Выбор состава антипиренов для компаунда оболочки безгалогенного кабеля

Авторы и источники / Правообладателям

В отраслевой практике рецептуры безгалогенных трудногорючих кабельных оболочек строятся на использовании химически осажденного гидроксида алюминия (ATH). Этот наполнитель долгое время считался стандартом благодаря удачному сочетанию физико-механических характеристик, технологичности переработки и трудногорючих свойств.

Сегодня классические решения на базе ATH применяются всё реже. Причина не только в стоимости, но и в том, что рынок меняется в пользу специализированных материалов, адаптированных под конкретные условия эксплуатации. Номенклатура кабелей также подвергается изменениям – постоянно расширяется (рис.1): конструкции различаются по количеству слоев, толщине и назначению. Однако, неизменным остается требование к соответствию строгим нормам пожарной безопасности. Именно это приводит к необходимости более гибкого подбора материалов.

Рис.1 Некоторые типы конструкций кабеля: 1) оптоволоконный кабель, 2) низковольтный кабель, 3) силовой бронированный кабель

На практике это означает, что не все элементы кабеля обязаны иметь одинаковый «средний» уровень огнестойкости. Свойства можно распределять по слоям: например, изоляцию тонких жил все чаще выполняют из ненаполненного сшитого полиэтилена, который обеспечивает высокие скорости наложения (свыше 500 м/мин), но сам по себе не обладает огнестойкостью. В таких случаях огнезащитную функцию берёт на себя внешний барьерный слой заполнения с высоким содержанием антипиренов.

При таком подходе «сила» антипиреновой системы в разных слоях варьируется относительно базовой рецептуры на ATH где-то в большую, где-то в меньшую сторону. Когда требуется уменьшить огнестойкость компаунда, часть гидроксида алюминия замещают микронизированным карбонатом кальция. Материалы с контролируемым гранулометрическим составом и высокой степенью белизны обеспечивают стабильную переработку при компаундировании и наложении оболочки.

Гораздо сложнее задача повышения огнестойкости. В типовой рецептуре доля наполнителя уже достигает 60-65%, и дополнительное введение антипиренов приводит к ухудшению механических свойств и технологичности. Поэтому производители либо подбирают синергетические добавки, либо переходят на более эффективные антипирены.

В промышленной практике сегодня используется несколько подходов:

• сочетание осажденного гидроксида алюминия с природным гидроксидом магния (бруситом);
• природный гидроксид магния (брусит) как альтернатива ATH;
• соединение ATH с наноглинами и другими пластинчатыми наполнителями с высоким отношением площади к толщине частицы;
• совместное применение минеральных гидроксидов с фосфорсодержащими органическими антипиренами.

Среди этих решений в российской кабельной промышленности наиболее широко применяется первый вариант - как технологически наиболее понятный и экономически сбалансированный. Именно его стоит рассмотреть подробнее.

Комбинирование АТН и брусита

К ключевым недостаткам ATH относят «чувствительность» материала к условиям переработки и формирование хрупкого пористого кокса после термического разложения. «Чувствительность» ATH сегодня контролируется путем применения новейшего оборудования, основная задача которого заключается в выдерживании температурных режимов расплава. 

Вторая проблема решается введением брусита. Гидроксид магния разлагается по схожему механизму, однако формирует более прочный зольный остаток. Он укрепляет структуру кокса ATH, снижает склонность к каплепадению и заметно уменьшает зону термического повреждения при горении (табл. 1). Дополнительным преимуществом такой комбинации является так называемый ступенчатый эффект: рабочий температурный интервал антипиреновой системы расширяется примерно до (180-400°C). В этом смысле ATH и брусит проявляют синергетическое действие, усиливая эффективность друг друга.

Компаунд по рецептуре кабельной оболочки 62% АТН		Компаунд по рецептуре кабельной оболочки 50% АТН + 12% ЭкоПирен® 3,5С
Выделение тепла (THR), кДж	5.3	1.3
Выделение дыма (TSP), м2	24.3	5.7

Таблица 1. Синергический эффект АТН и ЭкоПирен^®

Кислородный индекс обоих материалов в приведённом примере одинаков и составляет 38%. Это показывает, что сам по себе кислородный индекс не всегда корректно отражает реальный уровень огнестойкости безгалогенных компаундов.

Брусит относится к природным материалам, поэтому его стоимость, как правило, ниже по сравнению с ATH. При этом он несколько уступает ему по технологичности в переработке. По этой причине содержание брусита в смесях с ATH подбирается исходя из баланса между технологическими и физико-механическими характеристиками компаунда и его экономической эффективностью. Для получения синергетического эффекта обычно достаточно введения 10–15% брусита. Такая доля практически не влияет на перерабатываемость и ключевые свойства компаунда (табл. 2).

Таблица 2. Комплекс свойств компаундов с комбинациями АТН-ЭкоПирен^®

Синергия ATH и брусита не только повышает огнестойкость, но и позволяет оптимизировать рецептуру. За счет этого часть гидроксидных наполнителей можно заменить нейтральными без заметного снижения огнезащитных характеристик. Такой подход даёт возможность адаптировать составы под разные конструкции кабелей и применять их в изделиях с менее жесткими требованиями к огнестойкости вместо универсальных «средних» рецептур.

В результате сочетание ATH и брусита сегодня рассматривается как один из наиболее гибких и практичных способов получения безгалогенных компаундов с заданным уровнем трудногорючести для кабельных оболочек.

Минеральный антипирен ЭкоПирен^® является одним из основных функциональных компонентов, применяемых в процессе производства безгалогенных компаундов SigmaFlex. Данная продуктовая линейка выпускается компанией BNG Compounds, и применяется во всех полимерных слоях кабельной конструкции: изоляции, заполнении и оболочке.

C дополнительной информацией о BNG Compounds и безгалогенных компаундах SigmaFlex можно ознакомиться на официальном веб-сайте компании.