Огнезащитная композиция для изготовления самослипающихся изоляционных лент

Введение

В 80-х гг. прошлого века в ФГУП «НИИСК» был разработан способ получения самослипающейся теплозащитной ленты ЛЭТСАР-3А. Лента предназначена для применения в качестве огнестойкого защитного покрытия электорожгутов и элементов электрооборудования трубчатого сечения от разрушения при пожаре. Способ основан на использовании в качестве полимерной эластичной основы ленты силоксановых каучуков с применением метода радиационной вулканизации.

Регулярное производство ленты в институте было налажено в 1997 г. Лента ЛЭТСАР-3А — это современный высокотехнологичный материал, обладающий уникальными огнезащитными свойствами. Лента очень удобна в практическом использовании и может найти широкое применение в различных областях современной техники, где требуется надежная защита оборудования и, особенно, электрокоммуникаций от воздействия огня: в авиации, судостроении, оборудовании атомных электростанций, силовых электрических коммуникаций и др.

Технология производства ленты ЛЭТСАР-3А включает в себя стадию радиационной вулканизации, которая осуществима в весьма ограниченном объеме радиационных установок, что исключает возможность крупномасштабного производства этого материала в условиях опытного производства ФГУП «НИИСК» и на других предприятиях. Кроме того, лента ЛЭТСАР-3А весьма дорогостоящий материал, так как кроме сложной технологии в ее производстве используется дорогостоящее сырье.

Применение метода радиационной вулканизации связано с необходимостью периодической замены (раз в 5–7 лет) источника гамма-излучения, вызванной естественной убылью активности источника вследствие радиоактивного распада. Работы по замене радиационных источников требуют больших финансовых затрат. К тому же, использование в технологии радиации является негативным фактором с точки зрения охраны труда и безопасности, а также экологической обстановки в черте города.

Данная работа посвящена исследованиям, направленным на поиск новой эластичной полимерной основы — каучуковой матрицы, позволяющей получать самослипающуюся теплозащитную ленту с заданными прочностными и деформационными свойствами без использования стадии радиационной вулканизации.

Создание нового способа производства ленты, исключающего радиационную опасность, даст возможность упростить технологию, улучшить экологию процесса, обеспечить безопасные условия труда, снизить себестоимость ленты и существенно расширить рынок ее сбыта.

Выбор и подготовка компонентов интумесцентной смеси.

Интумесцентная технология возникла в полимерной науке сравнительно недавно в качестве метода, обеспечивающего защиту полимера от воздействия пламени. Интумесцентные системы останавливают горение полимера на ранней стадии, то есть на стадии его термического распада, сопровождающегося выделением горючих газообразных продуктов.

В работе использована широко применяемая в настоящее время интумесцентная смесь антипиренов: аммонийная соль фосфорной кислоты — моноаммоний фосфат, пентаэритрид и меламин.

Моноаммонийфосфат (МАФ) по ГОСТ 3771–74 с содержанием основного вещества 99,8 %, по технологическим условиям получения обладает повышенной влажностью, что может иметь негативное влияние на огнезащитную эффективность композиции. Поэтому МАФ предварительно подвергали осушке в вакуумном сушильном шкафу при температуре 135º С. Контроль степени осушки проводили путем взвешивания образцов на аналитических весах. Сушку продолжали до достижения постоянного веса отобранных проб.

Пентаэритрид (ПЭР) — 2,2-бис(гидроксиметил)пропан-1,3-диол, представляет собой четырёхатомный спирт формулы C(CH₂OH)₄, белый кристаллический порошок импортного производства, Т_пл. 263,5 °С, растворим в воде, содержание основного вещества 98,6 %.

Меламин — (1,3,5-триазино-2,4,6-триамин), малорастворимые в воде бесцветные кристаллы импортного производства (в России в настоящее время его не производят), Т_пл 364 °C (с разложением, с отщеплением аммиака (NH₃) и образованием мелема), содержание основного вещества 99,8 %.

Все компоненты смеси антипиренов представляют собой порошкообразные вещества. Из них, МАФ и ПЭР обладают крупнозернистой структурой. Эти компоненты подвергали дополнительному ультразвуковому измельчению до степени дисперсности 1–5 мкм. Перед смешиванием компонентов интумесцентной смеси все ее ингредиенты предварительно были размолоты и высушены до постоянного веса.

Известно, что природа связующего и его молекулярные параметры оказывают сильное влияние на характер процесса интумесцентности, влияют на образующееся количество и структуру кокса, и, в конечном счете, на огнезащитные свойства покрытий.

Приготовление экспериментальных образцов полимерной композиции.

На первом этапе работы в качестве полимерных связующих матриц были испытаны: бутилкаучук марки 1675 и хлорированный полиэтилен марки СРЕ 135А. Составы рецептур огнезащитных лент представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Рецептура на основе бутилкаучука (БК 1675).

Таблица 2

Рецептура на основе хлорированный полиэтилен (СРЕ 135А).

* АПГ (антипиреновая группа) состава, массовые части, %:

МАФ — 50; ПЭР — 26; Меламин — 16; Диоксид титана — 8.

Компоненты смеси вводили в процессе перемешивания последовательно, согласно рецептуре. Высокая вязкость каучуковых связующих требует повышенной температуры для осуществления эффективного смешения. Однако в данном случае нельзя повышать температуру смешения выше 120º С, так как возможно термическое разложение компонентов антипиреновой группы. Для облегчения процесса смешения были использованы пластификаторы: хлорпарафины, лецитин, инден-кумароновая смола.

Для обеспечения качественного перемешивания компонентов использовали Брабендер PLV-151 с Z-образными лопастями и эффективной камерой смешения объемом 75 см³. Температура смешения — 80ºС. Время смешения, необходимое для равномерного распределения компонентов в смеси зависит от конкретного состава смеси. В нашем случае среднее время смешения составляло ~ 30 минут.

Режим смешения контролировали с помощью записи температуры и величины крутящего момента, начиная от времени начала смешения. На пластограмме в момент полной диспергации ингредиентов смеси наблюдается скачок изменения величины крутящего момента, что и послужило контрольной точкой для определения эффективности смешения связующего каучука и интумесцентной смеси.

Полученную таким образом композицию пропускали через лабораторные вальцы и определяли физико-механические характеристики с использованием разрывной машины. Испытания проводили на разрывной машине марки RMI-5, толщина образцов — 1,0 ± 0,2 мм, использовали вырубной нож типа А, скорость машины 500 мм/мин, температура испытания 23ºС.

Аутогезию композиции оценивали визуально по качеству слипания слоев при намотке (слои не должны расслаиваться).

Испытание экспериментальных образцов ленты на огнестойкость осуществляли в соответствии со специальной методикой, согласованной с потребителем. Огнестойкость ленты оценивали по времени достижения температуры образца 195ºС под прямым воздействием пламени в заданном диапазоне температур 1062–1100ºС. Результаты испытаний композиций на огнестойкость и физико-механические характеристики образцов представлены в таблице 3.

По результатам экспериментов (таблица 3) можно сделать вывод, что композиция на основе хлорированного полиэтилена обладает лучшими физико-механическими свойствами, чем композиция на основе бутилкаучука, при этом огнестойкость сохраняется на уровне требований, установленных заказчиком.

Таблица 3

Физико-механические характеристики, аутогезия и огнестойкость образцов самослипающейся защитной ленты

Таким образом, для проведения дальнейших работ по совершенствованию состава композиции для огнестойкой самослипающейся ленты предпочтение в качестве полимерной основы отдано хлорированному полиэтилену по сравнению с бутилкаучуком. Недостатком обоих композиций является довольно слабая аутогезия, поэтому поиск более совершенной эластичной самослипающейся матрицы будет продолжен.

Литература:

1.         Антонов А. В., Решетников И. С., Халтуринский Н. А. Горение коксообразующих полимерных систем // Успехи химии.– 1999, № 7 — С. 633–667.

2.         Олейников К. В., Троценко П. А., Мацицкая А. В., Зыбина О. А., Мнацаканов С. С. Основные компоненты огнезащитных вспучивающихся материалов и их роль в образовании защитных пенококсовых слоев // Химическая промышленность. — 2008. — Т. 85, № 1 — С. 49–52.