Термопластичный огнестойкий полиолефиновый материал для оболочки с низким дымовыделением без галогенов класса B1, 90°C

Когда видишь такое сочетание характеристик, первое, что приходит в голову — это попытка объять необъятное. Термопластичный полиолефин, который одновременно и огнестойкий, и с низким дымообразованием, да ещё и без галогенов — звучит почти как утопия. Но за последние пять лет мы в ООО Чэнду Чжанхэ Новые технологии материалов прошли путь от скепсиса до реальных решений. Многие до сих пор путают термостойкость и огнестойкость, а ведь это принципиально разные вещи — первый параметр касается долговечности при нагреве, второй относится к поведению в огне. И когда заказчик требует B1 по ГОСТ при 90°C, это значит, что материал должен не просто не гореть, но и сохранять функциональность в условиях повышенных температур.

Ошибки в понимании полиолефинов для оболочек

Часто встречал мнение, что любой полиолефиновый материал с антипиренами уже автоматически становится решением для кабелей. На практике же — если просто добавить гидроксид алюминия или магния в полипропилен, получим хрупкую оболочку, которая трескается при монтаже. У нас в лаборатории был случай: образец с 60% наполнителя проходил по дымообразованию, но при изгибе на -15°C давал микротрещины. Пришлось пересматривать всю рецептуру — не только подбирать синергисты антипиренов, но и модифицировать полимерную матрицу.

Ещё один нюанс — многие забывают, что низкое дымообразование не всегда коррелирует с отсутствием галогенов. Бромсодержащие антипирены легко дают показатель дымности ниже 200 Ds по IEC 61034, но тогда теряется экологичность. Мы в ООО Чэнду Чжанхэ изначально пошли по пути безгалогенных систем, но столкнулись с тем, что минеральные наполнители снижают механические свойства. Пришлось разрабатывать собственные компатибилизаторы — сейчас используем модифицированные полиолефины с привитыми функциональными группами, которые улучшают дисперсию наполнителей.

Температурный режим 90°C — это отдельная история. Для термопластичных материалов длительная работа при такой температуре — это почти предел. Особенно если речь идёт о тонкостенных оболочках кабелей. Помню, как на испытаниях для одного из метрополитенов образцы выдерживали 90°C 3000 часов, но после этого ЭПР изоляции начинал мигрировать в оболочку. Пришлось вводить дополнительные барьерные слои в рецептуру — не идеальное решение, но рабочее.

Практические аспекты огнестойкости B1

Класс B1 — это не просто цифра в сертификате. По опыту скажу: многие производители заявляют его, но при реальном пожаре в кабельной галерее разница становится очевидной. Наш материал тестировали в НИИПК ?Энергия? — при групповой прокладке он действительно не распространял горение, но главное — низкое дымообразование подтвердилось в условиях реального теплового потока. Дым был белым, оптическая плотность не превышала 150, что критично для объектов транспорта.

Интересный момент с кислородным индексом. Для B1 нужно минимум 32%, но мы целенаправленно выводили на 36-38%. Казалось бы, перестраховка, но на деле — запас на технологический разброс и старение. Кстати, старение часто недооценивают: материал после 10 лет эксплуатации может терять 3-4% по кислородному индексу из-за миграции пластификаторов. Поэтому в наших рецептурах мы используем стабилизаторы на основе фосфитов — они меньше влияют на дымность.

Огнестойкость часто ассоциируют только с антипиренами, но база — это всё-таки полиолефиновый материал. Мы перепробовали разные основы: сополимеры этилена с октеном, гексеном, даже метилпентеном. Остановились на специальном этилен-бутиленовом сополимере — у него лучше баланс между гибкостью и термостабильностью. Но и это не панацея: при температуре выше 110°C он всё же начинает ?плыть?, поэтому для кабелей с повышенными требованиями рекомендуем всё-таки сшиваемые варианты.

Технологические сложности производства

Экструзия таких материалов — это всегда компромисс между текучестью и дисперсией наполнителей. С нашими рецептурами без галогенов пришлось полностью пересматривать конструкцию шнеков — увеличили зону диспергирования, добавили элементы сдвига. Помню, как первые промышленные партии на стандартном оборудовании давали неравномерное распределение антипиренов — на разрезе видны были сгустки. Пришлось вводить стадию предварительного компаундирования в двух-шнековом экструдере.

Влажность — бич минеральных наполнителей. Даже 0,1% воды в гидроксиде алюминия может давать поры в оболочке. Мы в ООО Чэнду Чжанхэ установили сушилки с точкой росы -40°C, но на некоторых производствах заказчиков этим пренебрегают — потом удивляются, почему кабель не проходит испытания на целостность оболочки.

Интересный случай был с цветом: заказчик требовал чёрный цвет, но сажа влияла на дымообразование. Пришлось разрабатывать систему окраски на основе неорганических пигментов — получилось дороже, но дымность осталась в пределах 120 Ds. Кстати, сейчас многие переходят на цветные полосы для идентификации — это добавляет головной боли, но для объектов с жёсткими требованиями по видимости в дыму необходимо.

Реальные применения и ограничения

Наш материал использовали в кабельных линиях московского метро — там особенно жёсткие требования по низкому дымообразованию. Но при монтаже зимой выявили нюанс: при -25°C оболочка становилась слишком жёсткой. Пришлось разрабатывать зимний вариант с пониженной температурой хрупкости — добавили олефиновый эластомер, но при этом немного пожертвовали термостойкостью (снизили до 85°C). Компромисс, без которого нельзя.

Для объектов энергетики важна не только огнестойкость, но и стойкость к маслам. Тут наш термопластичный материал показал себя не идеально — при контакте с трансформаторным маслом наблюдалось набухание до 5%. Для силовых кабелей в машинных залах это неприемлемо, поэтому для таких случаев рекомендуем другие решения из нашего ассортимента — например, модифицированные ПВХ, хотя они и не полностью безгалогенные.

Ещё один казус — взаимодействие с медью. Вроде бы медь инертна, но при длительном контакте и повышенной температуре ионы меди могут катализировать окисление полиолефина. Добавляли стабилизаторы на основе медьсодержащих ингибиторов, но тогда страдала экологичность. В итоге нашли компромисс: барьерный слой из специального стабилизированного полиэтилена.

Перспективы и недооценённые аспекты

Сейчас многие гонятся за цифрами в сертификатах, но забывают про долговечность. Наш материал мы испытывали в условиях циклического нагрева — 90°C 8 часов, охлаждение, повтор. После 500 циклов некоторые конкурирующие образцы трескались, а наш держался за счёт специальной системы стабилизации. Но признаю — стоимость при этом выше на 15-20%.

Интересное направление — вторичная переработка. Безгалогенные материалы в теории должны лучше перерабатываться, но на практике — после экструзии свойства падают сильнее, чем у обычных полиолефинов. Сейчас экспериментируем с рестабилизацией — добавляем 20% регранулята в первичный материал, пока получается сохранить основные показатели.

На сайте https://www.zhxclkj.ru мы не просто размещаем технические характеристики — там есть реальные отчёты испытаний, в том числе и неудачные. Например, тесты на УФ-стойкость показали, что без дополнительных стабилизаторов материал желтеет за 600 часов. Пришлось разрабатывать специальные добавки — не идеально, но для большинства indoor-применений достаточно.

В целом, термопластичный огнестойкий полиолефиновый материал для оболочки — это не конечный продукт, а постоянно развивающееся решение. Каждый новый проект приносит новые вызовы — то требования по толщине, то по гибкости, то по совместимости с маркировкой. Но именно в этом и есть интерес работы — когда из сухих цифр стандартов рождается реальный продукт, который где-то там, в тоннеле метро или на электростанции, выполняет свою незаметную, но критически важную работу.