Сополимер этилена и бутилакрилата в качестве новой полимерной основы для безгалогенных, не распространяющих горение кабельных компаундов

Классические безгалогенные, не распространяющие горение кабельные компаунды были разработаны более 20 лет тому назад. Они основаны на комбинации неорганического огнезащитного наполнителя – гидроксида алюминия (ATH) – и сополимера этилена и винилацетата (EVA). Прежде всего, мелкодисперсные сорта гидроксида алюминия (D50 ~ 1-2 мкм) используются для получения высоких механических свойств. При очень близких точках термического разложения гидроксида алюминия (~180°C) и сополимера этилена и винилацетата (~160°C) эта комбинация обеспечивает высокий предельный кислородный индекс (LOI), который широко используется как показатель нераспространения горения.

Однако, несмотря на то, что предельный кислородный индекс подходит для оценки нераспространения горения компаунда, он не отражает характеристики поведения кабеля в условиях пожара. Даже кабели с высокими значениями LOI могут быстро распространять пламя и образовывать горящие капли. Вместе с постоянным ужесточением требований противопожарной безопасности и экологических требований на протяжении последних 10-15 лет это привело к более частым попыткам использовать гидроксид магния (MDH) в этой области применения. Синтетический гидроксид магния — более дорогостоящее вещество, чем гидроксид алюминия, поэтому его использование всё ещё ограничивается автомобильными и телекоммуникационными кабелями. Природный гидроксид магния (измельчённый минерал брусит) успешно вводили в состав безгалогенных, не распространяющих горение компаундов, но его применение ограничивают проблемы с кабельной поверхностью, которые возникают, когда дозировка выше, чем 50 процентов, вследствие широкого распределения частиц по размерам — результат процесса измельчения. Таким образом, синтетический гидроксид алюминия остаётся основным огнестойким наполнителем для безгалогенных компаундов.

Попытки разработать рецептуры безгалогенных композиций, не содержащие гидроксид алюминия, основанные на брусите, продолжаются. Классическая комбинация полимера EVA - ULDPE (сополимер этилен/винилацетат – полиэтилен сверхнизкой плотности) обеспечивает нераспространение горения при использовании брусита, но поверхность кабеля остаётся шероховатой.

Полная замена сополимера этилена и винилацетата полиэтиленом сверхнизкой плотности может обеспечить гладкую поверхность, но приводит к ухудшению огнестойких свойств при одинаковом уровне заполнения, поэтому это подходит только для подушки – слоя, наложенного под бронёй кабеля, в котором количество наполнителя максимально велико.

Так как традиционные полимеры не смогли обеспечить желаемые свойства, начался поиск новых полимеров. Перспективными считаются полимеры акриловой группы, в частности, EBA (этилен/бутил акрилат). Аналогично комбинации ATH-EVA, EBA и MDH имеют близкие точки термического разложения (300-330°C для MDH и >350°C для EBA). Исследования характеристик поведения при пожаре материала EBA показали возможность достижения 31 процента LOI при использовании карбоната кальция в качестве единственного наполнителя (35 процентов).

Полимерная лаборатория Europiren исследовала серию рецептур безгалогенных, не распространяющих горение компаундов на основе этилен/бутил акрилата (EBA) с наполнителем EcoPiren^®. Первый этап включал полную замену сополимера EVA (этилен/винилацетат) на EBA (этилен/бутил акрилат) в классическом материале для кабельной оболочки. В качестве наполнителя использовался EcoPiren 3,5, обработанный стеариновой кислотой (C), алкилсиланом (NP), и без обработки поверхности. Были протестированы механические свойства, показатель текучести расплава и LOI.

Как показано в таблице 1, такие составы не обеспечивают соответствующие механические свойства. Стеариновая кислота, как ожидалось, снижает как величину LOI, так и механические свойства. Однако, несмотря на неудовлетворительные механические свойства, был достигнут очень высокий уровень LOI для не содержащего галогенов, не распространяющего горение материала кабельной оболочки. Это также предполагалось благодаря близким точкам термического разложения MDH и EBA.

Была предпринята попытка улучшения механических свойств за счёт использования полиэтилена сверхнизкой плотности (ULDPE) (таблица 2). Введение ULDPE привело к улучшению механических свойств без существенного снижения LOI; однако желаемый уровень механических свойств был достигнут только при сокращении общего содержания наполнителя.

Несмотря на то, что работа по введению EBA в состав безгалогенных кабельных компаундов и разработка компаундов EBA-брусит находится только на начальном этапе, уже получены обнадёживающие результаты. Аналогично комбинации ATH-EVA, взаимоусиливающий эффект наблюдается в комбинации MDH-EBA, а природный MDH (гексагональные частицы) обеспечивает лучшую огнестойкость.

(По информации компании RMCC LLC) www.brucite.plus