BR112014002550B1

BR112014002550B1 - cabo de energia

Info

Publication number: BR112014002550B1
Application number: BR112014002550-9A
Authority: BR
Inventors: Gabriele Perego
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2020-06-30
Also published as: KR101810542B1; EP2739679B1; RU2576430C2; US20140255692A1; WO2013017916A1; HUE034073T2; ES2636238T3; CN103797059B; RU2014108050A; CA2843308C; CA2843308A1; AU2011374503A1; CN103797059A; EP2739679A1; KR20140053204A; AR087447A1; BR112014002550A2; AU2011374503B2

Abstract

CABO DE ENERGIA É descrito um cabo compreendendo pelo menos um condutor elétrico e pelo menos uma camada de isolamento elétrico que circunda o dito condutor elétrico, em que pelo menos uma camada de isolamento elétrico compreende: (a) um material de polímero termoplástico selecionado de: pelo menos um copolímero (i) de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma alfa-olefina a não ser propileno, o dito copolímero tendo um ponto de fusão maior ou igual a 130°C e uma entalpia de fusão de 20 J/g a 90 J/g; uma combinação de pelo menos um copolímero (i) com pelo menos um copolímero (ii) de etileno com pelo menos uma alfa-olefina, o dito copolímero (ii) tendo uma entalpia de fusão de 0 J/g a 120 J/g; uma combinação de pelo menos um propileno homopolímero com pelo menos um copolímero (i) ou copolímero (ii); pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii) sendo um copolímero heterofásico; (b) pelo menos um fluido dielétrico intimamente misturado com o material de polímero termoplástico; ( c) pelo menos um agente de nucleação.

Description

CABO DE ENERGIA

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um cabo de energia. Em particular, a presente invenção refere-se a um cabo para transportar ou romper energia elétrica, especialmente energia elétrica de média ou alta voltagem, o dito cabo tendo pelo menos uma camada de isolamento eletricamente termoplástica.

[0002] Cabos para transportar energia elétrica geralmente incluem pelo menos um núcleo do cabo. O núcleo do cabo é normalmente formado por pelo menos um condutor sequencialmente coberto por uma camada polimérica interna tendo propriedades semicondutoras, uma camada polimérica intermediária tendo camada de isolamento elétrico, uma camada polimérica externa tendo propriedades semicondutoras. Cabos para transportar energia elétrica de média ou alta voltagem geralmente incluem pelo menos um núcleo do cabo circundado por pelo menos uma camada de seleção, tipicamente feita de metal ou de metal e material polimérico. A camada de seleção pode ser feita na forma de fios (tranças), de uma fita enrolada como hélice em torno do núcleo do cabo ou uma lâmina que circunda longitudinalmente o núcleo do cabo. As camadas poliméricas que circundam pelo menos um condutor são comumente feitas de um polímero reticulado a base de poliolefina, em particular polietileno reticulado (XLPE) ou copolímeros etileno/propileno (EPR) ou etileno/propileno/dieno (EPDM), também reticulados, conforme descrito, por exemplo, em WO 98/52197. A etapa de reticulação, realizada depois de extrusar o material polimérico no condutor, dá ao material propriedades satisfatoriamente mecânicas e elétricas mesmo em altas temperaturas tanto durante uso contínuo quanto com sobrecarga de corrente.

[0003] Para endereçar os requerimentos de materiais que não devem ser prejudiciais ao ambiente tanto durante a produção quanto durante o uso e que devem ser recicláveis no final da vida do cabo, foram recentemente desenvolvidos cabos de energia tendo um núcleo do cabo feito de materiais termoplásticos, isto é, materiais poliméricos que não são reticulados e assim podem ser reciclados no final da vida do cabo.

[0004] Com relação a isto, cabos elétricos compreendendo pelo menos uma camada de revestimento, por exemplo, a camada de isolamento, com base em uma matriz de polipropileno intimamente misturada com um fluido dielétrico são conhecidos e descritos em WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066317, WO 04/066318, WO 07/048422 e WO 08/058572. A matriz de polipropileno usada para este tipo de cabos compreende homopolímero ou copolímero de polipropileno ou ambos, caracterizado por uma cristalinidade relativamente baixa de maneira a fornecer o cabo com a flexibilidade adequada, mas não conferir as propriedades mecânicas e resistência à termopressão no cabo operativo e temperaturas de sobrecarga. O desempenho do revestimento do cabo, especialmente da camada de isolamento do cabo também é afetado pela presença do fluido dielétrico intimamente misturado com a dita matriz de polipropileno. O fluido dielétrico não deve afetar as propriedades mecânicas e resistência à termopressão mencionadas e deve ser tal para ser íntima e homogeneamente misturado com a matriz polimérica.

[0005] Embora os cabos elétricos anteriores compreendendo pelo menos uma camada de isolamento elétrico com base em uma matriz de polipropileno intimamente misturada com um fluido dielétrico sejam normalmente concedidos com excelentes propriedades elétricas, uma melhora em termos de resistência à quebra dielétrica (DS) é de interesse, particularmente para aplicações de transmissão de energia de alta voltagem (HV).

[0006] US 4.551.499 refere-se a dielétricos poliméricos tendo melhor resistência à quebra, particularmente para aplicações de HV. Uma melhoria na resistência à quebra do polietileno ou polipropileno pode ser alcançada incorporando nele de cerca de 0,01 a 5 % em peso de um agente de nucleação compreendendo uma cera substancial mente não polar, tais como cera de ceresina. Alternativamente, materiais inorgânicos inertes finamente divididos, tais como talco, sílica pirogênia ou sílica de diatomácea, podem ser adicionados como agentes de nucleação para melhorar resistência à quebra. Nenhum dado é fornecido com relação a polipropileno.

[0007] No artigo de Martin, C. P. et al, publicado no 2003 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, p. 309- 312, um estudo sobre o comportamento de quebra dielétrica a curto prazo de inúmeros sistemas de polímero modelo é reportado. Mais especificamente, é fornecida uma investigação do efeito de um aditivo de nucleação na morfologia e comportamento de quebra para um copolímero propileno/etileno. Particularmente, dois sistemas de copolímero propileno/etileno, contendo aproximadamente 3 % de etileno, foram comparados, a saber os nomes comerciais Novolen™ 3240NC e Novolen™ 3200MC, ambos com base no mesmo polímero, mas o último sendo modificado pela adição de 2000 ppm de um agente de clarificação a base de sorbitol. De acordo com os resultados experimentais reportados pelos autores, observou-se que lotes finalizados de Novolen™ clarificado e não clarificado possuem resistências à quebra médias idênticas de 163 ± 6 kV/mm, enquanto que amostras clarificadas e não clarificadas cristalizadas possuíam valores de 143 ± 8 kV/mm e 162 ± 11 kV/mm, respectivamente. A partir dos dados anteriores, parece que a adição de um agente de nucleação a um copolímero de propileno/etileno não exerce nenhuma influência significativa na resistência à quebra do material.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] Foi enfrentado o problema de melhorar o desempenho elétrico, especialmente em termos de resistência à quebra dielétrica, de cabos de energia tendo, como camada de isolamento elétrico, um revestimento termoplástico a base de polímero ou copolímero de propileno intimamente misturado com um fluido dielétrico. O problema anterior é particularmente observado para cabos de transmissão de energia de alta voltagem (HV), que são caracterizados por uma alta espessura da camada de isolamento, tipicamente de 8 mm ou mais. De fato, observou-se que neste tipo de camadas de isolamento, formação de defeitos morfológicos (tais como microvazios e microfraturas) é mais provável de ocorrer, que pode causar uma redução da resistência dielétrica. Acredita-se que o fenômeno anterior é principalmente devido à taxa de resfriamento da camada de isolamento depois da extrusão, que é acentuadamente reduzida em virtude da alta espessura da camada. Um resfriamento lento pode causar formação de cristálitos de dimensões maiores no material termoplástico, que são prováveis de causar defeitos morfológicos.

[0009] De maneira a resolver o problema anterior, o requerente considerou a possibilidade de suplementar a camada de isolamento elétrico com um aditivo que age como um agente de nucleação para a fase de polipropileno, de maneira tal a reduzir o tamanho médio do cristalito, sem influenciar nas outras propriedades do material de isolamento e particularmente sem negativamente afetar o equilíbrio delicado das propriedades alcançadas pela combinação do polímero termoplástico com o fluido dielétrico.

[00010] Observou-se que a adição de um agente de nucleação, em particular um agente de nucleação definido a seguir, a uma camada de isolamento elétrico com base em um material de polímero termoplástico intimamente misturado com um fluido dielétrico pode acentuadamente reduzir o risco de formação de tais defeitos morfológicos.

[00011] Desta forma de acordo com um primeiro aspecto a presente invenção refere-se a um cabo compreendendo pelo menos um condutor elétrico e pelo menos uma camada de isolamento elétrico que circunda o dito condutor elétrico, em que pelo menos uma camada de isolamento elétrico compreende:

(a) um material de polímero termoplástico selecionado de:

- pelo menos um copolímero (i) de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma α-olefina a não ser propileno, o dito copolímero tendo um ponto de fusão maior ou igual a 130°C e uma entalpia de fusão de 20 J/g a 90 J/g;
- uma combinação de pelo menos um copolímero (i) com pelo menos um copolímero (ii) de etileno com pelo menos uma α-olefina, o dito copolímero (ii) tendo uma entalpia de fusão de 0 J/g a 120 J/g;
- uma combinação de pelo menos um propileno homopolímero com pelo menos um copolímero (i) ou copolímero (ii);
pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii) sendo um copolímero heterofásico;

(b) pelo menos um fluido dielétrico intimamente misturado com o material de polímero termoplástico;
(c) pelo menos um agente de nucleação.

[00012] Para o propósito da presente descrição e das reivindicações que se seguem, exceto onde de outra forma indicado, todos os números que expressam quantidades, porcentagens e assim em diante devem ser entendidas como sendo modificadas em todos os casos pelo termo “cerca de”. Também, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos máximo e mínimo descritos e incluem quaisquer faixas intermediárias deles, que podem ou não ser especificamente enumeradas aqui.

[00013] Na presente descrição e nas subsequentes reivindicações, como “condutor” entende-se um elemento eletricamente condutor normalmente feito de um material metálico, mais preferivelmente alumínio, cobre ou ligas destes, tanto como um bastão quanto como um multifio ou um elemento condutor conforme anteriormente revestido com uma camada semicondutora.

[00014] Para os propósitos da invenção o termo “voltagem média” geralmente significa uma voltagem entre 1 kV e 35 kV, enquanto que “alta voltagem” significa voltagens maiores que 35 kV.

[00015] Como “camada de isolamento elétrico” entende-se uma camada de cobertura fita de um material tendo propriedades de isolamento, a saber tendo uma rigidez dielétrica (resistência à quebra dielétrica) de pelo menos 5 kV/mm, preferivelmente maior que 10 kV/mm.

[00016] Como “camada semicondutora” entende-se uma camada de cobertura feita de um material tendo propriedades semicondutoras, tais como uma matriz polimérica adicionada com, por exemplo, negro de fumo, de maneira tal a obter um valor de resistividade volumétrica, a temperatura ambiente, menor que 500 Ω.m, preferivelmente menor que 20 Ω.m. Tipicamente, a quantidade de negro de fumo pode variar entre 1 e 50 % em peso, preferivelmente entre 3 e 30 % em peso, com ralação ao peso do polímero.

[00017] Preferivelmente, pelo menos um agente de nucleação é selecionado de agentes de nucleação orgânicos. Agentes de nucleação inorgânicos podem conferir o desempenho dielétrico de uma camada de isolamento para cabo de alta voltagem.

[00018] Mais preferivelmente, pelo menos um agente de nucleação é selecionado de derivados de sorbitol.

[00019] Com “copolímero heterofásico” entende-se um copolímero em que domínios elastoméricos, por exemplo, de elastômero etileno-propileno (EPR), são dispersos em um homopolímero propileno ou matriz de copolímero.

[00020] Pelo menos uma camada de isolamento elétrico pode ter uma espessura de pelo menos 8 mm, por exemplo, de pelo menos 12 mm. A espessura da camada de isolamento depende da voltagem pretendida a ser carreada pelo cabo e da estrutura geral do cabo (composições condutoras e configuração, tipo de material empregado para as camadas de isolamento, etc.). Por exemplo, um cabo isolado com polietileno pretendido para carrear 400 kV e tendo um único condutor feito de fios de cobre em tiras pode ter uma camada de isolamento 27 mm de espessura.

[00021] Preferivelmente, o material de polímero termoplástico (a) tem um índice de fluxo fundido (MFI), medido a 230°C com uma carga de 21,6 N de acordo com padrão ASTM D1238-00, de 0,05 dg/min a 10,0 dg/min, mais preferivelmente de 0,4 dg/min a 5,0 dg/min.

[00022] O comonômero de olefina em copolímero (i) pode ser etileno ou um α-olefina da fórmula CH₂=CH-R, em que R é um alquila C2-C10 reto ou ramificado selecionado, por exemplo, de: 1-buteno, 1-penteno, 4-metil-1- penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-deceno, 1-dodeceno ou misturas dos mesmos. Copolímeros de propileno/etileno são particularmente preferidos.

[00023] O comonômero de olefina em copolímero (i) está preferivelmente presente em uma quantidade igual ou menor que 15 % em mol, mais preferivelmente igual ou menor que 10 % em mol.

[00024] O comonômero de olefina em copolímero (ii) pode ser uma olefina da fórmula CH₂=CHR, em que R representa um grupo alquila reto ou ramificado contendo de 1 a 12 átomos de carbono. Preferivelmente, a dita olefina é selecionada de propileno, 1-buteno, isobutileno, 1-penteno, 4-metil- 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-dodeceno ou misturas dos mesmos. Propileno, 1-buteno, 1-hexeno e 1-octeno são particularmente preferidos.

[00025] De acordo com uma modalidade preferida, pelo menos um copolímero (ii) é um copolímero de polietileno linear de baixa densidade (LLDPE). Preferivelmente o comonômero de olefina em LLDPE está presente em uma quantidade de 2 a 12 % em peso.

[00026] De acordo com uma modalidade preferida, copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos são copolímeros aleatórios. Com “copolímero aleatório” entende-se um copolímero em que os comonômeros são aleatoriamente distribuídos ao longo da cadeia de polímero.

[00027] Vantajosamente, em copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos, quando heterofásica, uma fase elastomérica está presente em uma quantidade igual ou maior que 45 % em peso com relação ao peso total do copolímero.

[00028] Copolímeros heterofásicos particularmente preferidos (i) ou (ii) são os em que a fase elastomérica consiste em um copolímero elastomérico de etileno e propileno compreendendo de 15 % em peso a 50 % em peso de etileno e de 50 % em peso a 85 % em peso de propileno com relação ao peso da fase elastomérica.

[00029] Copolímeros heterofásicos preferidos (ii) são copolímeros de propileno, em particular:

[00030] (ii-a) copolímeros tendo a seguinte composição de monômero: 35 % em mol-90 % em mol de etileno; 10 % em mol-65 % em mol de uma α- olefina alifática, preferivelmente propileno; 0 % em mol-10 % em mol de um polieno, preferivelmente um dieno, mais preferivelmente, 1,4-hexadieno ou 5- etileno-2-norbomeno (borrachas EPR e EPDM pertencem a esta classe);

[00031] (ii-b) copolímeros tendo a seguinte composição de monômero: 75 % em mol-97 % em mol, preferivelmente 90 % em mol-95 % em mol, de etileno; 3 % em mol-25 % em mol, preferivelmente 5 % em mol- 10 % em mol, de uma α-olefina alifática; 0 % em mol-5 % em mol, preferivelmente 0 % em mol-2 % em mol, de um polieno, preferivelmente um dieno (por exemplo, copolímeros etileno/1-octeno).

[00032] Copolímeros heterofásicos podem ser obtidos por copolimerização sequencial de: 1) propileno, possivelmente contendo quantidades menores de pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma α-olefina a não ser propileno; e então de: 2) uma mistura de etileno com uma α-olefina, em particular propileno, opcionalmente com porções menores de um polieno.

[00033] O termo “polieno” geralmente significa um dieno, trieno ou tetraeno conjugado ou não conjugado. Quando um comonômero dieno está presente, este comonômero geralmente contém de 4 a 20 átomos de carbono e é preferivelmente selecionado de: diolefinas retas conjugadas ou não conjugadas, tais como, por exemplo, 1,3-butadieno, 1,4-hexadieno, 1,6- octadieno e similares; dienos monocíclicos ou policíclicos, tais como, por exemplo, 1,4-cicloexadieno, 5-etilideno-2-norbomeno, 5-metileno-2- norborneno, vinilnorborneno ou misturas dos mesmos. Quando um comonômero de trieno ou tetraeno está presente, este comonômero geralmente contém de 9 a 30 átomos de carbono e é preferivelmente selecionado de trienos ou tetraenos contendo um grupo vinila na molécula ou um grupo 5-norbornen-2-il na molécula. Exemplos específicos de comonômeros de trieno ou tetraeno que podem ser usados na presente invenção são: 6,10-dimetil-1,5,9-undecatrieno, 5,9-dimetil-1,4,8-decatrieno, 6,9-dimetil-1,5,8-decatrieno, 6,8,9-trimetil-1,6,8-decatrieno, 6,10,14-trimetil- 1,5,9,13-pentadecatetraeno ou misturas dos mesmos. Preferivelmente, o polieno é um dieno.

[00034] Preferivelmente, copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos têm um ponto de fusão de 140°C a 180°C.

[00035] Preferivelmente, copolímero (i) tem uma entalpia de fusão de 25 J/g a 80 J/g.

[00036] Preferivelmente, copolímero (ii) tem uma entalpia de fusão de 10 J/g a 90 J/g quando heterofásico e de 50 J/g a 100 J/g quando homofásico (substancialmente sem fase heterofásica).

[00037] Vantajosamente, quando o material termoplástico da camada de isolamento compreende uma combinação de copolímero (i) e copolímero (ii), a razão entre copolímero (i) e copolímero (ii) é de 1:9 a 8:2, preferivelmente de 2:8 a 7:3.

[00038] Vantajosamente, quando o material termoplástico da camada de isolamento compreende uma combinação de um propileno homopolímero e pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii), a razão entre o propileno homopolímero e copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos é de 0,5:9.5 a 5:5, preferivelmente de 1:9 a 3:7.

[00039] Preferivelmente, o material termoplástico da camada de isolamento compreende uma combinação de um propileno homopolímero com um copolímero (i) e dois copolímeros (ii); em neste caso, um dos copolímeros (ii) é um copolímero heterofásico, enquanto que o outro é homofásico.

[00040] Como para o fluido dielétrico (b), alta compatibilidade entre o fluido dielétrico e o material base do polímero é necessária para obter uma dispersão microscopicamente homogênea do fluido dielétrico no material base do polímero. O fluido dielétrico adequado para formar a camada de cobertura do cabo da presente invenção não deve compreender compostos polares ou somente uma quantidade limitada destes, de maneira a evitar um aumento significativo das perdas dielétricas.

[00041] Preferivelmente, a concentração em peso do dito pelo menos um fluido dielétrico no dito material de polímero termoplástico é menor que a concentração de saturação do dito fluido dielétrico no dito material de polímero termoplástico. A concentração de saturação do fluido dielétrico no material de polímero termoplástico pode ser determinada por um modo de absorção de fluido em corpos de prova Dumbell conforme descrito, por exemplo, em WO 04/066317.

[00042] Usando o fluido dielétrico em uma quantidade conforme definido anteriormente, propriedades termomecânicas da camada de isolamento são mantidas e exsudação do fluido dielétrico do material de polímero termoplástico é evitado.

[00043] Pelo menos um fluido dielétrico é geralmente compatível com o material de polímero termoplástico. “Compatível” significa que a composição química do fluido e do material de polímero termoplástico é tal que resulte em uma dispersão microscopicamente homogênea do fluido dielétrico no material de polímero mediante mistura do fluido no polímero, similarmente a um plastificante.

[00044] Geralmente, a razão em peso entre pelo menos um fluido dielétrico (b) e o material de polímero termoplástico (a) pode ser de 1:99 a 25:75, preferivelmente de 2:98 a 15:85.

[00045] Também deve-se observar que o uso de um fluido dielétrico com um ponto de fusão relativamente baixo ou baixo ponto de derramamento (por exemplo um ponto de fusão ou um ponto de derramamento não maior que 80°C) permite um fácil manuseio do fluido dielétrico que pode ser fundido sem necessidade de etapas de fabricação adicionais e complexas (por exemplo uma etapa de fusão do fluido dielétrico) e/ou aparato para mistura do líquido com o material de polímero.

[00046] De acordo com uma modalidade preferida adicional, o fluido dielétrico tem um ponto de fusão ou um ponto de derramamento de -130°C a +80°C.

[00047] O ponto de fusão pode ser determinado por técnicas conhecidas, tais como, por exemplo, por análise de calorimetria de varredura diferencial (DSC).

[00048] Fluidos dielétricos adequados para uso no cabo da invenção são descritos, por exemplo, em WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066318, WO 07/048422 e WO 08/058572, todos no nome do requerente.

[00049] De acordo com uma modalidade preferida adicional, o fluido dielétrico tem uma viscosidade predeterminada de maneira a evitar rápida difusão do líquido na camada de isolamento e assim sua migração para fora, bem como possibilita que o fluido dielétrico seja facilmente alimentado e misturado no material de polímero termoplástico. Geralmente, o fluido dielétrico da invenção tem uma viscosidade, a 40°C, de 10 cSt a 800 cSt, preferivelmente de 20 cSt a 500 cSt (medida de acordo com padrão ASTM D445-03).

[00050] Preferivelmente, o fluido dielétrico de acordo com a invenção tem uma razão de número de átomos de carbono aromáticos para número total de átomos de carbono (daqui em diante também referido como C_ar/C_tot) maior ou igual a 0,3. Preferivelmente, C_ar/C_tot é menor que 1. Por exemplo, C_ar/C_tot é de 0,4 a 0,9. O número de átomos de carbono aromáticos deve ser o número de átomos de carbono que são parte de um anel aromático.

[00051] A razão de número de átomos de carbono aromáticos para número de átomos de carbono total do fluido dielétricos de acordo com a invenção é sinal de aromaticidade.

[00052] A razão de número de átomos de carbono aromáticos com relação ao número de átomos de carbono total pode ser determinada de acordo com padrão ASTM D3238-95(2000)e1.

[00053] Exemplos de fluidos dielétricos adequados são: óleos aromáticos, tanto monocíclicos, policíclicos (condensados ou não) ou heterocíclicos (isto é, contendo pelo menos um heteroátomo selecionado de oxigênio, nitrogênio ou enxofre, preferivelmente oxigênio), em que frações aromáticas ou heteroaromáticas são substituídas por pelo menos um grupo alquila C₁-C₂₀, e misturas dos mesmos. Quando duas ou mais frações cíclicas estão presentes, tais frações podem ser ligadas por um grupo alquenila C₁-C₅.

[00054] Por exemplo, o fluido dielétrico compreende pelo menos um hidrocarboneto de alquilarila tendo a fórmula estrutural (I):

[00055] em que:

[00056] R₁, R₂, R₃ e R₄, iguais ou diferentes, são hidrogênio ou metila;

[00057] n₁ e n₂, iguais ou diferentes, são zero, 1 ou 2, com a condição de que a soma nl+n2 é menor ou igual a 3.

[00058] Em um outro exemplo, o fluido dielétrico compreende pelo menos um difenil éter tendo a seguinte fórmula estrutural (II):

[00059] em que R₅ e R₆ são iguais ou diferentes e representam hidrogênio, um grupo fenil não substituído ou substituído por pelo menos um grupo alquila ou um grupo alquila não substituído ou substituído por pelo menos um fenila. Por grupo alquila entende-se um radical hidrocarboneto C₁- C₂₄ reto ou ramificado, preferivelmente C₁-C₂₀, com a condição de que a razão de número de átomos de carbono aromáticos para número de átomos de carbono total é maior ou igual a 0,3.

[00060] Preferivelmente, os agentes de nucleação de acordo com a presente invenção são selecionado de sorbitol acetais aromáticos.

[00061] Mais preferivelmente, os agentes de nucleação de acordo com a presente invenção são selecionado de sorbitol acetais aromáticos da fórmula (III):

em que:

[00062] R₁, R₂, R₃, R₄ e R₅, iguais ou diferentes um do outro, são selecionados de: hidrogênio, alquila C₁-C₄, alcóxi C₁-C₄, alquenila C₁-C₄ ou R₁ e R₂ou R₃ e R₄ juntos formam um anel carbocíclico contendo até 6 átomos de carbono.

[00063] Mais preferivelmente, R₁, R₂, R₃, R₄ e R₅, iguais ou diferentes um do outro, são selecionado de: hidrogênio, metila, n-propila, iso-propila, n- butila, iso-butila, terc-butila, alila, com a condição de que pelo menos um de R₁, R₂ e R₃ é diferente de hidrogênio.

[00064] Ainda mais preferivelmente, pelo menos um agente de nucleação é selecionado dos compostos da fórmula (III) em que:
R₁ = R₃ = metila, R₂ = R₄ = metila, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = metila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = etila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = iso-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = iso-butila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = hidrogênio;
R₁ e R₂ = grupo cicloexila condensado, R₃ e R₄ = grupo cicloexila condensado, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = n-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = alila;
R₁ = n-propilóxi, R₃ = n-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = alila;
R₁ é n-propilóxi, R₃ = n-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = n- propila;
R₁ = R₃ = n-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = n-propila.
Particularmente preferidos são sorbitol acetais aromáticos da fórmula:

1,3:2,4-bis(3,4-dimetilbenzilideno)sorbitol (produto comercial Millad™ 3988 da Milliken & Co.);
ou da fórmula:

[00065] bis(4-propilbenzilideno)propilsorbitol (produto comercial Millad™ NX8000 da Milliken & Co.).

[00066] Detalhes adicionais sobre os sorbitol acetais aromáticos a ser preferivelmente usados como agentes de nucleação de acordo com a presente invenção podem ser encontrados, por exemplo, em US 5.049.605 e 7.662.978 e em WO 2005/111134.

[00067] Preferivelmente, o dito pelo menos um agente de nucleação está presente na camada de isolamento elétrico em uma quantidade de 0,05 a 10 % em peso, mais preferivelmente de 0,1 a 5 % em peso, com relação ao peso total da camada de isolamento.

[00068] Outros componentes podem ser adicionados em quantidades menores ao material de polímero termoplástico de acordo com a presente invenção, incluindo antioxidantes, auxiliares de processamento ou misturas dos mesmos.

[00069] Antioxidantes convencionais adequados para o propósito são, por exemplo, distearil- ou dilauril-tiopropionato e pentaerotritil-tetraquis [3- (3,5-di-t-butil-4-hidroxifen-il)-propionato] ou misturas dos mesmos.

[00070] Auxiliares de processamento que podem ser adicionados à composição de polímero incluem, por exemplo, estearato de cálcio, estearato de zinco, ácido esteárico ou misturas dos mesmos.

[00071] De acordo com uma modalidade preferida, o cabo de acordo com a presente invenção inclui também pelo menos uma camada semicondutora. A camada semicondutora é preferivelmente formada por um material semicondutor compreendendo componentes (a) e (b) conforme descrito anteriormente e pelo menos uma carga condutora (d), preferivelmente uma carga de negro de fumo.

[00072] Pelo menos uma carga condutora é geralmente dispersa no material de polímero termoplástico em uma quantidade tal a fornecer o material com propriedades semicondutoras, a saber para obter um valor de resistividade volumétrica, a temperatura ambiente, menor que 500 Ω.m, preferivelmente menor que 20 Ω.m. Tipicamente, a quantidade de negro de fumo pode variar entre 1 e 50 % em peso, preferivelmente entre 3 e 30 % em peso, com ralação ao peso do polímero.

[00073] O uso da mesma composição de polímero base tanto para a camada de isolamento tanto a camada semicondutoras é particularmente vantajoso na produção de cabos para alta e média voltagem, uma vez que garante excelente adesão entre camadas adjacentes e assim um bom comportamento elétrico, particularmente na interface entre a camada de isolamento e a camada semicondutora interna, onde o campo elétrico e assim os riscos de descargas parciais são maiores.

[00074] As composições poliméricas para o cabo de acordo com a presente invenção podem ser produzidas misturando junto o material de polímero termoplástico, o fluido dielétrico, o agente de nucleação e qualquer outro aditivo opcional, usando métodos conhecidos na tecnologia. Mistura pode ser realizada, por exemplo, por um misturador interno do tipo com rotores tangenciais (Banbury) ou com rotores interpenetrantes em um misturador contínuo do tipo Ko-Kneader (Buss), do tipo parafuso duplo coou contra rotação; ou em uma extrusora de parafuso único.

[00075] De acordo com uma modalidade preferida, o fluido dielétrico pode ser adicionado ao material de polímero termoplástico durante a etapa de extrusão por injeção direta no cilindro da extrusora conforme descrito, por exemplo, em WO 02/47092 no nome do requerente.

[00076] Um exemplo de um processo de fabricação adequado para fabricar um cabo de acordo com a presente invenção é descrito em PCT/EP2010/070677, no nome do requerente.

[00077] Embora a presente descrição seja principalmente focada em cabos para transportar ou romper energia de alta e média voltagem, a composição de polímero da invenção pode ser usada para revestir dispositivos elétricos em geral e em particular cabo de diferentes tipos, por exemplo, cabos de baixa voltagem (isto é, cabos que carreiam uma voltagem menor que 1 kV), cabos de telecomunicação ou energia combinada/ cabos ou acessórios de telecomunicações usados em linhas elétricas, tais como terminais, juntas, conectores e similares.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

[00078] Características adicionais ficarão evidentes a partir da descrição detalhada dada daqui em diante com referência aos desenhos em anexo, em que:

[00079] Figura 1 é uma vista em perspectiva de um cabo de energia, particularmente adequado para alta e média voltagem de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS

[00080] Na figura 1, o cabo (1) compreende um condutor (2), uma camada interna com propriedades semicondutoras (3), uma camada intermediária com propriedades de isolamento (4), uma camada externa com propriedades semicondutoras (5), uma camada de seleção de metal (6) e uma casca (7).

[00081] O condutor (2) geralmente consiste em fios de metal, preferivelmente de cobre ou alumínio ou ligas destes, presos junto por métodos convencionais ou de um bastão de alumínio ou cobre sólido.

[00082] A camada de isolamento (4) pode ser produzida por extrusão, em tomo do condutor (2), de uma composição de acordo com a presente invenção.

[00083] As camadas semicondutoras (3) e (5) também são feitas extrusando materiais poliméricos normalmente baseados em poliolefinas, preferivelmente um material de polímero termoplástico de acordo com a presente descrição, feitas para ser semicondutoras adicionando pelo menos uma carga condutora, normalmente negro de fumo.

[00084] Ao redor da camada semicondutora externa (5), uma camada de seleção de metal (6) é normalmente posicionada, feita de fios ou tiras eletricamente condutoras helicolidalmente enroladas em tomo do núcleo do cabo ou de uma fita eletricamente condutora longitudinalmente enrolada e sobreposta (preferivelmente colada) na camada de sobreposição. O material eletricamente condutor do dito fios, tiras ou fitas é normalmente cobre ou alumínio ou ligas destes.

[00085] A camada de seleção (6) pode ser coberta por uma casca (7), geralmente feita de uma poliolefina, normalmente polietileno.

[00086] O cabo também pode ser fornecido com uma estrutura protetora (não mostrada na figura 1) cujo propósito principal é mecanicamente proteger o cabo contra impactos ou compressões. Esta estrutura protetora pode ser, por exemplo, um reforço de metal ou uma camada de polímero expandido conforme descrito em WO 98/52197 no nome do requerente.

[00087] O cabo de acordo com a presente invenção pode ser fabricado de acordo com métodos conhecidos, por exemplo, por extrusão das várias camadas em torno do condutor central. A extrusão de duas ou mais camadas é vantajosamente realizada em uma única passagem, por exemplo, pelo método tandem em que extrusoras individuais são dispostas em série ou por coextrusão com um múltiplas cabeças de extrusão. A camada de seleção é então aplicada em tomo do núcleo do cabo então produzido. Finalmente, a casca de acordo com a presente invenção é aplicada, normalmente por uma etapa de extrusão adicional.

[00088] O cabo da presente invenção é preferivelmente usado para transmissão de energia de corrente alternada (AC).

[00089] Figura 1 mostra somente uma modalidade de um cabo de acordo com a invenção. Modificações adequadas podem ser feitas nesta modalidade de acordo com necessidades técnicas específicas e requerimentos de aplicação sem fugir do escopo da invenção.

[00090] Os seguintes exemplos são fornecidos para ilustrar ainda a invenção.

EXEMPLOS 1-2.

[00091] As seguintes composições foram preparadas com as quantidades reportadas na tabela 1 (expressas como % em peso com relação ao peso total da composição).

[00092] Em todos os exemplos, o copolímero de propileno foi alimentado diretamente no suspensor da extrusora. Subsequentemente, o fluido dielétrico, previamente misturado com o antioxidante e o agente de nucleação (se presente), foi injetado em alta pressão na extrusora. Uma extrusora tendo um diâmetro de 80 mm e uma razão L/D de 25 foi usada. A injeção foi feita durante a extrusão a cerca de 20 D do começo do parafuso da extrusora por meio de pontos de injeção.

[00093] Mistura de polipropileno: 25/75 mistura de um copolímero aleatório propileno-etileno (entalpia de fusão 65,1 J/g) e um copolímero heterofásico de propileno (entalpia de fusão 30 J/g);

[00094] Marlotherm™ SH: dibenziltolueno (DBT), razão átomos de carbono aromáticos/ átomos de carbono total = 0,86 (Sasol Olefinas & Surfactants GmbH);

[00095] Millad™ NX 20: lote mestre de polipropileno contendo 80 % em peso de Millad™ NX8000 (bis(4-propilbenzilideno)propilsorbitol) (Milliken & Co.); a quantidade reportada na tabela I refere-se à quantidade de agente de nucleação realmente adicionado;

[00096] Antioxidante: 4,6-bis (octiltiometil)-o-cresol.

[00097] A resistência à quebra dielétrica (DS) de cabos de amostra (200 m de comprimento) tendo uma camada de isolamento com base na composição dos exemplos 1 ou 2 foi avaliada em condição de corrente alternada. Em cada cabo, o condutor (70 mm²) foi revestido por uma camada de isolamento tendo uma espessura de 5,5 mm. As medições de DS foram feitas aplicando a estes cabos de amostra uma corrente alternada a 50 Hz começando com uma voltagem de 50 kV e aumento em etapas de 10 kV a cada 10 minutos até que a perfuração da peça de teste tenha ocorrido. Cada medição foi repetida em 3 peças de teste. Os valores dados na tabela 2 são a média aritmética dos valores medidos individuais.

[00098] O DS do cabo tendo como camada de isolamento a composição de acordo com o exemplo 2 (invenção) foi aumentado de cerca de 20 % com relação ao do cabo de acordo com o exemplo 1 (comparativo), em que o material de isolamento é desprovido de qualquer agente de nucleação.

[00099] Uma inspeção visual por micrografia da amostra contendo um agente de nucleação de acordo com a invenção mostrou um aspecto mais forte que uma amostra com a mesma composição e processo de fabricação, mas sem agente de nucleação.

Claims

Cabo de energia, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um condutor elétrico e pelo menos uma camada de isolamento elétrico que circunda o dito condutor elétrico, em que pelo menos uma camada de isolamento elétrico compreende:
- (a) um material de polímero termoplástico selecionado de:
- pelo menos um copolímero (i) de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma α-olefina a não ser propileno, o dito copolímero tendo um ponto de fusão maior ou igual a 130°C e uma entalpia de fusão de 20 J/g a 90 J/g;
- uma combinação de pelo menos um copolímero (i) com pelo menos um copolímero (ii) de etileno com pelo menos um α-olefina, o dito copolímero (ii) tendo uma entalpia de fusão de 0 J/g a 120 J/g;
- uma combinação de pelo menos um homopolímero de propileno com pelo menos um copolímero (i) ou copolímero (ii);
pelo menos um de copolímero (i) e copolímero (ii) sendo um copolímero heterofásico;
- (b) pelo menos um fluido dielétrico intimamente misturado com o material de polímero termoplástico;
- (c) pelo menos um agente de nucleação;
em que pelo menos um do agente de nucleação (c) é selecionado de sorbitol acetais aromáticos da fórmula (III):
em que:
R₁, R₂, R₃, R₄ e R₅, iguais ou diferentes um do outro, são selecionado de: hidrogênio, alquila C₁-C₄, alcóxi C₁-C₄, alquenila C₁-C₄ ou R₁ e R₂ ou R₃ e R₄ juntos formam um anel carbocíclico contendo de até 6 átomos de carbono.
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero (i) é um copolímero de propileno/etileno.
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um copolímero (ii) é um copolímero de polietileno linear de baixa densidade.
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, no copolímero (i) ou copolímero (ii) ou ambos, quando heterofásica, uma fase elastomérica está presente em uma quantidade igual ou maior que 45 % em peso com relação ao peso total do copolímero.
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que copolímero (i) tem uma entalpia de fusão de 25 J/g a 80 J/g.
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que copolímero (ii) tem uma entalpia de fusão de 10 J/g a 90 J/g quando heterofásico e de 50 J/g a 100 J/g quando homofásico.
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material termoplástico da camada de isolamento compreende uma combinação de um propileno homopolímero com um copolímero (i) e dois copolímeros (ii).
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um fluido dielétrico (b) tem uma razão de número de átomos de carbono aromáticos para número de átomos de carbono total (C_ar/C_tot) maior ou igual a 0,3.
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um o agente de nucleação (c) é selecionado de sorbitol acetais aromáticos da fórmula (III) em que:
R₁ = R₃ = metila, R₂ = R₄ = metila, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = metila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = etila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = iso-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = iso-butila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = hidrogênio;
R₁ e R₂ = grupo cicloexila condensado, R₃ e R₄ = grupo cicloexila condensado, R₅ = hidrogênio;
R₁ = R₃ = n-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = alila;
R₁ = n-propilóxi, R₃ = n-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = alila;
R₁ é n-propilóxi, R₃ = n-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = n-propila;
R₁ = R₃ = n-propila, R₂ = R₄ = hidrogênio, R₅ = n-propila.
Cabo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos um do agente de nucleação (c) é selecionado de:
1,3:2,4-bis(3,4-dimetilbenzilideno)sorbitol,
bis(4-propilbenzilideno)propilsorbitol;
ou misturas dos mesmos.
Cabo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um agente de nucleação (c) está presente em uma quantidade de 0,05 a 10 % em peso, preferivelmente de 0,1 a 5 % em peso, com relação ao peso total da camada de isolamento.