электроизоляционная композиция для внутреннего заполнения проводов и кабелей

Формула изобретения

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

Описание изобретения к патенту

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	-	-	-	-,
CaCO 3	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	-	-
MgCO 3	-	-	-	-	-	-	-	100	-	-	80	-
Sb 2O3	-	2	-	-	-	1	-	-	-	-	-	6
H3 BO3	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 Дмакс:
- 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	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
CaCO 3	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
MgCO 3	-	-	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 Дмакс:
- 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.