Огнестойкая полимерная композиция
Изобретение относится к огнестойкой полимерной композиции и может быть использовано в шинной и резинотехнической промышленности, в частности в деталях резинокордных оболочек, используемых при ремонте и авариях канализационных трубопроводов, внутризаводских и магистральных нефтепроводов, во время длительного воздействия искр при сварке, пламени и открытого огня при возгораниях. Изготавливают полимерную композицию, включающую хлоропреновый каучук - найрит, серу, альтакс, стеарин, диафен ФП, ацетонанил Р, хлорпарафин, трехокись сурьмы, дибутилфталат, техуглерод П-803, сантогард PVI и комбинацию активных наполнителей, мас.ч. на 100 мас.ч. каучука - оксид цинка - 3-8, оксид магния - 3-10, оксид титана - 15-30 и белую сажу БС-120 - 20-30. Технический результат состоит в повышении огнестойкости к прогоранию участков слоя полимерной композиции при длительном воздействии искр и открытого огня на изделие, эксплуатирующееся под давлением, обеспечении технологической совместимости с полимерными композициями при изготовлении многослойных резинокордных изделий. 4 табл.
Изобретение относится к изделиям резиновой промышленности, в частности к огнестойкой полимерной композиции, применяемой в деталях резинокордных оболочек, используемых при ремонте и авариях канализационных трубопроводов, внутризаводских и магистральных нефтепроводов, во время длительного воздействия искр при сварке, пламени и открытого огня при возгораниях.
Известна полимерная композиция на основе синтетических каучуков (см. а.с. SU №514867, опубл. Бюл. №19 от 25.05.76 г.), содержащая в качестве антипирена 0,5-30,0 вес.ч. хлорбромзамещенных перхлордигомокубанов на 100 вес.ч. каучука.
Недостатком известной композиции является продолжительное тление после прогорания участков полимерной композиции, высокая пластичность, затрудняющая ее хранение и переработку в изделия, высокие значения относительного удлинения для вулканизатов, что неприемлемо для изготовления резинокордных композитов.
Известна также огнестойкая полимерная композиция (см. Н.В. Белозеров "Технология резины", М.: Химия. - 1979 г., стр.245-246), содержащая на 100 мас.ч. хлоропренового каучука 5,0 мас.ч. хлорпарафина и 3,0-5,0 мас.ч. трехокиси сурьмы.
Недостатком этой известной огнестойкой полимерной композиции является невысокая огнестойкость, в результате чего после воздействия огня образуются прогоревшие участки и продолжительное остаточное горение поверхности, что может привести к потере работоспособности изделия, выполненного на основе этой полимерной композиции.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату - прототип - является полимерная композиция для огнезащитной обуви пожарных (см. RU №2001104408/12 от 13.02.2001 г. МКИ А43B 1/10, опубл. Бюл. №14 от 20.05.2003 г.), включающая карбоцепной каучук, вулканизующую систему, наполнитель и антипирен, состоящий из комбинаций хлорпарафина и трехокиси сурьмы, отличающаяся тем, что антипирен дополнительно содержит композицию минерального кремнесодержащего соединения и гидроксида алюминия в соотношении 1:(4÷10) при следующем количестве компонентов в смеси, мас.ч.:
| Карбоцепной каучук - | 100 |
| Вулканизующая система | 8-10 |
| Наполнитель | 30-50 |
| Хлорпарафин ХП-1100 | 10-15 |
| Трехокись сурьмы | 4-6 |
| Композиция | 90-120 |
Недостатком известного прототипа является невозможность использования полимерной композиции в резинокордном изделии, при эксплуатации которого после длительного воздействия искр и открытого огня, например, при сварочных работах, на поверхности изделия прожигаются различной длины и глубины участки, что может привести к выходу из строя изделия, находящегося под давлением, а также в технологическом процессе при сборке многослойных резинокордных изделий, слои которых содержат различные по составу компоненты и в дальнейшем несовместимые при вулканизации полимерные композиции.
Так, невозможно будет изготовить резинокордную оболочку из-за несовместимости состава компонентов, содержащихся в полимерных композициях покровного слоя и накладываемого сверху огнестойкого слоя из известной полимерной композиции.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, создание состава огнестойкой полимерной композиции, техническим результатом которого будет повышение огнестойкости к прогоранию участков слоя полимерной композиции при длительном воздействии искр и открытого огня на изделие, эксплуатирующееся под давлением, а также обеспечение технологических процессов дублирования, склеивания, сборки и вулканизации с различными по составу полимерными композициями при изготовлении многослойных резинокордных изделий.
Указанный технический результат достигается за счет того, что полимерная композиция, включающая хлоропреновый каучук - наирит, серу, альтакс, стеарин, диафен ФП, ацетонанил Р, дибутилфталат, технический углерод П-803, сантогард PVI, хлорпарафин, трехокись сурьмы, дополнительно содержит комбинацию активных наполнителей: оксид цинка 3,0-8,0 мас.ч., оксид магния 3,0-10,0 мас.ч., оксид титана 15,0-30,0 мас.ч., белую сажу БС-120 20,0-30,0 мас.ч., что обеспечивает достижение необходимого синергического эффекта по повышению огнестойкости при длительном воздействии искр и открытого огня и технологии изготовления резинокордных изделий из различных по составу компонентов полимерных композиций.
При этом Ацетонанил Р - полимеризованный 2,2,4-триметил 1,2-дегидрохинолин - желто-коричневый порошок, с температурой плавления ≥114°С и Диафен ФП - N-фенил-N′-изопропил-n-фенилендиамин - коричнево-серый кристаллический порошок, с температурой плавления ≥ 70°С являются наиболее эффективными антиозонантами, защищающими резины от теплового и атмосферного старения.
В качестве замедлителя подвулканизации выбран Сантогард PVI - N-циклогексилтиофталимид - порошок светло-серого цвета.
Все компоненты огнестойкой полимерной композиции производятся предприятиями химической промышленности в соответствии с требованиями государственных стандартов.
При введении и увеличении содержания до 40 об.% в полимерной композиции предлагаемой комбинации активных наполнителей уменьшается содержание каучука и создается синергический эффект сочетания огнестойкости и необходимых технологических и механических свойств полимерной композиции, что приводит к увеличению огнестойкости, уменьшению периода самозатухания за счет снижения массы каучука, увеличению объема полимерной композиции и ее теплопроводности, вследствие чего поглощается часть тепловой энергии и замедляется образование горючих газов, увеличивается механическая прочность и твердость при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Хлоропреновый каучук - наирит | 100 |
| Сера | 0,3-0,9 |
| Альтакс | 0,5-1,0 |
| Стеарин | 1,0-4,0 |
| Диафен ФП | 1,0-3,0 |
| Ацетонанил Р | 1,0-3,0 |
| Хлорпарафин | 10,0-15,0 |
| Трехокись сурьмы | 15,0-25,0 |
| Дибутилфталат | 7,0-25,0 |
| Сантогард PVI | 0,1-0,5 |
| Технический углерод П-803 | 20,0-60,0 |
| Оксид цинка | 3,0-8,0 |
| Оксид магния | 3,0-10,0 |
| Оксид титана | 15,0-30,0 |
| Белая сажа БС-120 | 20,0-30,0 |
Кроме того, обеспечивается технологическая совместимость при сборке и вулканизации слоя из огнестойкой полимерной композиции со слоями из полимерных композиций, содержащимися в конструкции изготавливаемых изделий.
Огнестойкую полимерную композицию изготавливают стандартным способом в резиносмесителе в две стадии.
Пример
Вначале основные ингредиенты: каучук, стеарин, диафен ФП, ацетонанил Р, белую сажу, оксид магния, оксид титана и трехокись сурьмы вводят в резиносмеситель и перемешивают в течение 2-х минут, затем загружают хлорпарафин, дибутилфталат и технический углерод П-803 и перемешивают в течение 4-х минут. В полученную первую стадию композиции добавляют оксид цинка, серу и альтакс, сантогард PVI перемешивают 1,5 минуты и после изготовления выгружают при температуре 75±5°С.
Для испытаний изготовлены составы контрольной и предлагаемой огнестойкой полимерной композиции, различающиеся количественным соотношением компонентов.
Состав контрольной и предлагаемой огнестойкой полимерной композиции
| Таблица 1 | |||||
| Ингредиенты | Содержание мас.ч. на 100 мас.ч. каучука | ||||
| Контрольная | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Хлоропреновый каучук - наирит | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Сера | 1,0 | 0,3 | 0,5 | 0,8 | 0,9 |
| Альтакс | - | 1,0 | 0,8 | 0,6 | 0,5 |
| Стеарин | 2,0 | 1,0 | 3,0 | 0,6 | 0,6 |
| Диафен ФП | 1,0 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 2,0 |
| Ацетонанил Р | - | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 2,0 |
| Дибутилфталат | 15,0 | 7,0 | 15,0 | 25,0 | 20,0 |
| Сантогард PVI | - | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,5 |
| Хлорпарафин | 5,0 | 10,0 | 13,0 | 15,0 | 10,0 |
| Трехокись сурьмы | 5,0 | 15,0 | 20,0 | 25,0 | 20,0 |
| Технический углерод П-803 | 40,0 | 20,0 | 40,0 | 60,0 | 40,0 |
| Оксид цинка | - | 3,0 | 5,0 | 8,0 | 5,0 |
| Оксид магния | - | 3,0 | 6,0 | 10,0 | 7,0 |
| Оксид титана | - | 15,0 | 25,0 | 30,0 | 20,0 |
| Белая сажа БС-120 | - | 20,0 | 25,0 | 30,0 | 20,0 |
Для сравнения испытаны контрольная и предлагаемая огнестойкая полимерная композиция.
Результаты испытаний представлены в таблицах 2 и 3.
| Таблица 2 | |||||
| Показатели | Полимерная композиция | ||||
| Контрольная | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Пластичность | 0,59 | 0,41 | 0,43 | 0,45 | 0,45 |
| Модуль при 300% удлинении, МПа | 4,8 | 6,86 | 9,09 | 11,5 | 12,7 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 11,4 | 13,54 | 13,5 | 14,8 | 12,7 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 750 | 680 | 480 | 360 | 580 |
| Относительная остаточная деформация после разрыва, % | 30 | 20 | 7 | 11 | 17 |
| Твердость по Шору, усл. ед. | 55 | 61 | 61 | 65 | 62 |
| Эластичность по отскоку, % | 39 | 40 | 38 | 34 | 38 |
Для испытания прочности связи между слоями взята резиновая смесь для покровного слоя следующего состава, мас.ч.:
| Каучук СКИ-3 | 70,0 |
| Каучук СКД | 30,0 |
| Сера | 2,0 |
| Сульфенамид М | 0,8 |
| Оксид цинка | 5,0 |
| Стеариновая кислота | 2,0 |
| Канифоль | 2,0 |
| Технический углерод К 354 | 30,0 |
| Технический углерод П 514 | 20,0 |
Результаты испытаний
| Таблица 3 | |||||
| Показатели | Полимерная композиция | ||||
| Контрольная | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Прочность связи между покровным слоем и огнестойким слоем, кН/м | 5,6 | 9,5 | 9,7 | 11,4 | 10,8 |
Приведенные в таблицах 2 и 3 данные оценки пластоэластических свойств вулканизатов показывают, что предлагаемая огнестойкая полимерная композиция обеспечивает необходимый комплекс физико-механических показателей и технологическую совместимость с полимерными композициями слоев, входящих в конструкцию деталей.
Огнестойкость определяют по времени горения образца полимерной композиции размером 10,0×2,5×0,2 см.
Образец выдерживают в пламени спиртовой горелки с температурой пламени 900-1000°С и удаляют из него.
Время горения и время тления после выноса образца из пламени горелки определяют секундомером и длину прогоревшего участка линейкой.
Показатели огнестойкости среднее из 10 образцов контрольной и 4-х предлагаемой полимерной композиции приведены в таблице 4.
| Таблица 4 | |||||
| Показатели | Полимерная композиция | ||||
| Контрольная | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Время горения, сек | 9 | 3 | 2 | 4 | 3 |
| Время тления, сек | 10 | 2 | 1 | 3 | 2 |
| Длина прогоревшего участка, см | 1,2 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,3 |
Использование предлагаемой огнестойкой полимерной композиции в многослойных резинокордных изделиях позволит повысить огнестойкость при длительном воздействии искр и открытого огня и улучшить технологию сборки и вулканизации этих изделий.
Огнестойкая полимерная композиция, включающая хлоропреновый каучук-найрит, серу, альтакс, стеарин, диафен ФП, ацетонанил Р, хлорпарафин, трехокись сурьмы, дибутилфталат, сантогард PVI, технический углерод П-803, отличающаяся тем, что дополнительно содержит комбинацию активных наполнителей - оксид цинка, оксид магния, оксид титана, белая сажа БС-120 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| хлоропреновый каучук-найрит | 100 |
| сера | 0,3-0,9 |
| альтакс | 0,5-1,0 |
| стеарин | 1,0-4,0 |
| диафен ФП | 1,0-3,0 |
| ацетонанил Р | 1,0-3,0 |
| хлорпарафин | 10,0-15,0 |
| трехокись сурьмы | 15,0-25,0 |
| дибутилфталат | 7,0-25,0 |
| сантогард PVI | 0,1-0,5 |
| технический углерод П-803 | 20,0-60,0 |
| оксид цинка | 3,0-8,0 |
| оксид магния | 3,0-10,0 |
| оксид титана | 15,0-30,0 |
| белая сажа БС-120 | 20,0-30,0 |
