Διηλεκτρικές ιδιότητες πυρανθεκτικού πολυπροπυλενίου (PP) με πρόσθετα επιβράδυνσης της καύσης και προστασίας από την υπεριώδη (UV) ακτινοβολία

Οικονόμου, Μαρία; Oikonomou, Maria

dc.contributor.author	Οικονόμου, Μαρία	el
dc.contributor.author	Oikonomou, Maria	en
dc.date.accessioned	2024-09-19T08:14:50Z
dc.date.available	2024-09-19T08:14:50Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60232
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27928
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διηλεκτρικές ιδιότητες	el
dc.subject	Διηλεκτρική φασματοσκοπία	el
dc.subject	Ενισχυμένο πολυπροπυλένιο	el
dc.subject	Επιβραδυντές καύσης	el
dc.subject	Σταθεροποιητές υπεριώδους ακτινοβολίας και θερμότητας	el
dc.subject	Επιταχυνόμενη γήρανση	el
dc.subject	Dielectric properties	en
dc.subject	Dielectric spectroscopy	en
dc.subject	Modified polypropylene	en
dc.subject	Polypropylene	en
dc.subject	Πολυπροπυλένιο	el
dc.subject	Flame retardants	en
dc.subject	UV and heat stabilizers	en
dc.subject	Accelerated aging	en
dc.title	Διηλεκτρικές ιδιότητες πυρανθεκτικού πολυπροπυλενίου (PP) με πρόσθετα επιβράδυνσης της καύσης και προστασίας από την υπεριώδη (UV) ακτινοβολία	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Διηλεκτρική Φασματοσκοπία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-03
heal.abstract	Στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η εύρεση των κατάλληλων συστάσεων σύνθετων πολυπροπυλενίου (PP) για την κατασκευή σωλήνων προστασίας ηλεκτρολογικών καλωδίων σε εξωτερικούς χώρους. Απαραίτητη προϋπόθεση αποτελεί η συμμόρφωση με τους κανονισμούς της ΕΕ που απαιτούν τον συνδυασμό ιδιοτήτων για την επίτευξη επιβράδυνσης φλόγας (EN61386-1), ελαχιστοποιημένης πυκνότητας καπνού (EN61034-2) και τοξικότητας καπνού (EN60754-2) και όσο το δυνατόν χαμηλότερης περιεκτικότητας σε αλογόνο (EN50642), αυξάνοντας έτσι την ανάγκη για ενώσεις χωρίς αλογόνο και χαμηλής εκπομπής καπνού (Halogen Free and Low Smoke, HFLS). Επί του παρόντος, το κυρίαρχο υλικό για την κατασκευή τέτοιων σωλήνων είναι το PVC, το οποίο αν και παρουσιάζει καλή συμπεριφορά επιβράδυνσης φλόγας, κατά την καύση απελευθερώνει πυκνό καπνό που περιέχει τοξικά και επικίνδυνα αέρια, δημιουργώντας έτσι ζητήματα ασφάλειας για τη δημόσια υγεία. Μία πιο βιώσιμη εναλλακτική λύση αποτελεί το πολυπροπυλένιο (PP), αλλά καθώς πρόκειται για ένα εξαιρετικά εύφλεκτο υλικό, είναι απαραίτητη η τροποποίησή του με μη αλογονούχους πρόσθετους επιβραδυντές καύσης (Flame Retardants, FRs), προκειμένου να συμμορφωθεί με τα προαναφερθέντα πρότυπα. Επιπλέον, δεδομένου ότι πρόκειται για εξωτερικές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, απαιτείται η περαιτέρω τροποποίηση με πρόσθετους σταθεροποιητές της υπεριώδους ακτινοβολίας και της θερμότητας (UV/ heat stabilizers), ώστε να αυξηθεί η απόδοση του κύκλου ζωής αυτών των υλικών. Τελευταίο, αλλά εξίσου σημαντικό, οι σωλήνες παρουσιάζουν αυξημένες απαιτήσεις όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, ιδιαίτερα την κρούση και τη συμπίεση, έτσι ώστε να διευκολύνεται αποτελεσματικά η προστασία των περιεχομένων καλωδίων. Θα πρέπει, δηλαδή, να ελέγχεται πως τα πρόσθετα δεν επηρεάζουν σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του τελικού προϊόντος, ενώ για την εξασφάλιση αυτού γίνεται και επιπλέον προσθήκη ενισχυτικών κρούσης (Impact Modifiers). Συνεπώς, για τη δημιουργία των σωλήνων αυτών είναι απαραίτητη η εξασφάλιση τεσσάρων βασικών ιδιοτήτων, η επιβράδυνση φλόγας, η μηχανική απόδοση, μη αλογονούχα πρόσθετα και η σταθεροποίηση UV/θερμότητας. Η ερευνητική πρόκληση που προκύπτει λοιπόν είναι να συνδυαστούν εμπορικά πρόσθετα μη αλογονούχων επιβραδυντών καύσης με επιπλέον προσθήκη σταθεροποιητών UV/θερμότητας, χωρίς κανένα ανταγωνιστικό αποτέλεσμα και σε σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις, ώστε να μην επηρεαστούν σημαντικά οι μηχανικές ιδιότητες. Στη συγκεκριμένη εργασία, η διηλεκτρική μελέτη επικεντρώνεται στις συστάσεις πολυπροπυλενίου στις οποίες για την επιβράδυνση της καύσης χρησιμοποιήθηκαν τα πρόσθετα: Exolit AP422 (APP), PPM Triazine HF, PPM Triazine 765-6875, Flamestab NOR116 και Phoslite B114A, δημιουργώντας έτσι την πρώτη ομάδα των FR δοκιμίων με τις συστάσεις FR1, FR2, FR3, FR4, FR6, FR8, FR10 και FR22. Να σημειωθεί πως το πρόσθετο Flamestab NOR116 λειτουργεί και ως σταθεροποιητής UV/θερμότητας. Ωστόσο στη συνέχεια, με σκοπό τη βελτίωση μειονεκτημάτων που παρουσίασαν ορισμένες συστάσεις, χρησιμοποιήθηκαν οι επιβραδυντές καύσης: Aflammit PCO900, Phoslite B713A και Β85ΑΧ, δίνοντας μας δύο νέες συστάσεις τις FR29 και FR34. Στη συνέχεια, στις πιο υποσχόμενες συστάσεις FR3, FR22, FR29 και FR34 γίνεται επιπλέον προσθήκη 3.5% της χρωστικής PP11944 και στην FR3 προστέθηκε επιπλέον 0,25% HALS (Hindered Amine Light Stabilizers), η Hostavin NOW XP. Προέκυψαν έτσι οι τελικές χρωματισμένες συνδυαστικές συστάσεις FRUV3, FRUV22, FRUV29 και FRUV34. Οι FRUV3 και FRUV22 επέδειξαν μειωμένη αντοχή στην κρούση σε σχέση με το PP αναφοράς και για αυτό το λόγο ενσωματώθηκε σε αυτές επιπλέον 2% του ενισχυτικού κρούσης Vistamaxx 6102 FL, δίνοντας τις FRUV3IM και FRUV22IM. Τέλος, οι ενώσεις υποβλήθηκαν περαιτέρω σε διαδικασίες επιταχυνόμενης γήρανσης, τόσο με θερμότητα όσο και σε υπεριώδη ακτινοβολία, ώστε να διαπιστωθεί εάν διατηρούνται η επιβράδυνση της καύσης και οι μηχανικές ιδιότητές τους. Συγκεκριμένα, τα υλικά τα οποία επιλέχθηκαν για τη μελέτη της επίδρασης της θερμικής γήρανσης στη διηλεκτρική τους συμπεριφορά είναι οι συστάσεις PP yellow (χρωματισμένο PP), FRUV3IM, FRUV29 και FR34 και υποβλήθηκαν σε θερμική γήρανση 80 ημερών στους 110°C με 3-4 ενδιάμεσες δειγματοληψίες (10, 20, 40, 60 ημέρες). Για τη μελέτη της επίδρασης της γήρανσης με υπεριώδη ακτινοβολία στη διηλεκτρική συμπεριφορά επιλέχθηκαν οι συστάσεις FRUV3IM και FRUV29 για χρόνους γήρανσης 0, 1000 και 2000 ωρών.	el
heal.abstract	The initial objective of this thesis is the development of suitable polypropylene (PP) - based compositions for use in the manufacture of outdoor electrical cable protection tubes. A prerequisite is compliance with EU regulations requiring the combination of properties for achieving flame retardancy (EN61386-1), minimized smoke density (EN61034-2) and smoke toxicity (EN60754-2) and as low as possible halogen content (EN50642), thus increasing the need for Halogen Free and Low Smoke (HFLS) compounds. Currently, the dominant material for the manufacture of such pipes is PVC, which though exhibits fair flame-retardant behavior, when burned releases thick smoke containing toxic and hazardous gases, thus creating safety issues for public health. A more viable alternative is polypropylene (PP), but as it is a highly flammable material, it is necessary to modify it with non-halogenated additional flame retardants (FRs) in order to comply with the aforementioned standards. Furthermore, since these are external electrical installations, further modification with additional UV/heat stabilizers is required to increase the life cycle performance of these materials. Last but not least, tubes exhibit increased demands in terms of mechanical properties, especially impact and compression, so as to effectively facilitate the protection of the contained cables. In other words, it should be checked that the additives do not significantly affect the mechanical properties of the final product, while to ensure this Impact Modifiers are added. Therefore, in order to create these tubes, it is necessary to ensure four basic properties, namely flame retardancy, mechanical performance, halogen free additives and UV/heat stabilization. The research challenge that arises is to combine commercial halogen free flame retardants additives with UV functionalities, without any antagonistic effect and at relatively low concentrations, so as to not affect significantly the mechanical properties. In this work, the dielectric study focuses on the polypropylene compounds in which the flame retardants used are: Exolit AP422 (APP), PPM Triazine HF, PPM Triazine 765-6875, Flamestab NOR116 and Phoslite B114A, thus creating the first group of FR samples with the recommendations FR1, FR2, FR3, FR4, FR6, FR8, FR10 and FR22. It should be noted that the additive Flamestab NOR116 also acts as a UV/heat stabilizer. However, subsequently, in order to improve certain disadvantages, the flame retardants Aflammit PCO900, Phoslite B713A, and B85AX were used, giving us two new compositions, FR29 and FR34. Then, in the most promising compositions FR3, FR22, FR29 and FR34 an additional 3.5% of the dyestuff PP11944 was added, and in FR3, an additional 0.25% HALS (Hindered Amine Light Stabilizers), Hostavin NOW XP, was added. Thus, the final colored composite compositions FRUV3, FRUV22, FRUV29, and FRUV34 were obtained. FRUV3 and FRUV22 showed reduced impact resistance compared to the reference PP and for this reason an additional 2% of impact modifier, Vistamaxx 6102FL, was incorporated into them, resulting in FRUV3IM and FRUV22IM. Finally, the compounds were further subjected to accelerated aging processes, both with heat and UV radiation, to determine whether their flame retardancy and mechanical properties are maintained. Specifically, the materials chosen to study the effect of thermal aging on their dielectric behavior are the compositions PP yellow (colored PP ), FRUV3IM , FRUV29 and FR34, which were subjected to 80 days of thermal aging at 110°C with 3-4 intermediate samplings (10, 20, 40, 60 days). To study the effect of UV aging on the dielectric behavior, the compositions FRUV3IM and FRUV29 were chosen for aging times of 0, 1000 and 2000 hours.	en
heal.advisorName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Γεωργακίλας, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Κοντού – Δρούγκα, Ευαγγελία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών. Τομέας Φυσικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	98 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false