ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ELECTRICALLY INSULATING COMPOSITION

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженной горючестью, пониженным выделением дыма и хлористого водорода при горении, предназначенным для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.
Провода и кабели часто становятся причиной загорания и распространения пламени. Поэтому к кабельным пластикатам предъявляются высокие требования по негорючести.
В последние годы требования по характеристикам пожаробезопасности повысились, стали также предъявляться требования по снижению дымообразования и выделению коррозионно-активных газов при горении, поскольку горючесть полимеров и связанная с ней потеря эксплуатационных качеств являются не единственной проблемой. Как правило, жертвы погибают в результате удушья от дыма или от отравления ядовитыми газами. К сожалению, дым, образующийся при горении пластиков, как правило, значительно более густой, чем от обычных материалов, а его компоненты гораздо более ядовиты.
Имеется большое количество публикаций в части снижения пожароопасности различных комбинаций на основе ПВХ. В состав ПВХ-пластиката пониженной горючести, как правило, входят антипирены для уменьшения горючести, дымоподавители, поглотители хлористого водорода для уменьшения выделения коррозионных активных летучих продуктов горения, пластификаторы, наполнители, стабилизаторы.
Известна полимерная композиция на основе суспензионного поливинилхлорида, характеризующаяся меньшей горючестью, пониженным выделением дыма и хлористого водорода при горении, содержащая, мас.ч:
Суспензионный поливинилхлорид
100
Сложноэфирный пластификатор
45-70
Хлорированный парафин и/или
хлорированные α-олефины
15-20
Трехосновной сульфат свинца
5-7
Стеарат кальция
1-2
Гидрооксид алюминия или гидрооксид магния
45-60
Трехокись сурьмы
5-10
Дифенилолпропан
0,1-0,5
Эпоксидная диановая смола
2-4
Сажа
0,5-2,0
(патент РФ №2321090, кл. H01B 3/44, 2006).
Композиция характеризуется довольно низкой горючестью, однако имеет недостаточно низкий уровень выделения дыма при горении.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению является негорючая электроизоляционная композиция с пониженным дымовыделением. Указанная композиция содержит в мас.ч.:
Суспензионный поливинилхлорид
100
Сложноэфирный пластификатор
25-75
Свинцовый стабилизатор
1-7
Стеарат кальция
0,7-3
Карбонатный наполнитель
5-90
Окись цинка
0,5-8
Борат цинка
0,5-5
Хлористый кальций
0,1-2
Окись кальция
0,1-2
Дифенилолпропан
0,1-0,8
Трехокись сурьмы
0,5-9
(патент РФ №2271589, кл. H01B 3/44, 2006).
Данная композиция характеризуется низкой горючестью (КИ 27-29%), но не обеспечивает достаточной степени снижения дымообразования при горении (максимальная плотность дыма при горении 180-250), а также имеет довольно низкое значение показателя текучести расплава. Переработка композиции столь высокой степени наполнения на современных высокоскоростных экструдерах создает в расплаве полимера значительные сдвиговые усилия, в этой связи для предотвращения перегрева его в экструдерах требуется повышение технологических свойств, в частности текучести расплава полимера. Кроме того, данная композиция включает в качестве стабилизатора токсичные свинец содержащие соединения, применение которых не отвечает предъявляемым экологическим требованиям, - свинец содержащие соединения должны быть заменены безопасными для здоровья пользователя электрического оборудования соединениями (Директива ЕС 95/2003).
Задачей настоящего изобретения является снижение выделения дыма при горении при сохранении степени негорючести, повышение текучести расплава кабельного пластиката, а также использование безсвинцовых нетоксичных стабилизаторов для повышения экологической безопасности и конкурентоспособности.
Поставленная задача достигается тем, что электроизоляционная полимерная композиция, содержащая суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, карбонатный наполнитель, трехокись сурьмы, окись цинка, дифенилолпропан, дополнительно содержит добавку FR-930 (1,3,5-трис-(2,3-дибромизопропил)-изоцианурат), кальций-цинковый стабилизатор, борную кислоту, эпоксидированное соевое масло, хлористый цинк, полиэтиленовый воск при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
Суспензионный поливинилхлорид
100
Сложноэфирный пластификатор
50-70
Кальций-цинковый стабилизатор
5-12
Эпоксидированное соевое масло
1-4
Карбонат кальция
100-500
Трехокись сурьмы
5-10
Окись цинка
0,5-5
Борная кислота
0,1-1,5
Добавка FR-930
1,3,5-трис-(2,3-дибромизопропил)-изоцианурат
0,5-10
Хлористый цинк
0,01
Дифенилолпропан
0,1-0,5
Полиэтиленовый воск
0,1-0,5
В качестве нетоксичного стабилизатора композиция содержит предназначенные для экструзии кабельных изоляционных материалов и кабельной оболочки высокого качества нетоксичные комплексные кальций-цинковые стабилизаторы марок: Baeropan МС 9917 КА, Baeropan МС 8703 КА (производитель-«Baerlocher GmbH» Германия), Naftosafe GKX 2208, Naftosafe GKX 2292 (продукция компании «Chemson», Австрия), Akropan 2593 РХ, Akropan 2530 PX (продукция компании «Akdeniz Kimya», Турция).
В соответствии с заключением «Директивы по химикатам для полимерной промышленности ЕС» кальций-цинковые стабилизаторы признаны нетоксичными и негенерирующими токсичных веществ в соединении с другими добавками в ПВХ-компаунде.
В композиции могут быть использованы другие нетоксичные безсвинцовые стабилизаторы в эквивалентных количествах, предназначенные для кабельных пластикатов, обеспечивающие требуемый уровень термостабильности.
В качестве сложноэфирного пластификатора композиция содержит: диоктилфталат, (ДОФ), диизооктилфталат (ДИОФ), диизононилфталат (ДИНФ), диалкилфенилфосфат (ДАФФ), трикрикрезилфосфат (ТКФ), диоктилсебацинат (ДОС), фосфатный пластификатор (ФП) по ГОСТ 8728-88 или их смеси.
3
Используемый в качестве антипирена новый компонент добавка FR- 930 (1,3,5-трис-(2,3-дибромизопропил)-изоцианурат) представляет собой белый порошок, общее содержание брома 64,7-66,6%, интервал плавления 102-109°С, плотность при 20°С 2340 кг/м производства фирмы AkzoNobel. Является не токсичным продуктом.
В заявляемой полимерной композиции используют полиэтиленовый воск с температурой плавления не выше 100°С, ПВХ суспензионная марки С-70 по ГОСТ 14332-78Е.
Кроме перечисленных компонентов предлагаемая композиция может содержать другие целевые добавки, например диоксид титана, концентраты красителей, сажу в количестве 0,5-3 мас.ч. и др.
2
макс
Сущность изобретения поясняется следующими примерами. Пример 1. В смеситель, нагретый до 90°С, загружают сыпучие компоненты, мас.ч.: суспензионный поливинилхлорид 100, кальций-цинковый стабилизатор Ваегорап МС 9917 КА 7, хлорид цинка 0,01, оксид цинка 5, борную кислоту 1, трехокись сурьмы 5, FR-930 8, дифенилолпропан 0,4 перемешивают в течение 3-5 мин, вводят ДОФ 70, эпоксидированное соевое масло 4, перемешивают в течение 20-25 минут, затем вводят карбонат кальция 100, полиэтиленовый воск 0,1 перемешивают еще 7-10 мин. Полученную порошкообразную смесь охлаждают до комнатной температуры и вальцуют при температуре 155-165°С в течение 4-10 мин. Из вальцованного образца прессуют образцы для испытаний при температуре 160-170°С в течение 3 мин под давлением 120 кгс/см. Кислородный индекс определяют по ГОСТ 12.1.044-89, максимальную плотность дыма (Д) в условиях горения и тления определяют по ГОСТ 24632-81, показатель текучести расплава (ПТР) определяют по ГОСТ 11645-73.
Состав и свойства композиции приведены в таблице.
Примеры 2-13 (предлагаемые)
Композиции готовят и испытывают, аналогично примеру 1.
В результате использования компонентов в заявляемых количествах, за счет достижения синергического эффекта, улучшаются эксплуатационные и технологические показатели кабельного пластиката, а именно: снижается дымообразование при горении, повышается показатель текучести расплава, а также обеспечивается экологическая безопасность и конкурентоспособность продукции за счет использования безсвинцового нетоксичного стабилизатора.
Использование компонентов вне заявляемых количеств или их смесей приводит к ухудшению характеристик кабельных композиций.
Состав композиции и свойства пластиката
№ п/п
Состав ПВХ композиции, мас.ч
Свойства ПВХ композиций
КИ, %
Д<sub>макс</sub> - горение
ПТР, г/10 мин, Н=10 кгс, Т=190°С
1
2
3
4
5
6
ПВХ С-70
100
28
150
60
ДОФ
70
Baeropan МС 9917 КА
7
Эпоксидированное соевое масло
4
Карбонат кальция
100
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
5
Окись цинка
5
Борная кислота
1
FR-930
8
Дифенилолпропан
0,4
Полиэтиленовый воск
0,1
2
ПВХ С-70
100
29
160
64
ДОФ
60
Baeropan МС 9917 КА
5,5
Эпоксидированное соевое масло
3
Карбонат кальция
200
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
8
Окись цинка
0,5
Борная кислота
0,1
FR-930
2,5
Дифенилолпропан
0,2
Полиэтиленовый воск
0,1
3
ПВХ С-70
100
29
150
59
ДОФ
70
Baeropan МС 9917 КА
8
Эпоксидированное соевое масло
1,5
Карбонат кальция
300
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
10
Окись цинка
1,5
Борная кислота
1,5
FR-930
6,5
Дифенилолпропан
0,15
Полиэтиленовый воск
0,3
4
ПВХ С-70
100
28
160
60
ДОФ
65
Baeropan МС 8703 КА
10
Эпоксидированное соевое масло
2
Карбонат кальция
400
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
5,5
Окись цинка
4
Борная кислота
0,8
FR-930
5,5
Дифенилолпропан
0,3
Полиэтиленовый воск
0,4
5
ПВХ С-70
100
30
150
64
ДОФ
70
Baeropan МС 8703 КА
12
Эпоксидированное соевое масло
1
Карбонат кальция
500
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
6,5
Окись цинка
3
Борная кислота
0,2
FR-930
10
Дифенилолпропан
0,1
Полиэтиленовый воск
0,2
6
ПВХ С-70
100
29
155
59
ДОФ
55
Naftosafe GKX 2208
9
Эпоксидированное соевое масло
4
Карбонат кальция
250
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
7,5
Окись цинка
2
Борная кислота
0,3
FR-930
7
Дифенилолпропан
0,2
Полиэтиленовый воск
0,5
7
ПВХ С-70
100
29
155
61
ДОФ
65
Naftosafe GKX 2208
7
Эпоксидированное соевое масло
1,5
Карбонат кальция
350
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
5
Окись цинка
2
Борная кислота
0,6
FR-930
7,5
Дифенилолпропан
0,25
Полиэтиленовый воск
0,3
8
ПВХ С-70
100
28
160
60
ДОФ
50
Naftosafe GKX 2292
6
Эпоксидированное соевое масло
3
Карбонат кальция
100
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
5,5
Окись цинка
1
Борная кислота
0,7
FR-930
7,5
Дифенилолпропан
0,2
Полиэтиленовый воск
0,35
9
ПВХ С-70
100
30
150
59
ДОФ
70
Naftosafe GKX 2292
7,5
Эпоксидированное соевое масло
2,5
Карбонат кальция
450
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
7,5
Окись цинка
2
Борная кислота
0,9
FR-930
0,5
Дифенилолпропан
0,15
Полиэтиленовый воск
0,35
10
ПВХ С-70
100
30
155
62
ДОФ
65
Akropan 2593 РХ
7,5
Эпоксидированное соевое масло
3,5
Карбонат кальция
250
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
4
Окись цинка
1,5
Борная кислота
1,5
FR-930
4
Дифенилолпропан
0,2
Полиэтиленовый воск
0,25
11
ПВХ С-70
100
30
150
65
ДОФ
60
Akropan 2593 РХ
5
Эпоксидированное соевое масло
3,5
Карбонат кальция
300
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
6,5
Окись цинка
5
Борная кислота
0,6
FR-930
5
Дифенилолпропан
0,1
Полиэтиленовый воск
0,5
12
ПВХ С-70
100
29
155
62
ДОФ
70
Akropan 2530 РХ
12
Эпоксидированное соевое масло
1
Карбонат кальция
200
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
6,5
Окись цинка
3
Борная кислота
1,0
FR-930
4
Дифенилолпропан
0,5
Полиэтиленовый воск
0,3
13
ПВХ С-70
100
29
150
59
ДОФ
55
Akropan 2530 РХ
9
Эпоксидированное соевое масло
1,5
Карбонат кальция
300
Хлорид цинка
0,01
Трехокись сурьмы
5,5
Окись цинка
4
Борная кислота
0,5
FR-930
5,5
Дифенилолпропан
0,2
Полиэтиленовый воск
0,5
Для сравнения (по прототипу)
14
27-29
180-250
31-35