ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ЗАПОЛНЕНИЯ ПРОВОДОВ И КАБЕЛЕЙ Российский патент 2013 года по МПК C08L27/06 

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.

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. ⁷ 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.

Карбонат магния микронизированный с содержанием MgCO₃ 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

, где R=C₁₂-C₁₆ линейная смесь алкилов диалкилфенилфосфат (ДАФФ), трикрикрезилфосфат (ТКФ), фосфатный пластификатор (ФП) по ГОСТ 8728-88.

Тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния со средним диаметром частиц D_50% - 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.

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/см².

Кислородный индекс определяют по ГОСТ 12.1.044-89, максимальную плотность дыма (Д_макс) 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. по
прото-
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 - - - -, CaCO₃ 70 110 50 50 350 200 250 50 100 320 270 50 Al(ОН)₃ - 150 - 70 - 25 75 - 50 - - 50 Mg(OH)₂ 90 - 200 70 25 75 25 - 50 90 - - MgCO₃ - - - - - - - 100 - - 80 - Sb₂O₃ - 2 - - - 1 - - - - - 6 H₃BO₃ 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)₂ - 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_макс:                         - 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 - - - - - - - - - - CaCO₃ 200 150 150 270 240 350 190 100 180 300 370 Al(ОН)₃ 110 100   25 100 - - 200   70 - Mg(OH)₂ - 100   100 25 25 150   200 70   MgCO₃ - - 100 - - - - - - - 50 Sb₂O₃ - 1 - - - - - - - - - H₃BO₃ 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)₂ 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_макс:                       - 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.

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 включает поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, стабилизатор, карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия, трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, дифенилолпропан. Композиция 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 комплексные кальций-цинковые термостабилизаторы. Изобретение обеспечивает низкое дымовыделение при тлении и горении, при сохранении низкой горючести, улучшает переработку ПВХ композиции и внешний вид пластиката, повышает устойчивость к тепловому старению, расширяет ассортимент поливинилхлоридных композиций, используемых для получения кабельного пластиката. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

1. Полимерная композиция для кабельного пластиката, включающая суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный 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 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

2. Полимерная композиция для кабельного пластиката, включающая суспензионный поливинилхлорид, сложноэфирный пластификатор, стабилизатор, карбонат кальция, тригидрат окиси алюминия, трехокись сурьмы, окись цинка, борную кислоту, дифенилолпропан, борат цинка, фосфорсодержащий пластификатор, гидроокись магния, карбонат магния, оксид или гидрооксид кальция, броморганическое соединение, смазку, отличающаяся тем, 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