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.
Для получения полимерных материалов с огнестойкими свойствами необходимо использовать комплексный набор замедлителей горения, наполнителей, дымоподавителей.
Известна полимерная композиция, включающая суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, стабилизатор на основе солей свинца и антипирен-дымоподавитель, который в данной композиции включает карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия, трехокись сурьмы, окись цинка и борную кислоту, кроме того, композиция содержит ионол и дифенилолпропан в соотношении 3:1-1:3 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
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. Н01В 3/44, 2002).
Уровень негорючести данной композиции недостаточно высок.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является негорючая электроизоляционная композиция с пониженным дымовыделением, используемая для изоляции и защитных оболочек электрических проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности содержащая, мас.ч.:
Суспензионный поливинилхлорид
100
Сложноэфирный пластификатор
35-65
Свинцовый стабилизатор
2-7
Карбонат кальция
5-45
Тригидрат окиси алюминия
20-100
Трехокись сурьмы
5-9
Окись цинка
0,5-8
Борат цинка
0,5-8
Стеарат кальция
1-3
Хлористый кальций
0,1-2
Окись кальция
0,1-2
(патент РФ №2272330, кл. Н01В 3/44, 2006).
Композиция характеризуется свойствами: КИ 38-40, максимальная плотность дыма при горении 180-220. Однако уровень пожаробезопасных характеристик композиции недостаточно высок, а также данная композиция имеет довольно низкое значение показателя текучести расплава.
Авторами для оценки перерабатываемости данной полимерной композиции дополнительно определен показатель текучести расплава (ПТР), ПТР при температуре 190°С и нагрузке 10 кгс составил 34-37 г/10 мин. Переработка композиции высокой степенью наполнения на современных высокоскоростных экструдерах создает в расплаве полимера значительные сдвиговые усилия, в этой связи для предотвращения перегрева его в экструдерах требуется повышение показателя текучести расплава. Кроме этого, данная композиция включает в качестве стабилизатора токсичные свинецсодержащие соединения, применение которых не отвечает предъявляемым экологическим требованиям - свинецсодержащие соединения должны быть заменены безопасными для здоровья пользователя электрического оборудования соединениями (Директива ЕС 95/2003).
Задача изобретения состояла в разработке композиции, характеризующейся пониженным выделением дыма при горении, высокой степенью негорючести, повышенной текучестью расплава с использованием нетоксичного комплексного стабилизатора для повышения экологической безопасности и конкурентоспособности.
Поставленная задача достигается тем, что электроизоляционная полимерная композиция, содержащая суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия, трехокись сурьмы, окись цинка, борат цинка, дополнительно содержит нетоксичный комплексный кальций-цинковый стабилизатор, эпоксидированное соевое масло или эпоксидную диановую смолу ЭД-16, ЭД-20, дифенилолпропан, полиэтиленовый воск и в качестве антипирена - добавку FR-930 (1,3,5-трис-(2,3-дибромизопропил)-изоцианурат), борную кислоту, магния гидрооксид при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
Суспензионный поливинилхлорид
100
Сложноэфирный пластификатор
40-60
Кальций-цинковый стабилизатор
5-12
Эпоксидная диановая смола
ЭД-16, ЭД-20
или эпоксидированное соевое масло
1-4
Карбонат кальция
5-60
Тригидрат окиси алюминия
или магния гидрооксид
30-100
Трехокись сурьмы
5-10
Окись цинка
1-7
Борная кислота
0,1-1,5
Борат цинка
0,5-8
Добавка FR- 930
1,3,5-трис-(2,3-дибромизопропил)-изоцианурат
0,5-10
Дифенилолпропан
0,1-0,5
Полиэтиленовый воск
0,1-0,5
В качестве нетоксичного комплексного стабилизатора композиция содержит предназначенные для экструзии кабельных изоляционных материалов и кабельной оболочки высокого качества нетоксичные кальций-цинковые стабилизаторы торговых 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 РХ продукция компании «Akdeniz Kimya», Турция. В соответствии с заключением «Директивы по химикатам для полимерной промышленности ЕС» кальций-цинковые стабилизаторы признаны нетоксичными и негенерирующими токсичные вещества в соединении с другими добавками в ПВХ-компаунде. В композиции могут быть использованы другие марки нетоксичных бессвинцовых стабилизаторов в эквивалентных количествах, предназначенных для кабельных пластикатов, что обеспечивает 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.
В заявляемой полимерной композиции используют в качестве антипирена тонкодисперсный тригидрат окиси алюминия или магния гидрооксид с содержанием основного вещества не менее 95% и со средним размером частиц не более 5 мкм.
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, производство фирмы AkzoNobeL. Является нетоксичным 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.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1. В смеситель, нагретый до 90°С, загружают сыпучие компоненты, мас.ч.: суспензионный поливинилхлорид 100, кальций-цинковый комплексный стабилизатор Baeropan MC 9917KA 7, борат цинка 2, оксид цинка 1,5, борную кислоту 0,5, трехокись сурьмы 8, FR-930 5, дифенилолпропан 0,4, перемешивают в течение 3-5 мин, вводят ДОФ 55, эпоксидированное соевое масло 3, перемешивают 20-25 мин, затем вводят карбонат кальция 45, магния гидрооксид 48, полиэтиленовый воск 0,15 и перемешивают еще 7-10 мин. 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.
Состав и свойства композиции приведены в таблице.
Примеры 2-15 (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 увеличивается степень негорючести, снижается дымообразование при горении, повышается показатель текучести расплава, а также обеспечиваются его экологическая безопасность и конкурентоспособность за счет использования нетоксичных бессвинцовых стабилизаторов.
Использование компонентов вне заявляемых количеств или их смесей приводит к ухудшению характеристик кабельных композиций.