электроизоляционная композиция

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 (Sb₂ O₃) 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.	ДМ - горение	200	202	201	200	203	208	205	207	209	208	210	205
10.	Дм - тление	180	181	178	182	179	180	181	179	188	186	190	180
11.	ЛHCl%	8,9	9.0	9,0	9,0	9,1	8,9	9,0	8,9	9,4	9,3	9,8	9,1