పాలీ వినైల్ క్లోరైడ్ (PVC) అనేది కేబుల్ ఇన్సులేషన్ మరియు షీత్ మెటీరియల్స్ కోసం ప్రధాన ఎంపిక, మరియు దాని జ్వాల రిటార్డెంట్ లక్షణాలు నేరుగా పవర్ సిస్టమ్ యొక్క సురక్షిత ఆపరేషన్‌కు సంబంధించినవి. అనేక జ్వాల రిటార్డెంట్లలో,3.5 హైడ్రేటెడ్ జింక్ బోరేట్ (2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O)PVC కేబుల్ ఫార్ములేషన్స్‌లో కీలక అంశంగా మారింది. ఈ వ్యాసం ఈ ఎంపిక వెనుక ఉన్న శాస్త్రీయ ఆధారాన్ని క్రమపద్ధతిలో విశ్లేషిస్తుంది.
3.5% హైడ్రేటెడ్ జింక్ బోరేట్ (సుమారు 14.5%) యొక్క క్రిస్టల్ వాటర్ కంటెంట్ దాని ఉష్ణ కుళ్ళిపోయే ఉష్ణోగ్రత మరియు PVC (సుమారు 200-300 ° C) యొక్క ప్రారంభ కుళ్ళిపోయే ఉష్ణోగ్రత మధ్య ఒక ఆదర్శ సరిపోలికను సాధించడానికి ఖచ్చితంగా రూపొందించబడింది. కేబుల్ అగ్ని మూలాన్ని ఎదుర్కొన్నప్పుడు, జింక్ బోరేట్ 210-320 ° C ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో స్ఫటికాకార నీటిని విడుదల చేస్తుంది.
Zn₂B₆O₁₁·3.5H₂O → Zn₂B₆O₁₁ + 3.5H₂O↑
ఈ ప్రక్రియ పెద్ద మొత్తంలో వేడిని గ్రహిస్తుంది (సుమారు 280 J/g డీహైడ్రేషన్ ఎంథాల్పీ), పదార్థం యొక్క ఉపరితల ఉష్ణోగ్రతను సమర్థవంతంగా తగ్గిస్తుంది మరియు PVC రెసిన్ మ్యాట్రిక్స్ యొక్క ఉష్ణ క్షీణత రేటును ఆలస్యం చేస్తుంది. 5-హైడ్రేట్ మరియు 7-హైడ్రేట్ వంటి అధిక ఆర్ద్రీకరణ రూపాలతో పోలిస్తే, 3.5 హైడ్రేట్ యొక్క నిర్జలీకరణ ఉష్ణోగ్రత విండో మరింత ఖచ్చితమైనది, అకాల నిర్జలీకరణం లేదా ఆలస్యమైన నిర్జలీకరణం వలన ఏర్పడే రక్షణ బ్లైండ్ స్పాట్‌లను నివారిస్తుంది.
డీహైడ్రేటెడ్ అన్‌హైడ్రస్ జింక్ బోరేట్ (Zn₂B₆O₁₁) 400-500°C వద్ద కరుగుతుంది మరియు PVC కుళ్ళిపోవడం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్ (HCl)తో చర్య జరుపుతుంది:
Zn₂B₆O₁₁ + 12HCl → 2ZnCl₂ + 6BCl₃ + 6H₂O
ఉత్పత్తి చేయబడిన ZnCl₂ మరియు BCl₃ PVC యొక్క క్రాస్‌లింకింగ్ ప్రతిచర్యను ప్రోత్సహించడానికి లూయిస్ యాసిడ్ ఉత్ప్రేరకాలుగా పనిచేస్తాయి, ఇది విస్తరించిన కార్బన్ పొరను ఏర్పరుస్తుంది. అదే సమయంలో, బోరాన్ ఆక్సైడ్ 700°C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద జిగట B₂O₃ గ్లాస్‌గా మార్చబడుతుంది.
2BCl₃ + 3H₂O → B₂O₃ + 6HCl
గాజు శరీరం కార్బన్ పొర యొక్క ఉపరితలాన్ని కప్పి, దట్టమైన రక్షణ అవరోధాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. దీని డైనమిక్ స్నిగ్ధత (10³-10⁴ Pa·s) జ్వాల ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఆక్సిజన్ పారగమ్యతను మరియు ఉష్ణ బదిలీని సమర్థవంతంగా నిరోధించగలదు.
PVC పైరోలిసిస్ నుండి విడుదలైన HCl పదార్థ క్షీణతను వేగవంతం చేయడమే కాకుండా, తినివేయు మరియు విషపూరితమైన పొగను కూడా ఉత్పత్తి చేస్తుంది.జింక్ బోరేట్రెండు-దశల ప్రతిచర్య ద్వారా HClని సమర్ధవంతంగా సంగ్రహిస్తుంది:
1. ప్రైమరీ క్యాప్చర్: ZnCl ₂ మరియు బోరిక్ యాసిడ్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఉపరితల హైడ్రాక్సిల్ సమూహాలు HClతో ప్రతిస్పందిస్తాయి
2. సెకండరీ క్యాప్చర్: ఉత్పత్తి చేయబడిన బోరిక్ యాసిడ్ మరింతగా HClతో చర్య జరిపి BCl₃ని ఏర్పరుస్తుంది
3.5 హైడ్రేటెడ్ జింక్ బోరేట్ యొక్క ప్రతి మోల్ సిద్ధాంతపరంగా 43.7% క్యాప్చర్ సామర్థ్యంతో 12 మోల్ హెచ్‌సిఎల్‌ని వినియోగించగలదు. అల్యూమినియం హైడ్రాక్సైడ్ (కేవలం 33%) వంటి సాంప్రదాయ జ్వాల రిటార్డెంట్లతో పోలిస్తే, దాని యూనిట్ మాస్ యాసిడ్ న్యూట్రలైజేషన్ సామర్థ్యం 32% పెరిగింది.
PVC కేబుల్స్ సూత్రీకరణలో, జింక్ బోరేట్ Sb₂O₃తో ఒక ముఖ్యమైన సినర్జిస్టిక్ ప్రభావాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది:
Zn₂B₆O₁₁ + Sb₂O₃ + HCl → ZnSb₂O₅+బోరోసిలికేట్ గాజు దశ
ఉత్పత్తి చేయబడిన జింక్ యాంటిమోనీ స్పినెల్ (ZnSb₂O₅) అధిక ఉష్ణ స్థిరత్వం (>1000°C) మరియు బలమైన ఉత్ప్రేరక కార్బొనైజేషన్ సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. జింక్ బోరేట్‌ను 3:2 ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తిలో Sb ₂ O3తో కలిపినప్పుడు, పరిమితి ఆక్సిజన్ సూచిక (LOI) 28% నుండి 34%కి పెంచబడుతుంది మరియు పొగ సాంద్రత 40% తగ్గుతుందని ప్రయోగాత్మక డేటా చూపిస్తుంది.
సారూప్య కణ పరిమాణాలతో ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్లతో పోలిస్తే, 3.5 హైడ్రేటెడ్ జింక్ బోరేట్ యొక్క మోహ్స్ కాఠిన్యం 2.5 మాత్రమే, సిలికా (7.0) వంటి ఫిల్లర్‌ల కంటే చాలా తక్కువ. దాని షీట్ లాంటి క్రిస్టల్ రూపం (సగటు కణ పరిమాణం 1-3 μm, కారక నిష్పత్తి 8-15) PVC మ్యాట్రిక్స్‌లో "కార్డ్ లైక్" స్టాక్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. 15-20 phr మోతాదులో జోడించినప్పుడు:
తన్యత బలం నిలుపుదల రేటు>85%
విరామ సమయంలో పొడుగు 12-18% మాత్రమే తగ్గుతుంది
మెగ్నీషియం హైడ్రాక్సైడ్ వంటి జ్వాల రిటార్డెంట్ల కంటే ఎక్స్‌ట్రాషన్ ప్రాసెబిలిటీపై ప్రభావం గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది
వివిధ స్థాయిల ఆర్ద్రీకరణతో జింక్ బోరేట్ యొక్క పనితీరు పోలిక:
|
హైడ్రేటెడ్ రూపం |
నిర్జలీకరణ ప్రారంభ ఉష్ణోగ్రత (°C) |
ప్రధాన నిర్జలీకరణ విరామం (°C) |
PVC ప్రాసెసింగ్ ఉష్ణోగ్రతతో సరిపోలే డిగ్రీ |
|
3.5 ఆర్ద్రీకరణ |
215 |
225-320 |
అద్భుతమైన (PVC ప్రాసెసింగ్ 180-210 ° C) |
|
5 ఆర్ద్రీకరణ |
185 |
190-280 |
మంచిది (ప్రారంభ నిర్జలీకరణ ప్రమాదంతో) |
|
7 జలీకరణం |
150 |
155-260 |
పేలవమైన (ప్రాసెసింగ్ సమయంలో నీటి నష్టానికి అవకాశం) |
3.5 ప్రాసెసింగ్ సమయంలో నిర్జలీకరణం వల్ల ఏర్పడే సారంధ్రత మరియు ఉపరితల లోపాలను నివారించడానికి హైడ్రేట్‌లు PVC (170-190°C) యొక్క సాంప్రదాయిక ఎక్స్‌ట్రాషన్ ఉష్ణోగ్రత వద్ద స్థిరంగా ఉంటాయి.
జింక్ బోరేట్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం (ε _r=4.2-4.8) PVC మాతృక (ε _r=4.0-4.5)కి దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు మరియు దాని లేయర్డ్ నిర్మాణం విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క దిశకు సమాంతరంగా అమర్చబడుతుంది:
·10 ¹⁴Ω· సెం.మీ కంటే ఎక్కువ వాల్యూమ్ రెసిస్టివిటీని నిర్వహించండి
· విద్యుద్వాహక నష్టం టాంజెంట్ విలువ పెరుగుదల 0.002 కంటే తక్కువ
కేబుల్ కెపాసిటెన్స్ యొక్క ఏకరూపతపై కనిష్ట ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది
పర్యావరణ అనుకూలత:
తీవ్రమైన నోటి టాక్సిసిటీ LD50>5000 mg/kg (వాస్తవ నాన్-టాక్సిక్ స్థాయి)
· హాలోజన్లు, భారీ లోహాలు (సీసం, కాడ్మియం, క్రోమియం మొదలైనవి) కలిగి ఉండవు
దహన ఉత్పత్తులలో CO ఉత్పత్తిలో 35% తగ్గింపు (సాంప్రదాయ జ్వాల నిరోధక వ్యవస్థలతో పోలిస్తే)
పొగను అణిచివేసే విధానం:
జింక్ బోరేట్ PVCలో అలిఫాటిక్ శకలాలు కాకుండా సుగంధ కార్బన్ నిర్మాణాల ఏర్పాటును ప్రోత్సహిస్తుంది, పొగ కణాల న్యూక్లియేషన్ థ్రెషోల్డ్ ఉష్ణోగ్రతను 350 ° C నుండి 480 ° C వరకు పెంచుతుంది మరియు పొగ సాంద్రతను (NBS పద్ధతి) 50-60% తగ్గిస్తుంది.
·తక్కువ పొగ మరియు హాలోజన్ లేని అవసరాలు: జింక్ బోరేట్ మోతాదును 25 phrకి పెంచడం, మెగ్నీషియం హైడ్రాక్సైడ్ (40 phr)తో కలిపి IEC 61034 పొగ సాంద్రతను సాధించవచ్చు<200
·అధిక ఉష్ణ నిరోధక స్థాయి (105°C): ట్రిమెల్లిటిక్ యాసిడ్ ఈస్టర్ ప్లాస్టిసైజర్‌ని ఉపయోగించి, జింక్ బోరేట్ యొక్క ఉపరితలం సిలేన్ కప్లింగ్ ఏజెంట్‌తో చికిత్స చేయబడుతుంది మరియు థర్మల్ ఏజింగ్ తర్వాత పొడుగు నిలుపుదల రేటు>70% వద్ద నిర్వహించబడుతుంది.
యొక్క అప్లికేషన్3.5 హైడ్రేటెడ్ జింక్ బోరేట్PVC కేబుల్స్‌లో ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్ సైన్స్‌లో "మల్టీ మెకానిజం సినర్జీ" మరియు "పెర్ఫార్మెన్స్ బ్యాలెన్స్" యొక్క ప్రధాన ఆలోచనలను ప్రతిబింబిస్తుంది. దాని ఖచ్చితమైన క్రిస్టల్ వాటర్ కంటెంట్, అద్భుతమైన యాసిడ్ క్యాప్చర్ సామర్థ్యం, యాంటీమోనీ ఆధారిత ఫ్లేమ్ రిటార్డెంట్లతో సమర్థవంతమైన సినర్జీ మరియు మెటీరియల్స్ యొక్క ఎలక్ట్రికల్ మరియు మెకానికల్ లక్షణాలపై తక్కువ ప్రభావం ఆధునిక కేబుల్ ఫ్లేమ్ రిటార్డెన్సీ, తక్కువ పొగ, నాన్ టాక్సిసిటీ మరియు అధిక విశ్వసనీయత యొక్క సమగ్ర అవసరాలను తీర్చడానికి ఇది ఆదర్శవంతమైన ఎంపిక.
