Elektroizolační kompozitní materiály se sníženou hořlavostí

Ing. Petr KADLEC

Doctoral thesis

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá problematikou elektroizolačních kompozitních materiálů, které jsou určeny primárně pro kabelový průmysl a mají splňovat požadavky na sníženou hořlavost a celkově co nejvyšší bezpečnost kabelových vedení pro nižší napěťové hladiny ve vnitřním i venkovním prostředí. Předmětem zájmu jsou kompozity tvořené polyethylenovou matricí, jílovým plnivem pojmenovaným tubulární halloysit a případně dalšími aditivy. Tubulární halloysit představuje plnivo, které je průmyslově zatím jen málo využívané, přestože struktura částic halloysitu je minimálně mezi aluminosilikáty unikátní. Důvodem snahy využít toto plnivo v polymerních elektroizolačních materiálech je hlavně jeho schopnost pozitivně ovlivnit průběh termo-oxidačních reakcí polyethylenu a přispět tak k oheň retardačním vlastnostem výsledného kompozitu. Cílem disertační práce je dle návrhu vycházejícího z rešeršní činnosti připravit a následně komplexně charakterizovat kompozity tvořené konkrétním typem polyethylenu a halloysitu. Pozornost je věnována hlavně vlivu halloysitu na termické, dielektrické i mechanické vlastnosti. Kromě provedení analýzy základního dvousložkového kompozitu je také zjišťován vliv přidání směsi aditiv určené pro zajištění vyšší oxidační stability a lepší zpracovatelnosti extruzí. Realizována je nejen komplexní analýzy materiálů ve stavu krátce po výrobě, ale také analýza materiálů podrobených zrychlenému tepelnému stárnutí a stárnutí ultrafialovým zářením. Na základě výsledků experimentu stárnutí jsou definovány možné mechanismy degradace testovaných materiálů. Z provedených analýz vyplývá, že tubulární halloysit nepředstavuje výjimečný retardér hoření polyethylenu, ale pozitivní vliv na termické vlastnosti přesto vykazuje. Pozitivním zjištěním je také zlepšení některých mechanických a dielektrických parametrů kompozitů s určitým podílem halloysitu. Dle výsledků zrychleného stárnutí lze považovat testované kompozity za odolnější vůči termo-oxidaci a méně odolné vůči foto-oxidaci.

Abstract:

This PhD thesis deals with the issue of electrical insulating composite materials, which are designed primarily for the cable industry and should meet the requirements for reduced flammability and overall safety of cable lines for lower voltage levels in indoor and outdoor environments. Objects of interest are composites consisting of a polyethylene matrix, a clay filler named tubular halloysite and in some cases of other additives mixture too. Tubular halloysite is a filler that has been little used industrially so far, although the structure of halloysite particles is unique at least among aluminosilicates. The reason for the effort to use this filler in polymer electrical insulating materials is mainly its ability to positively influence the course of thermo-oxidation reactions of polyethylene and thus contribute to the fire retarding properties of the resulting composite. The aim of the PhD thesis is to produce and characterize composites consisting of a specific type of polyethylene and halloysite according to a proposal based on the literature search. The attention is paid to the influence of halloysite on thermal, dielectric and mechanical properties. In addition to performing the analysis of the base two-component composite, the effect of the addition of an additives mixture, which is designed to provide higher oxidation stability and better extrusion processability, is also investigated. Not only the complex analysis of materials shortly after production is carried out, but also the analysis of materials exposed to (i) accelerated thermal aging and (ii) aging by ultraviolet radiation separately. Theoretically supposed and admissible degradation mechanisms of the tested materials are defined based on the results of the aging experiment. Performed analyses show that a tubular halloysite is not an exceptional flame retardant of polyethylene, but still has a positive effect on thermal properties. A positive finding is also the improvement of some mechanical and dielectric parameters of composites with a certain filling level of halloysite. Tested composites can be considered as materials which are more resistant to thermo-oxidation and less resistant to photo-oxidation according to the results of experiments of accelerated aging.

Keywords

elektrická pevnost, elektroizolační materiál, foto-oxidace, halloysit, infračervená spektroskopie, permitivita, polyethylen, polymerní kompozit, retardace hoření, rezistivita, tahová zkouška, termo-oxidace, termické analýzy, ultrafialové záření, zrychlené stárnutí

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 8. 2019

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Doc. Ing. Radek Polanský, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electrical Engineering