ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2011 года по МПК H01B3/44 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к кабельной технике и, в частности, к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженным показателем горючести и выделения дыма, и может быть использовано для изготовления изоляции и оболочек проводов и кабелей общепромышленного назначения, эксплуатируемых в условиях повышенной пожароопасности.

Провода и кабели часто являются причиной загорания и распространения пламени. В связи с этим к их полимерным составляющим - изоляции, внутренним и внешним оболочкам традиционно предъявляются требования по негорючести. В последнее время требования по характеристикам пожароопасности расширились, в частности по снижению дымообразования и выделения коррозионно-активных газов при возникновении пожара, поскольку указанные факторы приводят к негативным последствиям для здоровья человека и выходу из строя электронного и другого оборудования.

Для уменьшения горючести ПВХ-композиций в их состав вводят антипирены, например трехокись сурьмы, а для снижения дымовыделения - дымоподавители (Кодолов В.И. Замедлители горения полимерных материалов. М.: Химия, 1980, с.7-25).

Известна полимерная композиция на основе пластифицированного ПВХ, включающая в качестве антипиренов-дымоподавителей комбинацию трехокиси сурьмы, хлорированного парафина, карбоната кальция и окиси молибдена (US №4098748 А, 04.07.1978).

Указанные компоненты снижают дымообразование при горении композиции, однако степень повышения негорючести недостаточна.

Известна ПВХ-композиция, обладающая более высокой степенью негорючести, в состав которой входят комбинация антипиренов-дымовыводителей, содержащая трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, мел и гидроокись алюминия (SU №1646278 А1, БИ 1995).

Однако эта композиция не удовлетворяет требованиям по уровню выделения дыма и хлористого водорода при горении и тлении.

Известна также электроизоляционная композиция, содержащая ПВХ, сложноэфирный пластификатор, свинцовый термостабилизатор, трехокись сурьмы. Окись цинка, борную кислоту, карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия и аэросия (SU 1832700 А1, 27.06.1996).

Однако уровень снижения выделения хлористого водорода при горении и дыма при горении и тлении недостаточно высок.

Наиболее близкой к предложенной по совокупности признаков из числа известных является электроизоляционная композиция, содержащая (мас.ч.): суспензионный ПВХ 100, сложноэфирный пластификатор 40-80, термостабилизатор - свинецсодержащий стабилизатор 3-7, карбонат кальция 30-500, тригидрат окиси алюминия 10-100, трехокись сурьмы 4-7,5, окись цинка 0,7-1,9, борную кислоту 0,4-0,6, фенольный антиоксидант - смесь ионола 0,1-0,6 и дифенилолпропана (RU 2195729 С1, 27.12.2002).

Известная композиция характеризуется достаточно низким уровнем дымообразования. Однако она имеет недостаточно высокую устойчивость к возгоранию при повышенных температурах.

Поставленная задача состояла в разработке электроизоляционной композиции, используемой в кабельных изделиях, обладающей стойкостью к возгоранию при повышении в них токовых нагрузок, характеризующихся выделением большого количества тепла.

Технический результат достигается тем, что электроизоляционная композиция содержит суспензионный поливинилхлорид, термостабилизатор, карбонат кальция, трехокись сурьмы, фенольный антиоксидант, в качестве сложноэфирного пластификатора смесь фталатного и фосфатного пластификаторов и в качестве гидроокиси металла гидроокись магния при следующем соотношении компонентов (мас.ч.): суспензионный поливинилхлорид 100, фталатный пластификатор 25-50, фосфатный пластификатор 10-30, термостабилизатор 3-8, карбонат кальция 25-200, гидроокись магния 25-80, трехокись сурьмы 4-8, фенольный антиоксидант 0,2-0,8.

Предпочтительным является использование смеси гидроокиси магния с удельной поверхностью 5-15 м²/г и гидроокиси магния с удельной поверхностью 40-80 м²/г, взятых в массовом соотношении от 9:1 до 20:1 - Mg(OH)₂ (1) и Mg(OH)₂ (2) соответственно.

Далее приводятся сведения по осуществлению изобретения.

В данной электроизоляционной композиции используют известные химические продукты, соответствующие техническим требованиям на них, в частности суспензионный поливинилхлорид С-70 (ПВХ С-70) по ГОСТ 14332-78, термостабилизаторы, содержащие свинец - трехосновный сульфат свинца (ТОСС) по ТУ 6-09-098-75 и двухосновной фталат свинца (ДОФТС) по ТУ 6-09-098-76, двухосновной стеарат свинца (ДОСС) по ТУ 6-09-098-79, бессвинцовые термостабилизаторы Naftosave производства фирм Chemson (Австрия) Baeropan К производства Baerloher (Германия), трехокись сурьмы по ТУ 6-09-3267-84, карбонат кальция по ГОСТ 8253-79, гидроокись магния по ТУ 1517-002-59074732-2007, фенольные антиоксиданты ионол по ГОСТ 38.01420-87, дифенилолпропан (ДФП) по ГОСТ 12138-86.

Сложноэфирные пластификаторы являются широко известными компонентами ПВХ-композиций. Среди них наибольшее значение имеют индивидуально применяемые фталатные и фосфатные пластификаторы (Кирилович В.И., Носовский Ю.Е., Барштейн Р.С. Пластификаторы для полимеров. М.: Химия, 1982, 276 с.).

Фосфатные пластификаторы являются сложными эфирами ортофосфорной кислоты - триарилфосфатами или алкилдифенилфосфатами.

Типичными фталатными пластификаторами являются диоктилфталат (ДОФ) по ГОСТ 8728-77, диизононилфталат (ДИНФ) и диизодецилфталат (ДИДФ) - продукты фирмы Exxon, а фосфатными - трикрезилфосфат (ТКФ) и изодецилдифенилфосфат (ИИДДФФ) - продукт фирмы Supresta (Голландия) марки Fosflex.

В настоящее время в ПВХ-композициях используют в качестве термостабилизаторов различные типы химических соединений, такие как соединения свинца, а также элементов II группы периодической системы - кальция, бария, цинка.

Указанные продукты являются по сути техническими эквивалентами и на практике взаимозаменяемы (Руководство по разработке композиций на основе ПВХ. Под ред. Гроссмана Р.Ф. Пер. с англ. под ред. Гузеева В.В. - СПб.: Научные основы и технологии, 2009. - 608 с.).

Для специалиста очевидна возможность использования широкого ряда термостабилизаторов с получением идентичного эффекта, а именно обеспечения химической стабильности поливинилхлорида при переработке композиций. В странах Евросоюза производители кабельного ПВХ-пластиката почти полностью отказались от применения соединений свинца в качестве термостабилизаторов в силу экологических соображений.

В качестве антиоксидантов в ПВХ-композициях традиционно используют производные фенолов. Типичными представителями фенольных антиоксидантов являются ионол по ГОСТ 38.01420-87, дифенилопропан (ДФП) по ГОСТ 12138-86, а также ряд других пространственно-затрудненных фенолов.

Кроме перечисленных компонентов композиция может также включать известные целевые добавки, такие как сажа, красители, смазки и т.п.

Следующие примеры характеризуют, но не ограничивают изобретение.

Примеры 1-12

Изготавливают ПВХ-композиции согласно изобретению (примеры 1-8), сравнительные (примеры 9 и 10), предусматривающие индивидуальное использование фталатного и фосфатного стабилизаторов, и согласно прототипу (пример 12). Рецептуры композиции приведены в таблице 1.

В работающий турбомиксер последовательно загружают в количествах, предусмотренных рецептурой (табл.1), ПВХ марки С-70, пластификаторы, термостабилизатор фенольный антиоксидант, трехокись сурьмы, гидроокись магния, карбонат кальция. После того как температура в экструдере достигнет 90°С, смесь выгружают в охладитель, где она охлаждается до 30°С; после чего производятся экструдирование и гранулирование смеси на экструдере при 140-150°С и гранулы охлаждают.

Из полученного гранулята изготавливают образцы для испытаний. Максимальную плотность дыма (Dм) в условиях горения и тления определяют по ГОСТ 24632-81, выделение хлористого водорода - по ГОСТ Р МЭК 60754-1-99, кислородный индекс (КИ) - по ГОСТ 12.1.044.89. Поскольку определение по указанному методу дает величину КИ при комнатной температуре, дополнительно определяют величину температурного индекса (ТИ) по стандарту ISO-4589-3. Величина ТИ позволяет оценить температуру воспламеняемости электроизоляционного материала кабельного изделия при повышенных токовых нагрузках.

Результаты испытаний отражены в таблице 2. Как следует из представленных данных, предлагаемая электроизоляционная композиция характеризуется более высокими значениями максимально допустимой температуры невозгораемости, чем известная и, следовательно, сравнительные, содержащие фосфатный и фталатный пластификаторы, индивидуально снижает риск возникновения пожара при повышенных токовых нагрузках в кабельных изделиях, а также облегчает процесс тушения, что следует из физической сущности самих величин КИ и ТИ (Поливинилхлорид. Уилки У., Саммерс Дж., Даниэле У. СПб.: Профессия, 728 с., 2007 г.).

При этом предлагаемая композиция удовлетворяет требованиям по уровню дымообразования в условиях тления и горения и выделения хлористого водорода, равно как и по величине кислородного индекса и физико-механическим показателям.

Таблица 1 Состав поливинилхлоридных композиций (примеры 1-8 по изобретению, 9-1 сравнительные, 11 - прототип)     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 ПВХ С-70 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 2 ДОФ 25 - - 40 - - - 40 - - - 3 ДИНФ - 30 - - 50 - 40 - - - 50 4 ДИДФ - - 35 - - 40 - - - 55 - 5 ТКФ 30 - 20 - 10 - 15 - 50 - - 6 ИДДФФ - 25 - 15 - 15 - 15 - - - 7 Mg(OH)₂(I) 25 40 50 60 80 45 60 40 20 75 - 8 Mg(OH)₂(II) - - - - - 5 4 2 - 10 - 9 Карбонат кальция 25 50 80 120 200 60 70 50 20 210 40 10 Трехокись сурьмы 4 5 5 6 6 8 5 5 3 9 7 11 ТОСС 3 - - - 8 - - - - - 4 12 ДОФТС - 4 - - - - - - - - - 13 ДОСС - - 5 - - - 4 - - 9 - 14 Naftosave - - - 6 - 4 - - - - - 15 Baeropan К - - - - 4 - - 3 2,5 - - 16 Окись цинка - - - - - - - - - - 1,9 17 Борная кислота - - - - - - - - - - 0,6 18 Ионол 0,2 - 0,4 - 0,6 - 0,8 - 0,1 - 0,2 19 ДФП - 0,3 - 0,5 - 0,7 - 0,4 - 0,9 0,3 20 Al(ОН)₃ - - - - - - - - - - 60

Таблица 2 Свойства поливинилхлоридных композиций (примеры 1-8 по изобретению, 9-10 для сравнения, 11 - прототип)   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Кислородный индекс 32,5 33,1 32,9 32,8 33,2 33,3 33,2 33,6 32,1 31,3 33 Температурный индекс 330 335 340 325 330 340 335 330 280 270 240 λ HCl % 9,4 9,2 9,3 9,3 9,6 9,2 9,1 8,9 9,3 9,8 9,1 Дм горения 210 202 204 198 206 203 209 208 220 215 205 Дм тления 173 182 179 186 181 176 183 184 195 200 180

Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к электроизоляционным композициям, предназначенным для изоляции и оболочек кабелей и проводов общепромышленного назначения. Композиция содержит, мас.ч.: суспензионный поливинилхлорид 100, фталатный пластификатор 25-50, термостабилизатор 3-8, карбонат кальция 25-200, гидроокись магния 25-80, трехокись сурьмы 4-8, фенольный антиоксидант 0,2-0,8, фосфатный пластификатор 10-30. Высокая устойчивость к возгоранию при повышенных температурах с удовлетворением требованиям по уровню дымообразования в условиях тления и горения и выделения хлористого водорода, а также по физико-механическим показателям является техническим результатом изобретения. Указанный результат достигается за счет введения в известную композицию гидроокиси магния, а также при совместном применении фталатного и фосфатного пластификаторов при определенном составе композиции. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Электроизоляционная композиция, содержащая суспензионный поливинилхлорид, смесь фталатного и фосфатного пластификаторов, термостабилизатор, карбонат кальция, гидроокись магния, трехокись сурьмы, фенольный антиоксидант при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
Суспензионный поливинилхлорид 100 Фталатный пластификатор 25-50 Фосфатный пластификатор 10-30 Термостабилизатор 3-8 Карбонат кальция 25-200 Гидроокись магния 25-80 Трехокись сурьмы 4-8 Фенольный антиоксидант 0,2-0,8

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве гидроокиси магния содержит смесь гидроокись магния с удельной поверхностью 5-15 м²/г и удельной поверхностью 40-80 м²/г в массовом соотношении от 9:1 до 20:1.