Мастербатч на основе радиационно-сшитого полиолефина класса B1 для изоляции

Когда слышишь про мастербатч на основе радиационно-сшитого полиолефина класса B1, половина технологов сразу представляет себе паспорта с идеальными цифрами по дымообразованию и огнестойкости. Но на практике эти цифры часто ?плывут? при переходе на промышленные экструдеры. Мы в ООО Чэнду Чжанхэ Новые технологии материалов через это прошли — сначала думали, что достаточно добиться по ГОСТу В2-В1, а оказалось, что радиационная сшивка в составе мастербатча ведёт себя непредсказуемо при разных скоростях переработки.

Почему класс B1 — это не только про огнестойкость

Многие заказчики до сих пор уверены, что главное в таком материале — это соответствие нормам по горючести. Да, низкое дымообразование и отсутствие галогенов критичны, но если не учесть реологию расплава, при экструзии на высокоскоростных линиях получаем либо дефекты изоляции, либо падение степени сшивки. В 2022 году мы тестировали партию для кабеля АПвПу — на лабораторном оборудовании всё выходило по ТУ, а на производственном экструдере ?Бумеранг? начались проблемы с равномерностью толщины изоляции.

Пришлось корректировать состав — добавлять полиолефиновую основу с более широким ММР. Кстати, именно тогда мы убедились, что радиационно-сшитый полиолефин не терпит универсальных решений: для тонкостенной изоляции нужны одни параметры текучести, для силовых кабелей — другие. И если в рецептуре не заложен запас по стабильности, при радиационной обработке после экструзии может возникнуть продольная усадка.

Опыт показал: даже при идеальных показателях по ГОСТ Р реальное поведение материала зависит от того, как он ведёт себя в зоне термостабилизации экструдера. Мы сейчас для таких случаев держим отдельную линейку мастербатчей с маркировкой ?RC-B1/HP? — высокопроизводительные, с адаптированной к скоростным линиям реологией.

Ошибки при подборе совместимых добавок

Одна из частых проблем — попытка ?улучшить? уже готовый мастербатч дополнительными присадками. Как-то раз крупный заказчик самостоятельно добавил антипирен на основе фосфора в нашу композицию — думал, повысит огнестойкость. В итоге при радиационной сшивке пошла неравномерная гель-фракция, и кабель не прошёл испытания на ударную вязкость при низких температурах.

Это классический пример, когда формально состав соответствует классу B1, но механические свойства ?проседают?. Мы такие кейсы теперь используем в консультациях — показываем, что наш мастербатч уже сбалансирован под определённые условия переработки, и любое стороннее вмешательство требует повторных испытаний.

Кстати, о стабильности: мы настраиваем рецептуры так, чтобы можно было работать с разным оборудованием для радиационной сшивки — хоть на электронных ускорителях, хоть на γ-установках. Но тут есть нюанс — если доза облучения превышает 250 кГр, может начаться деструкция полимера, особенно если в основе — ЛПЭНП. Поэтому в составы для кабелей с повышенными требованиями добавляем стабилизаторы на основе фенольных антиоксидантов, но строго дозированно — иначе теряем в гибкости.

Практические кейсы: от испытаний до монтажа

В 2023 году поставляли партию для объекта в Красноярске — кабели для тоннельной прокладки. Заказчик требовал не только В1, но и устойчивость к длительному нагреву до 110°C. Лабораторные испытания прошли успешно, но на объекте выяснилось, что при монтаже в лотках изоляция местами трескалась — оказалось, виновата была не рецептура, а условия хранения кабеля перед укладкой: ночные заморозки, а мастербатч хоть и радиационно-сшитый, но чувствителен к резким перепадам температур перед радиационной обработкой.

Пришлось оперативно дорабатывать техкарты — ввели обязательный прогрев бухт перед монтажом при температуре не ниже +5°C. Это теперь прописываем в рекомендациях для северных регионов.

Ещё один момент — взаимодействие с медной жилой. Если в составе мастербатча есть неправильно подобранные стабилизаторы, со временем может начаться миграция и окисление меди. Мы это отследили на ускоренных испытаниях — выдерживали образцы при 135°C 168 часов, потом смотрели состояние контакта. Пришлось отказаться от одного из пластификаторов, хотя по горючести он давал отличные показатели.

Нюансы переработки на стандартном оборудовании

Не все производители готовы менять техпроцесс под новый материал. Как-то пришлось адаптировать наш мастербатч на основе радиационно-сшитого полиолефина под старый экструдер с длиной шнека всего 20D. Давление на головке прыгало, степень сшивки падала до 65% вместо требуемых 85%. Решение нашли за счёт предварительной грануляции — сделали двухстадийный процесс, но это увеличило себестоимость. Вывод: для такого оборудования лучше использовать составы с повышенной текучестью, но тогда немного жертвуем механическими свойствами.

Зато на современных линиях, например, от Troester или Davis-Standard, те же рецептуры показывают стабильность даже при скоростях экструзии выше 25 м/мин. Но здесь важно контролировать температуру в зоне охлаждения — если вода в ванне слишком холодная, возникает внутреннее напряжение, которое потом аукнется при радиационной обработке.

Кстати, о радиационной обработке: мы сотрудничаем с технологами из https://www.zhxclkj.ru — они как раз специализируются на экологичных материалах для кабелей, и их данные по стойкости к УФ-излучению нам очень пригодились при разработке мастербатчей для наружной прокладки.

Что в перспективе: новые вызовы и решения

Сейчас вижу тенденцию к ужесточению требований не только по горючести, но и по дымообразованию в замкнутых пространствах. Наш полиолефин класса B1 показывает на испытаниях оптическую плотность дыма около 150-180, но некоторые заказчики хотят ниже 100. Это требует пересмотра всей системы антипиренов — возможно, придётся комбинировать фосфорные и азотные соединения, но без потери степени сшивки.

Ещё один вызов — совместимость с цветными концентратами. Не все пигменты стабильны при дозах облучения свыше 200 кГр. Пришлось разрабатывать отдельную серию мастербатчей с маркировкой ?Color-Stable?, где используются специальные термо- и радиационно-стойкие пигменты. Но это увеличивает стоимость килограмма процентов на 15-20.

В целом, несмотря на все сложности, направление с радиационно-сшитыми полиолефинами класса B1 считаю перспективным. Особенно с учётом того, что ООО Чэнду Чжанхэ Новые технологии материалов продолжает исследования в области модифицированных пластиков — их наработки по инженерным пластикам помогают нам улучшать ударную вязкость без потери огнестойких свойств. Думаю, в ближайшие год-два выйдем на рецептуры, которые будут стабильно работать даже в условиях экстремальных термических нагрузок.