Polivinilxlorid (PVC) kabel izolyasiyası və örtük materialları üçün üstünlük təşkil edən seçimdir və onun alov gecikdirici xüsusiyyətləri enerji sisteminin təhlükəsiz işləməsi ilə birbaşa bağlıdır. Çoxsaylı alov gecikdiriciləri arasında,3,5 hidratlı sink borat (2ZnO·3B₂O₃·3,5H₂O)PVC kabel formulalarının əsas komponentinə çevrilmişdir. Bu məqalə bu seçimin arxasında duran elmi əsasları sistemli şəkildə təhlil edəcəkdir.
3,5% hidratlı sink boratın (təxminən 14,5%) kristal suyunun tərkibi onun termal parçalanma temperaturu ilə PVC-nin ilkin parçalanma temperaturu (təxminən 200-300°C) arasında ideal uyğunluğa nail olmaq üçün dəqiq şəkildə nəzərdə tutulmuşdur. Kabel yanğın mənbəyi ilə qarşılaşdıqda, sink borat 210-320 ° C temperatur aralığında kristal su buraxır.
Zn₂B₆O₁₁·3,5H₂O → Zn₂B₆O₁₁ + 3,5H₂O↑
Bu proses böyük miqdarda istilik (təxminən 280 J/q susuzlaşdırma entalpiyası) udur, materialın səthinin temperaturunu effektiv şəkildə azaldır və PVC qatran matrisinin termal deqradasiya dərəcəsini gecikdirir. 5-hidrat və 7-hidrat kimi yüksək nəmləndirmə formaları ilə müqayisədə, 3.5 hidrat susuzlaşdırma temperaturu pəncərəsi daha dəqiqdir, vaxtından əvvəl susuzlaşdırma və ya gecikmiş susuzlaşdırma nəticəsində yaranan qoruyucu kor ləkələrdən qaçınır.
Susuzlaşdırılmış susuz sink borat (Zn₂B₆O₁₁) 400-500°C temperaturda əriyir və PVC-nin parçalanması nəticəsində yaranan hidrogen xlorid (HCl) ilə reaksiya verir:
Zn₂B₆O₁₁ + 12HCl → 2ZnCl₂ + 6BCl₃ + 6H₂O
Yaradılan ZnCl₂ və BCl₃ Lyuis turşusu katalizatorları kimi çıxış edərək, genişlənmiş karbon təbəqəsi əmələ gətirərək PVC-nin çarpaz əlaqə reaksiyasını təşviq edir. Eyni zamanda, bor oksidi 700°C-dən yuxarı temperaturda özlü B₂O₃ şüşəyə çevrilir.
2BCl₃ + 3H₂O → B₂O₃ + 6HCl
Şüşə gövdə karbon təbəqəsinin səthini əhatə edərək, sıx qoruyucu maneə əmələ gətirir. Onun dinamik özlülüyü (10³-10⁴ Pa·s) alov temperaturunda oksigenin nüfuzunu və istilik ötürülməsini effektiv şəkildə blok edə bilər.
PVC pirolizindən ayrılan HCl nəinki materialın deqradasiyasını sürətləndirir, həm də aşındırıcı və zəhərli tüstü yaradır.Sink boratiki mərhələli reaksiya vasitəsilə HCl-ni effektiv şəkildə tutur:
1. İlkin tutma: Səth hidroksil qrupları ZnCl ₂ və bor turşusu yaratmaq üçün HCl ilə reaksiya verir
2. İkinci dərəcəli tutma: Yaranan bor turşusu daha sonra HCl ilə reaksiyaya girərək BCl₃ əmələ gətirir.
Hər mol 3,5 hidratlı sink borat nəzəri olaraq 43,7% tutma qabiliyyəti ilə 12 mol HCl istehlak edə bilər. Alüminium hidroksid (cəmi 33%) kimi ənənəvi alov gecikdiricilərlə müqayisədə onun vahid kütləsi turşusu zərərsizləşdirmə səmərəliliyi 32% artır.
PVC kabellərin hazırlanmasında sink borat Sb₂O₃ ilə əhəmiyyətli sinergik təsir göstərir:
Zn₂B₆O₁₁ + Sb₂O₃ + HCl → ZnSb₂O₅+borosilikat şüşə fazası
Yaranan sink sürmə şpineli (ZnSb₂O₅) yüksək istilik sabitliyi (>1000°C) və güclü katalitik karbonlaşma qabiliyyəti xüsusiyyətlərinə malikdir. Eksperimental məlumatlar göstərir ki, sink borat 3:2 kütlə nisbətində Sb ₂ O3 ilə birləşdirildikdə, oksigenin həddi indeksi (LOI) 28%-dən 34%-ə qədər artırıla, tüstü sıxlığı isə 40% azaldıla bilər.
Bənzər hissəcik ölçülərinə malik alov gecikdiricilərlə müqayisədə, 3,5 hidratlı sink boratın Mohs sərtliyi silisium (7,0) kimi dolduruculardan çox aşağı olmaqla cəmi 2,5-dir. Onun vərəqəbənzər kristal forması (orta hissəcik ölçüsü 1-3 μ m, aspekt nisbəti 8-15) PVC matrisində "kart kimi" yığını yarada bilər. 15-20 phr dozada əlavə edildikdə:
· Dartma müqavimətinin saxlanma dərəcəsi>85%
· Qırılma zamanı uzanma yalnız 12-18% azalır
· Ekstruziya emal qabiliyyətinə təsir maqnezium hidroksid kimi alov gecikdiricilərdən əhəmiyyətli dərəcədə aşağıdır
Müxtəlif nəmlənmə dərəcələri ilə sink boratın performansının müqayisəsi:
|
Nəmlənmiş forma |
Dehidrasiya başlanğıc temperaturu (°C) |
Əsas susuzlaşdırma intervalı (°C) |
PVC emal temperaturu ilə uyğunluq dərəcəsi |
|
3.5 Nəmləndirmə |
215 |
225-320 |
Əla (PVC emal 180-210 ° C) |
|
5 Nəmləndirmə |
185 |
190-280 |
Yaxşı (erkən dehidrasiya riski ilə) |
|
7 Nəmlənmə |
150 |
155-260 |
Zəif (emal zamanı su itkisinə meyllidir) |
3.5 Nəmləndiricilər emal zamanı dehidrasiya nəticəsində yaranan məsaməlilik və səth qüsurlarının qarşısını almaq üçün PVC-nin adi ekstruziya temperaturunda (170-190°C) sabit qalır.
Sink boratın dielektrik keçiriciliyi (ε _r=4,2-4,8) PVC matrisininkinə (ε _r=4,0-4,5) yaxın olduqda və onun laylı strukturu elektrik sahəsinin istiqamətinə paralel düzüldükdə:
·Həcm müqavimətini 10 ¹⁴Ω· sm-dən yuxarı saxlayın
·Dielektrik itkisinin tangens dəyərinin artması 0,002-dən azdır
·Kabel tutumunun vahidliyinə minimal təsir göstərir
Ətraf mühitə uyğunluq:
·Kəskin oral toksiklik LD50>5000 mq/kq (faktiki qeyri-toksik səviyyə)
·Tərkibində halogenlər, ağır metallar (qurğuşun, kadmium, xrom və s.) yoxdur.
· Yanma məhsullarında CO əmələ gəlməsinin 35% azalması (ənənəvi alov gecikdirən sistemlərlə müqayisədə)
Tüstü bastırma mexanizmi:
Sink borat PVC-də alifatik fraqmentlər əvəzinə aromatik karbon strukturlarının əmələ gəlməsinə kömək edir, tüstü hissəciklərinin nüvələşmə həddi temperaturunu 350°C-dən 480°C-ə qədər artırır və tüstü sıxlığını (NBS üsulu) 50-60% azaldır.
· Aşağı tüstü və halogensiz tələblər: Maqnezium hidroksid (40 phr) ilə birlikdə sink boratın dozasını 25 phr-ə qədər artırmaq IEC 61034 tüstü sıxlığına<200 nail ola bilər.
·Yüksək istiliyə davamlılıq səviyyəsi (105°C): trimellit turşusu ester plastifikatorundan istifadə edərək, sink boratın səthi silan birləşdirici maddə ilə işlənir və termal yaşlanmadan sonra uzanma tutma dərəcəsi >70% səviyyəsində saxlanılır.
-nin tətbiqi3,5 nəmlənmiş sink boratPVC kabellərdə alov gecikdirici elmdə "çox mexanizmli sinerji" və "performans balansı"nın əsas ideyalarını əks etdirir. Onun dəqiq kristal su tərkibi, əla turşu tutma qabiliyyəti, sürmə əsaslı alov gecikdiricilərlə səmərəli sinerji və materialların elektrik və mexaniki xassələrinə minimal təsiri onu müasir kabelin alov gecikdirməsi, aşağı tüstü, toksiklik və yüksək etibarlılıq kimi hərtərəfli tələblərə cavab vermək üçün ideal seçim edir.
