СЛОИСТЫЙ ОГНЕЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ

Полезная модель относится к огнезащитным слоистым материалам, обладающим высокими защитными свойствами при воздействии высоких температур и может быть использована для огнезащиты, в частности, электрических кабелей, пучков кабелей и кабельных линий.
В патенте US 5232976 раскрывается огнезащитный слоистый материал, содержащий в качестве основы нетканый материал и огнезащитный слой следующего состава: 25-60 мас.% окисленного графита. 5-25 мас.% латекса хлоропрена (в пересчете на сухой остаток) и 5-25 мас.% вещества, выбранного из группы, содержащей: полиакрилонитрил, целлюлозу, фенолформальдегидную смолу, полиимиды и др. Кроме того, материал может содержать различные органические и неорганические добавки, например, хлорпарафины, силикаты, гидроксиды Al, Mg, карбонат Аl и др. Получали материал с покрытием толщиной около 2,5 мм, расширяющийся при нагревании в 5-7 раз.
Недостатком указанного материала является использование в его составе фенол-содержащей смолы, повышающей токсичность продуктов сгорания. Кроме того, материал не обладает достаточной эластичностью и прочностью, что ограничивает области его применения и отрицательно влияет на его огнезащитную способность.
Наиболее близким материалом к предложенному является слоистый огнезащитный материал, содержащий тканевую гибкую основу с нанесенным на нее слоем огнезащитного состава, содержащего, в мас.ч.: хлоропреновый каучук - 100, модифицированный ледяной уксусной кислотой окисленный (интеркалированный) графит со степенью расширения 40-50 при 140-150°С - 50-100 (см. RU 2124546)
К недостаткам полученного материала можно отнести недостаточно высокую каркасность образующегося при пожаре защитного слоя пены, что снижает огнезащитную эффективность материала, а также его сравнительно низкую эластичность.
Задачей полезной модели является устранение всех присущих известным техническим решениям недостатков, а также повышение влагостойкости материала.
Поставленная задача решается слоистым огнезащитным материалом, содержащим гибкую основу и слой огнезащитного состава, включающего хлоропреновый каучук и интеркалированный графит, в соответствии с которым огнезащитный состав
дополнительно содержит хлорпарафин, полифосфат аммония, каолин и аэросил при следующем соотношении компонентов, масс.%:
интеркалированный графит
35,0-65,0,
каолин
0,5-3,0,
аэросил
1,0-4,0,
хлорпарафин
3,0-12,0,
полифосфат аммония
1,0-4,0,
хлоропреновый каучук
остальное.
В частных воплощениях полезной модели поставленная задача решается тем, что огнезащитный состав дополнительно содержит 1,0-4,0 масс.% трехокиси сурьмы. Состав также может дополнительно содержать до 4 масс.% вулканизатора. Состав в некоторых своих воплощениях может дополнительно содержать от 15 до 30 масс.% гидроокиси алюминия.
Целесообразно, чтобы состав содержал интеркалированный графит со степенью расширения, не менее, чем в 100 раз.
В некоторых воплощениях полезной модели важно, чтобы соотношение толщины основы к толщине защитного слоя материала составляли как 1:(1,5-5,0). Сущность полезной модели состоит в следующем.
Дополнительное совместное введение в огнезащитный слой материала хлорпарафина, полифосфата аммония, каолина и аэросила, а также изменение содержания интеркалированного графита, хлоропренового каучука, хлорпарафина и трехокиси сурьмы привели к резкому увеличению вспенивающей способности огнезащитного состава, а, следовательно, материала на его основе, улучшению механической прочности материала, каркасности образующейся пены. Кроме того, не наблюдалось горения материала, в том числе остаточного, после удалении пламени.
Для получения огнезащитного материала могут быть использованы, например, следующие материалы:
Каучук хлоропреновый в соответствии с ТУ РА 00204145-0651-97 или каучук хлоропреновый М-40 фирмы «Денка»
- Интеркалированный графит в соответствии с ТУ 55728-006-13267785-96 Аэросил в соответствии с ГОСТ 14922-77
- Каолин обогащенный в соответствии с ГОСТ 19608-84
Парафин хлорированный ХП-470 в соответствии с ТУ 6-01-16-90 Трехокись сурьмы в соответствии с ТУ 48-14-1-88
- Полифосфат аммония в соответствии с ТУ 2148-029-13267785-04.
- Вулканизатор (окись цинка) по ГОСТ 202-84
- Этилацетат, марка А (Б) по ГОСТ 8981-78
- Бензин «Нефрас С2-80/120» по ТУ 38.401-67-108-92
В качестве основы для получения материала используют хлопчатобумажные ткани (миткаль), кордовую ткань, стеклоткань, или любой другой нетканый гибкий материал - например, бумагу, пластик, фольгу - металлическую и графитовую и т.д.
Для получения материала используют хлоропреновый каучук со средней склонностью к кристаллизации.
Выбранный каучук в сочетании с интеркалированным графитом обеспечивает защиту от огня широкого круга горючих материалов.
Термин «интеркалированный графит» охватывает широкий круг химических соединений - продуктов внедрения в графитовую матрицу атомных и/или молекулярных систем. Ряд интеркалированных графитов, таких как бисульфат графита, нитрат графита, т.н. окисленный графит и др. обладает способностью при нагревании многократно увеличиваться в объеме.
Увеличение содержания интеркалированного графита в огнезащитном составе до заявленных количеств (по сравнению с известным составом) совместно с введением хлорпарафина и полифосфата в заявленных количествах не только улучшает вспенивающую способность огнезащитного состава, но и приводит к тому, что в условиях пожара поддерживается каркасность кокса и материал не осыпается, что значительно улучшает огнезащитную способность покрытия.
Наиболее оптимальной является степень расширения графита более 100, что обеспечивает наилучшие показатели расширения огнезащитного состава.
Хлорпарафин несет двоякую функцию - с одной стороны, он является антипиреном, с другой стороны, жидкий хлорпарафин является пластификатором. Именно такое содержание указанного хлорпарафина является оптимальным и обеспечивает возможность эффективной технологической переработки огнезащитного материала путем шпредингования (клеепромазки), что позволяет выпускать слоистый материал с высокой однородностью нанесенного на него огнезащитного слоя.
Антипиреновые свойства хлорпарафина могут быть значительно усилены добавлением другого антипирена - трехокиси сурьмы. Одновременное введение этих двух компонентов в заявляемых количествах позволяет достичь синергетического эффекта - резкого возрастания огнезащитных свойств.
Совместное введение в качестве наполнителя таких веществ как каолин и аэросил в состав, содержащий интеркалированный графит и полифосфат аммония улучшает
технологические свойства композиции - композиция обладает улучшенными тиксотропными свойствами и седиментационной устойчивостью, что является чрезвычайно важным при получении из этого состава материала путем шпредингования. Также оба этих компонента благоприятно влияют на механические и огнезащитные свойства состава.
Введение в состав огнезащитного слоя материала вулканизатора при заявленном содержании хлоропренового каучука не является обязательным, однако его введение сказывается благоприятно на свойствах огнезащитного состава и еще более улучшает технологические свойства.
Введение в заявленных количествах гидроокиси алюминия резко позволяет снизить дымообразование.
В предложенном материале можно использовать до 4 масс.% вулканизатора, в качестве которого может быть использованы следующие вещества:
1) Оксид цинка (наиболее желателен).
2) Смесь стеарат кальция с оксидами Mg и Zn.
3) Смесь N, N' - дифурфурилтиомочевины с оксидами Mg и Zn
4) Смесь альдегидного ускорителя (833) со свинцовым глетом и т.д.
Идентификация полученных продуктов проводилась методом РФА и химического анализа.
3
Степень расширения интеркалированного графита оценивается как объем (в см) 1 г вспененного в муфеле при 900°С интеркалированного графита (например, окисленного).
Физико-механические характеристики материала оценивали по стандартным методикам определения огнезащитной эффективности в соответствии с требованиями НПБ 238-97* «Огнезащитные кабельные покрытия. Общие технические требования и методы испытаний».
Терморасширяющийся огнезащитный материал представляет собой полимерную композицию на основе каучука и минеральных наполнителей и выпускается в виде эластичного листового материала различной ширины, преимущественно, на тканевой основе.
Пример 1.
1,5 кг хлоропренового каучука, 0,09 кг каолина, 0,03 кг полифосфата аммония и 0,37 кг пластификатора (хлорпарафина) последовательно загружали в зазор между вальцами с одновременным их вальцеванием. Затем осуществляли съем полученных пластин.
Снятые с валков пластины полученной резиновой смеси измельчали и помещали в смеситель. Затем в смеситель добавляли растворители - 2,2 кг этилацетата и 1,1 кг нефраса с добавлением 1,1 кг интеркалированного графита, например, окисленного, и 0,03 кг аэросила и мешалкой перемешивали до гомогенного состояния.
В таблице 1 данный огнезащитный состав приведен под номером 1.
Далее пасту наносили на основу, выполненную из стеклоткани PS-1000 толщиной 1,0 мм.
Нанесение пасты осуществляли путем шпредингования. Стеклоткань заправляли в клеепромазочную машину, склеивали и наносили на нее пасту с получением огнезащитного материала в виде рулона. После сушки материал перематывали на картонную гильзу и разрезали на ленты. Толщина слоя огнезащитного состава составляла 2,0 мм.
Пример 2.
1,5 кг каучука, 0,04 кг каолина и 0,24 кг хлорпарафина, 0,32 кг полифосфата, 0,32 кг окиси цинка и 0,08 кг трехокиси сурьмы, последовательно загружали в зазор между вальцами с одновременным их вальцеванием. Затем осуществляли съем полученных пластин.
Снятые с валков пластины полученной резиновой смеси измельчали и помещали в смеситель. Затем в смеситель добавляли растворители - 12,6 кг этилацетата и 6,3 кг нефраса с добавлением 5,28 кг окисленного графита и 0,32 кг аэросила и мешалкой перемешивали до гомогенного состояния.
Далее пасту наносили на основу, выполненную из стеклоткани КТ-11 (300) по ТУ РБ 05780349. - 2000
Нанесение пасты осуществляли путем шпредингования. Стеклоткань толщиной 0,4 мм заправляли в клеепромазочную машину, склеивали и наносили на нее пасту с получением огнезащитного материала в виде рулона. После сушки материал перематывали на картонную гильзу и разрезали на ленты. Толщина слоя огнезащитного состава составляла 0,7 мм.
В таблице 1 приведены полученные в соответствии с примерами огнезащитные материалы, а также их свойства.
Пример 3. Осуществляли получение материала в соответствии с примером 2, однако содержание вулканизатора (окиси цинка) составляло 4%, а содержание трехокиси сурьмы - 4%. В качестве материала основы использовалась лента на тканевой основе толщиной 1,0 мм.
В результате получали эластичный огнезащитный материал в виде ленты на тканевой основе с нанесенным на нее огнезащитным составом, толщиной 1,00 мм со следующими характеристиками:
Степень расширения, %, не менее
2000
Плотность покрытия в состоянии поставки, г/см<sup>3</sup>
1,0±0,2
Толщина, мм
1,1
Разрывная нагрузка -
600 Н
Кроме приведенных характеристик, предложенный материал также обладает следующими эксплуатационными характеристиками:
- Предел распространения огня по кабелю: в течение 40 минут огонь не распространяется.
- Радиус изгиба кабеля с нанесенным покрытием - не изменяется, что свидетельствует о высокой пластичности материала.
- Максимальный токовые нагрузки кабеля с покрытием не изменяются Стойкость к климатическим факторам: диапазон рабочих температур -50÷50°С, относительная влажность воздуха - до 100% включительно, что свидетельствует об абсолютной влагостойкости материала.
Таблица 1
Содержание компонентов в огнезащитном слое
Состав 1
Состав 2
1.
Интеркалированный графит
35,0
65,0
2.
Каолин
3,0
0,5
3.
Аэросил
1,0
4,0
4.
Хлорпарафин
12,0
3,0
5.
Полифосфат аммония
1,0
4,0
6.
Трехокись сурьмы
-
1.0
7.
Вулканизатор
-
4,0
8.
Хлоропреновый каучук
остальное
9.
Соотношение толщин огнезащитного слоя и основы
1:2
1:1,75
Свойства огнезащитного материала
Степень расширения материала, %
Не менее 1000
Не менее 2000
Аббляция<sup>1</sup>
Отсутствие эрозии кокса
Каркасность
В процессе пожара кокс сохраняет геометрические формы
Разрывная нагрузка, Н
1960
588
<sup>1</sup>Унос частиц материала с поверхности под воздействием пламени