ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ЗАПОЛНЕНИЯ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ
ELECTRICALLY INSULATING COMPOSITION FOR INTERNAL FILLING OF CONDUCTORS AND CABLES

Изобретение относится к кабельной промышленности, а именно к электроизоляционным композициям, предназначенным для внутреннего заполнения кабелей и проводов, характеризующимся пониженным выделением дыма и хлористого водорода при горении, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.
Полимерная композиция, включающая суспензионный поливинилхлорид, сложно-эфирный пластификатор, свинцовый стабилизатор, карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия, трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, дифенилолпропан, отличающаяся тем, что дополнительно содержит стеарат кальция или стеарат свинца, борат цинка, фосфорсодержащий пластификатор, гидроокись магния, карбонат магния, оксид или гидрооксид кальция, броморганическое соединение, лубрикант, а в качестве стабилизатора могут быть использованы нетоксичные (безсвинцовые) комплексные кальций-цинковые термостабилизаторы.
Требования к пожаробезопасности кабельных пластикатов постоянно повышаются, в частности ужесточаются нормы по максимальной оптической плотности дыма, выделяющегося при тлении и горении, и в связи с этим задача создания композиций с пониженным дымовыделением является чрезвычайно актуальной.
Следует также отметить, что ПВХ пластикат для внутреннего заполнения междужильного пространства кабеля имеет, как правило, высокое содержание наполнителя, что приводит к ухудшению технологичности при переработке и увеличивает износ шнеков экструдеров.
7
Известен состав заполнителя междужильного пространства кабеля, содержащий следующие компоненты в соотношении, мас.%: дивинилстирольный термопласт 100, полиэтилен высокого давления - от 40 до 60, минеральное масло от 80 до 95, мел или каолин или гидрооксид алюминия от 100 до 150 (патент РФ 22260864, кл.  H01B 13/32, опубл. 20.09.2005).
Материалы, полученные на основе данной композиции, имеют хорошую технологичность при переработке, однако пожаробезопасные характеристики их недостаточно высокие.
Известна высоконаполненная поливинилхлоридная композиция, применяемая в электротехнической промышленности, содержащая, мас.ч.:
Суспензионный поливинилхлорид - 100
Сложноэфирный пластификатор - 50-100
Стабилизатор - 1-10
Карбонат кальция - 50-200
Стеарат кальция - 2-4
Полиметил- или полиэтилсилоксановая жидкость - 2-4 (патент РФ 1407029, кл. C08L 27/06, опубл. 20.01.1996).
Недостатком материала на основе данной композиции являются невысокие пожаробезопасные характеристики.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является электроизоляционная композиция, содержащая, мас.%:
Суспензионный поливинилхлорид - 100
Сложноэфирный пластификатор 40-80
Свинцовый стабилизатор 3-7
Карбонат кальция 30-500
Тригидрат окиси алюминия 10-100
Трехокись сурьмы 4-7,5
Окись цинка 0,7-1,9
Борная кислота 0,4-0,6
Ионол 0,1-0,6
Дифенилолпропан 0,1-0,6
(Патент РФ 2195729, кл. H01B 3/44, C08L 27/06, опубл. 27.12.2002).
Композиция характеризуется следующими свойствами: максимальная оптическая плотность дыма при горении - 185-220, при тлении - 170-215, выделение хлористого водорода - 8,3-10,6%, КИ - 33-34%. Ввиду того, что по данному изобретению не определяли технологические показатели (термостабильность и показатель текучести расплава (ПТР)), для получения сопоставимых результатов были воспроизведены примеры указанной композиции и определены следующие показатели: термостабильность и ПТР (см. табл.1). Недостатками данной композиции являются недостаточно высокий уровень снижения выделения дыма при тлении и горении, хлористого водорода, низкие термостабильность и текучесть расплава. Низкая термостабильность данной композиции может быть обусловлена использованием в качестве антипиренов и смазок соединений цинка, оказывающих каталитическое действие на дегидрохлорирование ПВХ, и отсутствием в составе компонентов, нивелирующих их негативное влияние на стабильность полимера.
Задачей изобретения является создание технологичной рецептуры кабельного пластиката для внутреннего заполнения кабелей и проводов на основе суспензионного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженным дьшовыделением при тлении и горении при сохранении низкой горючести, с улучшенной технологичностью при переработке - повышенными термостабильностью и текучестью расплава.
Поставленная задача достигается особенностью полимерной композиции для кабельного пластиката, включающей суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, свинцовый стабилизатор, карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия, трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, дифенилолпропан, отличающейся тем, что дополнительно содержит стеарат кальция или стеарат свинца, борат цинка, фосфорсодержащий пластификатор, гидроокись магния, карбонат магния, оксид или гидрооксид кальция, броморганическое соединение, лубрикант при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
Суспензионный поливинилхлорид - 100
Сложноэфирный пластификатор - 15-80
Фосфатный пластификатор - 5-40
Свинцовый стабилизатор - 2-7
Карбонат кальция - 50-500
Карбонат магния - 0-100
Окись цинка - 0,3-10
Тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния
или их двухкомпонентная смесь в соотношении 0,25-1:1-0,25 - 25-200
Трехокись сурьмы - 0-5
Борат цинка - 0,5-15
Борная кислота - 0,1-2
Дифенилолпропан - 0,1-1
Стеарат кальция или стеарат свинца - 0,3-5
Кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10
Броморганическое соединение - 0-15
лубрикант - 0,2-2
Поставленная выше задача достигается также и особенностью полимерной композиции для кабельного пластиката на основе суспензионного поливинилхлорида, включающей сложноэфирный пластификатор, стабилизатор, карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия, трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, дифенилолпропан, отличающейся тем, что дополнительно содержит борат цинка, фосфорсодержащий пластификатор, гидроокись магния, карбонат магния, оксид или гидрооксид кальция, броморганическое соединение, лубрикант, заключающейся в том, что в качестве стабилизатора используют нетоксичные кальций-цинковые термостабилизаторы при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
Суспензионный поливинилхлорид - 100
Сложноэфирный пластификатор - 15-80
Фосфатный пластификатор - 5-40
Комплексный кальций-цинковый стабилизатор - 3-10
Карбонат кальция - 50-500
Карбонат магния - 0-100
Окись цинка - 0,3-10
Тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния
или их двухкомпонентная смесь в соотношении 0,25-1:1-0,25 - 25-200
Трехокись сурьмы - 0-5
Борат цинка - 0,5-15
Борная кислота - 0,1-2
Дифенилолпропан - 0,1-1
Кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10
Броморганическое соединение - 0-15
Лубрикант-0,2-2
В результате использования в композициях стеарата кальция или стеарата свинца, или нетоксичных кальций-цинковых термостабилизаторов, бората цинка, фосфорсодержащего пластификатора, гидроокиси магния, карбоната магния, оксида или гидрооксида кальция, броморганического соединения, лубриканта в указанных соотношениях обеспечивается получение кабельного пластиката с низким дымовыделением при тлении и горении, при сохранении низкой горючести, улучшенной технологичностью при переработке, а именно повышенной термостабильностью и текучестью расплава.
Комплекс эксплуатационных и технологических свойств обеспечивается достижением синегрического эффекта за счет оптимального подбора компонентов (антипиренов-дымоподавителей, термостабилизаторов, смазок) полимерной композиции.
Применение нетоксичных кальций-цинковых термостабилизаторов в трудногорючих композициях для кабельного пластиката обеспечивает повышение экологической безопасности их использования.
В качестве нетоксичного стабилизатора композиция содержит предназначенные для экструзии кабельных изоляционных материалов и кабельной оболочки нетоксичные комплексные кальций-цинковые стабилизаторы с содержанием кальция в пределах 0,1-40%, цинка - 0,5-12%.
В качестве сложноэфирного пластификатора композиция содержит: ди-октилфталат (ДОФ), диизооктилфталат (ДИОФ), диизононилфталат (ДИНФ), диоктилсе-бацинат (ДОС) или их смеси.
В качестве броморганического соединения могут быть использованы (2,3-дибромпропокси) 3,5 дибромфенилпропан, декабромдифенилоксид.
Свинцовый стабилизатор: трехосновный сульфат свинца (ТОСС), двухосновный фталат свинца (ДОФТС) по ТУ 6-09-600-76, двухосновной фосфит по ТУ 6-09-17-302-94 или их смеси.
3
Карбонат магния микронизированный с содержанием MgCO не менее 90%.
В качестве лубриканта могут быть использованы стеариновая кислота с кислотньм числом 192-218 мг КОН/г, гидроксистеариновая кислота с интервалом плавления 70-80°С, Finalux-GCCIO, Finalux-G728, Finawax С, Finawax E, Finawax 0, Finawax S производства компании FINE ORGANICS.
Фосфорсодержащий пластификатор: 2-этилгексилдифенилфосфат с содержанием фосфора не менее 8%;
алкиларилфосфат строения
12
16
, где R=C-C линейная смесь алкилов диалкилфенилфосфат (ДАФФ), трикрикрезилфосфат (ТКФ), фосфатный пластификатор (ФП) по ГОСТ 8728-88.
50%
Тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния со средним диаметром частиц D - не более 10 мкм.
Поливинилхлорид суспензионный со значением Кф = 70-73.
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.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1. В смеситель, нагретый до 90°С, загружают сыпучие компоненты, мас.ч.: суспензионный поливинилхлорид 100, ТОСС 5, оксид цинка 1, борную кислоту 0,1, борат цинка 15, дифенилолпропан 0,5, гидрооксид магния 90, стеарат кальция 3, оксид кальция 2, борную кислоту 2, перемешивают в течение 3-5 мин, вводят ДИНФ 55, перемешивают в течение 20-25 минут, затем вводят карбонат кальция 70, стеариновую кислоту 0,2 и перемешивают еще 7-10 мин.
2
Полученную порошкообразную смесь охлаждают до комнатной температуры и вальцуют при температуре 155-165°С в течение 5-10 мин. Из вальцованного образца прессуют образцы для испытаний при температуре 160-170°С в течение 3 мин под давлением 120 кгс/см.
макс
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, термостабильность по ГОСТ Р МЭК 60811-3-2, старение при температуре 120°С в течение 7 суток - по ГОСТ 5960.
Примеры 2-11, 13-23 аналогичны примеру 1. Количественный состав полимерных композиций и их качественные характеристики - результаты испытаний приведены в таблице 1. Пример №12 - по прототипу.
Таблица 1.
Состав и свойства ПВХ композиций
Наименование компонентов
Примеры по изобретению, мас.ч.
попрото-типу
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
ПВХС-70
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Диизононилфталат
55
-
-
80
-
45
-
-
15
-
-
-
Диоктилфталат
-
35
-
-
-
-
50
15
-
80
-
60
Диизооктилфталат
-
-
80
-
-
-
-
-
-
-
55
-
Диоктилсебацинат
-
-
-
-
40
-
-
-
-
-
-
-
ТОСС
5
6
-
-
7
-
4,5
-
-
2
5,5
6
ДОФТС
-
-
2
-
-
7
-
-
7
-
-
-
ДОФС
-
-
-
7
-
-
-
5,5
-
-
-
-,
CaCO<sub>3</sub>
70
110
50
50
350
200
250
50
100
320
270
50
Al(ОН)<sub>3</sub>
-
150
-
70
-
25
75
-
50
-
-
50
Mg(OH)<sub>2</sub>
90
-
200
70
25
75
25
-
50
90
-
-
MgCO<sub>3</sub>
-
-
-
-
-
-
-
100
-
-
80
-
Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
-
2
-
-
-
1
-
-
-
-
-
6
H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub>
2
0,1
1
1,5
0,8
1
0,5
0,3
1
0,7
1
0,5
ZnO
1
5
4
10
7
3
6
5
3
8
4
1
Борат цинка
15
7
11
0,5
15
12
5
12
15
10
11
-
Дифенилолпропан
0,5
0,1
1
0,5
1
0,7
0,4
0,6
0,8
1
0,6
0,4
Ионол
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,2
Стеарат кальция
3
0,3
-
5
2,5
-
1,5
-
2,0
-
3,5
-
Стеарат свинца
-
-
5
-
-
3,5
-
4
-
5
-
-
СаО
2
-
-
-
10
-
-
-
-
-
-
-
Са(ОН)<sub>2</sub>
-
10
-
7
-
-
5
-
5
10
-
-
стеариновая кислота
0,2
-
-
-
2
-
-
-
-
-
-
-
гидроксистеариновая кислота
-
-
-
0,2
-
-
-
-
-
-
-
-
Finalux-GCCIO
-
-
-
-
-
2
-
-
-
-
-
-
Finalux-G728
-
-
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Finawax C
-
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Finawax E
-
-
-
-
-
-
2
-
-
-
-
-
Finawax O
-
-
-
-
-
-
-
-
2
-
-
-
Finawax S
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
2
-
2-этилгексил-дифенилфосфат
-
-
5
-
40
-
-
40
-
5
20
-
алкиларилфосфат
-
35
-
-
-
40
-
-
40
-
-
-
(2,3-дибромпропокси)3,5 дибромфенилпропан
-
-
10
-
5
-
10
-
5
-
-
декабромдифенилоксид
-
-
10
-
-
-
-
10
-
-
Наименование показателей
Свойства композиций
Горючесть по КИ, %
40
41
40
40
39
40
41
41
42
40
40
33
Максимальная плотность дыма Д<sub>макс</sub>:
- при горении
100
65
74
87
98
93
89
71
67
96
97
200
- при тлении
119
99
106
110
117
115
105
98
94
114
118
170
Количество HCl, %
6,5
7,4
7,2
7,5
8,1
6,9
7,8
7,6
7,1
7,7
7,9
9,1
Термостабильность при 200°C, мин
104
125
109
128
122
132
115
120
131
100
108
85
ПТР, Т=190°C, Р=10 кгс, г/10 мин
110,3
113,1
99,4
94,7
121,3
106,4
118,7
87,3
84,2
112,7
119,1
52,3
Продолжение таблицы 1
Наименование компонентов
Примеры по изобретению, мас.ч.
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
ПВХ С-70
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Диизононилфталат
-
80
-
-
-
20
60
-
10
-
65
Диоктилфталат
80
-
15
-
55
-
-
-
-
55
-
Диизооктилфталат
-
-
-
40
-
45
-
80
-
-
-
Диоктилсебацинат
-
-
-
15
-
-
-
-
40
-
-
Baeropan MC 9917 КА
-
3
-
-
-
-
-
10
-
-
-
Baeropan МС 8703 КА
-
-
-
-
10
-
-
-
3
-
-
Baeropan МС 8553 КА-ST/3
-
-
5
-
-
-
-
-
-
10
-
Akropan 2593 РХ
-
-
-
-
-
3
-
-
-
-
-
Akropan 2530 РХ
-
-
-
-
-
-
10
-
-
-
3
Akropan 2593
-
-
-
10
-
-
-
-
-
-
-
Akropan 2507
10
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
CaCO<sub>3</sub>
200
150
150
270
240
350
190
100
180
300
370
Al(ОН)<sub>3</sub>
110
100
25
100
-
-
200
70
-
Mg(OH)<sub>2</sub>
-
100
100
25
25
150
200
70
MgCO<sub>3</sub>
-
-
100
-
-
-
-
-
-
-
50
Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
-
1
-
-
-
-
-
-
-
-
-
H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub>
2
1,5
1,7
1,0
1,3
0,7
1,2
0,8
1,5
1,5
1,4
ZnO
5
5
3
7
0,3
10
2
4
3
9
6
Борат цинка
0,5
15
7
8
14
9
12
7
15
5
11
СаО
-
5
-
-
-
10
-
-
-
-
-
Са(ОН)<sub>2</sub>
2
-
10
-
-
-
-
-
5
-
7
стеариновая кислота
-
-
2
-
-
-
-
-
-
-
-
гидроксистеариновая кислота
2
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Finalux-GCC10
-
-
-
0,2
-
-
-
-
-
2
-
Finalux-G728
-
-
-
-
0,2
-
-
-
-
-
-
Finawax C
-
-
-
-
-
0,2
-
-
-
-
-
Finawax E
-
-
-
-
-
-
0,2
-
-
-
2
Finawax O
-
-
-
-
-
-
-
0,2
-
-
-
Finawax S
-
2
1,5
-
-
-
-
-
2
-
-
2-этилгексил-дифенилфосфат
-
-
40
-
15
5
-
-
25
-
алкиларилфосфат
10
-
-
5
-
-
-
-
-
-
20
(2,3-дибромпропокси) 3,5 дибромфенилпропан
-
15
-
-
-
-
-
-
10
-
-
декабромдифенилоксид
-
-
15
15
-
-
-
5
-
-
-
Наименование показателей
Свойства композиций
Горючесть по КИ, %
41
42
40
40
40
39
40
40
40
40
41
Максимальная плотность дыма Д<sub>макс</sub>:
- при горении
198
89
72
84
85
100
89
96
87
76
81
- при тлении
119
103
96
109
100
117
103
115
104
98
94
Количество НС1, %
7,9
8,1
7,3
8,5
8,1
8,9
7,3
8,7
8,3
7,6
7,7
Термостабильность при 200°C, мин
132
117
110
129
143
101
114
132
102
144
127
ПТР, T=190°C, P=10 кгс, г/10 мин
121,5
119,3
89,1
Использование предложенной композиции позволит улучшить характеристики кабельного пластиката по сравнению с прототипом, а именно:
- обеспечить низкое дымовыделение при тлении и горении, при сохранении низкой горючести;
- улучшить технологические показатели - повысить термостабильность и текучесть расплава, что позволит повысить технологичность переработки ПВХ композиции на современных экструзионных линиях;
- улучшить внешний вид пластиката;
- расширить ассортимент поливинилхлоридных композиций, используемых для получения кабельного пластиката.