Электроизоляционная композиция
Владельцы патента RU 2394292:
Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (ВНИИ КП) (RU)
Закрытое Акционерное Общество "Торговый дом ВНИИ КП" (RU)
Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к электроизоляционным композициям, предназначенным для оболочек и изоляции кабелей. Композиция содержит, 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, наноглина 10-20. Техническим результатом изобретения является повышение прочности, относительного удлинения при разрыве и твердости кабельной оболочки, а также пониженная горючесть электроизоляционной композиции и низкая токсичность за счет отсутствия в составе галогеносодержащих соединений. 2 табл.
Изобретение относится к области электротехники, а именно кабельной техники, и может быть использовано для изготовления изоляции и оболочки различных марок кабелей пониженной горючести, в особенности изоляции и оболочки силовых, контрольных, сигнально-блокировочных и оптических кабелей.
Известны кабели пониженной горючести, в которых изоляция и оболочка выполнены из поливинилхлоридных композиций (Д.С.Бачелис и др. Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник. М., - Л., Госэнергоиздат, 1963, с.188-189).
Поливинилхлоридная изоляция (оболочка) обладает удовлетворительными механическими и диэлектрическими характеристиками, однако имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что в условиях пожара из нее выделяются токсичные, коррозионно-активные газы, приводящие к отравлению людей, а также к выходу из строя дорогостоящей электронной аппаратуры и другого оборудования. Указанный недостаток связан с наличием в составе поливинилхлорида галогена-хлора.
С целью устранения указанного недостатка разработан ряд изоляционных материалов, не содержащих в своем составе галогенов. Такие материалы представляют собой композиции на основе полиолефинов и их сополимеров, содержащие в качестве антипиренов неорганические наполнители. Известна композиция на основе сополимера этилена с винилацетатом, содержащая в качестве антипирена тригидрат оксида алюминия (патент США №3832326, кл. 260-42.29, 1974).
Эта композиция при горении не выделяет коррозионно-активных и токсичных газов, однако по горючести она не соответствует требованиям стандарта UL 94 к материалам класса V-0.
Наиболее близкой из числа известных к предлагаемой по совокупности признаков является электроизоляционная композиция, содержащая (мас.ч.): сополимер этилена с винилацетатом 28,5-50 и наполнитель, представляющий собой смесь тригидрата оксида алюминия и бората цинка - остальное (патент США №4575184, кл. 350-96.23, 1986).
Недостатками этой композиции являются низкие механические характеристики и твердость по Шору Д. Кроме того, эта композиция для получения оптимальных свойств требует сшивки путем облучения.
Поставленная задача состояла в разработке электроизоляционной композиции, не выделяющей при горении коррозионно-активных и токсичных газов, сочетающей высокие механические характеристики и негорючесть с повышенной твердостью.
Технический результат достигается тем, что электроизоляционная композиция, содержащая сополимер этилена с винилацетатом, гидроксид алюминия (Al(ОН)3 или магния Mg(OH)2, дополнительно содержит полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом, полиэтиленовый воск, наноглину, эфир 3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой кислоты и пентаэритрита (Ирганокс 1010) или 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил)бензол (Ирганокс 1330), бензо-пропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметииэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид (Ирганокс MD 1024) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Сополимер этилена с винилацетатом | 60-85 |
| Гидроксид алюминия или магния | 130-170 |
| Полиэтилен высокой плотности, | |
| модифицированный малеиновым ангидридом | 15-35 |
| Полиэтиленовый воск | 0,1-5 |
| Эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой | |
| кислоты и пентаэритрита - Ирганокс 1010 или | |
| 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-ди-трет-бутил-4- | |
| гидроксибензил)бензол - Ирганокс 1330 | 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 - Ирганокс MD 1024 | 0,05-0,3 |
| Наноглина | 10-20 |
Предлагаемая композиция содержит известные компоненты.
Используемый сополимер получают сополимеризацией этилена с винилацетатом.
Сополимер этилена с винилацетатом выпускается как отечественной промышленностью, так и зарубежными фирмами (ф."DuPont").
Полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом, выпускается фирмой " Arkema Frans ".
Полиэтиленовый воск выпускается фирмой " Clariant".
Гидроксид алюминия выпускается фирмой "Albemarle corporation".
Гидроксид магния производится фирмой "Kyowa Chemical Industry".
Ирганокс 1010, 1330 и Ирганокс MD 1024 производятся фирмой Ciba.
Наноглину выпускает фирма "PolyOne".
Наноглина представляет собой наполнитель из наноразмерных хлопьев силикатов. Такие наночастицы достаточно длинные, но при этом, по крайней мере, вдоль одной из осей их размер составляет около 1 нм. Поскольку обычные глины являются природным минералом, их состав и свойства непостоянны. Однако самым выжным параметром является относительная длина наночастиц глины. Для использования оптимальны глины, имеющие пластичную структуру с толщиной менее 1 нм и оптимальную длину от 300 до 1500 нм.
Композицию согласно изобретению можно перерабатывать на типовом оборудовании, используемом для этих целей в кабельном производстве.
Приводимый ниже пример иллюстрирует, но не ограничивает изобретение.
Пример:
Композиции для лабораторных испытаний изготавливают путем перемешивания компонентов при 120-140°С в течение 10-15 мин.
Из полученных композиций готовят стандартные образцы для испытаний. Состав композиций 1-4 приведен в табл.1.
Композиции испытывают на горючесть по стандарту UL-94, 8 и определяют их прочность и относительное удлинение при разрыве по ГОСТ Р МЭК 811-1-1, твердость по Шору Д по ГОСТ 24621. Результаты испытаний приведены в табл.2.
Из результатов испытаний видно, что предлагаемая композиция обладает высокой прочностью, относительным удлинением при разрыве, твердостью к действию ионов меди и по этим показателям превосходит прототип.
| Таблица 1 | ||||
| Состав композиций | ||||
| Компоненты, мас.ч | 1 | 2 | 3 | 4 (известная) |
| Гидроксид магния | - | 160 | - | - |
| Гидроксид алюминия | 130 | - | 170 | 125 |
| Полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом | 35 | 15 | 20 | |
| Полиэтиленовый воск | 0,1 | 2 | 5 | - |
| Борат цинка | - | - | - | 125 |
| Ирганокс 1330 | - | 0,2 | 0,7 | - |
| Ирганокс 1010 | 0,05 | - | - | - |
| Ирганокс MD 1024 | 0,3 | 0,1 | 0,05 | - |
| Наноглина | 15 | 20 | 10 | |
| Сополимер этилена с винилацетатом | 70 | 60 | 85 | 50 |
| Таблица 2 | ||||
| Свойства композиций | ||||
| Наименование параметров | 1 | 2 | 3 | 4 (известная) |
| Плотность, г/см3 | 1,55 | 1,65 | 1,67 | 1,6 |
| Прочность при разрыве, МПа | 13,7 | 10,1 | 10,3 | 5,8 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 158 | 130 | 125 | 220 |
| Твердость по Шору (метод Д) | 55 | 45 | 47 | 40 |
| Стойкость к горению | V-0 | V-0 | V-0 | V-1 |
| Удельное объемное электрическое сопротивление при 20°C, Ом·см | 3·1013 | 3·1012 | 3·1012 | 3·1011 |
Электроизоляционная композиция, содержащая сополимер этилена с винилацетатом, гидроксид магния или алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом, полиэтиленовый воск, наноглину, эфир 3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой кислоты и пентаэритрита или 1,3,5-триметил-2,4,6-трис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил)бензол, бензопропионовой кислоты 3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметииэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]гидразид при следующем соотношении компонентов, 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 |
| Наноглина | 10-20 |
