ОГНЕСТОЙКИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ Российский патент 2024 года по МПК H01B7/295 C08K3/22 C08K3/34 C08K9/00 

Область применения

Настоящее раскрытие относится к огнестойкому электрическому кабелю.

В частности, настоящее раскрытие относится к огнестойкому электрическому кабелю, имеющему огнестойкую оболочку из ПВХ, которая проявляет пониженное стекание (возникновение капель) при воздействии высоких температур, например, в случае пожара.

Кабель, согласно настоящему раскрытию, можно использовать для низковольтовых применений (LV).

Уровень техники

Как известно, важное требование для электрических кабелей, особенно для применения в строительстве, состоит в эффективных высоких характеристиках в случае пожара (как указано, например, в стандарте IEC 60332-3-24 (2000)), во избежание распространения пламени и задымления в домах, или в более общем виде, в помещениях, где проживают люди. Противопожарные характеристики кабеля могут зависеть от внешней оболочки кабеля, которая должна обладать определенными свойствами в случае пожара.

В этой связи, известно изготовление оболочки электрических кабелей из полимерного состава, обладающего огнестойкими свойствами как таковые или приданными за счет добавления подходящего огнестойкого наполнителя, который натягивают поверх проводящего сердечника кабеля.

Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой полимерный материал, широко используемый при конструировании кабелей. Чистый ПВХ является достаточно жестким, и чтобы придать ему подходящую гибкость для изготовления кабелей, к нему добавляют пластификаторы, среди которых очень широко используются фталаты, например, согласно WO 2013/048775.

ПВХ по своей природе устойчив к пламени. Однако, большинство пластификаторов, используемых для придания гибкости полимеру ПВХ, могут ослабить эту важную техническую характеристику.

Поэтому, при добавлении пластификаторов к полимеру ПВХ для придания ему гибкости для изготовления кабеля, также следует добавлять подходящие огнестойкие наполнители, так, чтобы полученный состав полимера ПВХ обеспечивал покрытие для кабеля, обладающее подходящими огнестойкими свойствами.

Общеупотребительным огнестойким наполнителем для ПВХ является триоксид сурьмы.

При определенных обстоятельствах также может потребоваться, чтобы электрические кабели имели внешнюю оболочку, например, из состава на основе ПВХ, которая не только является огнестойкой, но также обладает низким или нулевым стеканием, т.е., в случае пожара она не должна ни легко гореть, ни плавиться, поскольку если это имеет место, то может обнажиться электрическая изоляция, и/или дополнительно усилиться распространение огня, из-за отделяющихся от нее горячих кусков.

Огнестойкость и низкое/нулевое стекание электрического кабеля могут быть оценены на соответствие национальным и/или международным стандартам и сертифицированы.

Некоторые стандарты, в частности, международные стандарты, становятся все более и более строгими в части характеристик, требуемых для огнестойкого кабеля, с целью повышения безопасности в зданиях в случае пожара.

Добавление огнестойких наполнителей, таких как гидроксид магния и/или гидроксид алюминия к полимерному материалу на основе ПВХ внешней оболочки кабеля усиливает эффективность против распространения пламени, но оказывает мало влияния на сдерживание или предотвращение стекания, когда кабель подвергается воздействию высоких температур, например, в случае пожара.

В CN110092991 раскрыт ПВХ-кабель с большим сроком службы, содержащий провод, слой изоляции из ПВХ и защитный слой из ПВХ, в котором защитный слой из ПВХ содержит следующие компоненты: 100 частей смолы ПВХ; 5-10 частей пластификатора; 1-5 частей термостабилизатора; 10-15 частей смазки; 1-3 частей огнезащитного материала; 0,5-1 частей добавки, повышающей ударную прочность; 20-40 частей наполнителя; 1,5-3 частей графенового волокна; 1-2 частей углеродного волокна; 0,5-1 частей полиэтиленового волокна.

Огнестойкий материал выбирают, в числе прочего, из триоксида сурьмы, наномерного монтмориллонита, наномерного диоксида кремния, по меньшей мере, двух видов. В Примере 15, огнезащитный материал представляет собой смесь оксида сурьмы и наномерного монтмориллонита в массовом соотношении 1:1 (общее количество составляет 3 массовых части).

Сущность изобретения

В свете вышеизложенного, основная задача настоящего раскрытия состоит в обеспечении огнестойкого электрического кабеля, имеющего наружный слой (представляющий собой внешнюю оболочку или обшивку, покрывающую внешнюю оболочку), изготовленный из полимерного состава ПВХ, который обладает повышенными противопожарными характеристиками, такими как пониженное или полностью отсутствующее стекание (каплеобразование) при воздействии пламени, так, чтобы он отвечал более строгим требованиям для сертификации согласно действующим международным стандартам.

Другая задача настоящего раскрытия состоит в обеспечении огнестойкого электрического кабеля, как указано выше, который в дополнение к повышенным характеристикам в условиях пожара, обладает высокими механическими свойствами и легко подвергается механической обработке, например, с помощью процессов экструзии.

Заявитель обнаружил, что электрический кабель, имеющий внешнюю оболочку, изготовленную из полимерного состава ПВХ, обладает повышенными огнестойкими свойствами, такими как пониженное или нулевое стекание в условиях пожара, когда ее наружный слой содержит монтмориллонит, обладающий микронными размерами частиц, и триоксид сурьмы, и в котором монтмориллонит и триоксид сурьмы присутствуют в конкретной сумме количеств и в конкретном соотношении.

Следовательно, настоящее раскрытие относится к огнестойкому электрическому кабелю, имеющему сердечник, содержащий электрический проводник, электроизолирующее покрытие и наружный слой, изготовленный из огнестойкого полимерного состава, содержащего:

a) 100 м.ч. поливинилхлорида (ПВХ) в качестве базового полимера;

b) 70-110 м.ч. гидроксида металла;

c) 1-8 м.ч. монтмориллонита, не обязательно подвергнутого поверхностному модифицированию, имеющего средние размеры частиц 5-20 мкм;

d) 3-8 м.ч. триоксида сурьмы;

в котором сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 5,5 м.ч., и в котором триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:2,5.

В варианте воплощения наружный слой представляет собой оболочку.

В другом варианте осуществления наружный слой представляет собой слой обшивки, покрывающий оболочку. В варианте осуществления слой обшивки обладает толщиной 0,05-0,5 мм.

Заявитель обнаружил, что кабель, снабженный самым внешним слоем, изготовленным из огнестойкого состава, как было указано выше, обладает повышенной реакцией на пожарное воздействие, например, применительно к пониженному стеканию или отсутствию стекания в ходе горения.

В дополнение, заявитель обнаружил, что обеспечение самого внешнего слоя, как было указано выше, позволяет придавать подходящие огнестойкие свойства и повышенную стойкость к стеканию под действием огня кабелю, без ослабления его механических свойств и способности к обработке полимерного материала, образующего наружный слой, в частности, на этапе экструзии.

Подробное раскрытие

В целях настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения, формы единственного числа следует понимать как включающие в себя один или, по меньшей мере, единицу, и единственное число также включает в себя множественное, пока не станет очевидно, что под этим понимается иное. Это сделано лишь для удобства и для обеспечения общего смысла раскрытия.

В рамках настоящего описания и последующей формулы изобретения, пока не указано иное, все числа, выражающие величины, количества, процентные содержания, и т.п., следует понимать, как изменяемые во всех случаях под термином «примерно». Также, все диапазоны включают в себя любое раскрытое сочетание максимальной и минимальной точек и включают в себя любые промежуточные диапазоны внутри них, которые могут быть специально в них пронумерованы или не пронумерованы.

В настоящем описании следует понимать, что технические признаки, описанные выше и ниже, могут быть скомбинированы друг с другом любым образом, образуя другие варианты осуществления настоящего раскрытия, которые могут быть специально не описаны для краткости, но которые попадают в объем настоящего раскрытия.

В настоящем описании и формуле изобретения, если не указано иное, массовые процентные содержания приведены, исходя из общей массы огнестойкого полимерного состава.

В настоящем описании и формуле изобретения количество компонентов огнестойкого полимерного состава приведено в м.ч., где термин «м.ч.» используют для обозначения массовых частей на 100 массовых частей базового полимерного материала.

Кабель согласно раскрытию можно использовать, в частности, для низковольтовых применений (LV).

В настоящем описании и прилагаемой формуле изобретения под «кабелем низкого напряжения» понимают напряжение, меньшее или равное примерно 1 кВ.

Кабель по настоящему раскрытию подходит для переноса и распределения электрического тока для энергоснабжения и для телекоммуникации.

Кабель согласно настоящему раскрытию может иметь один или более проводников.

В настоящем описании и в последующей формуле изобретения под «проводником» понимают элемент удлиненной формы, изготовленный из электропроводящего металлического материала, например, алюминия, меди, углеродных нанотрубок или их композита. Элемент удлиненной формы может представлять собой сплошной стержень или может быть образован из группы в виде жгута или скрученных проводов.

Каждый проводник электрического кабеля по изобретению окружен изолирующим слоем, который может находиться в непосредственном контакте с ним. Оболочка может окружать один или более проводников.

В соответствии с настоящим раскрытием, по меньшей мере, оболочка изготовлена из огнестойкого полимерного состава на основе ПВХ. В случае, когда обшивка представляет собой наружный слой кабеля, нижележащая оболочка может быть изготовлена из огнестойкого полимерного состава на основе ПВХ, в котором отсутствует (не обязательно) монтмориллонит.

В варианте осуществления, поливинилхлорид имеет значение K, по меньшей мере, 65, более предпочтительно, значение K 68-72. Значение K, также называемое характеристической вязкостью, указывает на среднюю молекулярную массу ПВХ. Значение K можно определить согласно стандарту DIN EN ISO 1628-1 (1988).

Огнестойкий полимерный состав на основе ПВХ также может включать в себя, по меньшей мере, один пластификатор, предпочтительно, по меньшей мере, один пластификатор на основе фталата.

Пластификатор на основе фталата можно выбрать из группы, состоящей из: ди(2-этилгексил)фталата (ДЭГФ), диизонилфталата (ДИНФ), диизодецилфталата (ДИДФ), диизотридецилфталата (ДИТФ) и их смесей.

Другие подходящие пластификаторы, которые можно использовать в дополнение или вместо фталатов, представляют собой, например, хлорпарафины.

Огнестойкий полимерный состав по настоящему раскрытию в качестве огнестойкого наполнителя дополнительно содержит гидроксид металла в количестве 70-110 м.ч. (что соответствует примерно 25-45 мас.%).

В варианте осуществления гидроксид металла выбирают из гидроксида магния, гидроксида алюминия или их сочетания.

Гидроксид металла можно использовать в форме частиц, не обработанных или подвергнутых поверхностной обработке насыщенными или ненасыщенными жирными кислотами, содержащими 8-24 атомов углерода, или их солями металлов, такими как, например: олеиновая кислота, пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, изостеариновая кислота, лауриновая кислота; стеарат или олеат магния или цинка; и т.п.

Пример гидроксида металла, подходящего для настоящего кабеля, представляет собой гидроксид магния, например, природного происхождения (брусит), подвергнутый (не обязательно) поверхностной обработке.

Огнестойкий полимерный состав по настоящему раскрытию дополнительно содержит триоксид сурьмы в количестве 3-8 м.ч. (что соответствует примерно 1,2-3 мас.%), в качестве дополнительного огнестойкого наполнителя. Количество триоксида сурьмы менее 3 м.ч. (1,2 мас.%) не оказывает никакого существенного влияния на огнестойкий полимерный состав; тогда как количество триоксида сурьмы более 8 м.ч. (3 мас.%) не добавляет никаких улучшений характеристик кабеля и может повысить затраты на изготовление огнестойкого полимерного состава и кабеля, получаемого из него.

В варианте воплощения количество триоксида сурьмы может составлять 5-8 м.ч. (что соответствует примерно 2-3 мас.%).

Диапазон количеств, указанных выше, по меньшей мере, для одного гидроксида металла и для триоксида сурьмы подходит для придания надлежащих огнестойких свойств внешней оболочке кабеля, без ослабления его механических свойств, в частности, его характеристик удлинения.

Огнестойкий полимерный состав по настоящему раскрытию дополнительно содержит монтмориллонит, не обязательно подвергнутый поверхностной обработке, имеющий средние размеры частиц 5-20 мкм.

В варианте осуществления монтмориллонит, не обязательно подвергнутый поверхностной обработке, имеет размеры частиц 10-20 мкм, например, размеры частиц 15-20 мкм.

Монтмориллонит по настоящему раскрытию может иметь природное происхождение и может быть многослойным. В варианте воплощения монтмориллонит природного происхождения может быть очищен согласно стандартным способам очистки, перед его использованием в огнестойком полимерном составе по настоящему раскрытию.

На монтмориллонит по настоящему раскрытию может быть нанесено поверхностное покрытие в виде соединения, содержащего катион аммония, такого как соль. Монтмориллониты, покрытые аммонием, подходящие для настоящего кабеля, содержат алкиламмоний и полиоламмоний. В варианте воплощения монтмориллонит, покрытый аммонием, содержит (подвергнут поверхностной обработке) диалкилди(гидрогенизированный C₁₆-C₁₈) аммоний, например, диметил, ди(гидрогенизированный таловый) аммоний.

Катионное покрытие позволяет повысить совместимость монтмориллонита с полимерной матрицей.

Количество монтмориллонита, подвергнутого поверхностной обработке (не обязательно), в огнестойком полимерном составе по настоящему раскрытию находится в диапазоне 1-8 м.ч. (что соответствует примерно 0,4-3 мас.%). Количество монтмориллонита, подвергнутого поверхностной обработке (не обязательно), менее 1 м.ч. (0,4 мас.%) не оказывает никакого существенного влияния на огнестойкий полимерный состав; тогда как количество монтмориллонита, подвергнутого поверхностной обработке (не обязательно), более 8 м.ч. (3 мас.%) может вызвать ухудшение механических свойств состава, например, с точки зрения предела прочности при растяжении и удлинения при разрыве, делая, таким образом, состав не подходящим для электрического кабеля.

В варианте осуществления количество монтмориллонита, не обязательно подвергнутого поверхностной обработке, может составлять, по меньшей мере, 7 м.ч. (что соответствует примерно 2,5 мас.%).

В соответствии с настоящим раскрытием, сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 5,5 м.ч. Например, сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 7,5 м.ч. Например, сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 16 м.ч., по большей мере.

В варианте воплощения триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:2,5. Например, триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:1,2.

В варианте воплощения триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:1,2, а сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 7,5 м.ч.

В варианте воплощения триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:1,2, сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 7,5 м.ч., а количество триоксида сурьмы находится в диапазоне 3,5-8 м.ч., например, в диапазоне 5-8 м.ч.

Заявитель выявил опытным путем, что присутствие монтмориллонита, подвергнутого поверхностной обработке (не обязательно), обладающего микронными размерами частиц, как указано выше, в огнестойком полимерном составе, используемом для изготовления самого внешнего слоя кабеля, наряду с триоксидом сурьмы и, по меньшей мере, одним гидроксидом металла в количествах и отношениях, указанных выше, не только вносит вклад в повышение огнестойких свойств полимерного состава, образующего такое покрытие, но также значительно повышает его стойкость к стеканию под действием огня.

В частности, заявитель выявил опытным путем, что монтмориллонит, обладающий микронными размерами частиц, как указано выше, способствует образованию в значительной мере компактных и однородных связующих углеродистых остатков («кокс») такого самого внешнего слоя, когда он подвергается воздействию пламени, например, в случае пожара, что приводит к снижению стекания полимерного материала, образующего такой покрытие, и к значительному повышению времени падения раскаленных фрагментов полимерного материала, например, в ходе огневых испытаний.

Согласно эксперименту заявителя, компактность таких углеродистых остатков (кокс) повышается с ростом количества монтмориллонита, и дальнейшее повышение может быть достигнуто с ростом количества триоксида сурьмы.

Таким образом, когда огнестойкий состав по настоящему раскрытию используют для изготовления самого внешнего слоя кабеля (например, оболочки или слоя обшивки, покрывающий оболочку), монтмориллонит, не обязательно подвергнутый поверхностной обработке, способствует образованию, в условиях огня, поверхностной корки, полученной в значительной мере из компактного и однородного угля, обладающего сниженной газовой проницаемостью, который защищает нижележащую часть кабеля, предотвращая ее возгорание и стекание в течение значительно более продолжительного периода времени.

Вышеуказанные преимущества достигаются при поддержании хороших механических характеристик и способности к обработке огнестойкого полимерного состава.

Заявитель обнаружил, что присутствие монтмориллонита, подвергнутого поверхностной обработке, облегчает экструзию полимерного состава, который его содержит. В частности, добавление монтмориллонита, подвергнутого поверхностной обработке, в вышеупомянутом количестве снижает на 15-20% вязкость полимерного состава относительно состава, который его не содержит.

Огнестойкий полимерный состав может дополнительно содержать стандартные компоненты, такие как антиокислители, технологические добавки, стабилизаторы, пигменты, связующие вещества, и т.д.

Стандартные окислители, которые подходят для этой цели, представляют собой, например: полимеризованный триметилдигидрохинолин, 4,4'-тиобис(3-метил-6-трет-бутил)фенол, пентраэритритолтетракис[3-(3,5-ди-терц-бутил-4-гидроксифенил)пропионат], 2,2'-тио-диэтилен-бис-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат], и т.п или их смеси.

Технологические добавки, обычно добавляемые к базовому полимеру, представляют собой, например, стеарат кальция, стеарат цинка, стеариновую кислоту, парафиновый воск, силоксановые каучуки, и т.п., и их смеси.

Используемые смазки представляют собой, например, парафиновые воски низкой молекулярной массы, стеариновую кислоту, амид стеариновой кислоты, амид олеиновой кислоты, амид эруковой кислоты.

Связующее вещество может быть использовано с целью дальнейшего повышения совместимости между огнестойкими неорганическими наполнителями, такими как гидроксид магния и полимерная матрица. Это связующее вещество можно выбрать из связующих веществ, известных из уровня техники, например: насыщенных соединений силана или соединений силана, содержащих, по меньшей мере, одну этиленовая ненасыщенную связь; пероксиды или их смеси. В качестве альтарнативы, можно использовать ангидриды монокарбоновых кислот или дикарбоновых кислот, подвергнутых (необязательно) привитой сополимеризации на полимерную основу.

Электрический кабель согласно настоящему раскрытию можно получать с помощью технологий изготовления кабелей, известных специалистам в данной области техники. В частности, наружный слой может быть образован с использованием стандартных способов с толщиной, выбранной так, чтобы она удовлетворяла требованиям, а также потребностям и стандартам конкретного применения для кабеля.

Например, огнестойкий полимерный состав согласно настоящему раскрытию можно приготовить путем смешивания базового полимера на основе ПВХ, огнестойких наполнителей (гидроксида металла (гидроксидов металлов) и триоксида сурьмы), монтмориллонита, подвергнутого поверхностной обработке (не обязательно) и (не обязательно) дополнительных добавок в соответствующих количествах, с использованием закрытого резиносмесителя типа резиносмесителей с тангенциальными роторами (Banbury) или с взаимно проникающими роторами, или, в качестве альтернативы, смесителей непрерывного действия, таких как смесители типа замесочной машины (Buss), или типа двухшнековой машины с вращением в одном направлении или в противоположных направлениях.

Является предпочтительным, чтобы огнестойкий полимерный состав, полученный указанным образом, был использован в не сшитой форме, для получения покрытия с термопластическими свойствами. Такой огнестойкий полимерный состав используют для получения, по меньшей мере, самого внешнего слоя кабеля, путем экструзии по сердечнику кабеля, содержащему один или более проводников согласно технологиям экструзии, которые известны из уровня техники.

Кабель, согласно раскрытию, можно использовать для передачи электроэнергии или данных (телекоммуникационное применение). В одном варианте осуществления кабель согласно раскрытию используют для передачи электрических токов низкого напряжения (НН), т.е., электрических токов, имеющих напряжение, не превышающих 1 кВ.

Признаки и преимущества настоящего раскрытия прояснится при прочтении следующего подробного описания его некоторых примерных вариантов воплощения, представленных лишь в виде не ограничивающих примеров, причем описание также будет сопровождаться ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- ФИГ. 1 представляет собой поперечный разрез электрического кабеля согласно настоящему раскрытию; и

- ФИГ. 2 представляет собой поперечный разрез другого электрического оптического кабеля согласно настоящему раскрытию.

На Фигуре 1 показан кабель 10 согласно не ограничивающему варианту осуществления изобретения. Кабель 10 имеет сердечник, содержащий проводник 11, изготовленный из электропроводящего материала, например, алюминия, меди, углеродных нанотрубок или их композита. Проводник 11 может присутствовать в форме сплошного стержня или пучка проводов, например, скрученных.

В кабеле по раскрытию сердечник может включать в себя одиночный проводник или предпочтительно несколько проводников.

Проводник 11 электрически изолирован изолирующим 12 слоем в форме экструдированного полимерного покрытия (не обязательно), обладающего огнестойкими свойствами. Например, изолирующий 12 слой может быть изготовлен из экструдированного полимерного материала, такого как ПВХ, не обязательно заполненного огнестойкими наполнителями, такими как гидроксид магния или алюминия, или материалом LS0H, как описано, например, в WO9905688.

В варианте воплощения, показанном на Фигуре 1, изолирующий 12 слой экструдирован в непосредственном контакте с проводником 11.

Кабель 10 в качестве самого внешнего слоя содержит оболочку 13a, изготовленную из полимерного материала на основе ПВХ, обладающего огнестойкими свойствами согласно настоящему раскрытию. Оболочка 13a окружает изолирующий 12 слой и (не обязательно) находится с ним в непосредственном контакте. Оболочку 13a изготавливают путем экструзии. Оболочка 13a обладает толщиной, подходящей для придания кабелю механической защиты.

Фигура 2 показывает кабель 20 согласно другому не ограничивающему варианту воплощения раскрытия. В кабеле 20 те признаки, которые структурно и/или функционально эквивалентны соответствующим признакам кабеля 10, описанным выше, будут помечены теми же ссылочными позициями, что и у последнего, и далее не будут описаны, для краткости.

Кабель 20 отличается от кабеля 10, описанного выше, тем, что наружный слой представляет собой слой 14 обшивки, изготовленный из полимерного материала на основе ПВХ, обладающего огнестойкими свойствами согласно настоящему раскрытию. Слой 14 обшивки окружает и непосредственно контактирует с оболочкой 13b. Слой 14 обшивки изготавливают путем экструзии. Слой 14 обшивки обладает толщиной существенном меньшей, чем толщина оболочки 13b (0,05-0,5 мм, например, 0,1-0,2 мм) и не обеспечивает значительной механической защиты для кабеля 20.

В этом варианте воплощения оболочку 13b изготавливают из огнестойкого полимерного состава ПВХ. Состав, подходящий для оболочки настоящего кабеля, например, аналогичен составу, используемому для самого внешнего слоя (слоя 14 обшивки), но в нем отсутствует какой-либо монтмориллонит.

Наружный слой кабеля по раскрытию, представляющий собой оболочку (как в случае кабеля 10 по Фигуре 1), либо слой обшивки (как в случае кабеля 20 по Фигуре 2) изготовлен из огнестойкого полимерного состава, описанного выше.

Настоящее раскрытие далее будет описано со ссылкой на следующие примеры, которые приведены лишь в целях иллюстрации и, таким образом, их не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящего раскрытия каким-либо образом.

Пример 1

Приготовление тестовых составов согласно раскрытию и сравнительному составу.

Сравнительные огнестойкие полимерные составы (здесь и далее называемые Образцами от A до F и Образцом P) и тестовые составы согласно раскрытию (здесь и далее называемые образцами от G до O) были приготовлены путем смешивания, в лабораторном турбосмесителе, из полимера ПВХ, пластификаторов, наполнителей и добавок, как указано в следующей Таблице 1.

Полимерный состав сравнительного образца A включал в себя триоксид сурьмы (Sb₂O₃) и природный гидроксид магния (брусит). Полимерный состав дополнительно включал в себя пластификаторы.

Полимерные составы сравнительных образцов от B до D включали в себя те же компоненты, что и сравнительный образец A, и дополнительно включали в себя диоксид кремния в качестве упрочняющего наполнителя, огнестойкого вещества и добавки. Средние размеры частиц кремнезема составляли 0,15 мкм.

Полимерные составы образцов от G до O согласно настоящему раскрытию включали в себя те же компоненты, что и сравнительный образец, и дополнительно включали в себя монтмориллонит, подвергнутой поверхностной обработке аммонием, имеющий средние размеры частиц 15-20 мкм.

Полимерные составы сравнительных образцов E, F и P включали в себя те же компоненты, что и образцы от G до M согласно настоящему раскрытию, но сумма количеств монтмориллонита и триоксида сурьмы (Образцы E и F) или отношение монтмориллонит/триоксид сурьмы (Образец P) находились за пределами диапазонов, предусмотренных настоящим раскрытием.

Полимерные составы, указанные выше, были использованы для получения образцов, как сравнительных, так и тестовых, путем стандартных технологий экструзии.

В Таблице 1 показаны количества базового полимера на основе ПВХ, пластификаторов, наполнителей и других добавок в составах, используемых для получения, как сравнительного образца, так и образцов согласно раскрытию, где сравнительные образцы помечены звездочкой.

Количества представлены в виде «м.ч.».

Таблица 1

Образцы ПВХ Mg(OH)₂ Пластификаторы Sb₂O₃ Монтмориллонит (M) Диоксид кремния Добавки ƩM+Sb₂O₃ Sb₂O₃:M A* 100,0 90 55,0 7,5 - - 8,2 - - B* 100,0 90 55,0 3,5 - 4,0 8,2 - - C* 100,0 90 55,0 3,5 - 8,0 8,2 - - D* 100,0 90 55,0 7,5 - 8,0 8,2 - - E* 100,0 90 55,0 3,5 1,0 - 8,2 4,5 1:0,28 F* 100,0 90 55,0 3,5 0,5 - 8,2 4,0 1:0,14 G 100,0 90 55,0 3,5 2,0 - 8,2 5,5 1:0,57 H 100,0 90 55,0 3,5 4,0 - 8,2 7,5 1:1,14 I 100,0 90 55,0 3,5 8,0 - 8,2 11,5 1:2,28 L 100,0 90 55,0 7,5 8,0 - 8,2 15,5 1:1,06 M 0 90 55,0 7,5 1,0 - 8,2 8,5 1:0,13 N 0 90 55,0 7,5 2,0 - 8,2 9,5 1:0,26 O 0 90 55,0 7,5 4,0 - 8,2 11,5 1:0,53 P* 0 90 55,0 7,5 0,5 - 8,2 8,0 1:0,06

Пример 2

Испытания на стекание и образование кокса под воздействием огня.

Образцы, полученные согласно Пример 1, были подвергнуты испытанию для определения их характеристики стекания в условиях огня и для определения механических свойств.

Испытания на стекание были нацелены на выявление времени отпадения первого куска образцов (времени падения) и образования связующих углеродистых остатков (кокса) на них в условиях огня (антикапельный эффект).

Тестовые образцы из пластин, обладающих размерами 100 x 150 мм и толщиной 3,0 мм, были получены из каждого образца и использованы для осуществления вышеуказанных оценок.

Каждый тестовый образец был зажат вертикально от верхней концевой части с помощью зажима, закрепленного на опоре, тогда как более низкий конец был свободным. Тестовый образец затем был обожжен под действием пламени, получаемого с помощью пламени газовой горелки, подаваемого с воздухом при расходе 3,8 мл/мин и со сжиженным пропановым газом (СПГ) при расходе 0,65 мл/мин, с поддержанием отношения между используемыми массовыми расходами.

Пламя было ориентировано примерно под углом 90° относительно тестового образца и направлено по направлению к более низкой кромке тестового образца на его более короткой стороне.

Пламя удерживали в этом положении в течение всего времени эксперимента, и было записано время от приближения пламени к более низкой кромке тестового образца до отпадания первого куска от тестового образца (время падения).

Что касается образования кокса, каждый тестовый образец был зажат вертикально от верхней концевой части с помощью зажима, закрепленного на опоре, тогда как более низкий конец был свободным. Тестовый образец был затем обожжен, как указано выше, в течение 90 секунд, и затем тестовый образец с его опорой были погружены в холодную воду. Затем, обожженный тестовый образец был разрезан посередине, и участок разрезанного обожженного тестового образца был рассмотрен под микроскопом.

Что касается механических свойств, каждый тестовый образец был оценен на предел прочности при растяжении (tensile strength, TS) и удлинение при разрыве (tensile strength, EB) согласно стандарту IEC 60811-1-1 (1996).

Результаты приведены в Таблице 2.

Таблица 2

Образец TS (МПа) EB (%) Время падения (секунды) ∑M+Sb₂O₃ Sb₂O₃:M A* 11,08 203 60 - - B* 14,6 222 75 - - C* 15,6 208 104 - - D* 13,3 190 92 - - E* 12,1 255 109 4,5 1:0,28 F* 12,6 224 73 4,0 1:0,14 G 12,6 239 129 5,5 1:0,57 H 12,7 146 ˃240 7,5 1:1,14 I 11,7 176 197 11,5 1:2,28 L 11,8 138 ˃240 15,5 1:1,06 M 12,8 255 ˃240 8,5 1:0,13 N 14,2 261 ˃240 9,5 1:0,26 O 11,2 194 ˃240 11,5 1:0,53 P* 11,8 228 Н.д. 8,0 1:0,06

Из вышеуказанных результатов видно, что сравнительный образец A, в котором отсутствует монтмориллонит и кремнезем, имеет приемлемые механические свойства, но низкое время падения (стекание начинается через 1 минуту действия огня).

Добавление кремнезема к полимерному составу в количествах 4,0 или 8,0 м.ч. (Сравнительные образцы B, C и D) приводит к легкому повышению времени падения, но стекание еще начинается менее чем через 2 минут действия огня, даже когда количество триоксида сурьмы повышено до 7,5 м.ч. (Сравнительные образцы D).

Добавление монтмориллонита к полимерному составу вместо кремнезема в таких количествах, чтобы сумма количеств монтмориллонита и триоксида сурьмы была ниже 5,5 (Образцы E и F), приводит к легкому повышению времени падения относительно Сравнительного образца A, но стекание еще начинается через менее чем 2 минут действия огня.

В случае образца P, где количество монтмориллонита ниже, чем для образца по настоящему изобретению (0,5 м.ч.), а отношение триоксид сурьмы/монтмориллонит составляет менее 1:0,1, постоянное значение его времени стекания может быть не получено (не определено, н/о), несмотря на то, что сумма количеств монтмориллонита и триоксида сурьмы находится в пределах диапазона по настоящему раскрытию.

Добавление монтмориллонита к полимерному составу при подходящем количестве и таким образом, чтобы сумма количеств монтмориллонита и триоксида сурьмы составляла, по меньшей мере, 5,5, а соотношение монтмориллонит/триоксид сурьмы составляло бы 1:0,1-1:2,5 (Образцы G-O), приводит к существенному повышению времени падения (стекание еще начинается через более чем 2 минут, а в некоторых случаях через более чем 4 минут действия огня). Наружный слой кабеля, изготовленный из таких полимерных составов, улучшает противопожарные характеристики кабеля так, чтобы они удовлетворяли более строгим национальным и/или международным стандартам. В то же время, такие механические свойства, как предел прочности при растяжении и удлинение при разрыве поддерживаются в рамках стандартных требований.

В дополнение, присутствие монтмориллонита в полимерном составе позволяет получать более компактный и однородный кокс на обожженных образцах, полученных из такого состава, по сравнению с образцами, полученными из полимерного состава, включающего в себя кремнезем, а не монтмориллонит. Это можно оценить по длительному времени стекания образцов согласно настоящему раскрытию.

Изобретение относится к огнестойкому электрическому кабелю, имеющему огнестойкую оболочку из ПВХ, которая проявляет пониженное стекание при воздействии высоких температур, например, в случае пожара. Огнестойкий электрический кабель имеет сердечник, содержащий, по меньшей мере, один электрический проводник, электроизолирующее покрытие и наружный слой, изготовленный из огнестойкого полимерного состава. Наружный слой содержит: a) поливинилхлорид (ПВХ) в качестве базового полимера; b) 25-45 мас.% (70-110 м.ч.), по меньшей мере, одного гидроксида металла; c) 0,4-3 мас.% (примерно 1-8 м.ч.) монтмориллонита, не обязательно подвергнутого поверхностной обработке, имеющего средние размеры частиц 5-20 мкм; d) 1,2-3 мас.% (примерно 3-8 м.ч.) триоксида сурьмы. При этом сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 5,5 м.ч., и триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:2,5. Изобретение позволяет создавать кабель, обладающий повышенными огнестойкими свойствами, такими как пониженное или нулевое стекание в условиях пожара. 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Огнестойкий электрический кабель, имеющий сердечник, содержащий электрический проводник, электроизолирующее покрытие и наружный слой, изготовленный из огнестойкого полимерного состава, содержащего:

a) 100 мас.ч. поливинилхлорида (ПВХ) в качестве базового полимера;

b) 70-110 мас.ч. гидроксида металла;

c) 1-8 мас.ч. монтмориллонита, не обязательно подвергнутого поверхностной обработке, имеющего средние размеры частиц 5-20 мкм;

d) 3-8 мас.ч. триоксида сурьмы;

в котором сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 5,5 мас.ч., и в котором триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:2,5.

2. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором наружный слой представляет собой оболочку.

3. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором наружный слой представляет собой слой обшивки.

4. Огнестойкий электрический кабель по п. 3, в котором слой обшивки обладает толщиной 0,05-0,5 мм.

5. Огнестойкий электрический кабель по п. 4, дополнительно содержащий оболочку, лежащую под слоем обшивки, причем оболочка изготовлена из огнестойкого полимерного состава на основе ПВХ, в котором, не обязательно, отсутствует монтмориллонит.

6. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:1,2.

7. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 7,5 мас.ч.

8. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором количество триоксида сурьмы находится в диапазоне 5-8 мас.ч.

9. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором гидроксид металла представляет собой гидроксид магния.

10. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором монтмориллонит подвергнут поверхностной обработке диалкилди(гидрогенизированным C₁₆-C₁₈) аммонием.

11. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором количество монтмориллонита, не обязательно подвергнутого поверхностной обработке, составляет, по меньшей мере, 7 мас.ч.

12. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, в котором триоксид сурьмы и монтмориллонит находятся в соотношении 1:0,1-1:1,2, сумма количества монтмориллонита и триоксида сурьмы составляет, по меньшей мере, 7,5 мас.ч., а количество триоксида сурьмы находится в диапазоне 3,5-8 мас.ч.

13. Огнестойкий электрический кабель по п. 1, который предназначен для низковольтного применения.