Нанокомпозитный электроизоляционный материал


 


Владельцы патента RU 2468459:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова (RU)

Изобретение относится к электроизоляционным композитным материалам для использования в кабельной промышленности, обладающим повышенной прочностью и относительным удлинением при разрыве, а также пониженной горючестью и низкой токсичностью за счет отсутствия в составе галогенсодержащих соединений, что является техническим результатом предложенного изобретения. Композиция содержит, в мас.ч.: сополимер этилена с винилацетатом 25-30, полиэтилен 5-10, совместитель 3-5, гидроксид магния Mg(OH)2 25-30, карбонат кальция СаСО3 25-30, наноглину 5-10, антиоксидант 0,1-0,3. 2 табл.

 

Изобретение относится к электроизоляционным материалам, а именно к кабельной промышленности, и может быть использовано для изготовления изоляционных оболочек для оптоволоконных и электрических кабелей, которые не будут поддерживать горение на воздухе.

Широкое использование полимеров ограничено из-за их высокой пожарной опасности. Опубликованы многочисленные работы, посвященные проблемам снижения пожарной опасности полимерных материалов, где в качестве огнезащитных добавок используются неорганические, галоген- и фосфорсодержащие соединения.

С ужесточением Европейской Комиссией норм по выделению хлористого водорода для проводов и кабелей исследователи начали обращать большое внимание на проблемы экологической безопасности противопожарных материалов. В этой связи приоритетной является задача снижения горючести изделий и понижения выделения дыма и ядовитых газов из полимеров, применяемых в строительстве, электронике и многих других областях.

Для снижения горючести чаще используются галогенированные ароматические соединения из-за их термической стабильности и низкой дымообразующей способности по сравнению с алифатическими галогенированными соединениями. Эффективность антипиренов возрастает, когда они используются в сочетании с оксидами металлов. Совместно с указанными системами используются специальные добавки для понижения дымообразующей способности, наиболее активными из которых являются окислы алюминия, цинка, олова и др. (Кюсак П.А., 1991, №2, стр.177-190).

Известны композитные материалы пониженной горючести на основе полиолефинов, где в качестве огнезащитного состава используются хлоропарафины в сочетании с оксидами тяжелых металлов (Патент США №4169082 от 1979.09.25). Недостатком композита является высокое дымообразование при горении и токсичность выделяемых газов.

Известны композитные материалы пониженной горючести на основе поливинилхлорида для кабельной промышленности (Патент РФ №2321090 от 2008.03.27). Поливинилхлоридная изоляция обладает удовлетворительными механическими и диэлектрическими характеристиками. Недостатком является то, что газы, выделяемые при горении поливинилхлорида, приводят к удушью и отравлению, обладают сильнейшим окисляющим воздействием на металлы, выводя из строя дорогостоящее оборудование.

Решением существующей проблемы является разработка композиционных материалов, не содержащих в своем составе галогенов.

Известна негорючая битумно-кровельная композиция, не содержащая галогенов (Патент США №74302 от 01.08.1995). Она включает 5-20% гидроксида магния или алюминия или их смесь, термопластичное связующее, добавки. В качестве связующего используется битум (не менее 45%), термопластичный полимер (блоксополимер стирола и бутадиена, стирола, этилена и бутадиена, стирола и изопрена, сополимер этилена и пропилена) - 2-25%, атактический полипропилен - 2-20% и их смеси. Недостатком композиционного материала является недостаточная адгезия к металлу, низкая температура размягчения и технологичность.

Известна электроизоляционная композиция на основе полиолефинов, не содержащая галогенов (Патент РФ №2394292 от 10.07.2010). Композит 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-диметилэтил-4-гидрокси-2-[3-[3,5-бис(1,1-диметилэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил] гидразид 0,05-0,3, наноглина 10-20.

По своему составу и основным характеристикам данная композиция наиболее близка к настоящему изобретению и принята нами за прототип.

К недостаткам электроизоляционной композиции по прототипу следует отнести недостаточно высокие физико-механические показатели, что ограничивает возможность его применения в кабельной промышленности.

Задачей изобретения является разработка накомпозиционного материала, не выделяющего при горении коррозионно-активных и токсичных газов, который не поддерживает горение на воздухе и обладает пониженной дымообразующей способностью и высокими физико-механическими показателями.

Технический результат достигается за счет использования в качестве нанонаполнителя органомодифицированного слоистого силиката («Нальчикит» - Россия, КБР, Герпегежское месторождение) в сочетании с гидроксидом магния и карбонатом кальция, что дает синергический эффект, позволяющий уменьшить количество минеральных наполнителей в нанокомпозите и способствует сохранению более высоких значений физико-механических свойств. Соотношение компонентов, мас.ч.:

сополимер этилена с винилацетатом 25-30
полиэтилен высокой плотности 5-10
совместитель (Compoline) 3-5
гидроксид магния Mg(OH)2 25-30
карбонат кальция СаСО3 25-30
наноглина (Нальчикит) 5-10
антиоксидант (Ирганокс В225) 0,1-0,3

Основу приведенной выше композиции составляют гидроксид магния и карбонат кальция. Температурная деструкция гидроксида магния происходит в интервале 330-420°С с выделением воды (до 31% по массе). Продукты термического разложения гидроксида магния безвредны, создают паровую оболочку вокруг полимерного связующего и в сочетании с его коксующейся частью препятствуют доступу кислорода и потенциально опасных газов к поверхности горения, отчасти сорбируют выделяющиеся агрессивные газы. Процесс эндотермический, сопровождается поглощением тепла - до 328 ккал/г.

Термическая деструкция карбоната кальция происходит при температуре выше 600°С, продукты разложения безвредны. Использование карбоната кальция способствует удешевлению и улучшению реологических свойств нанокомпозита.

Нальчикит является органомодифицированной глиной российского происхождения. Органоглина способствует улучшению стойкости к возгоранию нанокомпозитов в связи с тем, что слоистый силикат препятствует доступу кислорода внутрь образца. При горении не позволяет материалу растекаться, что значительно снижает его пожарную опасность.

Композиты для лабораторных испытаний были получены методом экструзии при температуре 120-150°С. Образцы для измерения были получены методом литья под давлением на машине Politest компании Ray-Ran. Составы приведены в таблице 1.

Таблица 1
Состав композитов
Компоненты, мас.% 1 2 3 4 (известная)
Гидроксид магния 30 27 25 61
Карбонат кальция 30 27 25 -
Полиэтилен высокой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом 7,6
Полиэтилен высокой плотности 10 7 5 -
Полиэтиленовый воск - - - 0,8
Ирганокс 1330 - - - 0,08
Ирганокс MD 1024 - - - 0,04
Ирганокс В 225 0,3 0,2 0,1 -
Наноглина - - - 7,6
Наноглина (Нальчикит) 10 7 5 -
Совместитель(Compline) 5 4 3 -
Сополимер этилена с винилацетатом 30 27 25 22,9

Испытания на горючесть проводили по стандарту UL 94, прочность и относительное удлинение определяли на универсальной разрывной машине согласно ГОСТ 11262-80. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Таблица 2
Свойства композитов
Наименование параметров 1 2 3 4
(известная)
Прочность при разрыве, МПа 10,0 11,5 12,4 10,1
Относительное удлинение при разрыве, % 150 163 170 130
Стойкость к горению V-0 V-0 V-0 V-0

Из приведенных в таблице 2 результатов видно, что предлагаемый нанокомпозитный материал обладает высокой прочностью и относительным удлинением при разрыве и по этим показателям превосходит прототип.

Нанокомпозитный электроизоляционный материал, содержащий сополимер этилена с винилацетатом, полиэтилен высокой плотности, гидроксид магния, антиоксидант и наноглину, отличающийся тем, что он дополнительно содержит карбонат кальция и совместитель, а в качестве наноглины используют нальчикит - органомодифицированную глину российского происхождения при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

сополимер этилена с винилацетатом 25-30
полиэтилен высокой плотности 5-10
совместитель (Compoline) 3-5
гидроксид магния Mg(OH)2 25-30
карбонат кальция СаСО3 25-30
наноглина (Нальчикит) 5-10
антиоксидант (Ирганокс В225) 0,1-0,3


 

Похожие патенты:
Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано при производстве изоляции оболочек кабельных изделий. .
Изобретение относится к кабельной техники, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида, применяемым для изготовления изоляции и оболочек кабельных изделий.
Изобретение относится к этилен/тетрафторэтиленовому сополимеру, способу его получения, продукту, сформованному из такого сополимера, и кабелю, полученному нанесением на проволочный сердечник покрытия из этилен/тетрафторэтиленового сополимера.
Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к электроизоляционным композициям, предназначенным для изоляции и оболочек кабелей и проводов общепромышленного назначения.

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) пониженной горючести, пониженным выделением дыма и хлористого водорода при горении, предназначенным для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) пониженной горючести, пониженным выделением дыма и хлористого водорода при горении, предназначенным для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.
Изобретение относится к кабельной технике, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженной горючестью, пониженным выделением дыма и хлористого водорода при горении, предназначенным для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.
Изобретение относится к кабельной технике, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженной горючестью, пониженным выделением дыма и хлористого водорода при горении, предназначенным для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.
Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к электроизоляционным композициям, предназначенным для оболочек и изоляции кабелей. .

Изобретение относится к области упрочнения режущего твердосплавного инструмента и может быть использовано в машиностроении, в частности в технологии металлообработки.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к ковшевому или внутриформенному модифицированию чугунов, сталей и цветного литья. .
Изобретение относится к каталитической химии, а именно к способам получения анодных и катодных катализаторов на основе металлов платиновой группы, предназначенных для использования в электролизерах и топливных элементах с твердым полимерным электролитом (ТПЭ).

Изобретение относится к активному материалу положительного электрода, имеющему состав в соответствии с формулой LiFe(P 1-xO4), где Р имеет мольную долю от 0,910 до 0,999. .

Изобретение относится к области полимерных композитов и нанотехнологиям и может найти применение при изготовлении различных видов упаковок. .

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способам получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, и может быть использовано в нефтепереработке, нефтехимии, газохимии, углехимии.

Изобретение относится к теплоаккумулирующим материалам и электрическим нагревателям, которые могут быть применены для терморегулирования объекта, в частности на автотранспортной технике для терморегулирования топлива, моторного масла, низкотемпературной жидкости; в пищевой промышленности для хранения ферментов, селективной пастеризации различных субстратов, селективного выращивания различных культур дрожжей.

Изобретение относится к области биотехнологии, молекулярной биологии, медицины и ветеринарии. .
Изобретение относится к автодорожной отрасли, к получению материалов для дорожного полотна с использованием вяжущего на основе битума с применением резиновой крошки из отходов резин общего, в том числе, шинного назначения и наношпинели магния в качестве модификаторов.
Изобретение относится к химической, электронной и оптической отраслям промышленности, а именно к одностадийному способу получения стабильных наночастиц сульфида кадмия (CdS) непосредственно в среде акриловых мономеров.

Изобретение относится к области оптики, в частности к электролюминесцирующим наноструктурам, и может быть использовано при создании эффективных устройств для отображения алфавитно-цифровой и графической информации
Наверх