PL221664B1 - Kompozyt hybrydowy do zabezpieczenia termicznego urządzeń elektrycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt hybrydowy do zabezpieczenia termicznego urządzeń elektrycznych, pęczniejący pod wpływem temperatury. Materiał przeznaczony jest na wyroby stosowane do zabezpieczenia systemów elektrycznych w rozdzielnicach elektrycznych, skrzynkach szynowych, kablowych, zaciskowych, bezpiecznikowych i innych urządzeniach elektrycznych eksploatowanych w różnych środowiskach zwłaszcza niebezpiecznych. Kompozyt zabezpiecza przed przedostawaniem się do nich tlenu oraz innych gazów, które w wyniku zaistnienia w urządzeniach lub na zewnątrz nich podwyższonych temperatur stają się inicjatorami zagrożenia pożarowego.

Znane są różnego rodzaju zabezpieczenia w postaci uszczelek stosowane w urządzeniach elektrycznych. Najczęściej wykonywane są one z materiałów elastomerowych w tym z gumy, które głównie zabezpieczają znajdujące się wewnątrz skrzynki układy elektryczne przed działaniem czynników zewnętrznych takich jak woda, pył czy też gaz. Mogą one posiadać kształt i wymiar dostosowany do otworu zabezpieczającego. W dotychczasowych rozwiązaniach stosowane uszczelnienia w ro zdzielnicach elektrycznych obejmują przestrzeń pomiędzy otworem skrzynki a drzwiczkami rewizyjnymi. W przypadku przewodów doprowadzających i odprowadzających z rozdzielnic stosowane są gumowe nakładki izolacyjne zabezpieczające te przewody przed działaniem czynników atmosferycznych. Z polskiego opisu wzoru użytkowego 63491 znana jest uszczelka profilowana do pokryw samodoszczelniąjacych układów energetycznych z materiału grafitowo-stalowego, która według wzoru użytkowego charakteryzuje się tym, że stanowi ją sznur uszczelniający składający się z diagonalnego splotu wiązek przędzy stalowografitowej, korzystnie przędzy grafitu ekspandowanego, zbrojonego stalą austenityczną, zawalcowanych do uzyskania wymaganej gęstości materiałowej w przekroju poprzecznym - kształtu trapezu, w którym pobocznica ukośna jest nachylona pod kątem 30-60°, korzystnie 45° a podstawa określa rozmiar sznura. Wielkość podstawy wynoszącej od 4 do 25 mm zależy od ilości wiązek przędzy koniecznej do wykonania splotu, który wynosi co najmniej 6. Znane jest zastosowanie grafitu do wytwarzania materiałów ognioochronnych. Z polskiego opisu patentowego PL 198959 znana jest współwytłaczana, nabrzmiewająca w wysokiej temperaturze, trójstronnie oblicowana wstęga ognioochronna stosowana na uszczelnienia generatorowego gazu oczyszczonego, ochłodzonego oraz generatorowego gazu nieoczyszczonego. Wstęga ognioochronna według patentu wyróżnia się tym, że składa się z nabrzmiewającej w wysokiej temperaturze masy, która trójstronnie otoczona jest przez oblicówkę. Jako matrycę do masy nabrzmiewającej stosuje się elastomery TPE, jako napełniacz stosuje się wermikularny grafit obrobiony kwasem siarkowym a jako dodatki hamujące palenie substancje bezchlorowcowe. Dodawane są również składniki tworzące związki ceramizujące. Oblicówkę wykonuje się z elastomerów TPE. Uszczelnienia te stosowane są do drzwi lub okien ognioochronnych.

Znane są sposoby wytwarzania wstęg ognioochronnych. W opisie patentu EP-B1-0745751 przedstawione są dwa rodzaje wytwarzania wstęg nabrzmiewających w wysokiej temperaturze. Znane są różne związki wykazujące właściwości ekspandujące w podwyższonej temperaturze, które stosowane są do wytwarzania uszczelnień ognioochronnych. Z opisu patentowego PL/EP 1489136T3 znane jest zastosowanie interkalacyjnych związków grafitu dających się ekspandować termicznie do wytwarzania uszczelnień ognioochronnych. Patent ten dotyczy uszczelnień, w których jako napełniacz tworzyw polimerowych stosowany jest związek grafitu zawierający co najmniej jeden halogenek metalu pierwiastków Fe, Al, Sb, Zn, Y, Cr i Ni oraz co najmniej jeden nitroalkan o wzorze CH₃(CH₂)_nNO₂. W zgłoszeniu patentowym WO 9830654 przedstawiono bezchlorowcową kompozycję ekspandującą w wysokiej temperaturze. Jako materiał nośnikowy stosuje się przy tym różne bezchlorowcowe polimery. Składnikiem ekspandującym może być przykładowo grafit lub wermikulit. Kompozycja ta dodatkowo może jeszcze zawierać jeden lub wiele bezchlorowcowych substancji hamujących palenie. Poszczególne składniki najpierw miesza się i następnie wytłacza w postaci wstęg. Wstęgi te można oblicować. Oblicówka może przy tym składać się ze sztywnego lub elastycznego tworzywa sztucznego i nie zawiera żadnych dalszych dodatków.

Kompozyt hybrydowy do zabezpieczenia termicznego urządzeń elektrycznych według wynalazku zawierający materiał polimerowy i grafit oraz napełniacze, charakteryzuje się tym, że materiał pol imerowy stanowi osnowa termoplastyczna o temperaturze przetwarzania poniżej 150°C, zaś napełniacze to grafit modyfikowany w ilości od 5% do 30% wagowych, odpadowe popioły lotne w ilości od 10 do 50% wagowych oraz pył drzewny w ilości 5% do 30% wagowych. Osnowę stanowi kopolimer et ylen(octan winylu) (EVA) lub kopolimer etylen(octan winylu) (EVA) z dodatkiem polietylenu o wysokim wskaźniku szybkości płynięcia w ilości do 5% wagowych. Odpadowe popioły lotne są mieszaniną

PL 221 664 B1 cząstek pełnych i mikrosfer wypełnionych gazem ograniczającym efekt palenia poprzez ich pękanie w podwyższonej temperaturze, a tym samym uwalnianie gazu utrudniającego podtrzymanie płomienia i stanowią dodatek zwiększający odporność materiału na palność. Kompozyt hybrydowy jest wytwarzany poprzez wtrysk, wytłaczanie i prasowanie lub wykrawanie dowolnych kształtów z płyt. Kompozyt wytwarza się dwuetapowo. I etap polega na mechanicznym wymieszaniu składników w temperaturze otoczenia, na przykład 25°C, zaś drugi prowadzi się przy użyciu wytłaczarki jedno lub wielo ślimak owej z głowicą formującą pozwalającą uzyskać wyrób o określonym kształcie. Można również z mat eriału według wynalazku wytworzyć granulat, z którego po procesie prasowania przy użyciu prasy dwustronnie grzanej w określonych warunkach przetwórczych, na przykład w temperaturze prasowania od 160 do 180°C, ciśnieniu 30-60 MPa, czasie prasowania od 120 do 200 sekund uzyskuje się płyty o określonej grubości, na przykład od 1 do 5 mm, z których wykrawa się wyrób o odpowiednich wymiarach spełniający rolę zabezpieczenia termicznego.

Kompozyt według wynalazku charakteryzuje się zdolnością do sterowania wzrostem jego w ymiarów geometrycznych przy wzroście temperatury, dzięki zastosowaniu jako napełniaczy odpadowych popiołów lotnych, której to cechy nie posiadały dotychczas stosowane materiały. Wzrost temperatury na zewnątrz lub wewnątrz urządzenia zabezpieczanego powoduje pęcznienie materiału wzrost objętości materiału od 20 do 200%, a co za tym idzie zwiększenie szczelności urządzenia zabezpieczanego. Wzrost wymiarów można regulować dobierając odpowiednio skład materiału, zawartość w kompozycie grafitu modyfikowanego, jego wielkość oraz zawartość pozostałych składników. Zaletą kompozytu jest także jego elastyczność, która pozwala na swobodne układanie w przestrzeni między elementami skrzynki - urządzenia zabezpieczającego jak również i sprężystość pozwalająca na wypełnienie przestrzeni zabezpieczanej przy wstępnym docisku wywołanym na przykład przy zamykaniu drzwi rewizyjnych skrzynki zabezpieczającej. Ponadto materiał wykazuje się odpornością na działanie czynników biotycznych wywołujących powstawanie grzybów i pleśni na wyrob ie. Zastosowane w materiale dodatki w postaci napełniaczy nieorganicznych oraz organicznych pozwalają na zachowanie kształtu wyrobu po procesie jego rozrostu wywołanego oddziaływaniem termicznym.

Kompozyt według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1, fig. 2 i fig. 3 przedstawiają w widoku perspektywicznym przykładowe profile wykonane z kompozytu według wynalazku przy użyciu wytłaczarki jedno lub wieloślimakowej z głowicą formującą, fig. 4 przedstawia przykładowy wyrób wykrojony z płyty uzyskanej z granulatu wytworzonego z kompozytu według wynalazku, po jego sprasowaniu, fig. 5 i fig. 6 przedstawia przykładowe zastosowanie wytworzonego materiału z kompozytu według wynalazku do zabezpieczenia termicznego skrzynki bezpiecznikowej. Fig. 7 przedstawia ramkę wykonaną z kompozytu, a fig. 8 przedstawia profil wykonany z kompozytu.

P r z y k ł a d 1

Wytworzono materiał o składzie:

Osnowa kopolimer etylen(octan winylu) (EVA) 30%,

Napełniacze :

- grafit modyfikowany w ilości 30%

- nieorganiczny - popiół lotny o wielkości cząstek <0,150 mm w ilości 30%

- organiczny - pył drzewny o wielkości cząstek <0,150 mm, udział wagowy 10%

Do materiałów polimerowych po procesie uplastycznienia w mieszalniku wprowadzono napełniacze w kolejności: pył drzewny, popiół lotny, grafit modyfikowany. Z materiału wykonano granulat, który poddano dalszemu procesowi przetwórstwa (wytłaczanie wstęgi, prasowanie profili/płyt).

Właściwości wytworzonego materiału:

Twardość [°Sh]	73
Wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa]	16
Temperatura zapoczątkowania pęcznienia [°C]	180
Pęcznienie materiału w 200°C [%]	170

P r z y k ł a d 2

Wytworzono materiał o składzie:

Osnowa kopolimer etylen(octan winylu) (EVA) 45%, Polietylen (PE) o wysokim wskaźniku szybkości płynięcia (MFI 30 g/10 min) - 5%

PL 221 664 B1

Napełniacze:

- grafit modyfikowany w ilości 20%

- nieorganiczny - popiół lotny o wielkości cząstek <0,150 mm w ilości 20%

- organiczny - pył drzewny o wielkości cząstek <0,150 mm, udział wagowy 10%

Do materiałów polimerowych po procesie uplastycznienia w mieszalniku wprowadzono napełniacze w kolejności: pył drzewny, popiół lotny, grafit modyfikowany. Z materiału wykonano granulat, który poddano dalszemu procesowi przetwórstwa (wytłaczanie wstęgi, prasowanie profili/płyt).

Właściwości wytworzonego materiału:

Twardość [°Sh]	63
Wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa]	12
Temperatura zapoczątkowania pęcznienia [°C]	180
Pęcznienie materiału w 200°C [%]	140

P r z y k ł a d 3

Wytworzono materiał o składzie:

Osnowa kopolimer etylen(octan winylu) (EVA) 78%, Polietylen (PE) o wysokim wskaźniku szybkości płynięcia (MFI 30 g/10 min) - 2%

Napełniacze:

- grafit modyfikowany w ilości 5%

- nieorganiczny - popiół lotny o wielkości cząstek <0,150 mm w ilości 10%

- organiczny - pył drzewny o wielkości cząstek <0,150 mm, udział wagowy 5%

Do materiałów polimerowych po procesie uplastycznienia w mieszalniku wprowadzono napełniacze w kolejności: pył drzewny, popiół lotny, grafit modyfikowany. Z materiału wykonano granulat, który poddano dalszemu procesowi przetwórstwa (wytłaczanie wstęgi, prasowanie profili/płyt).

Właściwości wytworzonego materiału:

Claims (5)

1. Kompozyt hybrydowy do zabezpieczenia termicznego urządzeń elektrycznych zawierający materiał polimerowy i grafit oraz napełniacze, znamienny tym, że materiał polimerowy stanowi osnowa termoplastyczna o temperaturze przetwarzania poniżej 150°C, zaś napełniacze to grafit modyfik owany w ilości od 5% do 30% wagowych, odpadowe popioły lotne w ilości od 10 do 50% wagowych oraz pył drzewny w ilości 5% do 30% wagowych.

2. Kompozyt hybrydowy według zastrz. 1, znamienny tym, że osnowę stanowi kopolimer etylen(octan winylu) (EVA).

3. Kompozyt hybrydowy według zastrz. 1, znamienny tym, że osnowę stanowi kopolimer etylen(octan winylu) (EVA) z dodatkiem polietylenu o wysokim wskaźniku szybkości płynięcia, w ilości do 5% wagowych.

4. Kompozyt hybrydowy według zastrz. 1, znamienny tym, że odpadowe popioły lotne są mieszaniną cząstek pełnych i mikrosfer wypełnionych gazem.

5. Kompozyt hybrydowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jest wytwarzany metodą wtryskową, przez wytłaczanie i prasowanie lub wykrawanie dowolnych kształtów z płyt.