Выбор состава антипиренов для компаунда оболочки безгалогенного кабеля

Выбор состава антипиренов для компаунда оболочки безгалогенного кабеля

3 июн 2024

Выбор состава антипиренов для компаунда оболочки безгалогенного кабеля

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

Традиционно рецептуры компаундов трудногорючей безгалогенной оболочки кабеля основаны на применении химически осажденного гидроксида алюминия (ATH). Он обеспечивает отличный комплекс физико-механических свойств, хорошую технологичность и трудногорючесть.

Однако, на сегодняшний день такие классические рецептуры встречаются все реже из-за дороговизны и далеко продвинувшейся специализации материалов под конкретные задачи. На поверхности лежит пример, проиллюстрированный на рис. 1: существует огромная палитра конструкций кабелей, каждая из которых (в простейшем случае) отвечает единым нормам по пожарной безопасности.

Горы
Рис.1 Некоторые типы конструкций кабеля: 1) оптоволоконный кабель, 2) низковольтный кабель, 3) силовой бронированный кабель

Каждая из этих конструкций состоит из разного количества слоев различных геометрических размеров, но в то же время должна выдерживать одинаковые испытания. Как этого добиться?

Не обязательно изготавливать все слои кабеля из одинаково «средне» огнестойких материалов. Трудногорючесть слоев можно и нужно дифференцировать. Например, изоляцию тонких жил сегодня часто изготавливают из ненаполненного сшитого полиэтилена, который возможно накладывать на жилу со скоростью более 500 м/мин, но которая не обладает огнестойкостью вовсе. Такую изоляцию необходимо защитить «мощным» барьером – высоконаполненным слоем заполнения.

При применении описанного подхода «мощность» системы антипиренов в каждом слое потребуется изменить как в бо́льшую так и в меньшую сторону от изначального эталона, основанного на осажденном гидроксиде алюминия.

С «ухудшением» трудногорючести справиться несложно – достаточно заменить необходимую часть гидроксида алюминия на микронизированный карбонат кальция. Качественные марки карбоната кальция обладают узким распределением частиц по размерам, высокой белизной, обеспечивают отличную технологичность как при компаундировании, так и при наложении оболочки.

С другой стороны, с «улучшением» трудногорючести ситуация куда менее очевидна. Исходная рецептура уже содержит 60-65% наполнителя, поэтому добавить антипирен дополнительно нельзя из-за резкого ухудшения физико-механических свойств и технологичности. Остается либо искать синергетические добавки, либо заменять гидроксид алюминия на более эффективный антипирен.

На сегодняшний день в промышленности реализуются следующие решения данной задачи:

  1. Комбинирование осажденного гидроксида алюминия с природным гидроксидом магния (бруситом);

  2. Полная замена осажденного гидроксида алюминия на природный гидроксид магния (брусит);

  3. Комбинирование осажденного гидроксида алюминия с наноглиной и другими наполнителями, имеющими пластинчатую структуру с высоким отношением площади к толщине пластины;

  4. Комбинирование обоих гидроксидов с органическими антипиренами на основе фосфора.

Из четырех вариантов наибольшее распространение в отечественной кабельной отрасли находит первый вариант как наиболее простой в исполнении. Рассмотрим его подробнее.

Комбинирование АТН и брусита

Основными недостатками АТН являются «нежность» при переработке и очень хрупкий пористый кокс, образующийся после его термического разложения. С первым недостатком переработчики с успехом справляются, используя современное оборудование, позволяющее точно контролировать температуры расплава.

Второй же нивелируют добавлением брусита. Гидроксид магния действует по тому же химическому механизму при разложении, но и сам имеет очень прочный зольный остаток, и стабилизирует кокс АТН, устраняя каплепадение и кратно уменьшая область, повреждаемую горением (табл 1.) Кроме того, при применении такой комбинации наблюдается эффект ступенчатого действия – расширяется диапазон температур, в котором эффективно работает система антипиренов (180-400°С). АТН и брусит можно таким образом считать друг для друга синергистами.


Компаунд по рецептуре кабельной оболочки 62% АТН

Компаунд по рецептуре кабельной оболочки 50% АТН + 12% ЭкоПирен® 3,5С


Выделение тепла (THR), кДж 5.3 1.3
Выделение дыма (TSP), м2 24.3 5.7
Таблица 1. Синергический эффект АТН и ЭкоПирен®

Стоит отметить, что кислородный индекс обоих материалов из примера выше одинаков и составляет 38%. То есть, показатель кислородного индекса не является адекватным для оценки настоящей трудногорючести безгалогенных компаундов.

Брусит является природным материалом, а потому с одной стороны менее дорог, чем АТН, а с другой - имеет несколько более низкую технологичность. Поэтому доля брусита в их комбинации с АТН определяется балансом комплекса технологических и физико-механических свойств компаунда с его экономической составляющей. Для достижения синергетического эффекта достаточно ввести 10-15% брусита, что слабо отражается на комплексе свойств и технологичности компаунда (табл. 2).

Показатель 62% АТН

50% АТН +
12% ЭкоПирен®  3.5С


31% АТН +
31% ЭкоПирен®  3.5С


Плотность, г/см3
1.49 1.49
1.49
ПТР при 150°С, 21,6 кгс, г/10 мин
10 7 5
Прочность при растяжении, МПа
12.3 12.0
14.0
Относительное удлинение при разрыве, %
200 180 150
КИ, % О2
38 38
36
Таблица 2. Комплекс свойств компаундов с комбинациями АТН-ЭкоПирен®
Помимо существенного повышения трудногорючести, синергетический эффект АТН и брусита открывает возможность снизить общее количество гидроксидов за счет нейтральных наполнителей без большой потери огнестойкости для применения вместо классической «средней» по трудногорючести рецептуры, в других конструкциях или менее ответственных изделиях.

Таким образом, комбинирование АТН и брусита на текущий момент является наиболее удобным способом реализации практически любого уровня трудногорючести безгалогенного компаунда кабельной оболочки.

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
16 окт 2023
Применение природного гидроксида магния ЭкоПирен в качестве антипирена для производства трудногорючих резин.
Повреждения от огня представляют собой опасность для людей. Для предотвращения риска нанесения вреда здоровью и повреждения имущества пламенем необходимо использовать резину в трудногорючем исполнении.
Применение природного гидроксида магния ЭкоПирен в качестве антипирена для производства трудногорючих резин.