Влияние поверхностной обработки наполнителя на свойства безгалогенных кабельных компаундов

Введение большого количества наполнителя в термопласты с одновременным сохранением текучести и физико-механических свойств готовой продукции – исконная задача любого производителя компаундов. Особенно актуальна эта проблема для производителей относительно нового вида материалов – безгалогенных трудногорючих компаундов для оболочки кабелей, в которых огнестойкость сочетается с высокими требованиями к механическим свойствам, в частности к эластичности. Им необходимо использовать в качестве наполнителя неорганические гидроксиды металлов, форма частиц которых далека от сферической, что дополнительно снижает эластичность материала. Кроме того, в любом наполнителе содержатся примеси, ускоряющие «старение» материала – тем сильнее, чем больше наполнителя содержится в компаунде.

Одним из вариантов решения описанных выше задач и проблем является использование наполнителей с модифицированной поверхностью, или иначе – с поверхностной обработкой. Предварительная обработка наполнителя, в особенности природного происхождения, органическим агентом позволяет «дезактивировать» его поверхность – снизить влагопоглощение, подавить взаимодействие примесей с полимерной матрицей, повысить совместимость наполнителя и полимера, улучшить однородность распределения частиц наполнителя в матрице.

Наибольшее распространение в качестве агентов поверхностной обработки получили стеариновая кислота и её производные, а также органофункциональные силаны. Первая обеспечивает хорошую совместимость наполнителя с полимером при низкой цене, а силаны в зависимости от органофункциональной группы позволяют получить дополнительные свойства, например – возможность одновременной с полимером пероксидной или радиационной сшивки. Возможности и преимущества каждого отдельного агента, в целом, известны, поэтому целью данной работы стало изучение преимуществ использования комбинаций агентов различной природы.

Все агенты тестировали в модельной рецептуре (Табл.1), изначально разработанной для синтетического гидроксида алюминия (далее ATH), заменяя половину его количества.

На первом этапе работы изучили эффект от изменения степени обработки «ЭкоПирен 3,5» стеариновой кислотой при замене 50% ATH (Табл. 2). Обработка стеариновой кислотой позволяет улучшить текучесть и эластичность компаунда на 10-15%. Увеличение степени обработки выше 1% не вызывает улучшения физико-механических свойств, отражаясь только на текучести компаунда.

Эффект стеариновой кислоты, хотя и является заметным, повышая удлинение по сравнению с необработанным вариантом на 8-10%, не позволяет приблизиться к уровню свойств эталонной рецептуры. Поэтому на следующем шаге работы изучили поведение комбинаций соединений другой природы:

• Винилтриэтоксисилан «Dynasilan VTEO» 

• Олигомерный винилсилан «Dynasilan 6498» 

• Эпоксисилан «Dynasilan GLYMO» 

•  Аминосилан «Dynasilan AMEO» 

•  Алифатический эфир «Pevalen» Ароматический эфир «Esterex TM1111» 

• Ангидрид тетрапропенилсукциновой кислоты «TPSA» 

 Обработку проводили предварительно полученными смесями компонентов в соотношении 1:1. Полученные результаты представлены в Табл. 3.

По сравнению со стеариновой кислотой все испытанные смеси показали более высокую прочность при разрыве. Наилучшие результаты дала обработка смесью TPSA и VTEO (FT40, FT45). Применение этой смеси повысило удлинение на 15-20% без существенной потери прочности.

Возможно ли получить дополнительное преимущество, используя тройную комбинацию этих компонентов? Это проверили на следующем шаге. Компоненты также предварительно смешивали в соотношении 1:1:1, несовместимые системы не тестировали. Результаты представлены в Табл. 4.

Таким образом, можно констатировать, что поверхностная обработка позволяет существенно увеличить эффективность природного гидроксида магния, а также получить дополнительные функциональные особенности. Однако, не все проблемы с минеральными антипиренами можно решить поверхностной обработкой.