Огнестойкая полиэтиленовая композиция для получения полимерных колодцев для телекоммуникаций Российский патент 2024 года по МПК C08L23/06 C08K3/04 C08K3/16 C09K21/14 E04H5/06 

Изобретение относится к огнестойкой полиэтиленовой композиции для получения конструкционных материалов общетехнического и инженерно-технического назначения, имеющие низкие дымообразование, токсичность и отсутствие каплепадения, в частности, для получения полимерных колодцев для телекоммуникаций, предназначенной для размещения линейного телекоммуникационного оборудования, технологических выносов кабелей и кабельных муфт при строительстве.

Колодец кабельной канализации содержит монолитный корпус, крышку горловины корпуса, и кабельные вводы (патрубки) [Пат. 86635 Российская Федерация, E04H 5/06, E02D 29/12, H02G 9/10, Колодец кабельной канализации / С. П. Шашлов; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество по разработке и совершенствованию технологии строительства сооружений связи "ССКТБ-ТОМАСС". – № 2009122446/22; заявл. 15.06.2009; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25.], корпус и крышка которого выполнены из полиэтилена, стойкого к воздействию грунта и грунтовых вод и других внешних факторов.

Известны патенты [Пат. 134955 Российская Федерация, МПК E02D 29/12, Колодец кабельной канализации / А. В. Щербинин; заявитель и патентообладатель А. В. Щербинин. – № 2013105742/03; заявл. 11.02.2013; опубл. 27.11.2013, Бюл. № 33.], где полый корпус с горловиной, кабельные вводы и крышка изготовлены методом ротационного формования, например, из полиэтилена низкого, среднего, высокого давления, пространственно сшиваемого полиэтилена, сетчатого полиэтилена, полиамида, поликарбоната, полипропилена, из термореактивных полимерных материалов, таких как полиуретаны, нейлон, поливинилхлорид, фторированные полимеры, полиолефины, винилы, полистирол, полиакрил и полиметакрил, диеновые эластомеры, термопластические эластомеры и полиацетаты, сложные полиэфиры, полисульфоны, из эпоксидных композиций, композиции, имеющие полимерную основу, содержащих армирующие волокна.

Поскольку полиэтилен имеет превосходные эксплуатационные характеристики и довольно низкую стоимость, а также изоляционные свойства, поэтому широко используется в качестве материалов для размещения различных электрических элементов. Но поскольку последние часто горят, к материалам для размещения различных электрических элементов все больше предъявляются требования огнестойкости, и такие требования становятся жесткими.

Наиболее простой способ снижения горючести полимерных материалов - это применение добавок для повышения огнестойкости (антипиренов) [Пат. 2540406 Российская Федерация, МПК C08L23/06, C08K7/10, B29B13/10, полиэтиленовая композиция/ Ю.А. Кадыкова, О.В. Егорова, П.А. Бредихин; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.". – № 2013114513/04; заявл. 01.04.2013; опубл. 10.02.2015, Бюл. № 4].

Наиболее распространенными типами являются галогенсодержащие соединения, фосфорсодержащие металлогидраты и соли, а также азотсодержащие антипирены и их комбинации с соединениями фосфора [Р. В. Кропачев. Терморасширяющиеся полимерные композиционные материалы/ Р. В. Кропачев, В. В. Новокшонов, С. И. Вольфсон, С. Н. Михайлова // Вестник технологического университета. – 2015. – №5. – С. 60–63.]. Галогенсодержащие антипирены, как правило, очень эффективны и требуют добавления сравнительно небольших количеств для получения удовлетворительных огнезащитных характеристик материала, однако они включены в список как особо опасные вредные загрязняющие вещества, и их применение ограничено.

Известны и используются антипирены на основе органического галогенсодержащего соединения и триоксида сурьмы. Но антипиреновый материал, используемый в таком сочетании, частично разлагается в процессе его получения с образованием газообразного галогена, корродирующего установку для переработки и установку для формования, а также токсичного для персонала. Кроме того, имеется недостаток, заключающийся в получении большого количества дыма, содержащего токсичный газ, в случае горения. Поэтому, с точки зрения безопасности в производстве и применении, возрастает потребность в несодержащих галоген антипиренах [Пат. 2114134 Российская Федерация, МПК C 08 L 23/02, C 08 K 3/04, Огнестойкая полиолефиновая композиция, имеющая низкое дымобразование и токсичность/ Юкихико Намики, Ясуси Като, Ясунори Китано; заявитель и патентообладатель Татехо Кемикал Индастриз Ко. Лтд. – № 96115389/04; заявл. 26.07.1996; опубл. 27.06.1998].

Известно, что терморасширяющий графит и полифосфат аммония являются модификаторами горения со вспучиванием. Способность терморасширяющегося графита к терморасширению обусловлена наличием в нём хорошо упорядоченных пакетов графеновых плоскостей (в достаточном количестве), связанных слабыми межмолекулярными (Ван-дер-Ваальсовыми) связями. Увеличение объема твердых частиц (значительное, до сотен раз) индуцируется терморасширяющимся графитом при нагреве в результате повышения давления газа внутри графитовой матрицы, происходящем вследствие испарения интеркалята либо выделения газообразных продуктов химической реакции с участием интеркалята и его производных. Увеличение объема происходит в основном путём изменения высоты графитовой частицы, то есть вдоль кристаллографической оси, при этом диаметр частицы практически не изменяется. Результатом терморасширения является иерархическая структура пор в конечном продукте, имеющем ярко выраженную «червеобразную» форму. То есть имеет место изменения плотности упаковки в исходно существующих структурных элементах. В процессе разложения/испарения интеркалята развиваются большие давления (по некоторым оценкам до 15 атм), но далее газы улетучиваются в окружающее пространство. Терморасширенный графит кристаллографически остается обычным графитом.

В рамках данного изобретения решается задача получения огнестойкой полиэтиленовой композиции для ротоформования, имеющей низкие дымообразование, токсичность и отсутствие каплепадения, для получения полимерных колодцев для телекоммуникаций [https://www.neohim.ru/about/articles/52/].

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что для получения огнестойкого материалов для ротоформования на основе полиэтилена высокой плотности, полиэтилена низкой плотности, линейного полиэтилена низкой плотности. При этом линейный полиэтилен низкой плотности является особенно пригодным для изготовления полых колодцев методом ротоформования с комплексом удовлетворительных механических свойств.

Поставленная задача достигается тем, что огнестойкий полиолефиновый материал, включающий линейный полиэтилен низкой плотности в количестве 100 масс.ч. и антипиреновый компонент, содержащий терморасширяющийся графит или смесь терморасширяющихся графитов, характеризующиеся размерами частиц 0,297 и 0,315 мм, при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

Линейный полиэтилен низкой плотности 100 Терморасширяющийся графит 25

Новым в данном полиэтиленовом композите является использование в качестве антипиренового компонента смеси терморасширяющихся графитов размерами частиц 0,297 и 0,315 мм, температурой начала разложения 190-220 ⁰С и степенью расширения 250-350.

Огнестойкий полимерный колодец получен методом ротационного формования, процесс начинается с загрузки холодной формы порошкообразным материалом, полученным смешением требуемых компонентов в вихревом смесителе. После заполнения формы она смыкается. С началом нагрева формы начинается ее одновременное вращение с отдельно заданными скоростями относительно двух перпендикулярных осей. Разогрев формы осуществляется воздухом, разогретым до температуры 250°C.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Пример 1. Для получения огнестойкого материала для ротоформования готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

Линейный полиэтилен низкой плотности – 100;

Терморасширяющийся графит с размерами частиц 0,297 мм – 10.

Пример 2. Для получения огнестойкого материала для ротоформования готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

Линейный полиэтилен низкой плотности – 100;

Терморасширяющийся графит с размерами частиц 0,297 мм - 25.

Пример 3. Для получения огнестойкого материала для ротоформования готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

Линейный полиэтилен низкой плотности – 100;

Терморасширяющийся графит с размерами частиц 0,297 мм - 40.

Пример 4. Для получения огнестойкого материала для ротоформования готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

Линейный полиэтилен низкой плотности – 100;

Терморасширяющийся графит с размерами частиц 0,315 мм - 25.

Пример 5. Для получения огнестойкого материала для ротоформования готовят смесь при следующем соотношении компонентов, масс. ч.:

Линейный полиэтилен низкой плотности – 100;

Смесь терморасширяющихся графитов с размерами частиц 0,297 мм и 0,315 - 25.

Поставленная задача достигается тем, что к линейному полиэтилену низкой плотности добавляют тероморасширяющийся графит с размерами частиц 0,297 мм или 0,315 мм, или их смесь. При введении менее 20 масс.ч на 100 масс.ч ЛПЭНП не достигается требуемых характеристик по огнестойкости, а при введении более 30 масс.ч. антипиренового компонента в полиэтиленовую композицию весь комплекс характеристик ухудшается.

Разработанные композиции могут применяться для ротоформования при изготовлении различных деталей полой конструкции для размещения различных электрических элементов, так как полиэтиленовая композиция, содержащая терморасширяющийся графит с размерами частиц 0,297 мм или 0,315 мм, или их смесь, не поддерживают горения на воздухе и имеют низкие дымообразование, токсичность и отсутствие каплепадения, что относится к огнестойкой.

В таблице 1 представлены состав и испытанные показатели полиэтиленовой композиции.

Таблица 1

Состав и испытанные показатели полиэтиленовой композиции

Компоненты Состав композиции Примеры Контрольный 1 2 3 4 5 ЛПЭНП 100 100 100 100 100 100 Терморасширяющийся графит с размером частиц 0,297 мм - 10 25 40 - 12,5 Терморасширяющийся
графит с размером
частиц 0,315 мм - - - - 25 12,5 Испытанные показатели Огнестойкость UL94 Горючий Горючий V-0 V-0 V-0 V-0 Дымообразование + + - - - - Каплепадение + + - - - - Предел прочности
при растяжении, МПа 16 9 8 6 8 8

Изобретение относится к огнестойкой полиэтиленовой композиции для получения полимерных колодцев для телекоммуникаций. Огнестойкая полиэтиленовая композиция для получения полимерных колодцев для телекоммуникаций содержит линейный полиэтилен низкой плотности и терморасширяющийся графит с размерами частиц 0,297 мм или 0,315 мм или их смесь в следующем количестве, масс. ч: линейный полиэтилен низкой плотности – 100, терморасширяющийся графит – 25. Технический результат заключается в получении огнестойкой полиэтиленовой композиции для ротоформования, имеющей низкое дымообразование, токсичность и отсутствие каплепадения. 1 табл., 6 пр.

Огнестойкая полиэтиленовая композиция для получения полимерных колодцев для телекоммуникаций, включающая линейный полиэтилен низкой плотности, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит терморасширяющийся графит с размерами частиц 0,297 мм или 0,315 мм или их смесь, масс. ч:

Линейный полиэтилен низкой плотности 100 Терморасширяющийся графит 25