Поливинилхлорид (ПВХ) кабельді оқшаулау мен қаптама материалдары үшін басым таңдау болып табылады және оның отқа төзімді қасиеттері электр жүйесінің қауіпсіз жұмысына тікелей байланысты. Көптеген отқа төзімді заттардың арасында,3,5 гидратталған мырыш бораты (2ZnO·3B₂O₃·3,5H₂O)ПВХ кабелінің құрамдас бөліктерінің негізгі құрамдас бөлігі болды. Бұл мақалада бұл таңдаудың ғылыми негізі жүйелі түрде талданады.
3,5% гидратталған мырыш боратының (шамамен 14,5%) кристалды суының құрамы оның термиялық ыдырау температурасы мен ПВХ бастапқы ыдырау температурасы (шамамен 200-300°C) арасындағы тамаша сәйкестікке жету үшін дәл жобаланған. Кабель өрт көзіне тап болған кезде мырыш бораты 210-320°C температура диапазонында кристалды суды бөледі.
Zn₂B₆O₁₁·3,5H₂O → Zn₂B₆O₁₁ + 3,5H₂O↑
Бұл процесс материалдың бетінің температурасын тиімді төмендететін және ПВХ шайыр матрицасының термиялық деградация жылдамдығын кешіктіріп, көп мөлшерде жылуды сіңіреді (шамамен 280 Дж/г дегидратация энтальпиясы). 5-гидрат және 7-гидрат сияқты жоғары гидратация формаларымен салыстырғанда, 3,5 гидраттың дегидратация температурасының терезесі мезгілсіз сусызданудан немесе кешіктірілген сусыздандырудан туындаған қорғаныс соқыр дақтарын болдырмай дәлірек.
Сусыздандырылған сусыз мырыш бораты (Zn₂B₆O₁₁) 400-500°C температурада ериді және ПВХ ыдырауы нәтижесінде түзілетін хлорсутекпен (HCl) әрекеттеседі:
Zn₂B₆O₁₁ + 12HCl → 2ZnCl₂ + 6BCl₃ + 6H₂O
Жасалған ZnCl₂ және BCl₃ кеңейтілген көміртек қабатын құра отырып, ПВХ-ның айқаспалы байланыс реакциясын ынталандыру үшін Льюис қышқылының катализаторы ретінде әрекет етеді. Сонымен бірге бор оксиді 700°C жоғары температурада тұтқыр B₂O₃ әйнегіне айналады.
2BCl₃ + 3H₂O → B₂O₃ + 6HCl
Шыны корпус көміртегі қабатының бетін жауып, тығыз қорғаныс тосқауылын құрайды. Оның динамикалық тұтқырлығы (10³-10⁴ Па·с) оттегінің өтуін және жалын температурасында жылу беруді тиімді блоктай алады.
ПВХ пиролизінен бөлінген HCl материалдың деградациясын тездетіп қана қоймайды, сонымен қатар коррозиялық және улы түтін шығарады.Цинк боратыHCl екі сатылы реакция арқылы тиімді түрде алады:
1. Бастапқы түсіру: беттік гидроксил топтары HCl-мен әрекеттеседі, ZnCl ₂ және бор қышқылын түзеді
2. Екінші реттік түсіру: түзілген бор қышқылы әрі қарай HCl-мен әрекеттеседі және BCl₃ түзеді.
3,5 гидратталған мырыш боратының әрбір мольі теориялық тұрғыдан алғанда 12 моль HCl тұтына алады, ұстау қабілеті 43,7%. Алюминий гидроксиді (бар болғаны 33%) сияқты отқа төзімді дәстүрлі отқа төзімді заттармен салыстырғанда оның бірлік массалық қышқылды бейтараптандыру тиімділігі 32%-ға артады.
ПВХ кабельдерінің формуласында мырыш бораты Sb₂O₃-мен айтарлықтай синергетикалық әсер көрсетеді:
Zn₂B₆O₁₁ + Sb₂O₃ + HCl → ZnSb₂O₅+боросиликатты шыны фазасы
Алынған мырыш сурьма шпинелі (ZnSb₂O₅) жоғары термиялық тұрақтылық (>1000°C) және күшті каталитикалық карбонизациялық қабілеттілік сипаттамаларына ие. Эксперименттік деректер мырыш боратты Sb ₂ O3 массалық қатынасында 3:2 массалық қатынасында қосылса, оттегінің шекті индексін (LOI) 28%-дан 34%-ға дейін арттыруға, ал түтіннің тығыздығын 40%-ға төмендетуге болатынын көрсетеді.
Ұқсас бөлшектердің өлшемдері бар жалынға қарсы заттармен салыстырғанда, 3,5 гидратталған мырыш боратының Mohs қаттылығы кремнезем (7,0) сияқты толтырғыштардан әлдеқайда төмен, небәрі 2,5 құрайды. Оның парақ тәрізді кристалды пішіні (бөлшектердің орташа өлшемі 1-3 μ м, арақатынасы 8-15) ПВХ матрицасында «карта тәрізді» стек құра алады. 15-20 phr дозада қосқанда:
· Созылу беріктігін сақтау деңгейі>85%
·Үзіліс кезінде ұзару тек 12-18%-ға төмендейді
· Экструзияның өңделуіне әсері магний гидроксиді сияқты жалынға қарсы заттарға қарағанда айтарлықтай төмен
Гидратация дәрежесі әртүрлі мырыш боратының өнімділігін салыстыру:
|
Ылғалдандырылған пішін |
Сусыздандырудың басталу температурасы (°C) |
Негізгі дегидратация аралығы (°C) |
ПВХ өңдеу температурасына сәйкестік дәрежесі |
|
3.5 Ылғалдандыру |
215 |
225-320 |
Өте жақсы (ПВХ өңдеу 180-210 ° C) |
|
5 Ылғалдандыру |
185 |
190-280 |
Жақсы (ерте сусыздандыру қаупі бар) |
|
7 Ылғалдандыру |
150 |
155-260 |
Нашар (өңдеу кезінде суды жоғалтуға бейім) |
3.5 Өңдеу кезінде дегидратациядан туындаған кеуектілік пен беттік ақауларды болдырмау үшін гидраттар ПВХ-ның әдеттегі экструзия температурасында (170-190°C) тұрақты болып қалады.
Мырыш боратының диэлектрлік өтімділігі (ε _r=4,2-4,8) ПВХ матрицасына жақын (ε _r=4,0-4,5) және оның қабаттық құрылымы электр өрісінің бағытына параллель орналасқанда:
·10 ¹⁴Ω· см жоғары көлем кедергісін сақтаңыз
·Диэлектрлік шығынның тангенс мәнінің ұлғаюы 0,002-ден аз
·Кабель сыйымдылығының біркелкілігіне аз әсер етеді
Экологиялық тазалық:
· Жедел ауызша уыттылық LD50>5000 мг/кг (нақты токсикалық емес деңгей)
· Құрамында галогендер, ауыр металдар (қорғасын, кадмий, хром және т.б.) жоқ.
· жану өнімдерінде СО түзілуінің 35% төмендеуі (дәстүрлі отқа төзімді жүйелермен салыстырғанда)
Түтін шығару механизмі:
Мырыш бораты ПВХ-да алифаттық фрагменттердің орнына хош иісті көміртекті құрылымдардың түзілуіне ықпал етеді, түтін бөлшектерінің ядролық шекті температурасын 350°С-тан 480°С-қа дейін арттырады және түтіннің тығыздығын (NBS әдісі) 50-60%-ға төмендетеді.
·Төмен түтін және галогенсіз талаптар: магний гидроксидімен (40 phr) біріктірілген мырыш боратының дозасын 25 phr дейін арттыру IEC 61034 түтін тығыздығына<200 қол жеткізуге болады.
· Ыстыққа төзімділіктің жоғары деңгейі (105 ° C): тримеллит қышқылының эфир пластификаторын қолдану арқылы мырыш боратының беті силанды байланыстырушы агентпен өңделеді және термиялық қартаюдан кейін ұзартуды сақтау жылдамдығы> 70% деңгейінде сақталады.
қолданбасы3,5 гидратталған мырыш боратыПВХ кабельдерінде отқа төзімді ғылымдағы «көп механизмдік синергияның» және «өнімділік тепе-теңдігінің» негізгі идеяларын көрсетеді. Оның кристалды суының нақты құрамы, тамаша қышқылды ұстау қабілеті, сурьма негізіндегі отқа төзімді заттармен тиімді синергия және материалдардың электрлік және механикалық қасиеттеріне минималды әсері оны заманауи кабельдік жалынға төзімділік, төмен түтін, уыттылық және жоғары сенімділік сияқты кешенді талаптарды қанағаттандыру үшін тамаша таңдау жасайды.
