FR2604179A1 - HALOGEN-FREE, FLAME-RESISTANT FRAME FOR LONG-TERM MATERIALS - Google Patents
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Abstract
A. ARMATURE SANS HALOGENE ET DIFFICILEMENT INFLAMMABLE POUR MATERIAUX A LONG PARCOURS. B. CARACTERISEE EN CE QUE LA BASE DE LA MATIERE PLASTIQUE EST UN MELANGE A BASE DE CAOUTCHOUC-PROPYLENE-ETHYLENE AINSI QUE DE COPOLYMERES D'ETHYLENE AVEC UNE FRACTION DE CO-MONOMERE ALLANT JUSQU'A 35 EN POIDS OU AUSSI DE POLYETHYLENE AYANT UNE DENSITE DE MOINS DE 0,915 GCM SEUL OU EN MELANGE AVEC LES COPOLYMERES, POUR LEQUEL LE MELANGE DE POLYMERE EST BOURRE D'UNE SUBSTANCE DE REMPLISSAGE QUI REND COMBATIF AU FEU ET PAR GREFFAGE D'ORGANOSILANES INSATURES EST RETICUBLABLE PAR ACTION DE L'HUMIDITE. C. L'INVENTION CONCERNE UNE ARMATURE SANS HALOGENE ET DIFFICILEMENT INFLAMMABLE POUR MATERIAUX A LONG PARCOURS.A. HALOGEN-FREE, HIGHLY FLAMMABLE REINFORCEMENT FOR LONG-TERM MATERIALS. B. CHARACTERIZED IN THAT THE BASE OF THE PLASTIC MATERIAL IS A MIXTURE BASED ON RUBBER-PROPYLENE-ETHYLENE AS WELL AS ETHYLENE COPOLYMERS WITH A CO-MONOMER FRACTION OF UP TO 35 BY WEIGHT OR ALSO A POLYETHYLENE DENSITY OF LESS THAN 0.915 GCM ALONE OR IN MIXTURE WITH COPOLYMERS, FOR WHICH THE POLYMER MIXTURE IS FILLED WITH A FILLING SUBSTANCE WHICH MAKES COMBATIVE TO FIRE AND BY GRAFTING OF INSATURE ORGANOSILANES IS REPUBLICABLE BY ACTION OF HUMIDITY. C. THE INVENTION RELATES TO A HALOGEN-FREE AND HARDLY FLAMMABLE REINFORCEMENT FOR LONG-TERM MATERIALS.
Description
"Armature sans halogène et difficilement inflammable"Halogen-free and flame retardant frame
pour matériaux à long parcours ".for long-distance materials ".
Une armature sans halogène et dif-A frame without halogen and different
ficilement inflammable pour câbles électriques et pro- highly flammable for electric cables and
duits semblables consiste en un mélange à base de caout- similar products consists of a rubber-based mixture
chouc éthylène-propylène ainsi que de copolymères d'éthy- ethylene-propylene rubber and ethylene copolymers
lène avec une fraction d'un co-monomère jusqu'à 35 % en poids ou aussi à base de polyéthylène ayant une densité with a fraction of a comonomer up to 35% by weight or also based on polyethylene having a density
de moins de 0,915 g/cm3, seul ou en mélange avec le co- less than 0.915 g / cm3, alone or in combination with the co-
polymère, pour lequel le mélange est garni d'un maté- polymer, for which the mixture is lined with
riau de remplissage qui combat le feu et qui est réti- filler that fights the fire and is
culable par greffe d'organosilanes non saturés sous culminated by unsaturated organosilane grafting under
l'action de l'humidité.the action of moisture.
Description:Description:
L'invention concerne une armature sans halogène et difficilement inflammable grâce à des matériaux de garnissage appropriés, pour des matériaux à long parcours comme des câbles électriques, câbles de The invention relates to a halogen-free and flame-resistant frame with suitable packing materials, for long-distance materials such as electrical cables,
faisceau de tubes et conduites tubulaires à base de ma- pipe bundle and tubular pipes based on
tière plastique extrudée et réticulée. extruded and cross-linked plastics material.
Des mélanges difficilement inflam-Mixtures that are difficult to ignite
mables, pour l'obtention des produits les plus varies mables, to obtain the most varied products
sont demandés dans beaucoup de domaines techniques. are required in many technical fields.
C'est ainsi que par exemple l'isolation des câbles élec- For example, insulation of electrical cables
triques et des conduites à base de chlorure de polyvi- and pipes based on polyvinyl chloride.
nyle doit être incombustible, lorsque de tels câbles ou conduites trouvent un emploi dans les mines sur les must be noncombustible, when such cables or pipes find use in mines on
bateaux ou dans les autres installations facilement in- vessels or other facilities easily
flammables ou qui courent un risque d'incendie. flammable or at risk of fire.
Le chlorure de polyvinyle sans agent plastifiant est certes incombustible mais cepen- Plasticizer-free polyvinyl chloride is certainly incombustible, but
dant inapproprié pour la fabrication de câbles électri- inappropriate for the manufacture of electrical cables.
ques et de conduites. Pour ce but, il est jusqu'à pré- and conduct. For this purpose, it is up to
sent, usuel d'utiliser le chlorure de polyvinyle conte- conventional use of polyvinylchloride
nant un agent plastifiant qui peut être défini comme a plasticizer which can be defined as
combattant le feu.fighting the fire.
Cette propriété est obtenue par le gaz chlorhydrique libéré par le chauffage lors de la combustion qui se produit au cours de la décomposition de l'isolation à base de chlorure de polyvinyle et qui This property is obtained by the hydrochloric gas released by the heating during the combustion which occurs during the decomposition of the insulation based on polyvinyl chloride and which
entraîne l'extinction de la flamme formée. causes extinction of the formed flame.
Néanmoins, les dommages connus subséquents sont perjudiciables, qui résultent de ce Nevertheless, the subsequent known damages are perishable, which result from this
que le gaz chlorhydrique libéré par chauffage se combi- that the hydrochloric gas released by heating is combined
ne avec l'eau ou la vapeur d'eau pour former de l'aci- with water or water vapor to form acid
de chlorhydrique qui corrode ou détruit les métaux, le hydrochloric acid that corrodes or destroys metals,
béton ou autres objets.concrete or other objects.
Dans l'effort pour faire cesser ces dommages qui s'ensuivent, on a déjà prévu d'ajouter aux matériaux polymères, un produit de garnissage qui se lie aux acides, très finement pulvérisé avec une taille de particules moyenne inférieure à 250,pm pour In the effort to stop this ensuing damage, it has already been planned to add to the polymeric materials, an acid-bonded packing material, very finely pulverized with an average particle size of less than 250 μm, for
fixer les acides volatils détachés par action de la cha- fix the volatile acids detached by the action of the
leur (demande de brevet allemand DE-OS publié sous le n 1 769 343). Ce procédé connu n'a pas pu s'imposer en their (German patent application DE-OS published under No. 1,769,343). This known process could not prevail in
pratique.convenient.
On est passé de ce fait entre-temps à des matériaux de base sans halogène que l'on met au pointdifficilement inflammablejpar des additifs qui combattent le feu, dépourvus d'halogène. Sous cet angle, un mélange de polymères sans halogène, qui combat le feu est connu (demande de brevet allemand DE-OS publié In the meantime, this has led to halogen-free base materials which are difficult to ignite by fire-fighting additives which are halogen-free. From this angle, a mixture of halogen-free polymers, which fights the fire is known (German patent application DE-OS published
sous le n0 2 809 294) qui contient une quantité déter- 2 809 294) which contains a specific quantity of
minée d'hydrate d'oxyde d'aluminium. Comme matériau hydrate of aluminum oxide. As material
de base, on utilise ici des produits à base de caout- basis, rubber products are used here.
chouc ou de produits du type des caoutchoucs, qui après rubber-type products, which afterwards
transformation en produit final par action de la cha- transformation into final product by action of the
leur sont chimiquement réticulés. Une telle réticulation are chemically cross-linked. Such a crosslinking
chimique est pratiquée depuis des années dans les ins- has been practiced for years in the
tallations ainsi dénommées installations de vulcanisa- plants so called vulcanization plants
tion en continu (Installations CV). A cette fin, le ma- continuous operation (CV installations). To this end, the
tériau à réticuler est transformé, par exemple dans un moule d'une ligne en chaine - en un tube correspondant material to be crosslinked is transformed, for example into a mold of a chain line - into a corresponding tube
rempli de vapeur ou de gaz protecteur -. Avec l'augmen- filled with steam or protective gas -. With the increase
tation de section transversale, par exemple d'un câble électrique, et de la rigidité d'un tel produit qui va cross-section, for example of an electric cable, and the rigidity of such a product which will
en augmentant, cette manière de réticulation est cepen- by increasing, this way of crosslinking is, however,
dant de plus en plus problématique. Des dommages à l'armature de l'isolation ou de l'enveloppe d'un câble more and more problematic. Damage to the frame of the insulation or the casing of a cable
par contact du produit conduit au travers de l'instal- by contact with the product through the installation
lation CV avec la paroi de la conduite du tube, ne CV with the wall of the pipe of the tube, do not
sont pas toujours à exclure.are not always excluded.
Il est connu en outre qu'une série de polymères qui fondamentalement sont appropriés, à base desquels les mélanges pour les armatures de câbles et de conduites à obtenir, peuvent être réticulés avec des silanes organiques. A cet égard les variantes de It is furthermore known that a series of polymers which are basically suitable, on the basis of which the mixtures for the reinforcement of cables and pipes to be obtained, can be crosslinked with organic silanes. In this respect the variants of
procédé les plus diverses peuvent venir en considéra- different processes may come into consideration
tion qui toutes réellement sont utilisées en pratique. all of which are actually used in practice.
Par utilisation de ces techniques concernant des com- By using these techniques concerning
positions de mélanges usuelles avec ces substances de usual mixing positions with these substances of
remplissage apparaissent cependant des problèmes pres- filling, however,
que insurmontables du fait que les quantités d'humidité amenées avec les substances de remplissage induisent les réactions de réticulation trop t6t et d'une manière insurmountable because the amounts of moisture supplied with the fillers induce the crosslinking reactions too early and in a manner
non contrôlée.not controlled.
Au départ de cet état de la techni- From this state of the art
que, l'invention réside dans le fait, par conséquent, qu'on crée une armature sans halogène et difficilement inflammable qui peut être produite sans problème aussi pour des sections plus importantes d'enrobage, qui ce- that the invention lies in the fact, therefore, that a halogen-free and flame-resistant framework is created which can be produced without problem also for larger sections of coating, which
pendant suffit aussi aux exigences mécaniques et, lors- while also suffices for mechanical requirements and,
que cela est nécessaire, en même temps électriques pour le domaine de mise en jeu correspondant et dont la technologie de fabrication et de transformation exclut that it is necessary, at the same time electrical for the corresponding field of play and whose manufacturing and processing technology excludes
les inconvénients mentionnés ci-dessus. the disadvantages mentioned above.
Ce problème est résolu selon l'in- This problem is solved according to the
vention en ce que la base des matières plastiques est un mélange de caoutchouc-propylène-éthylène, EPDM et analogues, ainsi que de copolymères d'éthylène avec un co-monomère, comme l'acrylate ou l'acétate de vinyle in that the base of the plastics is a mixture of rubber-propylene-ethylene, EPDM and the like, as well as copolymers of ethylene with a comonomer, such as acrylate or vinyl acetate
dans lequel le pourcentage de co-monomères s'élève jus- in which the percentage of comonomers rises to
qu'à 35 % en poids, ou aussi à base de polyéthylène ayant une densité de moins de 0,915 g/cm3, seul ou en mélange avec les copolymères mentionnés, o le mélange than 35% by weight, or also based on polyethylene having a density of less than 0.915 g / cm 3, alone or as a mixture with the copolymers mentioned, where the mixture
de polymères est réticulable par greffage d'organosila- of polymers is crosslinkable by grafting organosilane
nes non saturés par action de l'humidité et garni avec unsaturated by action of moisture and garnished with
une substance de remplissage qui combat le feu. a filler that fights the fire.
Grâce à la réticulation du silane Thanks to the crosslinking of the silane
ainsi sans pression, les produits de section plus gran- without pressure, products of larger section
de peuvent être isolés sans problème ou peuvent être can be isolated without problems or can be
enrobés sans devoir utiliser des installations en con- coated without having to use
tinu (CV) coûteuses.tinu (CV) expensive.
La combinaison de mélange prévueThe planned mix combination
permet une fraction de substance de remplissage suffi- allows a fraction of the filling substance
sante et qui combat le feu sans que l'on perde la qua- health and who fights the fire without losing the
lité particulière - en particulier ni électrique, ni mécanique. Bien que les copolymères ayant pour base l'acétate ou l'acrylate se soient avérés particularity - in particular neither electrical nor mechanical. Although copolymers based on acetate or acrylate have been found to be
être des composés du mélange particulièrement appro- be particularly appropriate mixture compounds
5. priés pour le but de l'invention, aussi cependant des polyéthylènes de densité extrêmement basses (VLDPE) 5. For the purpose of the invention, however, also extremely low density polyethylenes (VLDPE)
comme par exemple de 0,890 à 0,915 g/cm3. Si le copoly- as for example from 0.890 to 0.915 g / cm3. If the copoly-
mère de l'éthylène est un acétate, une fraction de co- mother of ethylene is an acetate, a fraction of
monomère de 5 à 35 % en poids s'est révélée être la plus monomer of 5 to 35% by weight has been found to be the most
appropriée, si le copolymère est un acrylate, la frac- appropriate, if the copolymer is an acrylate, the fraction
tion de co-monomère s'élève de préférence de 5 à 20 % The comonomer content is preferably 5 to 20%
en poids.in weight.
Le rapport du mélange des compo-The ratio of the mixture of
sants de base c'est-à-dire du mélange caoutchouc-pro- basic materials, that is to say the rubber-pro-
pylène-éthylène/éthylène copolymère ou VLDPE, se situe pylene-ethylene / ethylene copolymer or VLDPE, is located
de préférence entre 40: 60 et 60: 40. Pour l'obten- preferably between 40: 60 and 60:40.
tion de l'antagonisme vis-à-vis du feu nécessaire, les substances de remplissage correspondantes du mélange de base sont ajoutées en quantités de 80 à 180 parties, In order to achieve the necessary fire antagonism, the corresponding fillers of the basic mixture are added in quantities of 80 to 180 parts.
de préférence de 90 à 120 parties rapportées à 100 par- preferably from 90 to 120 parts referred to 100 parts
ties de mélange.mixing.
L'exigence d'une isolation desThe requirement for insulation of
câbles sans halogène et difficilement inflammable s'op- halogen-free and hardly inflammable cables
pose à l'exigence simultanée de bonnes propriétés élec- the simultaneous requirement of good electrical properties
triques. Ce problème est résolu par l'invention à l'ai- cudgels. This problem is solved by the invention to help
de de la mise en oeuvre simultanée de plusieurs poly- simultaneous implementation of several poly-
mères. Sont ainsi constituées des propriétés électri- mothers. Thus, electrical properties are
ques particulièrement bonnes des composants du mélange caoutchoucpropylène-éthylène (EPR) avec les valeurs mécaniques élevées du copolymère ou du VLDPE, ainsi que les bonnes aptitudes au remplissage de tous les composants. Il peut être en outre approprié particularly good components of the propylene-ethylene rubber (EPR) mixture with the high mechanical values of the copolymer or VLDPE, as well as the good filling qualities of all the components. It may be further appropriate
de mélanger à ce matériau d'autres polymères, des ad- to mix with this material other polymers, ad-
ditifs comme des stabilisants vis-à-vis du vieillisse- as stabilizers for aging.
ment thermique, contre l'influence de rayonnements ri- thermal effect, against the influence of radiation
ches en énergie ou analogues ainsi que des adjuvants de transformation comme des agents lubrifiants, des dispersants, des plastifiants et éventuellement, des energy additives or the like, as well as processing aids such as lubricants, dispersants, plasticisers and optionally
additifs colorants.coloring additives.
La réalisation d'un tel mélange approprié peut, selon l'invention, procéder de telle sorte que le découpage des composants, l'introduction des substances de remplissage et des additifs autres, The realization of such an appropriate mixture can, according to the invention, proceed in such a way that the cutting of the components, the introduction of fillers and other additives,
des substances auxiliaires de fabrication, du cataly- auxiliary substances of manufacture, catalytic
seur de condensation et le greffage du silane aux c'om- condensation and the grafting of silane to the
posants du mélange, soient effectués séparément d'une manière appropriée, selon le procédé. Dans une autre of the mixture, are carried out separately in a suitable manner, according to the process. In an other
étape du procédé après une mise en place correspondan- step of the process after a corresponding
te d'un granulé fabriqué, la transformation s'effectue en produit final qui est finalement exposé dans le but In the case of a manufactured granulate, the transformation is carried out as a final product which is finally exposed for the purpose
de la réticulation à une mise en place d'eau ou simple- from cross-linking to water placement or simple-
ment à la mise en place d'air humide. the installation of moist air.
Une variante du procédé, avantageu- A variant of the process, advantageously
se dans l'exécution de l'invention, est que, lorsque les composants du mélange à greffer, sont greffés tout d'abord avec les organosilanes, chacun pour soi seul, ou aussi ensemble mais sans la présence des produits In the embodiment of the invention, when the components of the grafting mixture are first grafted with the organosilanes, each for itself alone, or together, but without the presence of the products.
de remplissage et ensuite le matériau greffé est mé- filling and then the graft material is
langé avec le matériau de remplissage qui fait que le produit combat les flammes, ainsi qu'avec les additifs supplémentaires et les substances auxiliaires usuelles de transformation, fondu et mis en forme dans la même the material fights the flames, as well as with the additional additives and usual processing aids, melted and shaped into the same
opération ou dans une opération mise en place posté- operation or in an operation put in place
rieurement. Un tel procédé possède l'avantage que des quently. Such a process has the advantage that
produits de remplissage qui rendent le produit combat- filling products that make the product combat-
tant les flammes,.peuvent aussi être utilisés, qui à des températures élevées, environ la température de greffage au-dessus de 180 C, se décomposent ou forment des produits de fission qui de leur côté, de nouveau, both flames, can also be used, which at high temperatures, about the grafting temperature above 180 C, decompose or form fission products which on their side, again,
gênent d'une manière incontr8ôlée le processus de gref- uncontrollably hamper the process of grafting
fage ou le processus de réticulation subséquent. fage or the subsequent crosslinking process.
Les exemples de mélange suivantsThe following mixing examples
servent à une explicitation plus complète de l'inven- serve a more complete explanation of the invention.
tion. L'exemple I représente une composition de mélange appropriée. tion. Example I represents a suitable blending composition.
Exemple I:Example I:
Caoutchouc-propylène-éthylène (EPR) 50 p. Copolymère-éthylène-acétate de vinyle 50 p. (pourcentage de monomère 20 % en poids) Produits de remplissage comme protecteur du feu (oxyde hydrate d'aluminium) 100 p. Silane (vinyltriméthoxysilane) 2 p. Peroxyde 0,05 p. Catalyseur de condensation dibutylzinc dilaurate) 0,05 p. Plastifiant (huile Napténique) 10 p. Lubrifiant auxiliaire de transformation (Cire) 5 p. Rubber-propylene-ethylene (EPR) 50 p. 50% ethylene-vinyl acetate copolymer (% monomer 20% by weight) Fillers as fire protector (aluminum hydrate oxide) 100 p. Silane (vinyltrimethoxysilane) 2 p. Peroxide 0.05 p. Dibutylzinc dilaurate condensation catalyst 0.05 p. Plasticizer (Naptenic oil) 10 p. Processing auxiliary lubricant (wax) 5 p.
Stabilisant (TMQ = tétraméthyldihydro- Stabilizer (TMQ = tetramethyldihydro-
quinoléine) 0,4 p. L'exemple de réalisation illustre quinoline) 0.4 p. The exemplary embodiment illustrates
une voie possible du processus.a possible path of the process.
Exemple II:Example II
A. Caoutchouc-propylène-éthylène (EPR) 45 p. Silane 2 p. Peroxyde de greffage du EPR 0,05 p. B. Copolymère éthylène/acétate de vinyle (EVA) (pourcentage de monomère 20 % en poids) 100 p. Silane 2 p. Peroxyde de greffage du copolymère 0,04 p. C. Charge de produit de remplissage p. EPR et 5 p. EVA 10 p. Oxyde hydrate d'aluminium 120 p. Plastifiant 10 p. & Auxiliaire de transformation 5 p. Stabilisant 0,8 p. On mélange les constituants de cette charge. D. mélange A 60 p. mélange B 40 p. mélange C 150 p. Catalyseur éventuellement en tant que charge 0,05 p. Mélanges: Cet exemple de réalisation est en A. Rubber-propylene-ethylene (EPR) 45 p. Silane 2 p. EPR graft peroxide 0.05 p. B. Ethylene Vinyl Acetate (EVA) Copolymer (Mw% 20%) 100 p. Silane 2 p. Graft peroxide of the copolymer 0.04 p. C. Charging filler p. EPR and 5 p. EVA 10 p. Aluminum hydrate oxide 120 p. Plasticizer 10 p. & Processing aid 5 p. Stabilizer 0.8 p. The constituents of this charge are mixed. D. mixture A 60 p. mixture B 40 p. mixture C 150 p. Catalyst optionally as 0.05 p. Mixtures: This embodiment is in
particulier, dans tous les cas, à préférer, dans les- particular, in all cases, to be preferred in
quels les produits de remplissage qui combattent le feu sont utilisés, qui comme par exemple l'hydrate d'oxyde which fire-fighting fillers are used, such as for example oxide hydrate
d'aluminium, cèdent de l'eau à températures élevées. of aluminum, give up water at high temperatures.
Ici on procède de telle façon que l'on greffe les composants du mélange en premier lieu chacun pour soit avec le silane, et on mélange ensuite Here we proceed in such a way that the components of the mixture are grafted in the first place each to be with the silane, and then mixed
les composants greffés ensemble avec la charge de pro- components grafted together with the load of pro
duits de remplissage (C) environ dans un processus de fillings (C) approximately in a process of
mélange à froid, ou bien déjà dosé on l'amène à l'en- cold mix, or already dosed it is brought to the
tonnoir d'un extrudeur de transformation. funnel of a processing extruder.
La fusion, l'homogénéisation et la mise en forme peuvent s'effectuer dans ce procédé Fusion, homogenization and shaping can be carried out in this process
en une étape de travail; la réticulation de l'envelop- in a work stage; the crosslinking of the envelope
pe mise en forme, l'isolement ou similaire est entre- eg, shaping, isolation or the like is
prise par mise en place subséquente d'eau ou simplement taken by subsequent placement of water or simply
en ce que le produit est exposé à l'humidité atmosphé- in that the product is exposed to atmospheric moisture
rique pendant un temps prolongé.for a long time.
Une autre amélioration concernant la lutte contre le feu est caractérisée en ce que comme substance qui rend incombustible on utilise l'hydroxyde de magnésium seul ou en mélange Another improvement concerning the fight against fire is characterized in that the substance that makes incombustible is used magnesium hydroxide alone or in mixture
avec l'hydrate d'oxyde d'aluminium.with aluminum oxide hydrate.
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