Электроизоляционная композиция

Классификация по МПК: H01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2625323
Дата публикации: 
Четверг, Июль 13, 2017
Начало действия патента: 
Пятница, Март 18, 2016

Изобретение относится к кабельной промышленности, а именно к полимерным электроизоляционным композициям, свободным от галогенов, предназначенным для применения в конструкциях кабельных изделий, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности. Электроизоляционная композиция содержит в мас. ч.: сополимер этилена с винилацетатом 20-90, полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом 5-20, эфир 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксифенилпропионовой кислоты и пентаэритрита 0,1-2, гидроксид алюминия Аl(ОН)3 или магния Mg(OH)2, полиэтиленовый воск 0,1-10, сополимер этилена с октеном и/или сополимер стирола и бутадиена. Изобретение позволяет повысить показатели пожарной безопасности, а также обеспечить увеличение прочности и относительного удлинения при разрыве, стойкости к продавливанию при повышенной температуре. 2 табл.


Изобретение относится к области электротехники, а именно к области кабельной техники, и может быть использовано в качестве изоляции, заполнения и оболочки в конструкциях различных кабельных изделий (кабелей силовых, контрольных сигнально-блокировочных, управления, монтажных, волоконно-оптических кабелей), эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.

Из уровня техники известна электроизоляционная композиция, содержащая, мас. %: тригидрат оксида алюминия 50-70, фенолформальдегидную новолачную смолу 1-4, борат цинка 2-5, полиэтиленовый воск 2-5, Полибонд 2-5, Ирганокс 1330 0,05-2, Ирганокс MD 1024 0,1-0,5, сополимер этилена с винилацетатом - остальное (Патент на изобретение №2231148 С2, кл. Н01В 3/44, опубл. 20.06.2004).

Недостатком электроизоляционной композиции является высокое тепло- и дымовыделение в процессе горения.

Из уровня техники известна электроизоляционная композиция, содержащая, мас. %: сополимер этилена с винилацетатом 25-30, полиэтилен высокой плотности 5-10, гидроксид магния 25-30, антиоксидант 0,1-0,3 и наноглину 5-10, карбонат кальция 25-30 (Патент на изобретение №2468459 С1, кл. Н01В 3/44, В82В 1/00, опубл. 27.11.2012).

Недостатком электроизоляционной композиции является высокое тепловыделение в процессе горения.

Из уровня техники известна электроизоляционная композиция, содержащая, мас. %: полиэтиленовую смолу 65-75, сополимер этилена с винилацетатом 22-28, эпоксидную смолу 5-10, полиэтиленовый воск 2-4, полиакрилат аммония 1-3, нитрид нанокремния или карбид нанокремния или оксид наноциркония или оксид наноалюминия 2-4, диоктил оксалата 30-40, полиэфир 10-20, ангидрид тримеллитовой кислоты 3-5, гидроксид магния или гидроксид алюминия 30-40, сажу 6-10 и антиоксидант 1-2 (CN 104031309 А, кл. С08К 2/04; С08К 3/22; С08К 3/34; С08К 5/11; С08К 5/12; C08L 23/06; C08L 23/08; C08L 3/00; C08L 33/02; Н01В 7/295, опубл. 10.09.2014).

Недостатками электроизоляционной композиции являются пониженная технологичность и экологическая пригодность, пониженная прочность на растяжение и пониженное удлинение при разрыве.

Из уровня техники известна электроизоляционная композиция, содержащая, мас. %: сополимер этилена с винилацетатом 65-75, полиэтилен высокой плотности 20-30, модифицированный полиэтилен 10-20, гидроксид алюминия 70-110, гидроксид магния 20-30, кремнийорганическую смолу 2-5, полиэтиленовый воск 1-3, текучий агент 30-50, антиоксидант 0.15-0.45 и саженаполненный каучук 2-5 (CN 103849063 А, кл. С08К 3/04; С08К 3/22; C08L 23/06; C08L 23/08; C08L 51/06; C08L 83/04; Н01В 3/44; Н01В 7/295, опубл. 11.06.2014).

Недостатками электроизоляционной композиции являются ослабление сигнала в оптическом кабеле, пониженная прочность на растяжение и удлинение при разрыве.

Из уровня техники известна электроизоляционная композиция, содержащая, мас. %: сополимер этилена с винилацетатом 35-45, полиэтилен низкой плотности 50-65, гидроксид алюминия 50-60, гидроксид магния 50-60, полифосфат аммония 28-35, пентаэритрит 3-7, нейлон 8-12, микрокристаллический воск 5-8; белую сажу 15-25; китайскую глину 7-10, антиоксидант 1-2, серу 1-1,5 (CN 103772791 А, кл. С08К 13/06; С08К 3/06; С08К 3/22; С08К 3/32; С08К 3/34; С08К 3/36; С08К 5/3437; С08К 9/06; C08L 23/06; C08L 23/08; C08L 77/06; C08L 91/06; Н01В 3/44, опубл. 07.05.2014).

Недостатками электроизоляционной композиции является пониженная огнестойкость, повышенное дымовыделение, загрязнение окружающей среды.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является электроизоляционная композиция, содержащая в мас. ч.: сополимер этилена с винилацетатом 60-85, полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом 15-35, гидроксид магния или алюминия 130-170, полиэтиленовый воск 0,1-5, эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенилпропионовой кислоты и пентаэритрита или 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил)бензол 0,05-0,7, бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметииэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид 0,05-0,3, наноглину 10-20 (Патент на изобретение №2394292 С1, кл. Н01В 3/44, опубл. 10.07.2010).

Недостатком электроизоляционной композиции является высокое тепло- и дымовыделение в процессе горения, высокая вязкость расплава, пониженная стойкость к тепловому старению.

Задачей настоящего изобретения является повышение показателей пожарной безопасности электроизоляционной композиции.

Техническим результатом является повышение показателей пожарной безопасности, в частности снижение тепло- и дымовыделения, уменьшение скорости распространения пламени в процессе горения, а также обеспечение увеличения прочности и относительного удлинения при разрыве, стойкости к продавливанию при повышенной температуре.

Поставленная задача достигается тем, что электроизоляционная композиция, содержащая сополимер этилена с винилацетатом, полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом, эфир 3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой кислоты и пентаэритрита, гидроксид алюминия Al(ОН)3 или магния Mg(OH)2, полиэтиленовый воск, дополнительно содержит сополимер этилена с октеном, и/или сополимер стирола с бутадиеном, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Сополимер этилена с винилацетатом 20-90
Полиэтилен высокой плотности,
модифицированный малеиновым
ангидридом 5-20
Эфир 3,5-дитрет-бутил-4-
гидроксифенилпропионовой кислоты
и пентаэритрита 0,1-2
Гидроксид алюминия или магния 200-500
Полиэтиленовый воск 0,1-10
Сополимер этилена с октеном
и/или сополимер стирола с бутадиеном 5-60

Используемый сополимер получают сополимеризацией этилена с винилацетатом.

Сополимер этилена с винилацетатом выпускается как отечественной промышленностью, так и зарубежными компаниями («DuPont», «ExxonMobil»).

Сополимер этилена с октеном выпускаются компаниями «Dow», «Borealis».

Сополимер стирола с бутадиеном выпускается компанией «Kraton».

Полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом, выпускается компанией «DuPont».

Полиэтиленовый воск выпускается компаниями «Clariant», «Evonik».

Гидроксид алюминия выпускается компанией «Albemarle».

Гидроксид магния производится компаниями «Kyowa», «Albemarle».

Эфир 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксифенилпропионовой кислоты (Ирганокс 1010) производится компанией «Basf».

Минеральные антипирены, такие как гидроксид алюминия и гидроксид магния, широко используются для снижения горючести полимерных композиций. Однако ввиду их относительно низкой эффективности обычно требуется введение значительного количества данных антипиренов.

Для снижения горючести могут использоваться синергические добавки, такие, например, как наноглина. Помимо снижения горючести, наноглина имеет и негативные эффекты. Наблюдается повышение вязкости расплава, снижение физико-механических свойств, ухудшение стойкости к тепловому старению и существенное удорожание композиции.

Увеличение количества минеральных антипиренов в составе композиции является более эффективным методом снижения горючести. Однако при увеличении количества минеральных антипиренов происходит значительное падение физико-механических свойств, в частности прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве.

При добавлении в состав композиции эластомерного компонента, такого как сополимер этилена с октеном или сополимер стирола с бутадиеном, происходит существенное увеличение показателей прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве. Это позволяет сохранить достаточные физико-механические характеристики даже при увеличенном содержании минеральных антипиренов.

Композицию согласно изобретению можно перерабатывать на типовом оборудовании, используемом для этих целей в кабельном производстве.

Приводимый ниже пример иллюстрирует, но не ограничивает изобретение.

Пример:

Электроизоляционную композицию для лабораторных испытаний изготавливают путем добавления сополимера этилена с винилацетатом, полиэтилена высокой плотности, модифицированного малеиновым ангидридом, эфира 3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой кислоты и пентаэритрита, гидроксида алюминия Al(ОН)3 или магния Mg(OH)2, сополимера этилена с октеном и/или сополимера стирола и бутадиена и перемешивания компонентов в резиносмесителе Бенбери при 140-160°C в течение 10-15 мин.

Из полученных композиций готовят стандартные образцы для испытаний. Состав композиций 1-4 приведен в таблице 1.

Прочность при разрыве и относительное удлинение при разрыве определяют в соответствии с требованиями международного стандарта IEC 60811-1-1 на экструдированных лентах. Полученные композиции испытывают в коническом калориметре при тепловом потоке - 35 кВт/м2 и определяют максимальную скорость тепловыделения, общее выделение тепла, скорость распространения пламени, общее дымовыделение и скорость распространения дыма в соответствии с требованиям международного стандарта ISO 5660 - 1:2002 «Reaction-to-fire tests - Heat release, smoke production and mass loss rate - Part 1: Heat release rate (cone calorimeter method)» (Проверка реакции на горение. Скорость тепловыделения, дымовыделения и потери массы. Часть 1. Скорость тепловыделения (метод конического калориметра)», ISO 5660-2:2002 «Reaction-to-fire tests - Heat release, smoke production and mass loss rate - Part 2: Smoke production rate (dynamic measurement)» (Проверка реакции на горение. Скорость тепловыделения, дымовыделения и потери массы. Часть 2. Скорость дымовыделения (динамическое измерение)».

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Из результатов испытаний видно, что предлагаемая композиция обладает комплексом повышенных свойств пожарной безопасности, как низкими значениями максимальной скорости тепловыделения, общего выделения тепла, скорости распространения пламени, общего дымовыделения и скорости распространения дыма, и по этим показателям превосходит прототип. Прочность при разрыве и относительное удлинение при разрыве обеспечиваются на достаточном уровне.