Влияние поверхностной обработки наполнителя на свойства безгалогенных кабельных компаундов

Влияние поверхностной обработки наполнителя на свойства безгалогенных кабельных компаундов

23 ноя 2021

Влияние поверхностной обработки наполнителя на свойства безгалогенных кабельных компаундов

Василий Карпов
Автор статьи
Ведущий технический специалист ЭкоПирен
  • 7 лет опыта
  • Экспертные области: полимеры, технологии компаундирования и переработки, трудногорючие и конструкционные компаунды
Статьи этого автора

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.

Рецептура 

Эталон 
Компонент Торговая марка phr 
EVA28 MFI=3 
Escorene UL00328 
70
mLLDPE d=0,918 MFI=3,5 
Exceed 3518 
20
LLDPE-g-MAH 
Fusabond E226 
10
Концентрат силикона
Silmaprocess AL1142A 
3
Концентрат стабилизатора Silmastab AE1527E  0.5
Синтетический осажденный гидроксид алюминия   Apyral 40CD   160   
Итого   263.5

Табл. 1 Модельная рецептура безгалогенного компаунда оболочки

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.

Ни одна тройная смесь не показала более высокого результата, чем бинарная, хотя комбинация лучших компонентов предыдущего шага Pripol-VTEO-GLYMO обеспечила похожий уровень.

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.

Рецептура Эталон FC 35
FT 35
FT 20  FC 34  FC 38
Базовый гидроксид магния 

ЭкоПирен 3,5

ЭкоПирен 3,5
ЭкоПирен 3,5 ЭкоПирен 3,5 ЭкоПирен 3,5 
Поверхностная обработка

Отсутствует

Стеариновая кислота
Стеариновая кислота  Стеариновая кислота  Стеариновая кислота 
Степень обработки, %
0.5 1.0 1.5 2.0
Свойства
Плотность при 23°C 
1.497
1.496
1.489
1.481 1.485  1.500 
ПТР – 21,6кг @ 190°C  13    4    5    6    7    12   
КИ, %O2  36    34    34    34    34    34   
Прочность при растяжении, МПа  13    13    12    11    9    8   
Относительное удлинение при разрыве, %   180 135    140    146    139    144   

Табл. 2 Зависимость свойств компаунда от степени обработки «ЭкоПирен 3,5» стеариновой кислотой

Рецептура Эталон FT31
FT32
FT33  FT34    FT28  FT30    FT27  FT29  FT40  FT45 
Степень обработки «ЭкоПирена», %
1.8 1.8 1.8  1.8  1.8  1.8  1.8  1.8  1.8  1.2   
Компонент 1 
Pevalen
Pevalen
TM111  TM111  GLYMO  AMEO  Pripol  Pripol  TPSA  TPSA 
Компонент 2 
VTEO
6498
VTEO  6498  VTEO  VTEO  GLYMO  VTEO  VTEO  VTEO 
Свойства
Apyral
FT31
FT32
FT33    FT34    FT28  FT30    FT27  FT29  FT40  FT45 
Плотность при 23°C  1.497  1.49  1.488  1.491  1.488 1.484  1.48    1.484    1.486    1.482    1.485   
ПТР – 21,6кг @ 190°C   13    4.1    6.2    5.2    7.8    6.1    6.3    8.1    7.6    5.6    8.2   
Прочность при растяжении, МПа  13    12.2    11.5    12.4    11.7    12    11.7    11.8    12.2    11.5    12.5   
Относительное удлинение при разрыве, %   180    131    138    125    142    132    139    153    147    162    157   

Табл. 3 Результаты испытаний компаундов с «ЭкоПирен 3,5», обработанным бинарными смесями

Рецептура Эталон FT23
FT24
FT25    FT26   
Степень обработки «ЭкоПирена», % 1.8 1.8
1.8  1.8 
Компонент 1 
Pripol
Pripol
Tego 6879  Pripol 
Компонент 2 
AMEO
VTEO
GLYMO  VTEO 
Компонент 3 
Tego 6879
GLYMO
Pripol  GLYMO 
Свойства  Apyral  FT23  FT24    FT25    FT26   
Плотность при 23°C   1.497
1.487  1.482  1.488  1.483 
ПТР – 21,6кг @ 190°C   13 6.9    5.8    6.2    3.4   
Прочность при растяжении, МПа   13    11.3    11.2    10.9    11.2   
Относительное удлинение при разрыве, %   180  145  154  139  147 

Табл. 4 Результаты испытаний компаундов с «ЭкоПирен 3,5», обработанным тройными смесями

От геологии к инновациям,
Brucite+

Василий Карпов
Автор статьи
Ведущий технический специалист ЭкоПирен
  • 7 лет опыта
  • Экспертные области: полимеры, технологии компаундирования и переработки, трудногорючие и конструкционные компаунды
Статьи этого автора
Другие статьи
Подробнее
20 окт 2021
Влияние магниевых удобрений АгроМаг на урожайность и качество подсолнечника

Подсолнечник – популярная во многих странах высокодоходная масличная культура. Магний является одним из важнейших элементов питания данной культуры.

Влияние магниевых удобрений АгроМаг на урожайность  и качество подсолнечника