CC BY
7
УДК 679.7:678:544
Б01: 10.15587/2313-8416.2018.141413
ПОЖЕЖОБЕЗПЕЧН1 ПОЛ1МЕРН1 МАТЕР1АЛИ НА ОСНОВ1 ОЛЕФ1НОВИХ КОПОЛ1МЕР1В. РЕГУЛЮВАННЯ Ф1ЗИКО-МЕХАН1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
© О. В. Чулеева, В. М. Золотарьов
Визначення впливу модифжатора та особливостi спрямованого регулювання фiзико-механiчних власти-востей пожежобезпечних матерiалiв на основi олефтових полiмерiв для кабельно'1 промисловостi. Дос-лiдження фiзико-механiчних властивостей полiмерних композицш проводили на розривнт машинi. Дос-лiджено вплив кiлькостi модифкатора на пiдвищення фiзико-механiчних властивостей полiмерних композицш КЕВ. Ц показники зберiгаються бшьше тж на 80 % пiсля стартня для вах експериментальних зразюв. Показано ефективтсть спрямованого регулювання фiзико-механiчних властивостей пожежобезпечних композицш КЕВ за допомогою структурного модифтатора. Результати до^джень дають можливiсть швидко скорегувати рецептуру композицш
Ключовi слова: модифжатор, кополiмер етилену з втшацетатом, наповнювачi-антипiрени, фгзико-механiчнi властивостi, кисневий тдекс
1. Вступ
Полiмернi композицшт матерiали широко ви-користовують в виробнищга кабельно! продукци [1]. Незважаючи на прогрес в сферi полiмерного матерiа-лознавства, необхщно удосконалювати матерiали та технологи переробки полiмерiв. Необхщно створю-вати матерiали спещального призначення, яш задо-вольняють специфiчним експлуатацiйним потребам -не розповсюдження горiння та вiдсутнiсть в складi матерiалу галогенiв.
Розробка таких композицш е особливо актуальною шд час вирiшення проблеми пожежонебезпеч-носп кабелiв, в зв'язку з все частшими в останнiй час випадками пожеж в мiсцях великих скупчень людей, причиною яких було займання iзоляцii кабелiв. Тому суттево пвдвищилися вимоги щодо пожежно! безпеки кабелiв. Якщо ранiше достатньо було лише нерозпо-всюдження полум'я, то сьогодт також необхiдно знижувати видiлення диму та токсичнiсть продуктiв горiння.
Отже, виробники полiмерних композицiйних матерiалiв постшно стикаються з питанням вибору наповнювача, що виконуе роль антипiрену. На евро-пейському ринку спостерiгаеться стшка тенденцiя прискореного зросту споживання безгалогенних ка-бельних композицiй. Принцип створення рецептур безгалогенних кабельних композицiй базуеться на пвдвищенш кисневого iндексу до значения 35-40. Це досягаеться за рахунок введення в базовий полiмер антипiренiв - гiдроксидiв металiв. Промислове використання отримали гiдроксиди алюмшш А1(ОН)3 та магнiю Mg(ОН)2, синтетичного та природного похо-дження, гвдромагнезити.
Наповнювачi-антипiрени iстотно впливають на зниження фiзико-механiчних властивостей. Тому до-слвдження способiв !х регулювання, враховуючи хь мiчний склад, дисперснiсть наповнювачiв-антитрешв i властивостi полiмерноi' матрицi, е актуальною проблемою.
2. Аналiз лггературних даних
Аналiз лiтературних даних демонструе, що одним iз засобiв зниження горючостi полiмерних мате-
рiалiв на основi полюлефшв е введення до полiмер-но! композицii наповнювачiв-антипиренiв [2]. Зокре-ма трипдрапв оксиду алюмiнiю, дигiдратiв оксиду магнш [3].
Для вирiшения складно! проблеми захисту кабельних трас ввд пожеж впродовж останнього деся-тилiття в промислово розвинених кра!нах широко ви-користовують кабелi нового поколшня. Серii НF, FR, LS з iзоляцiею та оболонкою з полiмерних компози-цiй, в складi яких вiдсутнi галогени. За рахунок цього вони демонструють знижене димогазовидшення. В цих композицiях в процес ендотермiчноi реакцп, яка спостерiгаеться в умовах впливу вогню, вiдбуваеться депдрата^ з видiленням води. Крiм того, окисли металiв, якi утворюються тд час ще1" реакцii, ство-рюють додатковий iзолюючий шар, внаслiдок чого мюце займання, що виникло на кабел^ не мае змоги до поширення далi та поступово загасае [4].
Полюлефши використовують як полiмерну матрицю таких композицiй, а в якосл антипiренiв -неорганiчнi наповнювачi - тригiдрати оксиду алюмь нш, дигiдрати оксиду магнiю, гiдромагнезити.
Цьому напрямку присвячено велику кiлькiсть дослщжень, якi детально розглянуто нижче. Вивчали вогнетривш властивостi композицiйних матерiалiв, базовим полiмером в яких е LDPE/EVA. В якостi на-повнювачiв-антипiренiв використовували гiдроксиди металiв (гiдроксид магнiю та трипдрат оксиду алю-мiнiю). Вогнетривш властивостi оцiнювали за гори-зонтальним горiнням та за кисневим iндексом [5].
Дослiджено вогнестiйкiсть кополiмеру етилену з вшшацетатом, який наповнювали пдроксидами ме-талiв (тригiдратом оксиду алюмшш та дипдратами оксиду магнiю) та диоксидом кремнш. Було вщзна-чено, що кремнезем забезпечуе перевагу, якщо кшь-кiсть та iншi властивосп наповнювачiв сприяють утворенню захисного мшерального шару [6].
Вивчали можливють використання гiдроксиду магнiю, борату цинку, та сумюну дiю, як шпбггору горiння полiпропiленового волокна. Показана ефек-тивнiсть використання бората цинку. Використання пдроксиду магнiю е малоефективним. Перевiрялись тепловi, механiчнi та морфологiчнi властивосп [7].
Проводились дослщжения впливу гiдроксиду магнш та наноглини на уповiльнення горшня копо-лiмеру етилену з вшшацетатом (КЕВ). Дослвдження проводились з використанням методiв визначення кисневого iндексу, калориметричних методiв аналiзу. Результати дослвджень показали ефектившсть замiни гiдроксиду магнiю та пдроксиду алюмiнiю в компо-зищях КЕВ на 1-2 % наноглини [8].
Було встановлено, що забезпечення кращо! безпеки електричного обладнання та пристро1в пот-ребуе застосування композицшних матерiалiв, що не пвдтримують горшня. Досягнути ще! мети вдаеться завдяки високому ступеню наповнення полiмерноl матрищ. Наповненя здiйснюеться гiдратами металiв. Високий ступень наповненя призводить до втрати гнучкостi та до низьких механчних властивостей. Крiм того, ускладнюеться переробка [9].
3. Мета та задачi дослвдження
Метою дослвдження е вивчення особливостей спрямованого регулювання фiзико-механiчних влас-
В якостi модифiкатора використовували амь носилан (N- (3-триметоксисилан) пропилбутиламiн). Характеристики модифжатора наведенi в табл. 3.
Таблица 3
Експериментальш зразки полiмерних компози-цiй КЕВ з pi3^M ввдсотком наповнювача-антипiрену та модифiкактора в склада кожно! композицй' виготов-
тивостей пожаробезпечних композицiйних матерiалiв кополiмерiв етилену з вшшацетатом в залежносп ввд хiмiчного та фракцiйного складу наповнювачiв-антипиренiв та кiлькостi модифiкатора.
Для досягнення мети були поставленi наступш
задачi:
- дослвдити закономiрностi змши фiзико-механiчних властивостей полiмерних композицш ввд властивостей наповнювачiв та кшькосп модифшатора;
- встановити змiну фiзико-механiчних властивостей полiмерних композицiй тсля старiння.
4. Матерiали та обладнання для вивчення вогнестшкосп та фiзико-механiчних властивостей
Дослвджували кополiмери етилену з вшшацетатом (КЕВ), характеристики яких наведено в табл. 1, а також наповнювачьантишрени, в якосп яких використовували тригвдрати оксиду алюмшш, дигiдрати оксиду магнiю, сумiш магнезиту и гвдромагнезиту. Характеристики наповнювачiв-антипiренiв наведено в табл. 2.
Таблиця 2
лено вальцевим методом за температури (443±5) K впродовж (7-10) хв. Вальцi мають фрикцш 1,5.
Iнгредieнти полiмерних композицiй зважували на вагах з точнiстю до0,001 г та послвдовно заванта-жували на вальцi. Температура робочого валка (443±5) K. Температура холодного валка (438±5) K. Зразки вальцювали 3 хвилини на зазорi 0,4 мм -0,5 мм. Попм зазор корегували до 2 мм. В процес вальцю-вання перiодично пiдрiзали не менше шж 2 рази за хвилину. Останню хвилину вальцювали без пiдрiзiв.
Зразки кондицшвали за температури (293±2) K не менше шж 24 години.
Для проведения випробувань на вогнестiйкiсть та фiзико-механiчних дослвджень полiмерних компо-
Таблиця 1
Характеристики КЕВ_
Показник КЕВ 1 КЕВ 2
Густина, кг/м3 939 951
Показник плинносп розплаву, 2,16 кг, г/10 хв 2,5 5
Вмют вiнiлацетату, % 18 28
Характеристики наповнювачiв-антипiренiв
Показник Al(OH)3 Mg(OH)2 Mg5(CO3)4(OH)2-4H2O; MgsCa(COs)4
Зразок № 1 Зразок № 2 Зразок № 3 Зразок № 4 Зразок № 5
Масова доля, %:
- Mg(OH)2 - - >93 >93,2 98,96
- Al(OH)з >99,2 >99,5 - - -
- SiO2 <0,05 <0,1 <0,05 2,2±0,2 0,67
- Fe2Oз <0,035 <0,03 <0,3 0,12±0,02 0,04
- Na2O <0,6 <0,4 <0,05 - <0,05
- CaO - - - 2,2±0,2 -
Медiанний дiаметр часто-
чок, мкм:
- середнш (D5o) 1,5 3 3 3,7 1,4
- макс. (D98) 3,6 18 20 12,5 8,35
- мiн. фю) 0,5 1 1 1,1 1,02
Характеристики модификатора
Показатель Значение
Густина, кг/м3, 20 °С 947
Динамiчна в'язшсть, МПас, 20 °С 2,5
Температура кипiния, °С 260
зицш ix пiддавали пресуванню за температури (443±5) K. Товщина зразшв 4 мм та 2 мм ввдповвдно.
Дослiдження вогнестшкосп виконували методом кисневого iндексу (К1). Кисневий iндекс - мшь мальна об'емна кiлькiсть кисню в киснево-озотнiй сумiшi за значения якого можливо свiчкоподiбне го-рiння матерiалiв в умовах спещальних випробувань, яку виражено у ввдсотках [10]. Визначення кисневого iндексу проводили за допомогою спецiальних вимь рювальних приладiв, в яких горшня матерiалу, що випробовують, здiйснюeться в киснево-азотнш сумь шi, склад яко1 контролюеться, за атмосферним тис-ком та за нормально! температури. Тобто, значенням кисневого iндексу е мшмальна концентрация кисню в потоцi киснево-азотно! сумiшi, за яко! спостерпаеть-ся самостшне горiния вертикально розташованого зразку, який запалюють зверху згiдно зEN ISO 45892:1999 Plastics - Determination of burning behavior by oxygen index. Кисневий iндекс (К1) у ввдсотках ви-значали за формулою:
KI = ■
V
V + V
• 100,
де V1 - об'емна витрата кисню см /c;V2 - об'емна ви-трата азоту см3/с.
Похибка засобiв вимiрювання концентрацй' кисню в потощ сумiшi, не бiльше нгж ±1 %.
Дослiдження фiзико-механiчних властивостей полiмерних композицiй (мiцнiсть пiд час розривання, вiдносне видовження пiд час розривання, модуль
пружносп пiд час розривання) проводили зпдно EN 60811-501:2012 Electric and optical fibre cables. Test methods for non-metallic materials. Part 501. Mechanical tests. Test for determining the mechanical properties of insulating and sheathing compounds.
Швидшсть руху затискачiв розривно! машини впродовж визначення мщносп пвд час розривання та ввдносного видовження пвд час розривання мала зна-чення 50 мм/хв.
Обробку результатiв та побудову графшв виконували за допомогою програмного забезпечення Microsoft Office Excel 2007.
Адекватшсть рiвняння регресп проводили пере-вiркою статистично! значимосп коефiцiента детермь нацiï R2 по F-критерш, визначеного за формулою [11]:
^ R n — m — 1
F =-г х-
1 — R
m
де n - кшьшсть спостережень; m - кшьшсть факторiв у рiвняннi регресiï.
5. Результати дослвджень
Вогнестшш властивостi полiмерних компози-цiй, якi наповнено трипдратами оксиду алюмiнiю, дигiдратами оксиду магнш, пдромагнезитами оць нювали методом кисневого iндексу. Змiнювали склад наповнювачiв в композищях вiд 40 мас. % до 60 мас. %. Визначали, як залежить кисневий iндекс ввд кшькосп наповнювача-антишрену. Результати дослiджень наведено на рис. 1, 2.
35,0
, 30,0
25,0
s «
20,0
40
45 50 55
Вмют наповнювача, С (%)
60
№ 1
y= 1,5x+26,1 R2=0,969 № 2 y= 1,25x+28,05 R2=0,958 № 3 y=2,625x+19,29 R2 = 0,981
№ 4 y=2,65x+18,05 R2=0,968
№ 5
y=1,7x+20 R2=0,973
Рис. 1. Залежнiсть К1 вiд вмюту наповнювача-антипiрену(Зразок № 1-5) в полiмерних композицiях на основi КЕВ 1
35,0
ё 30,0 я
s 25,0
о
S «
20,0
№ 1
y=1,25x+28,35 R2=0,964 № 2 y=1,25x+28,65 R2=0,995 № 3 y=3,25x+17,65 R2=0,985 № 4 y=3,4x+17,9 R2=0,999
40
60
№ 5
y=2x+20,3 R2=0,956
45 50 55
Вмiст наповнювача, С (%)
Рис. 2. Залежнiсть К1 ввд вмюту наповнювача-антипiрену (Зразок № 1-5) в полiмерних композищях на основi КЕВ 2
Досладження фiзико-механiчних властивостей проводили на полiмерних композицiй з BMicTOM на-повнювачiв-антипиренiв 60 мас. %. Вмют модифша-тора змiнювали вiд 0 до 0,8 мас. %.
Руйнуюче напруження пiд час розривання ви-значали за формулою [12]: P
ст„ = —- , S = a ■ d ,
p S
де ср - значения руйнуючого напруження, МПа;Рр -навантаження пiд час розривання, H;S - площа попе-
речного перерiзу, мм ;a - ширина робочо! частини лопатки, MM;d - товщина робочо! частини лопатки, мм;
Ввдносне видовження пiд час розривання ви-значали за формулою [12]:
=Мор /10 100,
де е0 - вщносне видовження, %;Alop - змiна розраху-нково! довжини зразка в момент розривання, мм; l0 - розрахункова довжина, мм.
Результати експериментiв надано на рис. 3-10.
10
9
s л
со О ft f о t
св «
'Й
л ё ей я
8 -
— Зра 1зок № 1
--— —Зразок № \ 2 4
— Зразок №
ок № 2 З разок № 5
-- Зраз
--- -1- -1- -1-
0
№ 1
y = 0,09x2 + 0,262x + 5,49 R2 = 0,989 № 2
y = 0,076x2 -0,227x + 6,786 R2 = 0,976 № 3
y = 0,019x2 + 0,057x + 7,016 R2 = 0,993 № 4
y = 0,015x2 + 0,009x + 7,976 R2 = 0,996 № 5
0 8y = 0,03x2 + 0,002x + 6,904 , R2 = 0,963
0,2 0,4 0,6
Вмют модифiкатора, С (%)
Рис. 3. Залежшсть мiцностi пiд час розривання полiмерних композицiй на основi КЕВ 1 вiд вмiсту модифжато-
ра (наповнювачьантишрени № 1-5)
св
ft m О ft h
8
я1 ^ . 5 D 7 с
-- Зразо "Т* \ к № 1 ________ '
-- Зраз ок № 4
Зразок № 5
Зразок . 4° 2 Зра зок № 3
--1- -1- -1- -1-
0
№ 1
y = -0,007x2 + 0,750x + 6,124 R2 = 0,953 № 2
y = 0,047x2 + 0,255x + 4,836 R2 = 0,995 № 3
y = 0,087x2-0,064x + 5,03 R2 = 0,961 № 4
y = 0,056x2 + 0,012x + 5,944 R2 = 0,988 № 5
y = 0,082x2-0,191x + 6,526 R2 = 0,996
0,2 0,4 0,6 0,8 Вмют модифжатора, С (%)
Рис. 4. Залежшсть мщносп щд час розривання полiмерних композицiй на основi КЕВ 2 вiд вмюту модифжато-
ра (наповнювачi-аитипiрени № 1-5)
500 400
О 5х
-300
=3
SP
pj
'с: еч Я Я
I 3
и я
§ § 200
я я
"" ср
сп
5 ft 100
о
я
«
И
0
Зразок № ■ О 3
Зразок № 2 \
1 Зраз ок № 1
Зразок № Зразе 5 к № 4
0
№ 1
y = -2,857x2 + 78,14x -15 R2 = 0,989 № 2
y = -2,857x2+ 102,1x + 2 R2 = 0,984 № 3
y = -2,5x2 + 96,5x -15 R2 = 0,994 № 4
y = -4,642x2 + 94,35x -24 R2 = 0,995 № 5
0 8y = -2,928x2 + 65,67x-19,4 R2 = 0,991
0,2 0,4 0,6
Вмiст модифжатора, С (%)
Рис. 5. Залежшсть вщносного видовження пiд час розтягування полiмерних композицiй на основi КЕВ 1 вщ
вмiсту модифiкатора (наповнювачi-антипiрени № 1-5)
о л
.3 5 £
550 450
к w 350
м
I i
3 « 250
S s
и а
<D 00
и о
£ а 150 и
.3 И
50
—
— Зра зок № 2^
Зразок № 3 5разок № 4
Зразок № 1
- Зразо --1- к № 5 -1- -1- -1-
„ № 1
y = 5,714x2 + 43,71x + 78
R2 = 0,984 № 2
y = 2,5x2+ 61,5x + 93 R2 = 0,991
№ 3
y = -0,714x2 + 85,28x + 87 R2 = 0,983
y = 5,357x2 + 4t,345x + 48 R2 = 0,994
0 0,2 0,4 0,6
Вмют модифiкатора, С (%)
0,8
„ № 5
y = 6,428x2 + 38,42x + 63
R2 = 0,997
Рис. 6. Залежнiсть выносного видовження nig час розтягування полiмерних композицiй на 0CH0Bi КЕВ 2 Big
вмюту модифiкатора (наповнювачi антипiрени № 1-5)
ев «
S а
00
ft й
8 2 6 у
0
№ 1
y = 0,075x2 + 0,227x + 4,676 R2 = 0,991
№ 2
y = 0,064x2-0,189x + 5,766 R2 = 0,975 № 3
y = 0,016x2 + 0,046x + 5,97 R2 = 0,992
№ 4
y = 0,012x2 + 0,006x + 6,78 R2 = 0,994 № 5
0,8y = 0,027x2-0,008x + 5,884 R2 = 0,960
0,2 0,4 0,6
Вмют модифкатора, С (%)
Рис. 7. Залежнють мщносп nig час розривання полiмерних композицш на основi КЕВ 1 ввд вмiстy модифкато-
ра (наповнювачi-антипiрени № 1-5) пюля старiння
0
№ 1
y = -0,005x2 + 0,627x + 5,218 R2= 0,954 № 2
y = 0,038x2 + 0,226x + 4,098 R2 = 0,994 № 3
y = 0,074x2-0,057x + 4,282 R2 = 0,961 № 4
y = 0,07x2 - 0,16x + 5,544 R2 = 0,996 № 5
0,8 y = 0,047x2 + 0,011x + 5,05 R2 = 0,987
0,2 0,4 0,6 Вмют модифкатора, С
Рис. 8. Залежнють мщносп шд час розривання полiмерних композицiй на основi КЕВ 2 вщ вмiстy модифкато-
ра (наповнювачьантишрени № 1-5) пiсля старiння
400
о (А
.3 а 300
$
я
и §3200
О та
& « S
« (D И &
о 100
о а
о
и
.3
m 0
-- i
-- Зразок № ^Í
Зразок № Зразок № --1- 2 \ \ Зр эазок № 1
Зр 5 -1- азок № 4 -- --
16
0 0,2 0,4 0,6
Вмют модифтатора, С (%)
0,8
№ 1
y = -2,857x2 + 69,14x R2 = 0,991 № 2
y = -2,5x2+ 86,5x + 4 R2 = 0,986 № 3
y = -2,142x2 + 81,85x-11 R2 = 0,993 № 4
y = -3,928x2 + 80,07x R2 = 0,995 № 5
y = -2,5x2+ 55,5x R2 = 0,995
20
15
Рис. 9. Залежнють вщносного видовження пiд час розтягування полiмерних композицiй на ochobí КЕВ 1 ввд вмюту модифiкатора (наповнювачi-антипiрени № 1-5) тсля старiння
о ев
Ч
'В •
i «
о
4
5 «
<и К о О
к
¡3
450
350
250
ев
си
со О
а
150
50
Зразе ж № 2
Зразо --i к № 3 л
\ Зразо К разок № 1 \ разок № 4
к № 5
0
0,8
№ 1
y = 4,285x2 + 40,28x + 62 R2 = 0,982 № 2
y = 2,5x2+ 49,5x + 84 R2 = 0,991 № 3
y = -0,357x2+ 70,64x + 77 R2 = 0,984 № 4
y = 4,642x2 + 33,64x + 45 R2 = 0,995 № 5
y = 5x2 + 35x + 52 R2 = 0,998
0,2 0,4 0,6
Вмют модифiкатора, С (%)
Рис. 10. Залежнiсть вiдносного видовження пвд час розтягування полiмерних композицш на основi КЕВ 2 вщ вмiстy модифiкатора (наповнювачi антипiрени № 1-5) тсля старшня
Модуль пружносп пiд час розтягування (Ep) визначали за формулою, зпдно ГОСТ 9550-81 «Пла-смассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе»:
Е (F -Fi)• 10 p a •(м2-д/,)'
де F2 - навантаження, що вiдповiдаe вiдносномy ви-довженню 0,3 %;Fj - навантаження, що ввдповщае вiдносномy видовженню 0,1 %;l0 - розрахункова до-вжина зразка;А0- площа вихiдного поперечного пе-рерiзy зразка, мм2;Д12 - видовження, що вщповщае навантаженню F2, мм;Д11 - видовження, що вщповь дае навантаженню Fi, мм.
Резyльтати дослiджень наведено на рис. 11, 12.
л
w
'н
о о К
N ty
23 21 19 17 15 13 11 9 7 5
Зразок № 4
Зразок № 5
Зразок № 3
Зразок № 1
Зразок № 2
и -4
0,0
№ 1
y = -2,142x2 + 2,814x + 8,213 R2 = 0,990
№ 2
y = -0,918x2 + 1,641x + 6,092 R2 = 0,919 № 3
y = -4,187x2 + 6,122x + 11,11 R2 = 0,986 № 4
y = -11,01x2 + 15,19x + 16,15 R2 = 0,998
№ 5
0,8 y = -10,99x2 + 13,97x + 12,78 R2 = 0,993
0,2 0,4 0,6
Вмiст модифiкатора, С (%)
Рис. 11. Залежнють модуля пружносп полiмерних композицiй на основi КЕВ 1 вщ вмiстy модифiкатора (напов-
нювачi антипiрени № 1-5)
Рис. 12. Залежнють модуля пружносп полiмерних композицiй на основi КЕВ 2 вiд вмiстy модифiкатора (напов-
нювачi антипiрени № 1-5)
12
11
а
w
10
и
^
а с
hQ
£ Э
Зразок № 4
.»■•"■""'^Зразок № — Зразок № 5
Зразок № 1
Зразок № 2
0,0 0,2 0,4 0,6
Вмют модифжатора, С (%)
№ 1
y = -3,145x2+ 5,497x + 7,369 R2 = 0,984 № 2
y = -2,690x2 + 3,355x + 7,537 R2 = 0,951
№ 3
y = -2,549x2 + 4,403x + 8,212 R2 = 0,955
№ 4
y = -3,595x2+ 5,032x + 9,348 R2 = 0,990 № 5
0 8y = -3,193x2 + 4,949x + 8,447 , R2 = 0,993
9
8
7
Результата дослвджень, як1 наведено на рис. 11, 12 вказують на шдвищення значения модуля пружносп зi збiльшениям вмiстy модифiкатора для вах композицiй.
6. Обговорення результат дослiдження во-гнестiйкостi та фiзико-механiчних властивостей полiмерних композицш
Вогнестiйкiсть полiмерних композицiй КЕВ 1 та КЕВ 2 як наповнено аитипiренами (Зразок № 1-5) визначали методом кисневого iндексy. Результати дослвджень, якi наведено на рис 1, 2, показують, що кисневий iндекс пiдвищyeться зi збiльшениям вмiстy наnовнювачiв-аитипiренiв для вах пол1мерних ком-позицiй. Слад зазначити, що кисневий iндекс полiме-рних композицш КЕВ 2 пвдвищуеться ефектившше н1ж полiмерних композицiй КЕВ 1. Полiмернi компо-зицп КЕВ 2 мають вмiст вiнiлацетатy 28 % та показ-ник плинностi розплаву 2,5 г/10 хв. Полiмернi компо-зицп КЕВ 1 мають вмют вшшацетату 18 % та показ-ник плинностi розплаву 1,8 г/10 хв. Тобто вмют вшь лацетату та показник плинностi розплаву впливають на значения кисневого iндексy. Продукта деградаци полiмерноl матрицi також впливають на процес упо-вiльнення горшня полiмерних композицiй.
Якщо порiвнювати кисневi iндекси полiмерних композицiй з рiзними наповнювачами-аитипiренами, то бiльш ефективними е трипдрати оксиду алюмшш (Зразок № 1, № 2). Водночас кисневий шдекс полiме-рно! композици, який наповнено аитипiреном Зразок № 1, бшьший н1ж аитипiреном Зразок № 2. Пром1жне значения кисневого шдексу мають полiмернi композицй', яш наповнено дигiдратом оксиду магнiю (Зразок № 3, № 4), iз них бшьш ефективний Зразок № 3. Тобто наповнювачьантишрени трипдрат оксиду алюмшш i дигiдрат оксиду магию, як1 мають мен-ший середнiй дiаметр часточок, е б№ш дiевiшими сповiльнювачами горiния полiмерних композицш. Найменшу ефективнiсть як антипiрен виявляе пдро-магнезит (Зразок № 5).
Зпдно з [13] вмют кисню в повiтрi складае близько 21 об'емних %, тому матерiали, якi горять в атмосферi повиря, мають кисневий iндекс (К1) нижче н1ж 21 %. Полiмернi матерiали, якi мають К1<20 % в атмосферi повiтря горять швидко. В матерiалiв з К1 вiд 20 % до 27 % горшня в атмосферi повиря вщбу-
ваеться повшьно. Полiмернi матерiали визнають важкогорючими та е самозгасаючими, К1 яких за умови припинения дп вогню, перевищуе 27 %. Таким чином, за результатами дослвджень важкогорючими е полiмернi композицй' на основi КЕВ 1 з насттупним вмютом аитипiренiв:
- вщ 40 мас % до 60 мас % аитишреиу Зразок № 1;
- вщ 45 мас % до 60 мас % ашишрену Зразок № 2;
- вщ 48 мас % до 60 мас % ашишрену Зразок № 3;
- вщ 52 мас % до 60 мас % ашишрену Зразок № 4;
- вщ 57 мас % до 60 мас % ашишрену Зразок № 5.
Щд час створення важкогорючих полiмерних композицш на основi КЕВ 2 вмют ашишрешв мае бути на-ступним:
- вщ 40 мас % до 60 мас % аитишреиу Зразок № 1 та Зразок № 2;
- вщ 47 мас % до 60 мас % аитишреиу Зразок № 3;
- вщ 48 мас % до 60 мас % аитишреиу Зразок № 4;
- вщ 50 мас % до 60 мас % аитишреиу Зразок № 5. Аналiзyючи результати до старшня (рис. 3-6),
встановлено закономiрнiсть змши фiзико-механiчних властивостей. Введения модифжатора значно впли-вае на значения руйнуючого напружения та ввднос-ного видовження п1д час розривания, модуля пруж-ностi п1д час розтягування. Спостерiгаеться рiзна змiна руйнуючого напружения в залежносп вiд хiмi-чного складу, дисперсностi та вмюту модифiкатора в полiмернiй композицй'.
Руйнуюче напружения для полiмерних компо-зицш КЕВ 1 з максимальним вмютом модифжатора (0,8 %) збiльшyеться на:
61 % шд час використанш антипiреиy Зразок № 1
15 % шд час використаннi аитишреиу Зразок № 2
8,4 % шд час використанш аитишреиу Зразок № 3
5 % шд час використанш аитишреиу Зразок № 4
11,5 % шд час використанш ашишрену Зразок № 5 Для полiмерних композицш КЕВ 2 з максимальним вмютом модифшатора (0,8 %) руйнуюче напружения збшьшуеться вщповвдно на:
48 % шд час використанш ашишрену Зразок № 1 38 % шд час використанш ашишрену Зразок № 2 33 % шд час використанш ашишрену Зразок № 3 23 % шд час використанш ашишрену Зразок № 4 20 % шд час використанш ашишрену Зразок № 5 Таким чином шд час використаиня тригидрата оксида алюмшш (Зразок 1) та дигидрата оксида магшю
(зразок 3) з меншим середам даметром часточок, зна-чення руйнуючого напруження збшьшуеться значн1ше пор1вняно з антитренами з бшьшим середам даметром часточок (зразок 3, 4). Така сама тенденц1я спостертаеть-ся 1 тсля старшня полiмерних композиций. При цьому слвд ввдштити що руйнуюче напруження збертаеться бь льше нж на 80 %, що в1дпов1дае вимогам стандарт1в.
Модуль пружност1 вс1х пол1мерних компози-ц1й зростае, якщо вм1ст модиф1катора зб1льшуеться. Але найб1льш1 значения в1н мае в композиц1ях на ос-нов1 КЕВ 1, а також п1д час використання аитипiренiв (Зразки № 3, № 4, № 5).
В1дносне видовження пвд час розривання вс1х пол1мерних композиц1й зб1льшуеться з пвдвищенням вм1сту модиф1катора та мае 61льше значення для по-л1мерних композиц1й на основ1 КЕВ 1.
В1дносне видовження для пол1мерних компо-зиц1й КЕВ 1 з максимальним вмютом модиф1катора (0,8 %) збшьшуеться в:
5 раз1в п1д час використання антишрену Зразок № 1 3,9 рази пщ час використання ангипiреиу Зразок № 2 5 раз!в пвд час використання ангипiреиу Зразок № 3 4,7 рази пщ час використання ашишрену Зразок № 4 5 раз!в пвд час використання ашишрену Зразок № 5 Для пол!мерних композиц1й КЕВ 2 з максимальним вмютом модифжатора (0,8 %) ввдносне видовження збшьшуеться ввдповвдно в:
3,75 рази пвд час використання антипiреиу Зразок 1
3,3 рази шд час використання аитипiреиу Зра-зок № 2
2,85 рази шд час використання антипiрену Зразок № 3
4,12 рази п1д час використання Зразок № 4
4,2 раз!в шд час використання Зразок № 5
Ввдносне видовження пвд час розтягування по-лiмерних композицш тсля старшня зберiгаеться бь льше нгж на 80 %.
Даш дослвдження показали вплив на вогнес-т1йк1сть та фiзико-механiчнi властивостi пол!мерних композиц1й на основ1 КЕВ модифжатора та таких на-повиювачiв, як тригвдрати оксиду алюмiнiю, дигвдра-ти оксиду магшю, гiдромагнезитiв. Проведення такого комплексу дослвджень дозволяе продемонструвати можливост1 регулювання експлуатацiйних характеристик пол!мерних композиц1й на основ1 КЕВ, як1 не пвдтримують горшняз використанням модифжаци полiмерних композиц1й.
6. Висновки
1. Використання модифiкатора чинить вплив на пвдвищення фiзико-механiчних властивостей по-жежобезпечних полiмерних композиц1й на основ! КЕВ. Встановлено, що з1 зб^шенням вм1сту моди-фiкатора пвдвищуються мщнють пвд час розривання, вiдносне видовження пвд час розтягування та модуль пружносп уах полiмерних композиц1й.
2. Впродовж старiния фiзико-механiчнi влас-тивосл полiмерних композиц1й знижуються. Мщ-нють пвд час розривання та ввдносне видовження пвд час розтягування збертаеться бшьше н1ж на 80 %.
Лиература
1. Пешков И. Б. Материалы кабельного производства. М.: Машиностроение, 2013. 456 с.
2. Тирелли Д. Антипирены для композитов // The Chemical Journal. 2013. № 1-2. С. 42-45.
3. Обзор минеральных антипиренов-гидроксидов для безгалогенных кабельных композиций // Кабель-news. 2009. № 8. C. 41-43.
4. Безгалогенные огнеупорные кабели. URL: http://www.amtenergo.ru/statji/ognestoikie-kabeli.html
5. Effect of Amino alcohol functionalized polyethylene as compatibilizer for LDPE/EVA/clay/flame-retardant nanocomposites / Lujan-Acosta R. et. al. // Materials Chemistry and Physics. 2014. Vol. 146, Issue 3. P. 437-445. doi: https://doi.org/10.1016/ j.matchemphys.2014.03.050
6. Fire retardant benefits of combining aluminum hydroxide and silica in ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) / Sonnier R. et. al. // Polymer Degradation and Stability. 2016. Vol. 128. P. 228-236. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2016.03.030
7. Jeencham R., Suppakarn N., Jarukumjorn K. Effect of flame retardants on flame retardant, mechanical, and thermal properties of sisal fiber/polypropylene composites // Composites Part B: Engineering. 2014. Vol. 56. P. 249-253. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2013.08.012
8. Yen Y.-Y., Wang H.-T., Guo W.-J. Synergistic flame retardant effect of metal hydroxide and nanoclay in EVA composites // Polymer Degradation and Stability. 2012. Vol. 97, Issue 6. P. 863-869. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab. 2012.03.043
9. Flame retardancy and thermal degradation of intumescent flame retardant EVA composite with efficient charring agent / Feng C. et. al. // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 2015. Vol. 113. P. 266-273. doi: https://doi.org/10.1016/j.jaap. 2015.01.021
10. Шевченко В. Г. Основы физики полимерных композиционных материалов. М.: МГУ им. Ломоносова, 2010. 98 с.
11. Макарова Н. В., Трофимец В. Я. Статистика в Excel: уч. пос. М.: Финансы и статистика, 2002. 368 с.
12. Мухин Н. М., Бурындин В. Г. Определение реологических и физико-механических свойств полимерных материалов: метод. указ. Екаренбург: УГЛТУ, 2011. 33 с.
13. Бобович Б. Б. Неметаллические конструкционные материалы. М.: МГИУ, 2009. 384 с.
Дата надходження рукопису 14.06.2018
Чулеева Олена Володимирiвна, кандидат техшчних наук, директор науково-техшчного центру,
ПАТ «ЗАВОД ШВДЕНКАБЕЛЬ», вул. Автогенна, 7, м. Харшв, Украша, 61000
E-mail: echuleeva@ukr.net
Золотарьов Володимир Михайлович, доктор техшчних наук, профессор, генеральний директор,
ПАТ «ЗАВОД ШВДЕНКАБЕЛЬ», вул. Автогенна, 7, м. Харшв, Украша, 61000
E-mail: zavod@yuzhcable.com.ua
