ОПТИМІЗАЦІЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ БЕЗГАЛОГЕННИХ ПОЖЕЖОБЕЗПЕЧНИХ ПОЛІМЕРНИХ КОМПОЗИЦІЙ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ У КАБЕЛЬНІЙ ПРОДУКЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2026.01.12Ключові слова:
кабелі, пожежобезпечні полімерні композиції, діоксид кремнію, реологічні, теплові та електрофізичні властивостіАнотація
Широкий спектр кабельної продукції використовує безгалогенні композиції. З безперервним процесом урбанізації постійно зростають вимоги до безгалогенних полімерних композицій. Дослідження зосереджені на ад’ювантах, які можуть покращити не тільки вогнестійкість, але й реологічні, теплові, механічні та електрофізичні характеристики. Метою є визначення впливу нанорозмірних діоксидів кремнію та їх сумішей з оксидом алюмінію та поліметилсилоксаном на реологічні, теплові, механічні та електрофізичні властивості безгалогенних вогнестійких полімерних композиційних матеріалів. Досліджувані зразки додатково вміщують нанометрові ад’юванти на базі кремнію діоксиду. Теплофізичні властивості вивчено за допомогою термогравіметрії (ТГА) та диференціального скануючого калориметричного аналізу (ДСК) на приладі компанії METTLER TOLEDO (Швейцарія). Реологічні властивості вивчено на вимірювальному екструдері з реометричною капілярною матрицею (Brabender, Німеччина). Визначено вплив нанометрових ад’ювантів на базі кремнію діоксиду на формування надмолекулярної структури наповнених полімерних композицій. Завдяки цьому температури фазових переходів збільшуються на 2–3 °C. Екзопроцеси визначалися в температурному інтервалі 250,0 до 320,0 °C, початкові температури розкладання збільшуються на 3,7–13 °C, а кінця розкладання – на 4–14 °C. Досліджено кінетичні характеристики перетворення полімерних композицій під впливом температур від 20 до 650 °C. Енергія активації збільшується на 6–8 кДж/моль. Виявлено ефект, що показує вплив нанорозмірних ад’ювантів на зниження в’язкості розплаву полімерних композицій. Встановлено залежність між механічними, електрофізичними властивостями та характеристиками, що належать нанорозмірним ад’ювантам. Результати досліджень дозволяють нанорозмірним ад’ювантам на основі діоксиду кремнію оптимізувати реологічні та електрофізичні властивості при використанні пожежобезпечних полімерних композицій, призначених для ізоляції та оболонок силових кабелів.
Посилання
Liu H., Wang W., Yan L., Xu Zh. Flammability degradation behavior and ageing mechanism of flame-retardant cable sheath under different ageing conditions. Polymer Degradation and Stability, 2024, vol. 230, 111019, doi:10.1016/j.polymdegradstab.2024.111019.
Li Y., Qi L., Liu Y., Qiao J., Wang M., Liu X., Li S. Recent advances in halogen-free flame retardants for polyolefin cable sheath materials. Polymers, 2022, vol. 14, 2876, doi:10.3390/polym14142876.
Gupta R., Singh M. K., Rangappa S. M., Siengchin S., Dhakal H. N., Zafar S. Recent progress in additive inorganic flame retardants polymer composites: Degradation mechanisms, modeling and applications. Heliyon, 2024, vol. 10, no. 21, e39662, doi:10.1016/j.heliyon.2024.e39662.
Nazir R., Gooneie A., Lehner S., Jovic M., Rupper P., Ott N., Hufenus R., Gaan S. Alkyl sulfone bridged phosphorus flame-retardants for polypropylene. Materials & Design, 2021, vol. 200, 109459, doi:10.1016/j.matdes.2021.109459.
El Omari Y., Yousfi M., Duchet-Rumeau J., Maazouz A. Interfacial rheology for probing the in situ chemical reaction at interfaces of molten polymer systems. Materials Today Communications, 2023, vol. 35, 105640, doi:10.1016/j.mtcomm.2023.105640.
Xu J., Chen C., Li Y., Zhou H., Hao X., Ou R., Wang Q. Optimizing the rheological and mechanical properties of ultra-highly filled wood fiber/polyethylene composites through binary alloy matrix strategy. Composites Science and Technology, 2024, vol. 256, 110740, doi:10.1016/j.compscitech.2024.110740.
Ghomi E. R., Khosravi F., Mossayebi Z., Ardahaei A. S., Dehaghi F. M., Khorasani M., Neisiany R. E., Das O., Marani A., Mensah R. A., Jiang L., Xu Q., Försth M., Berto F., Ramakrishna S. The flame retardancy of polyethylene composites: From fundamental concepts to nanocomposites. Molecules, 2020, vol. 25, 5157, doi:10.3390/molecules25215157.
Hirschler M. M. Flame retardants and heat release: Review of data on individual polymers. Fire and Materials, 2014, doi:10.1002/fam.2242.
Qiu X., Wu Ch., Lin J., Ding L., Hu J., Gao W., Chi Y., Ma M., Huang W. Construction of MOFs-based nanocomposites and their application in flame retardant polymers: A review. Polymer Degradation and Stability, 2024, vol. 229, 110982, doi:10.1016/j.polymdegradstab.2024.110982.
Liu L., Zhu M., Feng J., Peng H., Shi Y., Gao J., Tang L.-C., Song P. Fire-retardant and high-strength polymeric materials enabled by supramolecular aggregates. Aggregate, 2024, vol. 5, e494, doi:10.1002/agt2.494.
Cavodeau F., Sonnier R., Otazaghine B., Lopez-Cuesta J.-M., Delaite C. Ethylene-vinyl acetate copolymer/aluminium trihydroxide composites: A new method to predict the barrier effect during cone calorimeter tests. Polymer Degradation and Stability, 2015, vol. 120, pp. 23–31, doi:10.1016/j.polymdegradstab.2015.05.021.
Yang Y., Liu Zh., Hao Y. Flame retardant selection for thermoplastics. In: Flame Retardant Selection for Polymers, 2025, pp. 27–61, doi: 10.1016/B978-0-443-22247-4.00009-4.
Rueda M. M., Auscher M.-C., Fulchiron R., Périé T., Martin G., Sonntag P., Cassagnau P. Rheology and applications of highly filled polymers: A review of current understanding. Progress in Polymer Science, 2017, vol. 66, pp. 22–53, doi:10.1016/j.progpolymsci.2016.12.007.
Karaki A., Hammoud A., Masad E., Khraisheh M., Abdala A., Ouederni M. A review on material extrusion (MEX) of polyethylene – Challenges, opportunities, and future prospects. Polymer, 2024, vol. 307, 127333, doi:10.1016/j.polymer.2024.127333.
Sharma V., Agarwal S., Mathur A., Singhal S., Wadhwa S. Advancements in nanomaterial-based flame-retardants for polymers: A comprehensive overview. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2024, vol. 133, pp. 38–52, doi:10.1016/j.jiec.2023.12.010.
Sonnier R., Viretto A., Dumazert L., Longerey M., Buonomo S., Gallard B., Longuet C., Cavodeau F., Lamy R., Freitag A. Fire retardant benefits of combining aluminum hydroxide and silica in ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA). Polymer Degradation and Stability, 2016, vol. 128, pp. 228–236, doi:10.1016/j.polymdegradstab.2016.03.030.
Priyadharshini A., Xavier J. A review on functional nanocomposites for enhanced anticorrosion and flame retardant properties. Surfaces and Interfaces, 2025, vol. 70, 106850, doi:10.1016/j.surfin.2025.106850.
Beigbeder J., Lopez-Cuesta J.-M. Environmental challenges and perspectives in the development of nanocomposites for enhanced flame-retardant properties. Flame Retardant Nanocomposites. Emergent Nanoparticles and their Applications. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering, 2024, pp. 369–424, doi:10.1016/j.radphyschem.2018.05.003.
Yan J., He Y., Liu L., Li X., Shen W., Xu M. High-efficient flame retardant ethylene-vinyl acetate composites by incorporating monomolecular IFR and its pyrolysis behavior. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2023, vol. 175, 106210, doi:10.1016/j.jaap.2023.106210.
Çağlayan T., Güven O. Preparation and characterization of poly(ethylene vinyl acetate)-based nanocomposites using radiation-modified montmorillonite. Radiation Physics and Chemistry, 2020, vol. 169, 107844, doi:10.1016/j.radphyschem.2018.05.003.
Afolabi O. A., Ndou N. Synergy of hybrid fillers for emerging composite and nanocomposite materials – A review. Polymers, 2024, vol. 16, 1907, doi:10.3390/polym16131907.
Baghaei B., Jafari S. H., Khonakdar H. A., Ashabi L. Thermal properties of novel clay-containing nanocomposites based on low-density polyethylene/ethylene-octene copolymer blends. E-Polymers, 2009, vol. 082, doi:10.1515/epoly.2009.9.1.986.
Merinska D., Tesarikova A., Kalendova A. Polyethylene/ethylene vinyl acetate and ethylene-octene copolymer/clay nanocomposite films: Different processing conditions and their effect on properties. Polymer Engineering and Science, 2019, Vol. 59, no. 12, pp. 2514–2521, doi:10.1002/pen.25250.
Diao J., Huang X., Jia Q., Liu F., Jiang P. Thermoplastic isotactic polypropylene/ethylene-octene polyolefin copolymer nanocomposite for recyclable HVDC cable insulation. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2017, vol. 24, no. 3, pp. 1416–1429, doi:10.1109/TDEI.2017.006208.
Chuleyeva E. V., Zolotaryov V. M. Study of the influence of magnesium hydroxide on the combustibility performance of polymer compositions based on ethylene vinyl acetate copolymer. Electrical Engineering & Electromechanics, 2017, no. 2, pp. 61–66, doi:10.20998/2074-272X.2017.2.07.
Zolotaryov V., Chulieieva O., Antonets T. Estimating the influence of polyorganosiloxanes on the properties of fire-retardant halogen-free polymer compositions for cable articles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2025, vol. 3, no. 6 (135), pp. 6–14, doi:10.15587/1729-4061.2025.331134.
Chulieieva O. Effect of flame retardant fillers on the rheological properties of composite materials of ethylene-vinyl acetate copolymer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2017, vol. 4/1 (88), pp. 32–37, doi:10.15587/1729-4061.2017.108187.
DSTU EN 60811-501:2018 Electrical and fibre optic cables. Test methods for non-metallic materials. Part 501. Mechanical tests. Tests for determining the mechanical properties of insulation and sheath materials (EN 60811-501:2012, IDT; IEC 60811-501:2012, IDT).
ISO 4589-2:2017 Plastics – Determination of burning behavior by oxygen index – Part 2: Ambient-temperature test.
Chulieieva O. V., Zolotaryov V. M. Regulation of electrophysical properties of fire-safe polymer compositions filled with hydromagnesite. Technology Audit and Production Reserves, 2019, vol. 2, no. 1 (46), pp. 7–9, doi: 10.15587/2312-8372.2019.161856.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Volodymyr Zolotaryov , Olena Chulieieva, Taras Antonets
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
