической оболочке кабеля, а также технологичность негорючих составов проверяли на одном и том же виде кабеля марки ААБл 3×120 10 кВ.
Как видно из таблицы 2, предлагаемый состав негорючий кабельный существенно превосходит прототип по эксплуатационным характеристикам и технологичности. При этом оптимальное содержание компонентов в составе, мас.%:
Гидрокснд алюминия, магния или их смесь
25-70
Термопластичное связующее
20-60
Смола
1-20
Пластификатор
1-20
Для улучшения технологичности состав негорючий кабельный с повышенным содержанием гидроксида алюминия, магния или их смеси (более 50 мас.%) может дополнительно содержать поверхностно-активное вещество (ПАВ) в количестве 0,01-0,5 мас.%. В качестве поверхностно-активного вещества могут быть использованы кубовые амины, стеариновая кислота, лецитин растительный, вещество вспомогательное ОП-7 или ОП-10.
Уменьшение содержания гидроксида алюминия, магния или их смеси менее 25 мас.% и увеличение содержания связующего более 60 мас.% приводит к существенному увеличению горючести состава.
Увеличение содержания гидроксида алюминия, магния или их смеси более 70 мас.% и уменьшение содержания связующего менее 20 мас.% нецелесообразно по технологическим соображениям.
Уменьшение содержания смолы менее 1 мас.% приводит к снижению адгезии состава к стальной броне и металлической оболочке кабеля, а увеличение содержания смолы более 20 мас.% приводит к снижению технологичности состава.
Уменьшение содержания пластификатора менее 1 мас.% приводит к снижению технологичности состава, а увеличение содержания пластификатора более 20 мас.% снижает температуру размягчения состава.
Предлагаемый состав негорючий кабельный прошел всесторонние испытания в ОАО «Камкабель» с положительными результатами.