PL234489B1 - Composite ceramizing mix - Google Patents

Composite ceramizing mix Download PDF

Info

Publication number
PL234489B1
PL234489B1 PL418178A PL41817816A PL234489B1 PL 234489 B1 PL234489 B1 PL 234489B1 PL 418178 A PL418178 A PL 418178A PL 41817816 A PL41817816 A PL 41817816A PL 234489 B1 PL234489 B1 PL 234489B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
ceramizing
composite
oxide
mixture
eva
Prior art date
Application number
PL418178A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL418178A1 (en
Inventor
Jolanta Szlachta
Agnieszka Frańczak
Marek Kyc
Original Assignee
Polimarky Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Spolka Komandytowa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Polimarky Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Spolka Komandytowa filed Critical Polimarky Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Spolka Komandytowa
Priority to PL418178A priority Critical patent/PL234489B1/en
Publication of PL418178A1 publication Critical patent/PL418178A1/en
Publication of PL234489B1 publication Critical patent/PL234489B1/en

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowa mieszanka ceramizująca, do stosowania w szczególności jako ogniochronna osłonka na przewody elektryczne.The subject of the invention is a composite ceramizing mixture, for use in particular as a fireproof covering for electric wires.

Tworzywa sztuczne, ze względu na stosunkowo niewielki ciężar właściwy, odporność na działanie czynników chemicznych oraz dobre właściwości fizykochemiczne, a także możliwość przetwórstwa, są szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu, gdzie zastępują materiały nie-polimerowe takie jak metale, ceramikę czy drewno.Plastics, due to their relatively low specific weight, resistance to chemical agents and good physicochemical properties, as well as the possibility of processing, are widely used in many industries, where they replace non-polymer materials such as metals, ceramics or wood.

Wadą niektórych tworzyw sztucznych, w tym w szczególności tworzyw termoplastycznych jest natomiast stosunkowo niska odporność na działanie wysokich temperatur. Niektóre tworzywa sztuczne ulegają degradacji lub upłynnieniu, nawet w temperaturach poniżej 400°C, a zatem stwarzają zagrożenie w warunkach pożaru.The disadvantage of some plastics, in particular thermoplastics, is the relatively low resistance to high temperatures. Some plastics degrade or liquefy, even at temperatures below 400 ° C, and are therefore hazardous under fire conditions.

W celu ograniczenia palności, do tworzyw sztucznych wprowadza się różnego rodzaju dodatki antypirenowe, którymi są między innymi różnego rodzaju związki chloru lub bromu, zwane także uniepalniaczami halogenowymi. Zaletą antypirenów halogenowych jest niska cena, natomiast wadą jest wytwarzanie w warunkach pożaru chlorowodoru lub bromowodoru, które są drażniące dla ludzi mających kontakt z oparami w przypadku zapalenia tworzywa. Dodatkowo, chlorowodór oraz bromowodór są korozyjne zarówno dla urządzeń, jak i instalacji znajdujących się w strefie pożaru.In order to reduce flammability, various types of flame retardant additives are introduced into plastics, including various types of chlorine or bromine compounds, also known as halogen flame retardants. The advantage of halogen flame retardants is their low price, while their disadvantage is the production of hydrogen chloride or hydrogen bromide under fire conditions, which are irritating to people who come into contact with vapors in the event of plastic ignition. Additionally, hydrogen chloride and hydrogen bromide are corrosive to both equipment and installations in the fire zone.

Znane są ponadto antypireny fosforowo-azotowe do których należą między innymi związki z grupy amonowych pochodnych fosforowych w tym: polifosforan amonu) i polifosforan melaminy), które mogą działać samodzielnie lub też być częścią systemów pęczniejących.There are also known phosphorus-nitrogen flame retardants, which include, inter alia, compounds from the group of ammonium phosphorus derivatives, including: ammonium polyphosphate and melamine polyphosphate), which can act independently or be part of swelling systems.

Innymi znanymi środkami antypirenowymi są związki nieorganiczne: wodorotlenek glinu (Ag(OH)3) (ATH) oraz wodorotlenek magnezu (Mg(OH)2) (MDH). Zaletą tych antypirenów jest brak toksyczności oraz ograniczona dymotwórczość, a także brak wytwarzania się w trakcie pożaru gazów korozyjnych. Wadą ATH oraz MDH jest natomiast konieczność wprowadzania tych związków do tworzyw w dużej ilości w celu uzyskania oczekiwanego stopnia uniepalnienia, co z kolei wpływa na pogorszenie niektórych właściwości przetwórczych oraz użytkowych tworzywa. W związku z tym, opracowuje się mieszanki o działaniu synergetycznym, zawierające poza ATH czy MDH rożnego rodzaju dodatki, umożliwiające ograniczenie zawartości dodatku wodorotlenku glinu czy magnezu do tworzywa, zapewniając tym samym poprawę jego właściwości fizyko-chemicznych. Związkami stosowanymi w tego typu mieszankach synergicznych z ATH czy MDH są między innymi związki boru, w tym borany cynku, oraz kwasu borowego, a także: związki cynowo-cynkowe, związki silikonowe oraz polifosforan melaminy) i talk.Other known flame retardants are inorganic compounds: aluminum hydroxide (Ag (OH) 3) (ATH) and magnesium hydroxide (Mg (OH) 2) (MDH). The advantage of these flame retardants is the lack of toxicity and limited smoke generation, as well as the lack of corrosive gases produced during a fire. The disadvantage of ATH and MDH, however, is the need to introduce these compounds into the plastics in large amounts in order to obtain the expected flame retardancy, which in turn affects the deterioration of some processing and utility properties of the material. Therefore, mixtures with a synergistic effect are developed, containing, in addition to ATH or MDH, various types of additives, enabling the reduction of the content of aluminum or magnesium hydroxide addition to the material, thus improving its physical and chemical properties. The compounds used in this type of synergistic mixtures with ATH or MDH are, among others, boron compounds, including zinc borates, and boric acid, as well as: tin-zinc compounds, silicone compounds and melamine polyphosphate) and talc.

Znane są ponadto dodatki w formie nanonapełniaczy, pełniących funkcję modyfikatorów niektórych właściwości tworzyw sztucznych, w tym zapewniających zwiększenie odporności tworzywa na ogień. Do materiałów tych zalicza się między innymi montmorylonit, bentonit i haloizyt.There are also known additives in the form of nanofillers, which act as modifiers of some properties of plastics, including those that increase the resistance of the material to fire. These materials include, but are not limited to, montmorillonite, bentonite and halloysite.

Inną grupę materiałów, zapewniających ograniczenie palności tworzyw sztucznych stanowią kompozytowe mieszanki ceramizujące, które zapewniają bezhalogenowe uniepalnienie tworzywa połączone z efektem ceramizacji. Kompozytowe mieszanki ceramizujące składają się z matrycy polimerowej ze zdyspergowanymi w matrycy napełniaczami nieorganicznymi, zdolnymi do ceramizacji to jest wytworzenia spieku w wyniku odziaływania wysokiej temperatury.Another group of materials that reduce the flammability of plastics are composite ceramizing mixtures, which ensure halogen-free flame retardance of plastics combined with the ceramization effect. Ceramizing composite mixes consist of a polymer matrix with dispersed inorganic fillers in the matrix, capable of ceramization, i.e. creating a sinter by the action of high temperature.

Kompozytowe mieszanki ceramizujące są wykorzystywane między innymi w sektorze budowlanym, co związane jest z wymaganiami palnościowymi dotyczącymi materiałów budowlanych w tym: zapewnienia bezpieczeństwa ludziom, umożliwienia skutecznej ewakuacji oraz zmniejszenia prędkości rozprzestrzeniania się pożaru w budynku, gdzie rozprzestrzenia się różnymi drogami, poprzez wykorzystanie wszystkich dostępnych materiałów palnych. Szybkość rozwoju pożaru wpływa zatem na wielkość powstałych strat materialnych oraz na zagrożenie dla przebywających w budynku osób.Composite ceramizing mixtures are used, among others, in the construction sector, which is related to the flammability requirements for building materials, including: ensuring the safety of people, enabling effective evacuation and reducing the speed of fire spreading in the building, where it spreads through various routes, by using all available materials flammable. Therefore, the rate of fire development affects the amount of material losses and the risk to people in the building.

Typowo, budynki wyposażone są w instalacje elektryczne, zasilające urządzenia zainstalowane w budynku w energię elektryczną, a także zapewniające komunikację pomiędzy tymi urządzeniami. Kable elektryczne zasilania oraz kable sterujące i komunikacyjne stanowią 31 grupę wyrobów budowlanych wymienioną w załączniku IV do rozporządzenia CPR (z ang. Construction Products Regulation) - stanowiącego Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE nr 305/2011, ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych. Zgodnie z rozporządzeniem CPR, przewody elektryczne muszą spełniać wymagania palnościowe określone normą PN-EN 13501-6, która zawiera 7 Euroklas charakteryzujących kable elektryczne wraz z kryteriami dodatkowymi uwzględniającymi wydzielanie dymu oraz występowanie płonących kropli.Typically, buildings are equipped with electrical installations, supplying the devices installed in the building with electricity, as well as ensuring communication between these devices. Electric power cables as well as control and communication cables constitute the 31st group of construction products listed in Annex IV to the CPR Regulation (Construction Products Regulation) - Regulation of the European Parliament and the EU Council No. 305/2011, establishing harmonized conditions for the marketing of construction products. According to the CPR regulation, electric cables must meet the flammability requirements specified in the PN-EN 13501-6 standard, which includes 7 Euroclasses characterizing electric cables with additional criteria taking into account the emission of smoke and the presence of flaming drops.

PL 234 489 B1PL 234 489 B1

Zgodnie z obowiązującą Dyrektywą CPR, szczególne wymagania stawiane są kablom elektroenergetycznym w obiektach o podwyższonych wymaganiach przeciwpożarowych, w których występują duże skupiska ludzi oraz koncentracja dóbr kulturalnych i materialnych o znacznej wartości, takich jak: szkoły, szpitale, centra handlowe, porty lotnicze, hotele, tunele podziemne, wielokondygnacyjne budynki mieszkalne, stacje kolei podziemnych, garaże podziemne, hale sportowo-widowiskowe, stadiony, kina, teatry, muzea, biurowce oraz kompleksy przemysłowe.In accordance with the current CPR Directive, special requirements are imposed on power cables in facilities with increased fire protection requirements, where there are large groups of people and a concentration of cultural and material assets of significant value, such as: schools, hospitals, shopping centers, airports, hotels, underground tunnels, multi-storey residential buildings, underground railway stations, underground garages, sports and entertainment halls, stadiums, cinemas, theaters, museums, office buildings and industrial complexes.

Wymogi podwyższonej ognioodporności stawiane są także kablom stosowanym w pojazdach taboru szynowego oraz komunikacji miejskiej. Kryteria te spełniają przewody i kable bezhalogenowe nierozprzestrzeniające płomienia oraz kable bezhalogenowe ognioodporne. Kable bezhalogenowe nie rozprzestrzeniające płomienia podczas pożaru nie emitują toksycznych, korozyjnych gazów oraz gęstych dymów, mają właściwości samo gasnące, jednak w warunkach pożaru nie zapewniają dopływu energii elektrycznej, izolacja i powłoka kabla ulega spaleniu nie zachowując swojej funkcji. Natomiast bezhalogenowe kable ognioodporne, oprócz zalet kabli nie rozprzestrzeniających płomienia, zapewniają dopływ energii elektrycznej do urządzeń, których działanie w warunkach pożaru jest niezbędne do prowadzenia szybkiej, bezpiecznej akcji ratunkowej. Do przewodów tego typu zalicza się między innymi: obwody oświetlenia awaryjnego, wyciągi dymu, klimatyzacja, systemy alarmowe, systemy sygnalizacyjne, systemy kontrolne, systemy sterujące, windy osobowe, pompy wody gaszącej, urządzenia wytwarzające kurtynę wodną. Kable tego typu zwane są także kablami bezpieczeństwa ponieważ kable te utrzymują swoją funkcję w warunkach działania ognia przez określony czas, to jest co najmniej 3 godziny w temperaturze 750°C.Requirements for increased fire resistance are also imposed on cables used in vehicles, rolling stock and public transport. These criteria are met by halogen-free flame retardant cables and cables as well as flame-retardant halogen-free cables. Halogen-free cables that do not spread flame during fire do not emit toxic, corrosive gases and dense fumes, they have self-extinguishing properties, but in fire conditions they do not provide electricity supply, the insulation and coating of the cable burns without maintaining its function. On the other hand, halogen-free fireproof cables, in addition to the advantages of non-flame spreading cables, ensure the supply of electricity to devices whose operation in fire conditions is necessary for a quick, safe rescue operation. These types of cables include, among others: emergency lighting circuits, smoke extraction systems, air conditioning, alarm systems, signaling systems, control systems, control systems, passenger lifts, extinguishing water pumps, devices generating a water curtain. Cables of this type are also called safety cables because these cables maintain their function under fire conditions for a specified period of time, i.e. at least 3 hours at a temperature of 750 ° C.

W związku ze szkodliwym działaniem halogenowych dodatków antypirenowych do tworzyw sztucznych, ogranicza się zastosowanie poli(chlorku winylu) (PCV) jako tworzywa powłokowego na przewody elektryczne. PCV zastępuje się natomiast kompozytowymi mieszkankami ceramizującymi na bazie tworzyw poliolefinowych, takich jak sieciowane kauczuki silikonowe.Due to the harmful effect of halogen flame retardant additives for plastics, the use of poly (vinyl chloride) (PVC) as a coating material for electric wires is limited. On the other hand, PVC is being replaced by composite ceramizing compounds based on polyolefin plastics, such as cross-linked silicone rubbers.

Zasada działania kompozytowych mieszanek ceramizujących o właściwościach uniepalnienia tworzywa polega na wytworzeniu pod wpływem ognia i/lub wysokiej temperatury w polimerowej matrycy litego, twardego spieku ceramicznego, który zapewnia ochronę przed dyfuzją ciepła oraz tlenu w głąb kompozytu, hamuje procesy dalszego termicznego rozkładu matrycy polimerowej, a jednocześnie znacząco ogranicza dyfuzję szkodliwych i/lub toksycznych produktów rozkładu matrycy polimerowej do strefy spalania, obniżając tym samym palność tworzywa a także emisję lotnych produktów spalania.The principle of operation of composite ceramizing mixtures with flame retardant properties is based on the formation of a solid, hard sintered ceramic in the polymer matrix under the influence of fire and / or high temperature, which provides protection against heat and oxygen diffusion into the composite, inhibits the processes of further thermal decomposition of the polymer matrix, and at the same time, it significantly reduces the diffusion of harmful and / or toxic products of decomposition of the polymer matrix into the combustion zone, thus reducing the flammability of the material and the emission of volatile combustion products.

Wytworzony spiek ceramiczny eliminuje powstawanie podczas pożaru kapiących, płonących kropli tworzywa zwłaszcza z takich elementów jak sufity, framugi okien i drzwi, co znacznie poprawia efektywną ewakuację osób z miejsca pożaru. Po wytworzeniu spieku, przewód elektryczny osłonięty matrycą polimerową zachowuje funkcję przesyłania energii elektrycznej, w tym także do kluczowych urządzeń akcji ratowniczej, przez określony czas trwania pożaru.The produced ceramic sinter eliminates the formation of dripping, burning drops of plastic during a fire, especially from such elements as ceilings, window and door frames, which significantly improves the effective evacuation of people from the place of fire. After sintering, the electric cable sheathed with a polymer matrix maintains the function of transmitting electricity, including to key rescue equipment, for a specified duration of the fire.

Kompozytowe mieszanki ceramizujące typowo zawierają polimerową matrycę na bazie kauczuków silikonowych, ze względu na ich wysoką stabilność termiczną, oraz zdolność tworzenia krzemionki amorficznej w trakcie spalania. Powstająca krzemionka amorficzna nie występuje w litej postaci, lecz w formie pyłu o małej barierowości, który może być łatwo usunięty z powierzchni przez działanie strumieni gazów w obszarze palenia. Kompozytowe mieszanki ceramizujące poza fazą ciągłą zawierają także napełniacze mineralne, które w warunkach podwyższonej temperatury (pożaru) biorą aktywny udział w specyficznych reakcjach z produktami degradacji łańcucha polimerowego, w tym także z powstającą krzemionką.Ceramizing composite compositions typically contain a polymer matrix based on silicone rubbers due to their high thermal stability and the ability to form amorphous silica upon combustion. The resulting amorphous silica is not in a solid form, but as a low barrier dust that can be easily removed from the surface by the action of gas jets in the smoking area. Apart from the continuous phase, composite ceramizing mixtures also contain mineral fillers, which, under conditions of elevated temperature (fire), actively participate in specific reactions with the degradation products of the polymer chain, including the silica formed.

Znane są ponadto kompozytowe mieszanki ceramizujące zawierające inne niż kauczuk silikonowy tworzywa sztuczne, co jest możliwe dzięki wprowadzeniu do matrycy polimerowej odpowiedniej ilości niskotopliwych topników, tzw. fryt szklanych i/lub napełniaczy mineralnych, których cząstki mogą spiekać się w wysokiej temperaturze. W przypadku tego typu mieszanek ceramizujących matryca polimerowa nie dostarcza składników do wytworzenia spieku ceramicznego, ponieważ podczas działania wysokiej temperatury i/lub ognia ulega częściowej lub całkowitej termicznej destrukcji.There are also known composite ceramizing mixtures containing plastics other than silicone rubber, which is possible thanks to the introduction of an appropriate amount of low-melting fluxes into the polymer matrix, the so-called glass frits and / or mineral fillers, the particles of which can sint at high temperatures. In the case of this type of ceramicizing mixtures, the polymer matrix does not provide components for the production of a ceramic sinter, because it undergoes partial or complete thermal destruction when exposed to high temperature and / or fire.

Efekt częściowej ceramizacji obserwuje się w przypadku klasycznych bezhalogenowych tworzyw termoplastycznych, na przykład opartych na matrycy PE i EVA stosowanych na powłoki kabli nie rozprzestrzeniających płomienia, zawierających jako fazę rozproszoną mineralne napełniacze typu wodorotlenku glinu (ATH) czy wodorotlenku magnezu (MDH). Mechanizm prowadzący do uformowania się barierowej zgorzeliny na powierzchni tego typu kompozytów opiera się na kondensacji grup hydroksylowych obecnych w ATH czy MDH i wytworzeniu mostków tlenowych pomiędzy poszczególnymi cząstkami napełniacza. Tak powstała zgorzelina nie posiada jednak dużej wytrzymałości mechanicznej.The effect of partial ceramization is observed in the case of classic halogen-free thermoplastics, for example based on a PE and EVA matrix, used for coatings of non-flame spreading cables, containing mineral fillers such as aluminum hydroxide (ATH) or magnesium hydroxide (MDH) as dispersed phase. The mechanism leading to the formation of a barrier scale on the surface of this type of composites is based on the condensation of hydroxyl groups present in ATH or MDH and the formation of oxygen bridges between individual filler particles. The scale formed in this way, however, does not have high mechanical strength.

PL 234 489 B1PL 234 489 B1

W publikacji „Effect of zinc borate on flammability/thermal properties of ethylene vinyl acetate filled with metal hydroxides” (Maziyar Sabet; Azman Hassan; Chantara Thevy Ratnam, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 32(15), str. 1122-1128, sierpień 2013), opisano kompozyty ceramizujące zawierające jako mineralne napełniacze obok ATH i MDH dodatkowo: kaolin, talk, kredę, mikę, związki molibdenu, boran cynku. Zastosowane dodatki poprawiły odporność kompozytów na ogień, przy czym najtwardszą zgorzelinę uzyskano dla związków molibdenu i boranu cynku.In the publication "Effect of zinc borate on flammability / thermal properties of ethylene vinyl acetate filled with metal hydroxides" (Maziyar Sabet; Azman Hassan; Chantara Thevy Ratnam, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 32 (15), pp. 1122-1128, August 2013), ceramizing composites containing mineral fillers, in addition to ATH and MDH, additionally: kaolin, talc, chalk, mica, molybdenum compounds, zinc borate are described. The applied additives improved the fire resistance of the composites, the hardest scale was obtained for the compounds of molybdenum and zinc borate.

Znane są ponadto kompozytowe mieszanki ceramizujące zapewniające uzyskanie zgorzeliny o podwyższonej barierowości z zastosowaniem warstwowych glinokrzemianów, które posiadają wysoką wartość współczynnika kształtu i łatwo ulegają modyfikacji powierzchniowej ułatwiającej następnie ich zdyspergowanie w matrycy polimerowej.There are also known ceramic composites that provide scales with increased barrier properties with the use of layered aluminosilicates, which have a high aspect ratio value and are easily subject to surface modification, which facilitates their subsequent dispersion in the polymer matrix.

Przykładowo, w publikacji “Contribution of Nanoclays to the Flame Retardancy of Polyethylene Based Cable Insulation Materials with Aluminum Hydroxide and Zinc Borate” (C. Kaynak, E. Ibibikcan, Journal of Fire Sciences; 32 (2), str. 121-144, Marzec 2014) opisano tworzenie trwałej zgorzeliny w kompozytach stosowanych na osłony kabli, zawierających polietylen niskiej gęstości (LDPE) i kopolimer: poli(etylen-co-octan winylu) (EVA) jako bazę polimerową oraz ATH i boran cynku jako układ uniepalniający i dodatkowo modyfikowany powierzchniowo montmorylonit.For example, in "Contribution of Nanoclays to the Flame Retardancy of Polyethylene Based Cable Insulation Materials with Aluminum Hydroxide and Zinc Borate" (C. Kaynak, E. Ibibikcan, Journal of Fire Sciences; 32 (2), pp. 121-144, March 2014) describes the formation of permanent scale in composites used for cable sheaths, containing low density polyethylene (LDPE) and a copolymer: poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) as a polymer base, and ATH and zinc borate as a flame retardant system and additionally modified surface montmorillonite.

Niemniej jednak, pomimo opracowanych układów uniepalniających, w kompozytach na bazie organicznej matrycy i nieorganicznych napełniaczy powstanie pod wpływem ognia i/lub temperatury zgorzeliny o dostatecznej wytrzymałości pozostaje nadal ograniczone. W warunkach wystarczająco wysokiej temperatury i dostępu tlenu, powstające podczas pożaru produkty gazowe z wypalania resztek matrycy polimerowej uwięzionej w zgorzelinie powodują jej rozrywanie, a następnie całkowitą destrukcję.However, despite the developed flame retardant systems, in composites based on an organic matrix and inorganic fillers, the formation of sufficiently strong scale under the influence of fire and / or temperature remains limited. In conditions of a sufficiently high temperature and oxygen access, the gaseous products generated during a fire from burning out the remains of the polymer matrix trapped in the scale cause its tearing and then complete destruction.

Pomimo częściowej ceramizacji, mieszanki tego typu stosuje się między innymi na powłoki i izolacje bezhalogenowych kabli nierozprzestrzeniających płomienia spełniające wymagania dyrektywy CPR.Despite partial ceramization, mixtures of this type are used, among others, for coatings and insulation of halogen-free flame retardant cables that meet the requirements of the CPR directive.

Kable ogniotrwałe, oprócz wymagań bezhalogenowości i nierozprzestrzeniania płomienia, muszą spełnić dodatkowe kryteria związane z zachowaniem integralności obwodu elektrycznego przez określony czas w warunkach pożaru. Z punktu widzenia materiałów użytych do budowy tego typu kabli, zwłaszcza powłok, istotne jest zastosowanie mieszanek ceramizujących, które w warunkach pożaru utworzą wokół przewodu lity, twardy spiek, odporny na wysoką temperaturę i zewnętrzne obciążenia mechaniczne, przykładowo strumień wody używany do gaszenia pożaru. Tego typu spieki powstają w kompozytach zawierających w matrycy polimerowej niskotopliwe szkliwa tlenkowe, tzw. fryty szklane.Refractory cables, in addition to the requirements of halogen-free and flame-retardant, must meet additional criteria related to maintaining the integrity of the electrical circuit for a specified period of time under fire conditions. From the point of view of the materials used for the construction of this type of cables, especially coatings, it is important to use ceramizing mixtures which, under fire conditions, will form a solid, hard sinter around the cable, resistant to high temperature and external mechanical loads, for example a water jet used to extinguish a fire. Sinters of this type are formed in composites containing low-melting oxide glazes in the polymer matrix, the so-called glass frits.

Fryty szklane to drobno zmielone szkło, którego wielkość ziaren może wynosić od 0,4:200 μm. W skład fryty mogą wchodzić różne tlenki, przykładowo: Na2O, K2O, B2O3, PbO, CaO, AbO3, SiO2, BaO, ZnO, MgO, Li2O, ZrO2, MnO2. Odpowiedni dobór tlenków pozwala uzyskać fryty o rożnych temperaturach mięknięcia i spiekania. Z punktu widzenia mieszanek ceramizujących pożądanym jest zastosowanie fryt o stosunkowo niskiej temperaturze mięknięcia i spiekana, tak aby ceramiczny spiek zaczął tworzyć się jeszcze przed wypaleniem matrycy polimerowej. Stwarza to konieczność stosowania tlenków metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych obniżających wprawdzie temperaturę mięknięcia fryty, ale cechujących się dużą higroskopijnością, co wiąże się z suszeniem materiału przed przetwórstwem i może wpływać na obniżenie niektórych parametrów samego tworzywa. Dodatkowo istotnym jest zapewnienie odpowiedniego uziarnienia i monodyspersyjności proszku fryty dla pomyślnej realizacji procesu spiekania prowadzącego do uzyskania spieku ceramicznego o odpowiedniej odporności mechanicznej. Im większe rozdrobnienie fryty tym lepsza odporność mechaniczna spieku, dlatego w mieszankach ceramizujących pożądanym jest aby wielkość ziaren fryty była rzędu d90< 1,2 μm.Glass frits are finely ground glass, the grain size of which can be from 0.4: 200 μm. The frit may contain various oxides, for example: Na2O, K2O, B2O3, PbO, CaO, AbO3, SiO2, BaO, ZnO, MgO, Li2O, ZrO2, MnO2. Appropriate selection of oxides allows to obtain frits with different softening and sintering temperatures. From the point of view of ceramizing mixtures, it is desirable to use frits with a relatively low softening point and sintered so that a ceramic frit begins to form before the firing of the polymer matrix. This necessitates the use of alkali metal and alkaline earth metal oxides that lower the softening point of the frit, but are highly hygroscopic, which is associated with drying the material before processing and may lower some parameters of the material itself. Additionally, it is important to ensure the appropriate particle size and monodispersity of the frit powder for the successful implementation of the sintering process leading to a ceramic sinter with appropriate mechanical resistance. The greater the fragmentation of the frit, the better the mechanical resistance of the sinter, therefore in ceramizing mixtures it is desirable that the frit grain size be of the order of d90 <1.2 μm.

W publikacji „Ceramifying Fire-Resistant Polyethylene Composites” (Wang T., Shao H., Zhang Q., Adv Comp Lett 2010, 19, 175) opisano właściwości termiczne, palność, stabilność wymiarową po obróbce cieplnej i odporność na szoki termiczne, kompozytów ceramizujących bazujących na matrycy z liniowego polietylenu o niskiej gęstości (LLDPE) zawierających jako topnik frytę szklaną (wytworzoną z CaCO3, SiO2 MgO, B(OH)3 i ZnO) oraz zmielone włókno szklane typu E.The publication "Ceramifying Fire-Resistant Polyethylene Composites" (Wang T., Shao H., Zhang Q., Adv Comp Lett 2010, 19, 175) describes the thermal properties, flammability, dimensional stability after heat treatment and thermal shock resistance of composites ceramizing materials based on a matrix of linear low density polyethylene (LLDPE) containing a glass frit as a flux (made of CaCO3, SiO2 MgO, B (OH) 3 and ZnO) and ground glass fiber of type E

Wadą zastosowania fryt szklanych jest ich wysoka cena, wynikająca ze specyficznych operacji rozdrabniania oraz konieczność wprowadzania dużej ilości tego materiału do matrycy polimerowej aby uzyskać efekt ceramizacji, co istotnie wpływa na pogorszenie nie tylko warunków przetwórstwa, ale również pogorszenie właściwości mechanicznych tworzywa, zwłaszcza drastyczną utratę elastyczności.The disadvantage of using glass frits is their high price, resulting from specific grinding operations and the need to introduce a large amount of this material into the polymer matrix to obtain the ceramization effect, which significantly affects not only the processing conditions, but also the deterioration of the mechanical properties of the material, especially the drastic loss of flexibility .

Jednym z wymogą stawianych kompozytowym mieszankom ceramizującym jest niska temperatura mięknięcia, tak aby zwilżanie cząstek napełniaczy przez frytę następowało już w pierwszych etapach pożaru rozpoczynając etap ceramizacji.One of the requirements for composite ceramizing mixtures is a low softening point, so that the wetting of the filler particles by the frit occurs already in the first stages of the fire, starting the ceramization stage.

PL 234 489 B1PL 234 489 B1

Fryty o najniższych temperaturach topnienia uzyskuje się poprzez zastosowanie w kompozycji tlenkowej tlenku ołowiu (PbO), który jest jednak związkiem toksycznym i nie jest pożądane, aby był składnikiem powłok tak zwanych „kabli bezpieczeństwa”.Frits with the lowest melting points are obtained by using lead oxide (PbO) in the oxide composition, which is however a toxic compound and is not desirable to be a component of so-called "safety cables" coatings.

Ponadto, ze względów związanych z barwieniem powłok kabli według odpowiednich oznaczeń, wskazane jest unikanie w kompozycji tlenkowej barwnych tlenków, przykładowo tlenku manganu, które później trudno jest przebarwić na pożądany kolor.Moreover, for reasons related to the dyeing of cable sheaths according to the corresponding markings, it is advisable to avoid colored oxides in the oxide composition, for example manganese oxide, which are difficult to discolor to the desired color later on.

Wskazanym jest natomiast, aby mieszanka ceramizująca zawierała również uniepalniacze bezhalogenowe typu wodorotlenku glinu czy wodorotlenku magnezu, dla których dehydratacja zachodzi w temperaturach niższych niż temperatura całkowitej degradacji matrycy polimerowej i mięknięcia fryty szklanej.It is advisable, however, that the ceramic mixture should also contain halogen-free flame retardants such as aluminum hydroxide or magnesium hydroxide, for which dehydration takes place at temperatures lower than the temperature of complete degradation of the polymer matrix and softening of the glass frit.

Dodatkowo, kompozytowe mieszanki ceramizujące powinny spełniać określone normy przedmiotowe w zakresie właściwości mechanicznych: przed i po starzeniu w różnych środowiskach przykładowo: woda, ozon, rozpuszczalniki organiczne, kwasy czy zasady, a także odporności na niskie i wysokie temperatury, właściwości elektryczne czy toksykologiczne. Spełnienie uregulowań normatywnych przez mieszanki ceramizujące zapewnia prawidłową pracę kabla w normalnych warunkach eksploatacji. Zbiór norm IEC 60811 (EN 60811) zawiera, w poszczególnych częściach, metodykę wielu kluczowych badań dla materiałów niemetalowych stosowanych w kablach oraz przewodach elektrycznych i światłowodowych. Typowo stosowanymi normami zawierającymi wymagana dla bezhalogenowych mieszanek termoplastycznych na powłoki i izolacje kabli są: DIN VDE 0276-604 dla HM4, DIN VDE 0250-214 dla HM2, BS 7655 dla LTS1, LTS2, LTS3, LTS4, EN 50363 dla TM7, TI6, TI7, IEC 60092-359 dla SHF1, gdzie obok podstawowych właściwości przywołane są również wymagania pod kątem spełnienia dyrektywy CPR: ilość wydzielonego dymu i maksymalna zawartość halogenowodorów.Additionally, composite ceramizing mixtures should meet specific standards in terms of mechanical properties: before and after aging in various environments, for example: water, ozone, organic solvents, acids or alkalis, as well as resistance to low and high temperatures, electrical and toxicological properties. Compliance with the normative regulations by ceramizing mixtures ensures correct operation of the cable under normal operating conditions. The set of standards IEC 60811 (EN 60811) contains, in individual parts, the methodology of many key tests for non-metallic materials used in cables, electric and fiber optic cables. Typically used standards containing the required for halogen-free thermoplastic mixtures for coatings and cable insulation are: DIN VDE 0276-604 for HM4, DIN VDE 0250-214 for HM2, BS 7655 for LTS1, LTS2, LTS3, LTS4, EN 50363 for TM7, TI6, TI7, IEC 60092-359 for SHF1, where in addition to the basic properties, the requirements for compliance with the CPR directive are also referred to: the amount of smoke released and the maximum content of hydrogen halides.

Ponadto, także z literatury patentowej znane są różnego rodzaju kompozytowe mieszanki ceramizujące.Moreover, various types of composite ceramizing mixtures are known also from the patent literature.

Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US20060068201 znana jest kompozytowa mieszanka ceramizująca zawierająca jako fazę ciągłą organiczny polimer termoplastyczny wybrany z grupy polimerów: olefinowych, winylowych, akrylowych oraz kopolimeru etylenu i octanu winylu (EVA) w ilości od 15 do 75% wag. Faza ciągła mieszanki ceramizującej zawiera ponadto polimer silikonowy w ilości co najmniej 15% wag. Mieszanka zawiera ponadto wypełniacze nieorganiczne: mikę oraz frytę szklaną składającą się z tlenków nieorganicznych: krzemu, glinu, wapnia, manganu baru oraz cynku, w ilości nie mniejszej niż 15% wag. a także talk w ilości od 14 do 52% wag. Własności ceramizujące uzyskuje się przy zastosowaniu PE z dodatkiem polimeru silikonowego jako składnika ułatwiającego proces ceramizacji, co powoduje wzrost ceny mieszanki.From the US patent application US20060068201 a composite ceramizing mixture is known, containing as a continuous phase an organic thermoplastic polymer selected from the group of: olefinic, vinyl, acrylic and ethylene vinyl acetate (EVA) polymers in an amount from 15 to 75% by weight. The continuous phase of the ceramizing mixture further comprises a silicone polymer in an amount of at least 15 wt.%. The blend also contains inorganic fillers: mica and glass frit consisting of inorganic oxides: silicon, aluminum, calcium, barium manganese and zinc, in an amount not less than 15% by weight. and talc in an amount from 14 to 52 wt.%. The ceramizing properties are obtained when PE with the addition of a silicone polymer as a component facilitating the ceramization process, which increases the price of the mixture.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego WO2016038427 znana jest ponadto kompozytowa mieszanka ceramizująca zawierająca jako fazę ciągłą: kopolimer poli(etylen-co-octan winylu) (EVA) w ilości nie mniejszej niż 60% wag. w odniesieniu do zawartości fazy ciągłej. Jako wypełniacze organiczne mieszanka zawiera natomiast: krzemionkę amorficzną w ilości nie mniejszej niż 25% wag. kompozytowej mieszanki, tlenki alkaiczne w ilości nie mniejszej niż 3% wag, czynnik stabilizujący: MgO, CaO, PbO, B2O3 w ilości od 5 do 15% wag. kompozytowej mieszanki oraz do 5% wag. wodorotlenku magnezu lub glinu. Taka mieszanka w niektórych przykładach wykonania nie spełnia jednak wymagań dotyczących integralności powłoki w procesie spalania w temperaturze 1000°C lub wymagań mechanicznych dotyczących wydłużenia wg HM2/ SHF1.The international patent application WO2016038427 also describes a composite ceramizing mixture containing as a continuous phase: poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) copolymer in an amount of not less than 60% by weight. with respect to the content of the continuous phase. As organic fillers, the blend contains: amorphous silica in an amount not lower than 25% by weight. of the composite blend, alkaline oxides in an amount not less than 3 wt.%, stabilizing agent: MgO, CaO, PbO, B2O3 in an amount of 5 to 15 wt.%. % of the composite blend and up to 5 wt. magnesium or aluminum hydroxide. However, such a blend does not meet the coating integrity requirements of the 1000 ° C combustion process or the HM2 / SHF1 elongation requirements in some embodiments.

Ponadto, z europejskiego zgłoszenia patentowego EP2879135 znana jest kompozytowa mieszanka ceramizująca do stosowania jako osłona na przewody elektryczne, zawierająca jako fazę ciągłą mieszankę liniowego polietylenu o niskiej gęstości (LLDPE), kopolimeru etylenowo-octanowy oraz terpolimeru etylenowo-propylenow-dienowego (EPDM). Jako dodatek nieorganiczny mieszanka zawiera: krzemionkę oraz polimer nieorganiczny z grupy poliorganosiloksanów.Moreover, from European patent application EP2879135 a composite ceramizing mixture for use as a sheath for electric wires is known, comprising as a continuous phase a blend of linear low density polyethylene (LLDPE), ethylene-acetate copolymer and ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM). As an inorganic additive, the mixture contains: silica and an inorganic polymer from the group of polyorganosiloxanes.

Z patentu amerykańskiego US517396 znana jest natomiast kompozytowa mieszanka ceramizująca zawierająca w składzie nieorganiczny tlenek topiący się w temperaturze 350°C to jest tlenek boru, potasu lub ołowiu, tlenek nieorganiczny krystalizujący w temperaturze 650°C oraz materiał polimerowy wybrany z grupy składającej się z: polietylenu (PE), polipropylenu (PP), EPDM, kwasu akrylowego oraz octanu winylu.American patent US517396 discloses a composite ceramizing mixture containing an inorganic oxide that melts at 350 ° C, i.e. boron, potassium or lead oxide, an inorganic oxide crystallizing at 650 ° C, and a polymer material selected from the group consisting of: polyethylene (PE), polypropylene (PP), EPDM, acrylic acid and vinyl acetate.

Dodatkowo, z międzynarodowego zgłoszenia patentowego W09843251 znana jest kompozytowa mieszanka ceramizująca zawierająca gumę silikonową oraz wypełniacze nieorganiczne, którymi są tlenki: glinu, magnezu, boru, wapnia, strontu, baru, potasu, litu. Mieszanka zawiera ponadto szkło wodne oraz szkło potasowe.In addition, from the international patent application W09843251 a composite ceramizing mixture containing silicone rubber and inorganic fillers is known, which are oxides of: aluminum, magnesium, boron, calcium, strontium, barium, potassium, lithium. The mixture also contains water glass and potassium glass.

PL 234 489 B1PL 234 489 B1

Z przytoczonych powyżej publikacji wynika, iż skład kompozytowych mieszanek ceramizujących podlega ciągłym modyfikacjom oraz jest przedmiotem wielu prac badawczych, obejmujących zastosowanie w mieszankach ceramizujących wypełniaczy wpływających na poprawę właściwości fizycznych, mechanicznych oraz termicznych tego typu mieszanek, a także parametrów powstającej w wyniku pożaru lub odziaływania wysokiej temperatury zgorzeliny.The publications cited above show that the composition of composite ceramizing mixtures is subject to constant modifications and is the subject of many research works, including the use of fillers in ceramizing mixtures, which improve the physical, mechanical and thermal properties of this type of mixtures, as well as the parameters resulting from fire or high impact. scale temperature.

Celowym byłoby zatem opracowanie kompozytowej mieszanki ceramizującej wykazującej dobre właściwości przetwórcze oraz użytkowe, a także właściwości zgorzeliny wytwarzającej się w wyniku pożaru lub odziaływania na mieszankę podwyższonej temperatury, z jednoczesnym zachowaniem niskich kosztów wytworzenia kompozytowej mieszanki ceramizującej.Therefore, it would be advisable to develop a composite ceramizing mixture showing good processing and use properties, as well as the properties of scale generated as a result of fire or the action of an elevated temperature on the mixture, while maintaining low production costs of the composite ceramizing mixture.

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowa mieszanka ceramizująca, zawierająca: matrycę polimerową na bazie liniowego polietylenu o niskiej gęstości (LLDPE) oraz kopolimeru: poli(etylenu-co-octanu winylu) (EVA) oraz fazę rozproszoną w polimerowej matrycy zawierającą: frytę szklaną zawierającą: tlenek wapnia (CaO), tlenek potasu (K2O), tlenek sodu (Na2O), tlenek glinu (AI2O3), tlenek krzemu (SiO)2, tlenek baru (BaO), tlenek cynku (ZnO), oraz tlenek boru (B2O3) oraz napełniacze mineralne wybrane z grupy składającej się z wodorotlenku glinu (ATH), wodorotlenku magnezu (MDH), talku, kredy oraz krzemionki. Mieszanka charakteryzuje się tym, że jako składniki matrycy polimerowej zawiera ponadto: poli(etylen-co-octan winylu) szczepiony bezwodnikiem maleinowym (EVA-g-MAH) oraz co najmniej jeden środek wspomagający przetwórstwo wybrany z grupy składającej się z: mieszaniny kwasów tłuszczowych oraz monostearynianu gliceryny (GMS); przy czym stosunek wagowy składników kom pozytowej mieszanki ceramizującej wynosi odpowiednio: od 5 do 15 LLDPE: od 20 do 35 EVA: od 50 do 70 fryta szklana i napełniacze mineralne: od 2 do 10 EVA-g-MAH: od 1 do 5 GMS; przy jednoczesnym zachowaniu stosunku wagowego składników fryty szklanej i napełniaczy mineralnych wynoszącego odpowiednio: od 0,5 do 2 fryta szklana: od 0,5 do 1,5 ATH: od 0,5 do 1,5 MDH: od 0 do 1 talk: od 0 do 1 kreda: od 0,5 do 1,5 krzemionka.The subject of the invention is a composite ceramizing mixture containing: a polymer matrix based on linear low-density polyethylene (LLDPE) and a copolymer: poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) and a phase dispersed in a polymer matrix containing: a glass frit containing: calcium oxide (CaO), potassium oxide (K2O), sodium oxide (Na2O), aluminum oxide (Al2O3), silicon oxide (SiO) 2, barium oxide (BaO), zinc oxide (ZnO), and boron oxide (B2O3) and mineral fillers selected from the group consisting of aluminum hydroxide (ATH), magnesium hydroxide (MDH), talc, chalk and silica. The blend is characterized by the fact that as constituents of the polymer matrix it further comprises: poly (ethylene-co-vinyl acetate) grafted with maleic anhydride (EVA-g-MAH) and at least one processing aid selected from the group consisting of: a mixture of fatty acids and glycerol monostearate (GMS); wherein the weight ratio of the components of the composite ceramizing blend is respectively: 5 to 15 LLDPE: 20 to 35 EVA: 50 to 70 glass frit and mineral fillers: 2 to 10 EVA-g-MAH: 1 to 5 GMS; while maintaining the weight ratio of the components of the glass frit and mineral fillers, respectively: from 0.5 to 2 glass frit: from 0.5 to 1.5 ATH: from 0.5 to 1.5 MDH: from 0 to 1 talc: from 0 to 1 chalk: 0.5 to 1.5 silica.

Korzystnie, mieszanka zawiera frytę szklaną o wielkości uziarnienia składników nie większej niż 30 μm.Preferably, the mixture comprises a glass frit with a particle size of the components not greater than 30 µm.

Korzystnie, mieszanka zawiera napełniacze mineralne o wielkości uziarnienia nie większej niż 30 μm.Preferably, the blend contains mineral fillers with a grain size not greater than 30 µm.

Przedmiot wynalazku przedstawiono poniżej w przykładach wykonania i za pomocą rysunku, na którym,The subject of the invention is shown below in the following examples and by means of a drawing, in which

Fig. 1A-1D przedstawia tabele zestawiające wymagania dla bezhalogenowych tworzyw termoplastycznych stosowanych jako powłoki przewodów elektrycznych do 1kV;Figures 1A-1D are tables listing the requirements for halogen-free thermoplastics used as coatings for electric wires up to 1kV;

Fig. 2 przedstawia tabelę, w której zestawiono wyniki testów przeprowadzonych dla mieszanki kompozytowej według pierwszego przykładu wykonania według odpowiednich norm;Fig. 2 is a table that summarizes the results of the tests carried out with the composite blend of the first embodiment according to the relevant standards;

Fig. 3 przedstawia tabelę, w której zestawiono wyniki testów przeprowadzonych dla mieszanki kompozytowej według drugiego przykładu wykonania według odpowiednich norm.Fig. 3 shows a table that summarizes the results of the tests carried out with the composite blend of the second embodiment according to the relevant standards.

Kompozytowa mieszanka ceramizująca według wynalazku jest mieszanką bezhalogenową, która może być w szczególności stosowana jako materiał na osłonki izolacyjne przewodów elektrycznych. Kompozytowa mieszanka ceramizująca spełnia wymagania obowiązujących norm dla bezhalogenowych tworzyw termoplastycznych stosowanych na powłoki oraz izolacje kabli, w tym także wymagania dyrektywy CPR.The composite ceramizing mixture according to the invention is a halogen-free mixture that can be used in particular as a material for insulating sheathing of electric cables. The composite ceramizing mixture meets the requirements of the applicable standards for halogen-free thermoplastics used for coatings and insulation of cables, including the requirements of the CPR directive.

Kompozytowa mieszanka ceramizująca zawiera:The composite ceramizing mixture contains:

- fazę ciągła będącą matrycą polimerową zawierającą: liniowy polietylen o niskiej gęstości (LLDPE) oraz kopolimer: poli(etylen-co-octan winylu) oraz- a continuous phase being a polymer matrix containing: linear low density polyethylene (LLDPE) and copolymer: poly (ethylene-co-vinyl acetate) and

- fazę rozproszoną w matrycy polimerowej zawierającą:- a phase dispersed in a polymer matrix containing:

- frytę szklaną zawierającą: tlenek wapnia (CaO), tlenek potasu (K2O), tlenek sodu (Na2O), tlenek glinu (AI2O3), tlenek krzemu (SiO)2, tlenek baru (BaO), tlenek cynku (ZnO), oraz tlenek (B2O3) o temperaturze mięknięcia w zakresie od 450-700°C oraz uziarnieniu w zakresie od 0,1-30 μm; oraz- glass frit containing: calcium oxide (CaO), potassium oxide (K2O), sodium oxide (Na2O), aluminum oxide (Al2O3), silicon oxide (SiO) 2, barium oxide (BaO), zinc oxide (ZnO), and oxide (B2O3) with a softening point in the range of 450-700 ° C and particle size in the range of 0.1-30 μm; and

- napełniacze mineralne: wodorotlenek glinu (AI(OH)3) (zwany także ATH), wodorotlenek magnezu (Mg(OH)2) (znany także MDH), talk, kredę oraz krzemionkę, o uziarnieniu w zakresie 0,1-30 μm;- mineral fillers: aluminum hydroxide (AI (OH) 3) (also called ATH), magnesium hydroxide (Mg (OH) 2) (also known as MDH), talc, chalk and silica, with a grain size range of 0.1-30 μm ;

- kopolimer: poli(etylen-co-octan winylu) szczepiony bezwodnikiem maleinowym (EVA-g-MAH); oraz- copolymer: poly (ethylene-co-vinyl acetate) maleic anhydride grafted (EVA-g-MAH); and

- co najmniej jeden środek wspomagający przetwórstwo wybrany z grupy składającej się z: mieszaniny kwasów tłuszczowych oraz monostearynian gliceryny (GMS);- at least one processing aid selected from the group consisting of: fatty acid mixtures and glycerol monostearate (GMS);

PL 234 489 B1 przy zachowaniu stosunku wagowanego składników kompozytowej mieszanki ceramizującej LLDPE : EVA : fryta szklana i napełniacze mineralne : EVA-g-MAH : GMS wynoszącego odpowiednio: od 5 do 15 LLDPE : od 20 do 35 EVA : od 50 do 70 fryta szklana i napełniacze mineralne : od 2 do 10 EVA-g-MAH : od 1 do 5 GMS oraz przy jednoczesnym zachowaniu stosunku: fryta szklana : wodorotlenek glinu (ATH) : wodorotlenek magnezu (MDH) : talk : kreda : krzemionka wynoszącego odpowiednio: od 0,5 do 2 fryta szkl ana : od 0,5 do 1,5 ATH : od 0,5 do 1,5 MDH : od 0 do 1 talk : od 0 do 1 kreda : od 0,5 do 1,5 krzemionka.PL 234 489 B1 while maintaining the weight ratio of the components of the LLDPE: EVA composite ceramic mixture: glass frit and mineral fillers: EVA-g-MAH: GMS of, respectively: 5 to 15 LLDPE: 20 to 35 EVA: 50 to 70 glass frit and mineral fillers: from 2 to 10 EVA-g-MAH: from 1 to 5 GMS and while maintaining the ratio: glass frit: aluminum hydroxide (ATH): magnesium hydroxide (MDH): talc: chalk: silica, respectively: from 0 , 5 to 2 glass frit: 0.5 to 1.5 ATH: 0.5 to 1.5 MDH: 0 to 1 talc: 0 to 1 chalk: 0.5 to 1.5 silica.

Kompozytowa mieszanka ceramizująca nie zawiera w składzie matrycy polimerowej polimerów z grupy kauczuków silikonowych, co zapewniło obniżenie kosztów wytworzenia produktu. Kompozycja zawiera natomiast tańsze polimery: LLDPE oraz EVA oraz środki antypirenowe: ATH oraz MDH, przy jednoczesnym uzyskaniu dobrych parametrów przetwórczych oraz użytkowych uzyskanej kompozytowej mieszanki ceramizującej.The composite ceramizing mixture does not contain polymers from the group of silicone rubbers in the composition of the polymer matrix, which reduced the production costs of the product. The composition, on the other hand, contains cheaper polymers: LLDPE and EVA and flame retardants: ATH and MDH, while obtaining good processing and operational parameters of the obtained composite ceramizing mixture.

Kompozytowa mieszanka ceramizująca wykazuje dobre właściwości mechaniczne w zakresie wydłużenia oraz naprężenia oraz ma zgodne z obowiązującymi normami wyniki starzenia w wodzie oraz w oleju, co jest związane z zastosowaną zawartością LLDPE w mieszance.The composite ceramizing mixture shows good mechanical properties in terms of elongation and stress and has the aging results in water and in oil in accordance with the applicable standards, which is related to the LLDPE content in the mixture.

Zastosowanie kopolimeru: poli(etylen-co-octan winylu) szczepionego bezwodnikiem maleinowym (EVA-g-MAH) w stosunku wagowym wynoszącym od 2 do 10 zapewnia poprawę dyspersji składników antypirenowych ATH oraz MDH w kompozytowej mieszance ceramizującej, co zapewnia tworzenie się in situ Al2O3 i MgO, które wraz z frytą promują ceramizację w trakcie pożaru lub odziaływania na mieszankę wysokiej temperatury.The use of the copolymer: poly (ethylene-co-vinyl acetate) grafted with maleic anhydride (EVA-g-MAH) in a weight ratio ranging from 2 to 10 provides an improvement in the dispersion of ATH and MDH anti-pyrene components in the composite ceramizing mixture, which ensures the in situ formation of Al2O3 and MgO, which, together with the frit, promote ceramization during a fire or high temperature treatment of the mixture.

ATH wprowadzony do kompozycji w opisanym powyżej stosunku wagowym, zapewnia obniżenie temperatury w której rozpoczyna się proces ceramizacji mieszanki wynoszącej 650°C - dla znanych mieszanek zawierających ATH lub MDH; do temperatury wynoszącej 550°C - dla mieszanki według wynalazku.ATH introduced into the composition in the above-described weight ratio, reduces the temperature at which the mixture ceramization process begins, amounting to 650 ° C - for known mixtures containing ATH or MDH; to a temperature of 550 ° C - for the mix according to the invention.

Zastosowanie dodatku EVA-g-MAH umożliwiło zatem zastosowanie w mieszance jednocześnie ATH oraz MDH stanowiących bezpieczne dodatki antypirenowe, przy jednoczesnej możliwości całkowitej eliminacji ze składu matrycy polimerowej drogich kauczuków silikonowych, które w całości zastąpiono tańszymi polimerami: LLDPE oraz EVA.The use of the EVA-g-MAH additive made it possible to use ATH and MDH simultaneously in the mixture, which are safe flame retardant additives, with the simultaneous possibility of complete elimination of expensive silicone rubbers from the composition of the polymer matrix, which were completely replaced with cheaper polymers: LLDPE and EVA.

Kompozytowa mieszanka ceramizująca zawiera zatem w składzie jednocześnie dwa związki będące promotorami procesu ceramizacji, to jest: ATH oraz MDH, charakteryzuję się obniżoną temperaturą w której rozpoczyna się proces ceramizacji oraz jednocześnie charakteryzuje się lepszymi parametrami użytkowymi, w tym wytrzymałością mechaniczną i lepszymi parametrami starzeniowymi.Therefore, the composite ceramizing mixture contains two compounds that are the promoters of the ceramization process, i.e. ATH and MDH, characterized by a lower temperature at which the ceramization process begins and at the same time characterized by better performance parameters, including mechanical strength and better aging parameters.

Ponadto, zastosowanie fryty szklanej oraz napełniaczy mineralnych: talku oraz kredy, zapewniło obniżenie kosztów wytworzenia kompozytowej mieszanki ceramizującej, w porównaniu do znanych mieszanek ceramizujących na bazie polimerów elastomerów, takich jak kauczuki silikonowe.In addition, the use of glass frit and mineral fillers: talc and chalk, reduced the production costs of the composite ceramizing mixture compared to known ceramizing mixtures based on elastomer polymers, such as silicone rubbers.

W celu oceny właściwości kompozytowej mieszanki ceramizującej o podanym powyżej składzie, wytworzoną mieszankę poddano testom zgodnie z normami dotyczącymi wymagań dla bezhalogenowych tworzyw sztucznych termoplastycznych stosowanych jako powłoki na przewody elektryczne do 1kV. Badania mieszanki ceramizującej przeprowadzono zgodnie z następującymi normami: DIN VDE 0250-214 dla HM2, BS 7655 dla LTS1, LTS2, LTS3, LTS4 i IEC 60092-359 dla SHF1, natomiast na Fig. 1A-1D zestawiono w tabeli wyniki testów. Wyniki testów potwierdziły, iż kompozytowa mieszanka ceramizująca spełnia wymagania dla wszystkich wyżej wymienionych norm.In order to assess the properties of the composite ceramizing mixture with the above composition, the mixture was tested in accordance with the standards concerning the requirements for halogen-free thermoplastics used as coatings for electric wires up to 1kV. Tests of the ceramizing mixture were carried out in accordance with the following standards: DIN VDE 0250-214 for HM2, BS 7655 for LTS1, LTS2, LTS3, LTS4 and IEC 60092-359 for SHF1, while the test results are summarized in Fig. 1A-1D. The test results confirmed that the composite ceramizing mixture meets the requirements for all the above-mentioned standards.

PPRZYKŁADY WYKONANIA KOMPOZYTOWEJ MIESZANKI CERAMIZAUJĄCEJ:EXAMPLES OF MAKING A COMPOSITE CERAMIZING MIXTURE:

P r z y k ł a d IP r z k ł a d I

Fazę rozproszoną kompozytowej mieszanki ceramizującej sporządzono poprzez zmieszanie ze sobą następujących komponentów:The dispersed phase of the composite ceramizing mixture was prepared by mixing together the following components:

- fryta szklana o temperaturze mięknięcia 480°C, rozmiarze ziaren d90 < 4 μm i następującym składzie tlenkowym: 10%CaO, 2%K2O, 24%Na2O, 5%AbO3, 59%SiO2 - fryta szklana stanowiła łącznie 50 części wagowych fazy rozproszonej,- glass frit with a softening point of 480 ° C, grain size d90 <4 μm and the following oxide composition: 10% CaO, 2% K2O, 24% Na2O, 5% AbO3, 59% SiO2 - the glass frit constituted a total of 50 parts by weight of the dispersed phase ,

- wodorotlenek glinu o powierzchni właściwej (BET) 2,5 m2/g i wielkości ziaren d90 < 3,5 μm, stanowiący 100 części wagowych fazy rozproszonej,- aluminum hydroxide with a specific surface area (BET) of 2.5 m 2 / g and a grain size of d90 <3.5 μm, constituting 100 parts by weight of the dispersed phase,

- talk o powierzchni właściwej (BET) 14 m2/g i wielkości ziaren d90 < 3,5 μm, stanowiący 50 części wagowych fazy rozproszonej,- talc having a specific surface area (BET) 14 m 2 / g, particle size d90 <3.5 microns, representing 50 parts by weight of the dispersed phase.

- kreda o powierzchni właściwej (BET) 10 m2/g i wielkości ziaren d90 < 4 μm stanowiąca 50 części wagowych fazy rozproszonej,- chalk having a specific surface (BET) 10 m 2 / g, particle size d90 <4 microns constitutes 50 parts by weight of the dispersed phase.

PL 234 489 B1PL 234 489 B1

- amorficzna krzemionka o powierzchni właściwej (BET) 20 m2/g i wielkości ziaren ok. 0,15 μm, stanowiąca 50 części wagowych fazy rozproszonej.- amorphous silica with a specific surface area (BET) of 20 m 2 / g and a grain size of approx. 0.15 μm, constituting 50 parts by weight of the dispersed phase.

Tak przygotowaną fazę rozproszoną w łącznej ilości wynoszącej 60 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej dodano w procesie compoudowania do przygotowanej matrycy polimerowej zawierającej:The dispersed phase prepared in this way in a total amount of 60 parts by weight of the composite ceramizing mixture was added in the compounding process to the prepared polymer matrix containing:

- kopolimer poli(etylen-co-octan winylu) (EVA) o zawartości octanu winylu 26-28%, wskaźniku szybkości płynięcia 3-4,5 g/10 min i gęstości 0,95 g/cm3, w ilości 25 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej;- poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) copolymer with a vinyl acetate content of 26-28%, a melt index of 3-4.5 g / 10 min and a density of 0.95 g / cm 3 , 25 parts by weight composite ceramizing mixture;

- liniowy polietylen o małej gęstości (LLDPE) o wskaźniku płynięcia 1-2 g/10 min i gęstości 0,92 g/cm3, w ilości 9 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej, oraz zawierającej:- linear low-density polyethylene (LLDPE) with a flow index of 1-2 g / 10 min and a density of 0.92 g / cm 3 , in the amount of 9 parts by weight of the composite ceramizing mixture, and containing:

- kopolimer poli(etylen-co-octan winylu) szczepiony bezwodnikiem maleinowym (EVA-g-MAH) o wskaźniku płynięcia 1,5 g/10 min i gęstości 0,96 g/cm3 w ilości 4 części wagowe kompozytowej mieszanki ceramizującej;- poly (ethylene-co-vinyl acetate) maleic anhydride (EVA-g-MAH) grafted with a melt index of 1.5 g / 10 min and a density of 0.96 g / cm 3 in the amount of 4 parts by weight of a composite ceramizing mixture;

- mieszaninę kwasów tłuszczowych o gęstości 0,96 g/cm3, w ilości 1,5 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej;a mixture of fatty acids with a density of 0.96 g / cm 3 , in an amount of 1.5 parts by weight of the composite ceramizing mixture;

- monostearynian gliceryny w ilości 0,5 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej.glycerol monostearate in an amount of 0.5 parts by weight of the composite ceramizing mixture.

Uzyskaną mieszankę ceramizującą poddano testom zgodnie z normą DIN VDE 0250-214, których wyniki zestawiono w tabeli na Fig. 2. Wyniki testów potwierdziły zgodność parametrów uzyskanej kompozycji z normą DIN VDE 0250-214.The obtained ceramic mix was tested in accordance with DIN VDE 0250-214, the results of which are summarized in the table in Fig. 2. The test results confirmed the compliance of the parameters of the obtained composition with the DIN VDE 0250-214 standard.

P r z y k ł a d IIP r z x l a d II

Fazę rozproszoną kompozytowej mieszanki ceramizującej sporządzono poprzez zmieszanie ze sobą następujących komponentów:The dispersed phase of the composite ceramizing mixture was prepared by mixing together the following components:

- fryta szklana o temperaturze mięknięcia 510°C, rozmiarze ziaren d90 < 4 μm i składzie tlenkowym: 10%BaO, 3%CaO, 5%Na2O, 4%ZnO, 5%AbO3, 13%B2O3, 45%SiO2, 15%MnO2 - stanowiąca łącznie 100 części wagowych fazy rozproszonej;- glass frit with a softening point of 510 ° C, grain size d90 <4 μm and oxide composition: 10% BaO, 3% CaO, 5% Na2O, 4% ZnO, 5% AbO3, 13% B2O3, 45% SiO2, 15% MnO2 - totaling 100 parts by weight of the dispersed phase;

- wodorotlenek glinu o powierzchni właściwej (BET) 2,5 m2/g i wielkości ziaren d90 < 3,5 μm, stanowiący 50 części wagowych;- aluminum hydroxide with a specific surface area (BET) of 2.5 m 2 / g and a d90 grain size <3.5 μm, being 50 parts by weight;

- amorficzna krzemionka o powierzchni właściwej (BET) 20 m2/g i wielkości ziaren ok. 0,15 μm, stanowiącego 50 części wagowych fazy rozproszonej;- amorphous silica with a specific surface area (BET) of 20 m 2 / g and a grain size of approx. 0.15 μm, constituting 50 parts by weight of the dispersed phase;

- wodorotlenek magnezu o powierzchni właściwej (BET) 10 m 2/g i wielkości ziaren d90 < 2 μm, stanowiącego 100 części wagowych fazy rozproszonej.- magnesium hydroxide with a specific surface area (BET) of 10 m 2 / g and a particle size d90 <2 μm, constituting 100 parts by weight of the dispersed phase.

Tak przygotowaną fazę rozproszoną w łącznej ilości wynoszącej 60 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej dodano w procesie compoudowania do przygotowanej matrycy polimerowej zawierającej:The dispersed phase prepared in this way in a total amount of 60 parts by weight of the composite ceramizing mixture was added in the compounding process to the prepared polymer matrix containing:

- kopolimer: poli(etylen-co-octan winylu) (EVA) o zawartości octanu winylu 26-28%, wskaźniku szybkości płynięcia 3-4,5 g/10 min i gęstości 0,95 g/cm3, w ilości 26 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej,- copolymer: poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) with a vinyl acetate content of 26-28%, a melt index of 3-4.5 g / 10 min and a density of 0.95 g / cm 3 , in the amount of 26 parts by weight of the composite ceramizing mixture,

- liniowy polietylen o niskiej gęstości (LLDPE) o wskaźniku płynięcia 1-2 g/10 min i gęstości 0,92 g/cm3, w ilości 8 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej;- linear low density polyethylene (LLDPE) with a melt index of 1-2 g / 10 min and a density of 0.92 g / cm 3 , in an amount of 8 parts by weight of the ceramic composite blend;

oraz zawierającej:and containing:

- kopolimer poli(etylen-co-octan winylu) szczepiony bezwodnikiem maleinowym (EVA-g-MAH) o wskaźniku płynięcia 1,5 g/10 min i gęstości 0,96 g/cm3, w ilości 4 części wagowe kompozytowej mieszanki ceramizującej;- poly (ethylene-co-vinyl acetate) maleic anhydride (EVA-g-MAH) grafted copolymer having a melt index of 1.5 g / 10 min and a density of 0.96 g / cm 3 , in an amount of 4 parts by weight of a composite ceramizing mixture;

- mieszaninę kwasów tłuszczowych o gęstości 0,96 g/cm3, w ilości 1,5 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej; oraza mixture of fatty acids with a density of 0.96 g / cm 3 , in an amount of 1.5 parts by weight of the composite ceramizing mixture; and

- monostearynian gliceryny w ilości 0,5 części wagowych kompozytowej mieszanki ceramizującej.glycerol monostearate in an amount of 0.5 parts by weight of the composite ceramizing mixture.

Uzyskaną mieszankę ceramizującą poddano testom zgodnie z normą: DIN VDE 0250-214, których wyniki zestawiono w tabeli na Fig. 3. Wyniki testów potwierdziły zgodność parametrów uzyskanej kompozycji z normą DIN VDE 0250-214.The obtained ceramic mix was tested in accordance with the standard: DIN VDE 0250-214, the results of which are summarized in the table in Fig. 3. The test results confirmed the compliance of the parameters of the obtained composition with the DIN VDE 0250-214 standard.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Kompozytowa mieszanka ceramizująca, zawierająca:1. Composite ceramizing mixture containing: - matrycę polimerową na bazie liniowego polietylenu o niskiej gęstości (LLDPE) oraz kopolimeru: poli(etylenu-co-octanu winylu) (EVA); oraz- a polymer matrix based on linear low-density polyethylene (LLDPE) and a copolymer: poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA); and - fazę rozporoszoną w polimerowej matrycy zawierającą:- a phase dispersed in a polymer matrix containing: - frytę szklaną zawierającą: tlenek wapnia (CaO), tlenek potasu (K2O), tlenek sodu (Na2O), tlenek glinu (AI2O3), tlenek krzemu (SiO)2, tlenek baru (BaO), tlenek cynku (ZnO), oraz tlenek boru (B2O3) oraz- glass frit containing: calcium oxide (CaO), potassium oxide (K2O), sodium oxide (Na2O), aluminum oxide (Al2O3), silicon oxide (SiO) 2, barium oxide (BaO), zinc oxide (ZnO), and oxide boron (B2O3) and - napełniacze mineralne wybrane z grupy składającej się z wodorotlenku glinu (ATH), wodorotlenku magnezu (MDH), talku, kredy oraz krzemionki;- mineral fillers selected from the group consisting of aluminum hydroxide (ATH), magnesium hydroxide (MDH), talc, chalk and silica; znamienna tym, że:characterized in that: - jako składniki matrycy polimerowej zawiera ponadto:- as components of the polymer matrix, it also contains: - poli(etylen-co-octan winylu) szczepiony bezwodnikiem maleinowym (EVA-g-MAH) oraz- poly (ethylene-co-vinyl acetate) grafted with maleic anhydride (EVA-g-MAH) and - co najmniej jeden środek wspomagający przetwórstwo wybrany z grupy składającej się z: mieszaniny kwasów tłuszczowych oraz monostearynianu gliceryny (GMS);- at least one processing aid selected from the group consisting of: a mixture of fatty acids and glycerol monostearate (GMS); - przy czym stosunek wagowy składników kompozytowej mieszanki ceramizującej wynosi odpowiednio: od 5 do 15 LLDPE : od 20 do 35 EVA : od 50 do 70 fryta szklana i napełniacze mineralne : od 2 do 10 EVA-g-MAH : od 1 do 5 GMS;- wherein the weight ratio of the components of the composite ceramic blend is respectively: 5 to 15 LLDPE: 20 to 35 EVA: 50 to 70 glass frit and mineral fillers: 2 to 10 EVA-g-MAH: 1 to 5 GMS; - przy jednoczesnym zachowaniu stosunku wagowego składników fryty szklanej i napełniaczy mineralnych wynoszącego odpowiednio: od 0,5 do 2 fryta szklana : od 0,5 do 1,5 ATH : od 0,5 do 1,5 MDH : od 0 do 1 talk : od 0 do 1 kreda : od 0,5 do 1,5 krzemionka.- while maintaining the weight ratio of the components of the glass frit and mineral fillers, respectively: from 0.5 to 2 glass frit: from 0.5 to 1.5 ATH: from 0.5 to 1.5 MDH: from 0 to 1 talc: 0 to 1 chalk: 0.5 to 1.5 silica. 2. Mieszanka według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że zawiera frytę szklaną o wielkości uziarnienia składników nie większej niż 30 μm.2. Mix according to claim 1, characterized in that it contains a glass frit with a particle size of the components not greater than 30 µm. 3. Mieszanka według dowolnego z powyższych zastrzeżeń, znamienna tym, że zawiera napełniacze mineralne o wielkości uziarnienia nie większej niż 30 μm.3. Mix according to any one of the preceding claims, characterized in that it contains mineral fillers with a particle size not greater than 30 µm.
PL418178A 2016-08-03 2016-08-03 Composite ceramizing mix PL234489B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL418178A PL234489B1 (en) 2016-08-03 2016-08-03 Composite ceramizing mix

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL418178A PL234489B1 (en) 2016-08-03 2016-08-03 Composite ceramizing mix

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL418178A1 PL418178A1 (en) 2018-02-12
PL234489B1 true PL234489B1 (en) 2020-03-31

Family

ID=61148656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL418178A PL234489B1 (en) 2016-08-03 2016-08-03 Composite ceramizing mix

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL234489B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL418178A1 (en) 2018-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107286637B (en) A low-smoke halogen-free flame-retardant and ceramizable thermoplastic polyurethane elastomer composite material and its preparation method and application
KR101375743B1 (en) Fire resistant compositions
CN107383576B (en) Low-smoke halogen-free flame-retardant ceramizable thermoplastic polyolefin elastomer composite material and preparation method and application thereof
EP3192082B1 (en) Fire resistant cable with ceramifiable layer
ES2112594T5 (en) ANTI-FLAMMABLE COMPOSITION FOR THE MANUFACTURE OF ELECTRICAL CABLES WITH MAINTENANCE OF ISOLATION AND / OR OPERATION.
US6797200B2 (en) Self-extinguishing cable and fire retardant composition used therein
US20060068201A1 (en) Fire resistant polymeric compositions
CN1973019A (en) Ceramifying composition for fire protection
KR101261592B1 (en) Fire resistant cable
US5496881A (en) Composition for forming fireproof coatings and caulking and a method of use
US6616866B1 (en) Fire barrier materials
CN106832647A (en) A kind of high-strength fireproof cold-resistant electric wire cable
KR101589060B1 (en) Environment Friendly and None Toxic Intumescent Fire-Retardant Paint
KR20220013505A (en) Enclosure of distribution panel, motor control panel, distribution panel, and solar junction box with enhanced heat-resistant performance coated with inorganic non-combustible paint for fire diffusion prevention
EP0751535B1 (en) Cable having superior resistance to flame spread and smoke evolution
RU2567955C2 (en) Composition, based on liquid low-molecular siloxane caoutchouc for fireproof material
Beyer Flame retardant selection for cable industry
Beyer Flame Retardancy of Cables
KR102813669B1 (en) Insulation sheet having fire extinguishing layer
KR20240105950A (en) Coating liquid composition containing an extinguishing agent
EP1273014B1 (en) Self-extinguishing cable and fire retardant composition used therein
Hernandez 10 Intumescent Sealants
KR20070017921A (en) A fire-resistant composition, in particular as material for a power and/or a telecommunications cable
Wald Development of an alternative solution to mica tape for fire resistant cables
SCHMIDT Cables under fire