Введение к работе
Актуальность работы. Повышение пожаробезопасных характеристик полимерных кабельных материалов долгие годы привлекает пристальное внимание специалистов, как во всем мире, так и в России. Причина лежит на поверхности: самая значительная доля пожаров связана с возгоранием кабельных изделий и дальнейшим распространением огня по кабелям и кабельным коммуникациям. Поэтому требования по показателям пожарной безопасности к кабельной продукции постоянно растут, а создание пожаробезопасных полимерных кабельных материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами, является высокоприоритетной задачей.
Основным кабельным материалом в России по-прежнему остается ПВХ пластикат (70% рынка), объем его потребления для этих нужд за последние два года вырос более чем на 40%. Вследствие большого содержания пластифицирующих компонентов такие материалы являются наиболее горючими. Несмотря на растущие потребности рынка и наличие достаточно широкой сырьевой базы в России имеющийся ассортимент пожаробезопасных отечественных кабельных ПВХ-пластикатов весьма ограничен. Около 75% российского рынка кабельных ПВХ-пластикатов составляют разработанные более 30 лет назад пластикаты общепромышленного назначения для изоляции и оболочки проводов и кабелей - типаИ40-13А, 0-40, ОМ-40, И045-12, которые не соответствуют по показателям международным стандартам. Сегодня в России выпускается всего три марки ПВХ - пластикатов с пониженной пожарной опасностью (для сравнения, европейские производители предлагают более 30 марок негорючих пластикатов).
В связи с этим, разработка новых современных рецептур пожаробезопасных кабельных пластикатов с повышенными эксплуатационными свойствами является актуальной и востребованной промышленностью.
Работа является частью комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства в рамках Постановления Правительства РФ № 218 от 09 апреля 2010 года (договор от «07» сентября 2010 г. № 13.G25.31.0048 с Минобрнауки России) по теме: «Разработка рецептуры и технологии получения нанокомпозитного ПВХ-компаунда для кабельной изоляции с повышенными значениями термо- и огнестойкости, барьерных свойств».
Цель диссертационной работы - разработка новых кабельных поливинилхлоридных пластикатов с пониженной горючестью, отвечающих современным требованиям по эксплуатационным и технологическим характеристикам.
Поставленная цель определила необходимость решения ряда задач, основными из которых являются:
- анализ состава и основных свойств наиболее распространенной
отечественной марки кабельного ПВХ - пластиката И 40-13 А;
изучение влияния на эксплуатационные и технологические свойства выбранного ПВХ - пластиката различных пластификаторов, неорганических наполнителей и антипиренов;
исследование закономерностей взаимосвязи между компонентным составом и эксплуатационными свойствами ПВХ-пластиката;
определение интервалов количественного соотношения компонентов, обеспечивающих оптимальные свойства поливинилхлоридного пластиката;
- проведение комплекса исследований по изучению огнестойкости,
термостабильности, физико-механических и технологических свойств ПВХ -
пластиката, полученного по разработанной рецептуре;
- разработка рецептуры ПВХ-пластиката для кабельной изоляции, оболочки и заполнения с пониженной горючестью, термостабильностью и оптимальными физико-механическими свойствами с учетом полученных экспериментальных результатов.
Научная новизна работы.
Разработаны новые рецептуры для получения огнестойких кабельных поливинилхлоридных пластикатов для изоляции, оболочки и заполнения с повышенными физико-механическими свойствами.
Впервые выявлено влияние природы и концентрации каждого компонента сложных рецептур поливинилхлоридных композиций на физико-механические показатели, термостабильность и огнестойкость кабельного пластиката.
Установлено, что для достижения высоких эксплуатационных показателей и огнестойкости поливинилхлоридного пластиката наиболее эффективно использование смеси пластификаторов диоктилфталата (ДОФ) и диизононилфталата (ДИНФ).
Выявлены смеси антипиренов, обеспечивающие получение огнестойких поливинилхлоридных композиций.
Обнаружено, что наибольшее влияние на термические свойства ПВХ-пластикатов оказывает состав антипиренов, причем наибольший термостабилизирующий эффект проявляют гидроксиды алюминия и магния.
Показана возможность получения высоконаполненных композитов на основе ПВХ-пластиката марки И40-13А и карбоната кальция с высокими физико-механическими свойствами.
Определены оптимальные интервалы количественного соотношения компонентов ПВХ пластиката, обеспечивающих прогнозирование огнестойкости, морозостойкости, термостабильности и физико-механических характеристик
Практическая значимость работы.
Практическое значение работы состоит в создании новых рецептур огнестойкого кабельного ПВХ-пластиката с повышенными эксплуатационными свойствами на основе доступного отечественного сырья.
Разработанные рецептуры позволяют повысить пожаробезопасность, уровень физико -механических показателей и конкурентоспособность отечественной кабельной продукции. Полученные кабельные ПВХ -пластикаты не уступают по качеству импортным аналогам и готовы к использованию в промышленных масштабах.
Суммированные в настоящей работе данные по исследованию взаимного влияния компонентов рецептуры на свойства кабельного пластиката делает результаты работы чрезвычайно полезными для специалистов, работающих в области разработки и производства ПВХ-пластикатов.
Опытно-промышленные партии, разработанных ПВХ-пластикатов, выпущены на ЗАО «Кабельный завод «Кавказкабель» (г. Прохладный, КБР)в количестве 2 т. Они с положительным результатом прошли испытания и рекомендованы к использованию для изготовления изоляции, оболочки и заполнения пожаробезопасных кабелей.
Личный вклад автора. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, включенные в диссертацию, получены автором лично или при его непосредственном участии. Автору принадлежит решающая роль в планировании и непосредственном проведении эксперимента, в анализе полученных результатов, их интерпретации и обобщении.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации публиковались и обсуждались на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодыхученых «Перспектива 2011», «Перспектива 2012» (Нальчик, 2011, 2012); VIII Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (Нальчик, 2011); Российском конгрессе переработчиков пластмасс (Москва, 2011); Международном форуме «Большая химия» (Уфа, 2012); IX Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы» (Новый Афон, 2013).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 13 работах, включая 7 статей в рецензируемых журналах, 1 патент, 2 решения о выдаче патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 130 страниц состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 120 наименования. В текст диссертации включено 34 таблицы и 36 рисунков.