ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2012 года по МПК H01B3/44 

Изобретение относится к области электротехники, а именно кабельной техники, и может быть использовано для изготовления оболочек электрических кабелей и проводов, применяемых для внутренних и наружных соединений подвижного состава рельсового транспорта, городского электротранспорта и метрополитена и других областей применения в условиях повышенной пожаробезопасности при эксплуатации кабелей и проводов в диапазоне температур от минус 60 до плюс 70°С.

В последние десятилетия требования по нераспространению горения кабельных изделий и снижению выделения дыма постоянно повышаются. Имеется большое количество публикаций в части повышения пожаробезопасности различных композиций на основе ПВХ, в которых предусмотрен комплексный подход к данной проблеме, а именно одновременное использование антипиренов для уменьшения горючести, дымоподавителей - для снижения дымообразования. В качестве антипиренов наиболее часто применяют трехокись сурьмы, хлорпарафины. В качестве дымоподавителей обычно рекомендуют тригидрат окиси алюминия (гидроокись алюминия) и гидроокись магния, которые также являются и хорошими антипиренами (Копылов В.В. и др. Полимерные материалы с пониженной горючестью. М.: Химия, 1986, с.151-159.). Однако следует отметить, что за счет применения большого количества добавок, снижающих пожароопасность ПВХ-композиций, далеко не всегда удается сохранить высокие упруго-прочностные характеристики материала, в том числе в условиях воздействия агрессивных углеводородных сред и температуры.

Известна электроизоляционная композиция, содержащая, мас.ч.: суспензионный поливинилхлорид 100, сложноэфирный пластификатор 40-90, свинцовый стабилизатор 2-8, трехокись сурьмы 2-10, окись цинка 2-4, борная кислота 2-5, охру с содержанием Fe₂O₃ 12-15 мас.% 10-70, стеарат кальция 1-3, дифенилолпропан 0,1-0,4. (Патент РФ №2321911, МПК H01В 3/44, опубл. 10.04.2008).

Композиция характеризуется высокой степенью негорючести и низким уровнем дымовыделения, однако из-за большой степени наполнения обладает низкой прочностью и эластичностью, а также недостаточно высокой стойкостью к различным нефтепродуктам в условиях повышенных (свыше 100°С) температур.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электроизоляционная композиция, включающая 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, борную кислоту 0,4-0,6, ионол 0,1-0,6, дифенилолпропан 0,1-0,6. (Патент РФ №2195729, МПК Н01В 3/44, 27.12.2002 г.).

Указанная композиция удовлетворяет требованиям по уровню дымообразования в условиях горения и тления, и выделения хлористого водорода при горении.

Недостатками этой композиции являются недостаточно высокие физико-механические и технологические свойства, невысокая стойкость к углеводородам (масла, бензины, дизтопливо) при повышенных температурах, и, как следствие, ограниченный температурный диапазон эксплуатации материала, что снижает ресурс работы кабельных изделий и ограничивает области применения.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в разработке электроизоляционной композиции с высокими физико-механическими и технологическими свойствами, стойкостью к нефтепродуктам при повышенных температурах, а также расширение температурного диапазона эксплуатации материала при сохранении высокой степени негорючести и низкого уровня дымовыделения.

Поставленная техническая задача решается тем, что электроизоляционная композиция, содержащая суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, свинцовый стабилизатор и антипирен-дымоподавитель, включающий трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, антиоксиданты, согласно предложенному изобретению, дополнительно содержит бутадиен-нитрильный каучук с содержанием акрилонитрила от 15 до 40 мас.%, гидрооксид магния, стеарат кальция, производное стеариновой кислоты, выбранное из группы, включающей этиленгликоль моно- и дистеарат, или изооктилстеарат, этиленаминдистеарат и 12-оксистеарамид, а в качестве антиоксидантов Агидол-2 и Ирганокс 1010. при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: Суспензионный поливинилхлорид - 100, бутадиен-нитрильный каучук с содержанием акрилонитрила от 15 до 40 мас.% - 10-30, гидрооксид магния - 20-40, сложноэфирный пластификатор - 20-40, свинцовый стабилизатор - 3-7, трехокись сурьмы - 3-10, окись цинка - 1,5-3, борная кислота - 0,8-1, Агидол 2 - 0,5-2,5, Ирганокс 1010 - 0,1-0,5, стеарат кальция - 0,5-1,5, производное стеариновой кислоты - 0,5-4. Композиция может дополнительно содержать 0,5-3 мас.ч. технического углерода.

Техническим результатом, достижение которого обеспечивается реализацией всей заявляемой совокупностью существенных признаков, является:

- повышенная огнестойкость композиции за счет заявленного сочетания в определенном соотношении компонентов;

- пониженная токсичность за счет снижения выделения хлористого водорода при горении и тлении

- стойкость к набуханию в нефтепродуктах,

- обеспечение высокого уровня физико-механических свойств предлагаемой композиции благодаря возможности использования в ней значительно меньшего количества наполнителей (порошкообразные компоненты композиции).

Предлагаемая композиция содержит следующие компоненты: суспензионный поливинилхлорид марки С-70 (ПВХ С-70) по ГОСТ 14332-78, известные сложноэфирные пластификаторы, такие как ди(2-этилгексил)фталат или диизононилфталат (ДИНФ) или диизодецилфталат (ДИДФ) и диоктиладипинат (ДОА) по ГОСТ 8728-77, известные свинцовые стабилизаторы, такие как трехосновной сульфат свинца (ТОСС) по ТУ 6-09-098-75, двухосновной фталат свинца (ДОФТС) по ТУ 6-09-098-76, трехокись сурьмы (Sb₂O₃) по ТУ 48-14-1-88, окись цинка (ZnO) по ТУ 48-7-17-82, борную кислоту (H₃BO₃) по ГОСТ 18704-78, антиоксиданты - 2,2'-метиленбис(4-метил-6-трет-бутилфенол) (Агидол-2) по ТУ 2492-433-05742686-98 с изм.1,2 и метилен-3-(3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-фенил-пропионат)тетраметана (Ирганокс 1010), производитель «СIBА», Швейцария, этиленгликоль моно- и дистеарат или изооктилстеарат или этиленаминдистеарат или 12-оксистеарамид, гидроксид магния (Mg(OH)₂) по ТУ 2133-011-40705684-2005, бутадиен-нитрильный каучук с содержанием акрилонитрила от 15 до 40% мас. по ТУ 38.30313-2008 (например, БПКС-ЗЗАМ), стеарат кальция (CaSt₂) по ТУ 2634-003-48602470-99, технический углерод выпускается по спецификации ООО«Омсктехуглелерод» марки У-76.

Сущность изобретения поясняется таблицами 1 и 2.

В таблице 1 приведены составы поливинилхлоридных композиций (1-8 по изобретению, 9-11 - сравнительные, 12 - прототип).

В таблице 2 приведены свойства поливинилхлоридных композиций (1-8 по изобретению, 9-11 - сравнительные, 12 - прототип).

Ниже приводится пример осуществления изобретения

Пример.

В лабораторный двухроторный смеситель «Бенбери», нагретый до 90°С, загружают все сыпучие компоненты в количествах, предусмотренных рецептурой (таблица 1): поливинилхлорид суспензионный, сложноэфирный пластификатор, свинцовый стабилизатор, трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, гидроксид магния, стеарат кальция, антиоксиданты и компонент из группы: этиленгликоль моно- и дистеарат, изооктилстеарат, этиленаминдистеарат и 12-оксистеарамид, перемешивают в течение 3-5 минут, вводят бутадиен-нитрильный каучук, перемешивают еще 5-8 минут при температуре 165°С.

Полученную смесь охлаждают до комнатной температуры и вальцуют при температуре 155-165°С в течение 4-7 минут. Из вальцованного полотна прессуют стандартные образцы для испытаний при температуре 160-170°С в течение 3 минут под давлением 120 кгс/см².

Для определения основных физико-механических и реологических показателей композиций авторами проведены эксперименты. Физико-механические характеристики (прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве) определяют по ГОСТ 11262, показатель текучести расплава композиций по ГОСТ 11645.

Теплостойкость определяют в соответствии с ГОСТ 5960, кислородный индекс (КИ) определяют по ГОСТ 12.1.044, максимальную плотность дыма (Дм) в условиях горения и тления определяют по ГОСТ 24632, выделение хлористого водорода (Л_HCl%) определяют по ГОСТ Р МЭК 60754-1. Температуру хрупкости определяют по ГОСТ 5960, экспресс-методом. Стойкость к действию нефтепродуктов определяют по ГОСТ 5960 после выдержки образцов в трансформаторном масле (ГОСТ 10541) при 125°С в течение 70 часов и в дизельном топливе (ГОСТ 305) при 100°С в течение 24 часов.

Как следует из данных, представленных в таблице 2, предлагаемая электроизоляционная композиция имеет более высокие упруго-прочностные характеристики (прочность при растяжении выше на 30-50%, относительное удлинение при разрыве - на 50-60%); характеризуется более высокой (в 1,5-2 раза) текучестью расплава; обладает более высокой стойкостью к нефтепродуктам в условиях повышенных температур (степень сохранения эластических свойств в 3-4 раза выше); повышенной морозостойкостью (до минус 50°С) и стойкостью к действию высоких температур, чем известная, при равных показателях с ней по уровню дымообразования при горении и тлении и выделения хлористого водорода.

Использование компонентов вне заявляемых количеств или их смесей приводит к ухудшению характеристик композиций (9-11).

Таким образом, сочетание в определенном соотношении компонентов позволяет получить нужный комплекс огнестойкости, пониженной токсичности (за счет снижения выделения хлористого водорода при горении и тлении), стойкости к набуханию в нефтепродуктах, предлагаемой композиции. Благодаря возможности использования в ней значительно меньшего количества наполнителей (порошкообразные компоненты композиции) удалось достичь более высокого уровня ее физико-механических свойств. Указанный комплекс свойств композиции в конечном итоге позволяет улучшить характеристики кабельных изделий и обеспечить повышенный срок их службы.

Таблица 1 Состав поливинилхлоридных композиций № п/п   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 прототип 1. Суспензионный поливинилхлорид 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 2. Сложноэфирный пластификатор ДОФ, ДИДФ 40 40 40 40 10 20 0 30 40 10 20 50 3. Сложноэфирный пластификатор ДОА 0 0 0 0 10 20 40 10 0 0 20 0 4. Свинцовый стабилизатор 7 6 6 6 3 3 6 5 4 6 4 4 5. Трехокись сурьмы 10 10 10 10 3 6 7 8 10 6 7 7 6. Окись цинка 3 3 3 3 1,5 3 3 3 3 3 3 1,9 7. Борная кислота 1 1 1 1 0,8 1 1 0,9 1 1 1 0,6 8. Гидроксид магния 40 40 40 40 20 30 35 25 40 50 10 0 9. 2,2'-метиленбис(4-метил-6-трет-бутилфенол) 2,5 2,5 2,5 2,5 0,5 1,5 2,5 2 2 2 2 0 10. Метилен-3-(3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-фенил-пропионат)тетраметан 0,5 0,5 0,5 0,5 0,1 0,5 0,5 0,3 0,5 0,5 0,5 0 11. Этиленгликоль моно- и дистеарат 4 0 0 0 0,5 1,5 2,5 3 5 5 5 0 12. Изооктилстеарат 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13. Этиленаминдистеарат 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 14. 12-оксистеарамид 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 0 15. Стеарат кальция 1,5 1,5 1,5 1,5 0,2 1 0,5 1 1,5 1 1 0 16. Бутадиен-нитрильный каучук 30 30 30 30 10 20 30 25 30 30 5 0 17. Тригидрат окиси алюминия 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60 18. Ионол 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,2 19. Дифенилолпропан 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,3 20. Карбонат кальция (мел) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40

Таблица 2 Свойства поливинилхлоридных композиций     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 п/п                         прототип 1. Прочность при растяжении, МПа 15 14 13 13 12 13 12 13 10 8 9 9 2. Относительное удлинение при разрыве, % 320 300 300 310 310 300 300 300 250 200 230 200 3. Показатель текучести расплава (190°С, 2,16 кг), г/10 мин 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,0 1,1 1,2 0,8 0,9 1,0 0,6 4. Стойкость к действию нефтепродуктов по сохранению относительного удлинения при разрыве после выдержки образцов в трансформаторном масле при 125°С - 70 час: 120 100 120 100 110 100 100 100 60 60 50 40 5. Стойкость к действию нефтепродуктов по сохранению относительного удлинения при разрыве после выдержки образцов в дизтопливе при 100°С - 24 час: 100 90 100 95 100 90 95 95 50 50 50 30 6. Теплостойкость по сохранению относительного удлинения при разрыве после выдержки образцов на воздухе при 100°С - 168 час: 120 100 100 100 100 95 98 100 80 70 80 83 7. Температура хрупкости, °С -45 -45 -45 -45 -45 -48 -50 -48 -40 -40 -42 -40 8. КИ, % 33,0 32,2 33,0 33,4 33,0 32,3 32,5 32,1 30,5 31,0 29,5 33,0 9. Д_М - горение 200 202 201 200 203 208 205 207 209 208 210 205 10. Д_м - тление 180 181 178 182 179 180 181 179 188 186 190 180 11. Л_HCl% 8,9 9.0 9,0 9,0 9,1 8,9 9,0 8,9 9,4 9,3 9,8 9,1

Изобретение относится к кабельной техники, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида, применяемым для изготовления изоляции и оболочек кабельных изделий. Композиция содержит, мас.ч.: суспензионный поливинилхлорид 100, бутадиен-нитрильный каучук с содержанием акрилонитрила от 15 до 40 мас.% 10-30, гидрооксид магния 20-40, сложноэфирный пластификатор 20-40, свинцовый стабилизатор 3-7, трехокись сурьмы 3-10, окись цинка 1,5-3, борная кислота 0,8-1, Агидол 20,5-2,5, Ирганокс 1010 0,1-0,5, стеарат кальция 0,5-1,5, производное стеариновой кислоты, выбранное из группы: этиленгликоль моно- и дистеарат, изооктилстеарат, этиленаминдистеарат, 12 - оксистеарамид 0,5-4. Композиция может дополнительно содержать 0,5-3 мас.ч. технического углерода. Техническим результатом изобретения является повышение физико-механических характеристик и стойкости к набуханию в нефтепродуктах при соответствии требований по уровню дымообразования в условиях горения и тления и выделения хлористого водорода. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Электроизоляционная композиция, содержащая суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, свинцовый стабилизатор и антипирен-дымоподавитель, включающий трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, антиоксиданты, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит бутадиен-нитрильный каучук с содержанием акрилонитрила от 15 до 40 мас.%, гидрооксид магния, стеарат кальция, производное стеариновой кислоты, выбранное из группы, включающей этиленгликоль моно- и дистеарат, или изооктилстеарат, этиленаминдистеарат и 12-оксистеарамид, а в качестве антиоксидантов Агидол-2 и Ирганокс 1010 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Суспензионный поливинилхлорид 100 Бутадиен-нитрильный каучук с содержанием   акрилонитрила от 15 до 40 мас.% 10-30 Гидрооксид магния 20-40 Сложноэфирный пластификатор 20-40 Свинцовый стабилизатор 3-7 Трехокись сурьмы 3-10 Окись цинка 1,5-3 Борная кислота 0,8-1 Агидол 2 0,5-2,5 Ирганокс 1010 0,1-0,5 Стеарат кальция 0,5-1,5, Производное стеариновой кислоты 0,5-4,2.

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит 0,5-3 мас.ч. технического углерода.