Скрытая правда о кабельном материале ПВХ в кабельной промышленности
I. Огнестойкий ПВХ-кабельный материал
Поливинилхлоридная (ПВХ) смола, проверенный временем термопласт, гибкость которой можно регулировать путем добавления различного количества пластификаторов. Его также можно смешивать с другими полимерами для производства пластиковых изделий с разнообразными свойствами. ПВХ экономически эффективен и имеет отличные эксплуатационные характеристики, что делает его широко используемым в производстве проводов и кабелей. Например, ПВХ обычно используется в качестве базовой смолы для изолированных проводов и кабелей с напряжением 450/750 В или ниже, а также для гибких кабелей. С широким применением огнестойких кабельных материалов из ПВХ в электронной, компьютерной, автомобильной и аэрокосмической промышленности растет спрос на огнестойкие свойства кабелей. Кабели ПВХ из-за добавления большого количества пластификаторов и других добавок обладают недостаточной огнестойкостью. При сгорании они выделяют вредный газ HCl, который также оказывает сильное коррозионное воздействие на металлы. Помимо образования токсичных газов, неполное сгорание некоторых газов может привести к образованию большого количества дыма, что представляет серьезную угрозу общественной безопасности и имуществу. Таким образом, исследования и разработки кабелей из ПВХ с низким дымовыделением и низкой токсичностью стали насущной необходимостью в кабельной огнестойкой промышленности, имеющей значительную социальную ценность.
II. Огнезащитные и дымоподавляющие методы
В кабелях из ПВХ мы обычно добиваемся огнестойкости и дымоподавления путем добавления огнезащитных веществ и огнезащитных пластификаторов. Конкретные методы заключаются в следующем:
1. Замена обычных пластификаторов огнезащитными пластификаторами. Например, в качестве пластификаторов обычно используются триарилфосфатные эфиры и алкилдиарилфосфатные эфиры. При сгорании они термически разлагаются с образованием нелетучих полифосфатов, которые могут образовывать на твердой поверхности защитный слой, блокирующий контакт с кислородом. Хлорированный парафин также может быть добавлен в качестве синергетического пластификатора для улучшения огнестойкости.
2. Добавление неорганических антипиренов, таких как соединения сурьмы и гидроксиды металлов. Обычно добавляемый гидроксид алюминия также обладает значительным эффектом подавления дыма.
3. При высоком содержании пластификатора используйте метод, при котором одновременно добавляются огнезащитные пластификаторы, неорганические антипирены и огнезащитные наполнители.
4. Также обычно добавляют средства для подавления дыма. Основные средства подавления дыма, используемые в кабельных компаундах из ПВХ, включают триоксид молибдена и октамолибдат аммония. При составлении кабельных компаундов из ПВХ нам часто приходится выбирать подходящее соотношение огнестойких пластификаторов и обычных пластификаторов в зависимости от конкретного применения и требований к огнестойкости кабельного компаунда, тем самым достигая высокого соотношения экономической эффективности.
III. Прогресс исследований огнестойкости
Помимо соответствия общим стандартам для кабельных материалов из ПВХ с точки зрения электрических и физико-механических свойств, кабельные материалы из ПВХ также должны обладать превосходными огнестойкими характеристиками. Огнезащитные характеристики обычно измеряются кислородным индексом, который относится к минимальной концентрации кислорода, необходимой для поддержания горения образца. Более высокий кислородный индекс указывает на лучшие огнезащитные характеристики. Обычно считается, что материалы с кислородным индексом выше 30 обладают адекватными огнезащитными свойствами. Ниже в первую очередь представлены факторы, влияющие на огнезащитные характеристики кабельных компаундов из ПВХ, а также отечественные и международные достижения в области улучшения их огнестойкости.
IV. Влияние содержания пластификатора на огнезащитные характеристики
Добавление различных пластификаторов в кабельные компаунды из ПВХ приводит к изменению огнезащитных и дымообразующих свойств кабельных компаундов. Среди четырех наиболее часто используемых пластификаторов в кабельных компаундах из ПВХ — диоктилфталата, триоктилтримеллитата, трифенилфосфата и пластификаторов на основе полиэфира — их огнезащитные свойства значительно различаются. Учёные провели соответствующие исследования на эту тему. При добавлении 30–60 частей пластификатора к 100 частям мягкого ПВХ было обнаружено, что с увеличением содержания пластификатора кислородный индекс ПВХ снижается. Для разных пластификаторов скорость снижения в целом была одинаковой. ПВХ, содержащий трифенилфосфат, имел самый высокий кислородный индекс, который был примерно на 5 пунктов выше, чем у ПВХ, содержащего диоктилфталат. Исследования дымообразования показывают, что ПВХ, содержащий диоктилфталат и трифенилфосфат, увеличивает дымообразование по мере увеличения содержания пластификатора. Однако ПВХ, содержащий триоктилтримеллитат и пластификаторы на основе полиэфиров, показывает противоположный результат.
V. Влияние дозировки антипирена на огнезащитные характеристики
Неорганические антипирены, такие как Al(OH)₃, Sb₂O₃ и борат цинка (ZB), добавляются в кабельные компаунды из ПВХ, и их дозировка существенно влияет на огнезащитные характеристики ПВХ. Отечественные и международные учёные провели обширные исследования по этой теме. Некоторые ученые изучали влияние дозировки композитного антипирена Sb₂O₃ и Sb₂O₃/ZB на кислородный индекс ПВХ. Они обнаружили, что по мере увеличения количества Sb₂O₃ предельный кислородный индекс кабельных компаундов из ПВХ имеет линейную тенденцию к увеличению. Когда добавка нано-Sb₂O₃ превышала 1,5 части, вклад нано-Sb₂O₃ в кислородный индекс ПВХ был больше, чем у микронного Sb₂O₃. Они также изучили кислородный индекс ПВХ при различных массовых соотношениях Sb₂O₃ и ZB, обнаружив, что кислородный индекс снижается по мере увеличения массового соотношения. Это означает, что чем больше добавлено Sb₂O₃, тем выше огнезащитные характеристики ПВХ. Однако, поскольку Sb₂O₃ относительно дорог, добавляемое количество обычно не очень велико, пока оно обеспечивает достаточные огнезащитные свойства. Кроме того, добавленный ZB может служить средством подавления дыма. Сочетание ZB с Sb₂O₃ позволяет кабельным смесям из ПВХ достичь как соответствующего кислородного индекса, так и низкого дымообразования.
VI. Влияние количества наполнителя на огнезащитные характеристики
В кабельные компаунды из ПВХ обычно добавляют определенное количество наполнителя. При использовании в качестве наполнителей талька и каолина кислородный индекс увеличивается в 1-2 раза, но скорость горения кабельного компаунда также увеличивается в два раза, при этом максимальный коэффициент гашения остается неизменным. Когда в качестве наполнителя используется Al(OH)₃, скорость горения увеличивается на 50%, увеличивается кислородный индекс и снижается максимальный коэффициент гашения, поэтому он оказывает лучший эффект в подавлении дымообразования. В ПВХ также часто добавляют наполнители CaCO₃. Ученые установили, что с увеличением количества добавляемого CaCO₃ кислородный индекс кабельных пластикатов ПВХ снижается, а также снижается максимальный коэффициент гашения. Поэтому количество добавленного CaCO₃ не должно быть чрезмерным, так как это ухудшит огнезащитные и дымоподавляющие характеристики кабельного компаунда. Однако CaCO₃ может служить эффективным агентом улавливания газообразного HCl, демонстрируя весьма значительную эффективность.
Среди различных инновационных решений по повышению огнестойкости кабелей из ПВХ одним из выдающихся вариантов является применение специализированных огнезащитных добавок, разработанных компанией Guangzhou Yinsu Flame Retardant. Компания добилась значительных успехов в создании безгалогенных антипиренов, микрокапсулированных антипиренов на основе красного фосфора и экологически чистых синергистов. Их флагманский микрокапсулированный антипирен на основе красного фосфора FRP-950X представляет собой малодымную и малотоксичную добавку , которая обеспечивает превосходную огнестойкость без выделения вредных галогенов при горении, что делает ее идеальной для высокопроизводительных ПВХ-кабелей. T3 представляет собой заменитель триоксида сурьмы , обеспечивает огнезащитные характеристики, сравнимые с традиционными соединениями сурьмы, но устраняет риски для здоровья и окружающей среды, часто связанные с ними. Может эффективно повышать огнестойкость соединений ПВХ, сохраняя при этом механические свойства. Интегрируя эти передовые огнестойкие решения в конструкции кабелей из ПВХ, производители могут значительно повысить безопасность, одновременно удовлетворяя постоянно меняющиеся нормативные и рыночные требования к кабельным материалам с низким дымовыделением и низкой токсичностью.
