Качество ПВХ. Движение — все, конечная цель — ничто?

ПРЕДИСЛОВИЕ

Ретроспективное рассмотрение проблемы качества пластиката показывают, что на российском рынке отсутствует два основных условия её решение на длительный период:

1. отсутствует адекватный рыночной экономике ГОСТ на все виды кабельного пластиката.
2. отсутствует независимая система оценки соответствия качества.

Попытки решения проблемы без учёта вышеуказанных условий приводят к сомнительному с технической точки зрения «косметическому ремонту», как это видно на примере серии ТУ 458, в которые постоянно вносятся изменения, а также к непрерывным ссылкам на «недобросовестных производителей».

Что касается «недобросовестных производителей», извлекающих мифическую сверхприбыль, то высказывания на эту тему, постоянно присутствующие в публичных выступлениях, являются чистой абстракцией без анализа информации по ценам пластикатов различных производителей за последние 2-3 года. 

По оценкам представителей ВНИИКП доля «фальсификата» в объеме выпуска пластикатов ПП составляет 75-80%, что по объему выпуска составляет примерно 45 000 тн/год. Третируемые В.Г. Николаевым «мелкие и средние» производители не могут обеспечить такой объем выпуска. По нашему мнению ситуация, складывавшаяся годами, не может быть исправлена одномоментно и может быть решена только за счет постоянных и солидарных усилий всех участников рынка, как производителей пластика так и кабельных заводов.

Движение —  все, конечная цель — ничто?

Прежде всего, хотелось бы выразить благодарность порталу RusCablе.Ru за организацию дискуссии и предоставленную возможность принять в ней участие. Выбранный формат дискуссии позволяет сделать доступной для заинтересованных участников кабельного рынка аргументацию участников дискуссии, дает им возможность не быть при её анализе связанными режимом цейтнота, как это бывает на совещаниях и конференциях. Кроме того, сосредоточенность на одной теме позволит достичь более глубокого понимания проблемы со стороны членов кабельного сообщества. Поскольку я не являюсь первым участником дискуссии, я имею счастливую возможность проанализировать содержание выступление, уже представленных вниманию посетителей портала RusCablе.Ru.

Стиль полемики, тенденция к обвинительному уклону, подход к анализу ситуации у обоих участников дискуссии, уже изложивших свою позицию схожи, за исключением того, что В. Г. Николаев к числу недобросовестных выгодоприобретателей относит и ВНИИКП.

В этой связи хотелось бы выразить пожелания последующим участникам дискуссии ограничиться рассмотрением не режимных технических вопросов и сконцентрироваться на проблеме пластикатов ПП, оставив в стороне тему безгалогенных композиций,  тем более,  что два уже выступивших участника дискуссии Е. Б. Васильев и В. Г. Николаев показали довольно поверхностное знакомство с темой. В. Г. Николаев строит свою аргументацию на ограниченном объеме устаревшей информации, а в докладе Е. Б. Васильева имеется достаточное количество нереалистичной информации. В настоящий момент безгалогенные композиции уже занимают серьезное место на российском кабельном рынке, имеются отечественные производители, расширяется их ассортимент и круг решаемых задач. 

В этой связи имеет смысл, пользуясь площадкой RusCable.Ru, рассмотреть тему безгалогенных композиций отдельно, наполнив её конкретным техническим содержанием. 

Целиком подчиняясь предложеным мною же ограничениям по теме дискуссии, представляю собственную точку зрения на проблему качества пластикатов ПП на российском рынке, одновременно оппонируя уже высказавшимся участникам дискуссии. 

Прежде всего, хотелось бы отметить, что участниками дискуссии в должной мере не принимаются во внимание два существующих момента:

• системный характер проблемы качества ПП, потребляемого российскими производителями кабеля. 
• отсутствие анализа результатов предшествующих  попыток решение проблемы и причины неудач этих попыток. 

Поскольку проблема имеет системный характер, прогресс в каком-то одном конкретном направлении не позволит решить проблему  в целом. Какие же основные аспекты проблемы могут быть выделены?

По нашему мнению это:
 

1. отсутствие современного стандарта на кабельные пластикаты, соответствующего реалиям рыночной экономики и отсутствие концепции этого стандарта;
2. проблема соответствия характеристик пластиката и кабельного изделия;
3. отсутствие эффективно действующей системы оценки соответствия качества, аналогичной U2 или VDE;
4. экономическая составляющая, как лежащая на поверхности;
5. отсутствие во многих случаях входного контроля пластиката на кабельных заводах. 

В перечень не включено наличие рецептур, обеспечивающих соответствие характеристик кабельного изделия требованиям стандарта на кабель, поскольку такие рецептуры существуют и материалы по ним выпускаются в промышленных масштабах рядом производителей. В этой связи В. Г. Николаева можно поблагодарить за то, что он затронул историю вопроса, поскольку корни многих проблем лежат в прошлом. 

На момент создания пластикатов ПП, впрочем, как и в настоящий момент, в России действовал ГОСТ 5960-72. Это ГОСТ подвергнут резкой критике В.Г. Николаевым как устаревший. ГОСТ 5910-72 действительно устарел, но не в том смысле, как это понимается В.Г. Николаевым. Если рассмотреть этот документ как таковой, то мы увидим, что два основных материала – изоляция И4013А рец. 8/2 и оболочка у ОМ 40 до сих пор занимают более 50% объема российского рынка кабельного пластиката т. е. материалы, выпущенные по ГОСТ 5910-72 обеспечивают соответствие кабельных изделий техническим требованиям на кабель.

Устарел ГОСТ 5960-72 в том отношении, что это документ плановой экономики, где от производителя требовалось точное соблюдение установленного состава рецептур. Изменения рецептуры пластиката с целью снижения себестоимости и увеличения, таким образом, прибыли было немыслимым.

Устарел ГОСТ 5960-72 и в другом, очень важном отношении: все рецептуры этого документа, за исключением ОМ40, не содержит наполнителей. Этот момент до сих пор оказывает влияние на состояние рынка кабельного пластиката, в том числе пластикатов ПП. Как известно ГОСТ 5960-72 в отношении состава рецептур был разработан в НИИ полимеров имени В. А. Каргина г. Дзержинск, головной организации по поливинилхлориду. Согласно техническому заданию, изоляционная композиция должна была иметь  величину ρ_ν  не менее 1*10¹³ ом*см. В расположение разработчиков ГОСТа в то время имелся единственный массовый промышленный пластификатор диоктилфталат (ДОФ). Путём измерения ρ_v ПВХ- композиции, содержащих различные концентрации ДОФа, было найдено содержание пластификатора, при котором  ρ_v составляло 1*10¹³ ом*см. Были определены остальные характеристики этой композиции (механические свойства, потеря массы, твёрдость и т.д.). В качестве характеристики низкотемпературных свойств была выбрана температура хрупкости (Т_хр), поскольку методика определения Т_хр  достаточно проста, и может быть легко внедрена на любых предприятий. Величина Т_хр  у композиции с ρ_ν 1*10¹⁵ оказалась равной -40С. Специальной задачи получить материал с Т_хр -40С, не ставилось. В ГОСТе просто была зафиксирована величина Т_хр  у  композиции ПВХ ДОФ, имеющий ρ_v ≥1*10¹³ ом*см.

По своей физической сущности метод определения Т_хр  характеризует поведение полимерной композиции в режиме вынужденной эластичности. Из пренебрежение этим фактом в дальнейшем и возникло некоторое недопонимание, чему способствовали два обстоятельства:

а) из всех рецептур ГОСТ 5910-72 только одна содержала наполнитель – мел.

б) массовое появление наполненных рецептур началось в конце 80-х годов,  а после 1991 года НИИ полимеров перестал быть активным игроком в области ПВХ пластикатов, утеряв лучших специалистов.

Т_хр выполняла в рамках ГОСТ 5910-72 роль параметра, контролирующего наличие необходимого количества пластификатора в композиции и для не наполненных рецептур была вполне адекватной.

Чем же наполненные рецептуры композиции отличаются от ненаполненных, в отношении поведения при низких температурах?

Дело в том, что при введении в ПВХ-композиции наполнителей в заметном количестве температурный интервал вынужденной эластичности, который в случае рецептуры 8/2 составляет 40°С заметно уменьшается. При этом собственно эластические свойства полимерной матрицы в заметной степени не меняются. Температура стеклования полимерной матрицы у пластикатов ПП даже с плотностью 1,6 чуть ниже, чем у пластиката 8/2. (Поскольку содержание пластификатора несколько больше), то есть реальные низкотемпературные свойства у этих композиций находятся примерно на одном уровне, несмотря на то, что разница в Т_хр может заходить доходить до 30°С. Это объясняет столь удивляющее  В.Г Николаева «несоответствие требованиям ГОСТ».

На самом деле никакого «несоответствия» нет и быть не может, поскольку пластикаты НГП, ПП, ИНМ, ОНМ, у которых требования к температуре хрупкости составляет -30°С или -20°С, выпускаются по ТУ, а не по ГОСТ 5910-72. Реальная проблема состоит в том, что при переходе к наполненным рецептурам надо было понять их реальную зависимость сегментальной подвижности от температуры и подобрать соответствующие методы, а не зацикливаться на показателях Т_хр. Тем более, что, как известно, в Европе практически отсутствует  выпуск ненаполненных композиций кабельного ПВХ пластиката.

Поэтому надо было лишь просмотреть европейские стандарты и паспорта европейских производителей в части касающейся оценки низкотемпературных свойств пластиката, поскольку там преобладает изначально именно наполненные композиции. Наиболее объективным методом оценки низкотемпературных свойств пластиката, по нашему мнению, является измерение относительного удлинения при отрицательных температурах. Именно поэтому показателю и надо было бы проводить сравнение низкотемпературных свойств композиций.

В ГОСТе 5960-72 упомянут еще один метод оценки низкотемпературных свойств пластиката так называемый метод Клаша-Берга или по европейской терминологии Cold flex. Этот метод широко применяется в Европе, отличаясь высокой точностью и воспроизводимостью. Его используют в тех случаях, когда низкотемпературные свойства являются существенными для оценки применимости композиции. Метод универсален, его используют не только для ПВХ-пластиката, но и для безгалогенных композиций. Метод дает информацию о зависимости эластических свойств полимерной композиции от температуры. Если применить метод Клаша-Берга к композициям 8/2 и ПП, то результаты будут лежать в области -50°С.

При создании пластикатов ПП была упущена возможность перехода к уже существующей европейской системе стандартов на кабельные пластикаты, адекватно описывающие применения наполненных композиций.

Это тем более удивительно, что российские разработки в области ПП – это реализация на российском рынке результатов работы, проведённой на западе, как в отношении постановки задач, так и в отношении технических требований,  сырьевых компонентов и схемы построения рецептур. Это становится ясным, например, при рассмотрение статьи  “Optimizing fire plasticized  poly(vinylchloride) compounds C.C. Briggs, L.A. Hollingbery, R.C. Day, and Gilbert, Plastics, Rubber and composites Processing ang Applications, 1997, vol. 26, #2, Not 2, p. 66 или каталога фирмы Scapa Polymeri того же периода на трудногорючие низкодымные пластикаты.

В России пионером-разработчикам пластикатов типа ПП был НИИ полимеров, подавший патент в 1991 году.

Спустя 10 лет это техническое решение было воспроизведено в патенте ВНИИКП (табл. 1).

Таблица 1. Сравнение патентов НИИ Полимеров и ВНИИКП на рецептуры пластикатов типа ПП

Поскольку, как уже было сказано выше, НИИ Полимеров перестал играть роль разработчика и координатора по внедрению новых типов рецептур ПВХ-пластикатов, эта роль перешла к ВНИИКП,  причём это произошло синхронно с резким переходом от плановой экономики к рыночной. Одномоментно ГОСТ 5260-72 перестал соответствовать реалиям ситуации в отрасли, а все новые разработки ПВХ-композиции реализованы в виде ТУ.

ТУ формировались по образцу и подобию марок из ГОСТ 5260-72, с той же методикой подготовки образцов пластиката для испытаний. В наследство от ГОСТ 5960-72 в новых ТУ сохранился показатель Т_хр. Для чего мы столь подробно рассматриваем вообще-то не самое основной показатель для пластикатов ПП, как Т_хр? _.  Дело в том, что этот показатель не только не адекватен технически при его применении к существенно наполненным рецептурам, но и в том, что продолжение его применения в условиях рыночной экономики создает напряженную и двусмысленную ситуацию, в том числе и потому, что, как это справедливо отмечает В. Г. Николаев, в разных документах под Т_хр понимают разное состояние испытуемого образца.

Вопрос о превалировании на рынке пластикатов ПП продукции, не обеспечивающий для кабельных изделий соответствия требованиям по дымовыделению и нераспространению горения был со всей определенностью поставлен на кабельной конференции ВНИИКП в ноябре 2017 года в докладе М.К. Каменского.

Ровно через год, в ноябре 2018 года, в качестве средства решения проблемы со стороны ВНИИКП была представлена декларация по борьбе с контрафактом.

При очевидной невозможности её реализации на практике (декларация была обнародована 15.11.18 и содержала обязательство подписавших её прекратить после 01.01.19 использование и выпуск контрафактной продукции), декларация  имела два несомненных достоинства, использование которых могло бы способствовать серьезным сдвигам  в сокращении потребления пластикатов ПП, не обеспечивающих соответствия характеристик кабельной продукции техническим требованиям:

• использование стандартов в IEC  60811 и 60216 при определении характеристик пластиката
• был объявлен сбор отзывов на декларацию со стороны участников рынка

К сожалению, декларация так и осталась только декларацией и в качестве инструмента по борьбе с контрафактом ВНИИКП перешёл к использованию ТУ 458. В настоящее время имеется три редакции этих ТУ. В таблице 2 даны характеристики о пластикатах для оболочки и изоляции из этих реакций.

Обратимся к рассмотрению динамики изменения характеристик пластикатов 1110/2 и 2110/2 от редакции к редакции, используя в качестве исходной точки характеристики пластикатов ППИ  и ППО.

Пластикаты по ТУ 458 были введены с целью улучшения показателей дымообразования по сравнению с ППИ и ППО. При этом температура хрупкости и КИ оставались неизменными.

Поскольку КИ оставался неизменным, а плотность выросла (таблица 2), увеличение плотности можно отнести на счет увеличения содержания мела в композиции. То же самое, но в гораздо большей степени произошло при переходе от ТУ 458 в редакции 2013 года к редакции 2018 года. Так как основные показатели для пластикатов типа ПП-КИ и дымовыделение остались при этом переходе неизменными, то очевидно, что при резком увеличении плотности (на 0,1 г/см^З) Основной причиной появления новой редакции ТУ являлось стремление к удешевлению композиции, то есть облегчению вхождения материала на рынок. 

Автоматическим увеличения плотности явилось ослабление требований к Т_хр. Поскольку в технических требованиях к кабелям изменений в связи с мутацией ТУ 458 не произошло, то  это говорит о том, что показатель Т_хр  не является существенным для оценки низкотемпературных свойств кабеля и должен быть заменен на другой. Это же свидетельствует о недостаточной проработанности вопроса о соответствие характеристик пластиката и характеристик кабеля при разработке пластикатов ПП. 

Поскольку точного решения задачи соответствие характеристик пластиката и характеристик кабеля не имеет (что в настоящее время является общепринятой точкой зрения), то, учитывая, что конечной целью является получение кабеля с заданными характеристиками, неизбежной стадией должно  являться испытание конкретного кабельного изделия и в случае необходимости доводка характеристик пластиката со стороны производителя пластиката, то есть необходима обратная связь при взаимодействии конкретного производителя материала с конкретным производителем кабеля.

На сегодняшний день ВНИИКП в лице Е.Б. Васильева объявило, что с появлением ТУ 458 проблема борьбы с контрафактом может считаться решенной с технической точки зрения и все производители пластика должны доказать соответствие выпускаемых ими пластикатов ПП требованиям этих ТУ пройдя сертификация во ВНИИКП. Эти выводы и требования ВНИИКП представляются слишком оптимистическими.

Во-первых, единственным критерием пригодности пластиката является соответствие характеристик кабельного изделия, изготовленного с его применением техническим требованиям кабелю.

Во-вторых, в ТУ 458 имеется одна марка изоляция, одна марка оболочки и одна марка заполнения. Очевидно, что для покрытия всего разнообразия кабельных конструкций этого недостаточно , причём варьирование показателей может быть обусловлено как техническими, так и экономическими причинами.

В-третьих, со стороны ВНИИКП не были представлены результаты межлабораторных испытаний пластикатов по ТУ 458 и кабелей с их применением.  Никто не может быть судьей в своем собственном деле.

В-четвёртых, следует обратить внимание на ТУ 458 собственно как на технический документ.

В основе классификации по типам в европейских стандартах на пластик лежат требования по тепловому старению и низкотемпературным свойствам.

О неадекватности показателей Т_хр  для оценки  низкотемпературных свойств в случае существенно наполненных композиций уже достаточно сказано выше для того чтобы этот показатель был заменен.

В ТУ 458 приведены показатели срока службы. Для его определения допускается использование двух методов: СТО и стандарта IEC 60216. В этих документах используются разные экспериментальные методики, в которых измеряются разные параметры. Методики имеют отличные друг от друга критерии достижения предельного состояния и, естественно, должны давать несовпадающие результаты. Кроме того ввиду поспешности введения ТУ 458 у  ВНИИКП просто не было времени получения необходимого объема экспериментальных данных, тем более, что в пластикатах ПП в  настоящее время применяются 3 пластификатора: ДОФ, ДИНФ, ДОТФ, имеющие отличающиеся друг от друга летучестью.

Наш вывод заключается в том, что построение технической политики в таком ответственном сегменте  кабельной техники на одном единственном ТУ и результатах измерений одной организации совершенно не является достаточно объективным и взвешенном решением, особенно в долгосрочной перспективе, учитывая то, с какой частотой меняются подходы этой организации: ТУ 458-2013 – декларация 2018г. – ТУ 458-2018 – ТУ 458-2019. Не исключено, что в ближайшее время могут последовать какие-то очередные изменения, особенно касающиеся низкотемпературных характеристик.

Для обеспечения решения проблемы на длительный период необходимо начать серьёзную работа по созданию, наконец, современного ГОСТа на кабельный пластикат.

В настоящее время мы имеем периодически повторяющиеся призывы к разработке ГОСТа без обнародование его концепции. Поскольку действующий ГОСТ 5960-72 является документом плановой экономики, он не может ни идеологически ни в отношении применяемых методик служить основой для нового документа. Очевидно, что новый стандарт должен иметь типовую структуру и закрывать ассортиментом материалов все выпускаемые марки кабелей. Параллельно с разработкой  и введением нового ГОСТа должна быть создана постоянно действующая система оценки соответствия качества основанная на стандартах серии ГОСТа 17000 .

Таблица 2. Характеристики пластикатов ППИ, ППО и пластикатов по ТУ 458