В последние несколько десятилетий спрос на огнестойкие безгалогеновые (ОБГ) кабельные композиты непрерывно растёт – в основном, благодаря их преимуществам в сокращении дымообразования и уменьшении токсичных и коррозионно-активных выбросов при горении по сравнению с традиционно применяемыми галогенсодержащими негорючими кабельными материалами. Такие ОБГ-композиты в основном представляют собой материалы, преимущественно имеющие в своём составе полимер на основе полиолефинов и значительную долю неорганических негорючих соединений, таких как гидроксид алюминия Al(OH)3 и гидроксид магния Mg(OH)2.
В июле 2017 г. в действие вступил новый сбалансированный Регламент по строительным материалам, нацеленный на дальнейшее повышение пожаробезопасности. Новый регламент устанавливает требования к кабельным материалам по торможению распространения огня и сведению дымообразования к минимуму. Эти задачи обычно решаются за счёт повышения концентрации неорганического негорючего компонента в композите. При решении особо ответственных задач могут использоваться композиты с содержанием соответствующего наполнителя на уровне 65–80%. Безусловно, при этом возникают довольно сложные задачи в части технологичности и механических показателей композитов, которые приходится решать и производителям кабельных компаундов, и изготовителям кабельных материалов.
Специальный воск VISCOSPEED, разработанный компанией Инноспек, представляет собой высокоэффективный безгалогеновый органический компонент, облегчающий проведение технологических операций с ОБГ-кабельными компаундами, позволяющий свести к минимуму трудности переработки композитов, возникающие из-за повышения доли неорганического наполнителя, без какого-либо ухудшения показателей огнестойкости. Опыт промышленного внедрения VISCOSPEED показывает, что этот специальный воск значительно улучшает однородность распределения Al(OH)3 и Mg(OH)2 в компаунде. Таким же образом VISCOSPEED позволяет оптимизировать гомогенность нано-материалов, содержащих карбонаты и диоксид кремния, и многих других кабельных компаундов, облегчая текучесть компаунда при изготовлении и проведении технологических операций с композитами.
Рис.1. Специальный воск VISCOSPEED выпускается в виде тонкодисперсного порошка и в гранулированном виде
VISCOSPEED – полимерный материал полярной природы и в силу этой особенности обеспечивает быстрое смачивание и эффективное распределение частиц неорганического наполнителя в матрице полимерного компаунда. Более того, во время технологических операций VISCOSPEED не позволяет дисперсным частицам группироваться в агломераты, тем самым обеспечивая максимальную эффективность наполнителя в достижении огнестойкости композита. Это свойство имеет особое значение при использовании тонкодисперсных неорганических наполнителей, например, измельчённого Mg(OH)2, или при вовлечении в компаунды других синергических негорючих компонентов, таких как нано-кремнезёма, сепиолита и нанодисперсной глины. В конечном итоге взаимодействие между полярным негорючим наполнителем и воском VISCOSPEED позволяет оптимизировать распределение компонентов в компаунде, улучшить показатели обугливания получаемого материала и снизить риск образования капель при горении..
VISCOSPEED В КОМПОЗИТАХ ВНЕШНЕЙ ОБОЛОЧКИ КАБЕЛЯ
Материал внешней оболочки кабеля выполняет особую функцию, обеспечивая и защиту от механических повреждений, и огнестойкость кабеля. Вовлечение VISCOSPEED в такой материал внешней оболочки с высокой устойчивостью к огневому воздействию, как показывает обширный промышленный опыт, значительно улучшает технологичность компаунда и при этом не имеет никакого негативного эффекта на показатели удлинения при разрыве, стабильности при старении и огнестойкости. Технические показатели материала внешней кабельной оболочки, содержащего ЭВА-компоненты (см.Табл.1) свидетельствуют о стабильном сохранении прочности материала на разрыв выше критической отметки 10 Н/мм2 даже при понижении содержания связывающего малеинового компонента.
Таблица 1. Характеристики материала внешней оболочки кабеля с содержанием ЭВА-компонентов
| Компонент компаунда | (1А) Типичный | (1Б) 1% VISCOSPEED | (1В) 2% VISCOSPEED |
| ЭВА (Сод.ВА 28%), ПТР=3 | 19,5 | 19,5 | 19,5 |
| C8-ПОЭ, d=0,868, ПТР=0,5 | 5 | 5 | 5 |
| ЛПЭНП, ПТР=3-5 | 5 | 5 | 5 |
| МА-привитой ЛПЭНП | 5 | 4 | 3 |
| VISCOSPEED | — | 1 | 2 |
| Тонкодисперсный осаждённый Al(OH)3, 4 м2/г (БЭТ) | 52 | 52 | 52 |
| Измельчённый Mg(OH)2, частицы d50=3,5 мкм с покрытием | 12 | 12 | 12 |
| Si-суперконцентрат | 1 | 1 | 1 |
| Стабилизатор | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| ИТОГО | 100 | 100 | 100 |
| ХАРАКТЕРИСТИКИ | |||
| ПТР, 21,6 кг при 190°C | 4 | 7 | 12 |
| Прочность на разрыв, Н/мм2 | 14,5 | 13 | 11 |
| Удлинение при разрыве, % | 190 | 190 | 190 |
В силу свой полярности воск VISCOSPEED действует как дополнительный связывающий компонент, что даёт ему возможность частично заменять малеиновый связывающий агент в компаунде. В Таблицах 1 и 3 приведены данные, характеризующие эффект замены 2% МА-привитого ЛПЭНП эквивалентным количеством VISCOSPEED – значительное повышение показателя текучести расплава без какого-либо ухудшения параметра удлинения при разрыве. Тем самым повышается технологичность компаунда, и благодаря этому появляется возможность замены дорогостоящих минеральных наполнителей на измельчённые природные материалы наполнения, стоимость которых намного ниже (см.Табл.2).
Таблица 2. Характеристики материала внешней оболочки кабеля с содержанием ЭВА-компонентов при использовании природного Mg(OH)2
| Компонент компаунда | (2) Без вовлечения Al(OH)3 |
| ЭВА (Сод.ВА 28%), ПТР=3 | 15 |
| C8-ПОЭ, d=0,868, ПТР=0,5 | 15 |
| МА-привитой ЛПЭНП | 4,5 |
| VISCOSPEED | 2 |
| Измельчённый Mg(OH)2, частицы d50=3,5 мкм с покрытием | 62 |
| Si-суперконцентрат | 1,5 |
| Суперконцентрат гидрофобного типа | 0,5 |
| Стабилизатор | 0,5 |
| ИТОГО | 100 |
| ХАРАКТЕРИСТИКИ | |
| ПТР, 21,6 кг при 190°C | 2 |
| Прочность на разрыв, Н/мм2 | >13 |
| Удлинение при разрыве, % | >150 |
Воск VISCOSPEED можно также использовать в материалах кабельной оболочки, использующих в качестве компонента смоляного полиолефинового эластомера (ПОЭ). Интерес производителей кабельных материалов к использованию ПОЭ объясняется выигрышным сочетанием оптимальных механических характеристик, гибкости в довольно широком интервале рабочих температур (от -60°С до 125°С). Однако обычные материалы кабельной оболочки, в составе которых используются ПОЭ, часто проявляют склонность к образованию капель при огневых испытаниях (ср. результаты испытаний для компаунда 3А в Таблице 3).
Таблица 3. Характеристики материала внешней оболочки кабеля с содержанием ЭВА-компонентов при использовании природного Mg(OH)2
| Компонент компаунда | (3А) Типичный, Mg(OH)2 с VISCOSPEED | (3Б) Mg(OH)2 с VISCOSPEED |
| ЭВА (Сод.ВА 28%), ПТР=3 | 19,5 | 19,5 |
| Полипропиленовый пластомер, ПТР=8 | 9 | 9 |
| МА-привитой ЛПЭНП | 5 | 3 |
| VISCOSPEED | — | 2 |
| Измельчённый Mg(OH)2, d50=3,5 мкм с покрытием стеариновой кислотой | 60 | 60 |
| Aluprem TB 1/t | 5 | 5 |
| Si-суперконцентрат | 1 | 1 |
| Стабилизатор | 0,5 | 0,5 |
| ИТОГО | 100 | 100 |
| ХАРАКТЕРИСТИКИ | ||
| ПТР, 21,6 кг при 190°C | 2 | 4 |
| Прочность на разрыв, Н/мм2 | 12 | 10 |
| Удлинение при разрыве, % | 215 | >250 |
| Появление горящих капель | Есть | Нет |
Рис.2. В сравнении с материалами кабельной оболочки, имеющими в своём составе смоляные полиолефиновые эластомеры, кабельные материалы, изготовленные с применением VISCOSPEED, в ходе огневых испытаний демонстрируют более высокую огнестойкость и устойчивость к образованию капель
Компания Инноспек провела целую программу испытаний, чтобы изучить эффект вовлечения воска VISCOSPEED в компаунды кабельной оболочки. В исследуемые компаунды добавляли природный Mg(OH)2 как в виде частиц, покрытых стеариновой кислотой, так и без такого покрытия. И все проведённые испытания подтвердили, что добавки VISCOSPEED заметно улучшают технологичность компаунда без какого-либо ухудшения основных рабочих параметров кабельного материала. Следует обратить внимание на данные, приведённые в Таблице 3, которые демонстрируют одновременное решение проблемы образования горящих капель при вертикальных огневых испытаниях и улучшение показателя удлинения. Эти результаты объясняются способностью VISCOSPEED повышать однородность распределения частиц неорганического антипиренового компонента в компаунде.
VISCOSPEED В КОМПОЗИТАХ КАБЕЛЬНОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ
Важно упомянуть и о данных испытаний VISCOSPEED в составе различных композитов, используемых в качестве кабельного заполнителя. В этих тестах специальный воск VISCOSPEED так же показал, что в результате его добавления в состав компаунда кабельного заполнителя выполнение технологических операций значительно облегчается, даже в некоторых компаундах с содержанием антипиренового компонента более 80%.
Рис.3. Применение VISCOSPEED обеспечивает оптимальное распределение антипиренового наполнителя по компаунду, улучшая механические характеристики кабельного материала
Достигаемое при применении VISCOSPEED оптимальное распределение антипиренового наполнителя по компаунду также вносит вклад в улучшение механических характеристик получаемого материала кабельного заполнителя рулонного типа (см.Табл.4). Приведённые здесь данные показывают, что при замене компонента ЭВА28/ПТР=3 в компаунде 4А на воск VISCOSPEED в количестве 2% или 4% (компаунды 4Б и 4В) обеспечивается повышение параметра ПТР композита при значительном росте показателя удлинения при разрыве. Эти результаты свидетельствуют о потенциале для дальнейшего увеличения доли минерального антипиренового наполнителя без ухудшения механических характеристик, а это позволит добиваться и более высоких показателей огнестойкости материала..
Таблица 4. Характеристики рулонного материала кабельного заполнителя
| Компонент компаунда | (4А) Типичный | (4Б) 2% VISCOSPEED | (4В) 4% VISCOSPEED |
| C4-ПОЭ, d=0,868, ПТР<0,3 | 15 | 15 | 15 |
| ЭВА (Сод.ВА 28%), ПТР=3 | 15 | 13 | 11 |
| Измельчённый Mg(OH)2, d50=5,5 мкм с покрытием стеариновой кислотой | 70 | 70 | 70 |
| VISCOSPEED | — | 2 | 4 |
| ИТОГО | 100 | 100 | 100 |
| ХАРАКТЕРИСТИКИ | |||
| ПТР, 21,6 кг при 160°C | 1 | 3 | 7 |
| Индекс предельного содержания кислорода | 36 | 36 | 36 |
| Прочность на разрыв, Н/мм2 | 5 | 6 | 7 |
| Удлинение при разрыве, % | <50 | >60 | >100 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Специальный воск VISCOSPEED, производимый компанией Инноспек, – новый компонент для огнестойких безгалогеновых кабельных композитов, который даёт возможность значительно повысить однородность распределения антипиренового наполнителя в материале компаунда и облегчить выполнение с компаундом технологических операций. Опыт внедрения VISCOSPEED подтверждает отсутствие каких-либо побочных негативных эффектов на показатели старения композита, его параметры огнестойкости или механические характеристики. Более того, для композитов, использующих в качестве компонента смоляной полиолефиновый эластомер, доказан эффект улучшения показателей удлинения композитного материала при разрыве и его огнестойкости.
Вовлечение VISCOSPEED в состав компаунда в небольшой дозировке облегчает работу высокопроизводительного технологического оборудования компаундирования в стабильном режиме благодаря более эффективному включению частиц неорганического наполнителя в состав полимерной матрицы. Использование специального воска VISCOSPEED улучшает распределение в полимерной матрице частиц минерального антипиренового наполнителя, например, измельчённых Al(OH)3 или Mg(OH)2, каолина, силикатов и т.п или аддитива (нанодисперсной глины, нано-кремнезёма, сепиолита и т.п.), что обеспечивает соответствующее улучшение реологических характеристик компаунда и выигрыш в плане его огнестойкости.
Подробная информация, касающаяся технических решений с использованием специального воска VISCOSPEED, данные по его испытаниям – применительно к производству кабельных компаундов, алюминиевых композитных панелей и кровельных мембран на основе термопластичных полиолефинов – доступна в офисах компании Инноспек.
Компания Инноспек
Международная компания Инноспек – лидер в области современных разработок химических добавок в нашем постоянно меняющемся мире. Более 50 лет Инноспек успешно разрабатывает специальные добавки в широком спектре приложений для функциональной оптимизации углеводородных сред в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической отраслях, а также в процессах, использующих продукцию подобных производств − начиная от присадок к моторным топливам, и заканчивая тонкой химией для парфюмерии и косметики. Создавая новые и уникальные добавки, Инноспек может предложить нашим заказчикам надёжные, оптимальные с функциональной точки зрения технические решения. Представленная в 23 странах, компания Инноспек поставляет заказчикам в разных странах мира высокоэффективные решения самых сложных современных технических задач, оптимальные для каждого регионального и национального рынка.
ООО “Инноспек Рус”
125009, Москва,
ул. Тверская, д. 9, стр.7, офис 508
Тел. +7 495 660 10 22
Факс: +7 495 660 10 21
E-mail: info.russia@innospecinc.com
Материалы, использованные в статье © Инноспек 2021
