Проблема термического растрескивания безгалогенных компаундов в экстремальных условиях эксплуатации

Обладающие низким дымовыделением, не содержащие галогенов композиции широко используются для изготовления кабельных оболочек. Большинство из них имеют частично-кристаллические полимерные системы с высоким наполнением антипиринами на основе гидратов металлов. Из-за кристаллической структуры этих компаундов они более подвержены растрескиванию при хранении или в условиях эксплуатации.

Компания Mexichem Specialty Compounds (США) разработала систематический анализ для определения того, произошло ли растрескивание из-за эксплуатационных характеристик компаунда или же этого повреждения можно было избежать путём усовершенствования процесса переработки этого материала. Кроме анализа и оказания помощи в определении необходимых технологических методов для переработки этих типов полимеров, компания Mexichem Specialty Compounds разрабатывает материалы, не содержащие галогенов, обладающие низким дымовыделением, более высокой стойкостью к термическому растрескиванию. Эти более прочные компаунды предназначены для использования в конструкциях кабелей специального назначения, эксплуатируемых в суровых окружающих условиях.

При выборе не распространяющего горение материала для кабельной оболочки необходим другой подход, чем при выборе более традиционных материалов, таких как ПВХ пластикаты. В зависимости от конечных условий эксплуатации кабеля очень важен правильный выбор безгалогенного материала для его оболочки. Например, для кабелей, которые будут эксплуатироваться в засушливых и/или влажных средах, потребуются компаунды, рецептура которых обеспечивает повышенную прочность. Для кабелей, эксплуатируемых в условиях пустыни, проблема термического растрескивания материала оболочки, имеет критическое значение, поэтому очень важно выбрать компаунд с повышенной стойкостью к термическому растрескиванию.

Кроме выбора наиболее подходящего компаунда, ещё одним решающим фактором для обеспечения оптимальных эксплуатационных характеристик конечного продукта является технология переработки этих материалов. Многие кабельные производители сталкиваются со следующей проблемой: производство безгалогенных компаундов с низким дымовыделением осуществляется на оборудовании и с использованием технологических процессов, предназначенных для более традиционных материалов, таких как ПВХ. Будучи аморфными материалами, поливинилхлоридные пластикаты имеют более широкие технологические возможности, чем указанные выше компаунды. Использование экструзионного оборудования и методов производства, рассчитанных на традиционные материалы, часто приводит к созданию остаточного (замороженного) напряжения в кабелях с безгалогенной оболочкой, в результате чего происходит её растрескивание.

Для решения этих проблем компания Mexichem Specialty Compounds предлагает систематический анализ с использованием метода дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Поскольку большинство безгалогенных компаундов основаны на полиолефиновых полимерных системах, имеющих кристаллическую природу, они подвержены образованию остаточного (замороженного) напряжения при слишком быстром охлаждении. При проведении термического анализа остаточное напряжение определяется как ложные пики плавления во время цикла нагрева-охлаждения-нагрева. Если охлаждение происходит слишком быстро, прекращается усадка оболочки, и не обеспечивается равновесный уровень кристаллизации полимера. При усадке полимера подвижность полимерной цепи старается, но не успевает достичь своего равновесного состояния, и уровень напряжения в оболочке превышает прочность полимера, что приводит к растрескиванию. Другими словами, достижению равновесия препятствует недостаток подвижности цепи при температуре ниже точки плавления полимера. Графическое представление процесса нагрева кабельного материала до температуры выше точек плавления полимера и затем его охлаждения с очень медленной скоростью для достижения равновесия даёт возможность обнаружить любые различия между исходным и последующим циклами. Эти различия указывают на то, необходимо или нет произвести изменения в технологии переработки материала. Если переработка этих компаундов осуществляется с намерением достичь равновесия, растрескивания можно избежать.

Недавно к компании Mexichem Specialty Compounds обратился производитель кабельных изделий с просьбой произвести анализ кабеля, эксплуатируемого в неблагоприятных условиях окружающей среды, в оболочке которого обнаружены признаки растрескивания. Традиционные методы определения повреждения из-за проблемы растрескивания включали анализ технологических параметров производства компаунда для проверки используемых ингредиентов и процессов. Компания Mexichem Specialty Compounds исследовала историю производства не только на предприятии производителя кабеля, но также на предприятии производителя компаунда. Несмотря на то, что производитель успешно изготавливал кабель с оболочкой из безгалогенного компаунда с низким дымовыделением на протяжении многих лет, было решено произвести анализ методом ДСК на трёх образцах кабелей: двух неповреждённых с разным диаметром и разной толщиной оболочки и одном образце кабеля с признаками растрескивания во время эксплуатации. Образец кабеля меньшего диаметра с более тонкой оболочкой легче поддавался медленному охлаждению во время процесса переработки, что позволило полимерам достичь равновесного состояния без существенных признаков остаточного напряжения. Образец кабеля с оболочкой большего диаметра было труднее охладить с медленной скоростью. На основании результатов анализа ДСК специалисты компании Mexichem Specialty Compounds сделали вывод о том, что растрескивание оболочки во время эксплуатации кабеля произошло вследствие остаточного напряжения в процессе переработки компаунда. Компания рекомендует производителям охлаждать кабель как можно медленнее во время производства для того, чтобы минимизировать какое-либо остаточное напряжение в материале оболочки.

Разработанные компанией Mexichem Specialty Compounds методы оценки являются эффективным инструментом для выявления наличия остаточного напряжения вследствие используемой технологии переработки компаунда, а также для определения оптимальных методов производства не содержащих галогенов материалов с низким дымовыделением, обладающих повышенной стойкостью к термическому растрескиванию. Учитывая расширение рынка не распространяющих горение материалов и кабелей с применением этих материалов, глубокие знания в области различия типов полимеров, методов анализа их характеристик и параметров производственных процессов помогают производителям оптимизировать технологию и оборудование для производства высококачественных кабельных изделий.