BR112021001653A2 - cabo de alimentação, e processo para fabricar um cabo de alimentação - Google Patents

Abstract

CABO DE ALIMENTAÇÃO, E PROCESSO PARA FABRICAR UM CABO DE ALIMENTAÇÃO. Trata-se de um cabo de alimentação e um processo de fabricação de um cabo de alimentação, em que o cabo de alimentação inclui um núcleo que contém fios eletricamente condutores entrançados que são impregnados com uma composição de bloqueio de água, sendo que a composição de bloqueio de água contém, com base num peso total da composição de bloqueio de água: (i) um polímero termoplástico; e (ii) uma quantidade positiva de até 30% em peso de um polímero reticulado, sendo que o polímero reticulado está na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula menor que 900 µm e o polímero reticulado é disperso no polímero termoplástico.

Description

CABO DE ALIMENTAÇÃO, E PROCESSO PARA FABRICAR UM CABO DE ALIMENTAÇÃO REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Não aplicável.

DECLARAÇÃO RELACIONADA À PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO COM PATROCÍNIO DO GOVERNO FEDERAL

[002] Não aplicável.

OS NOMES DAS PARTES PARA UM ACORDO DE INVESTIGAÇÃO CONJUNTA

[003] Não aplicável.

INCORPORAÇÃO A TÍTULO DE REFERÊNCIA DE MATERIAL SUBMETIDO NUM DISCO COMPACTO

[004] Não aplicável.

DECLARAÇÃO RELACIONADA ÀS DIVULGAÇÕES ANTERIORES PELO INVENTOR OU UM INVENTOR CONJUNTO.

[005] Não aplicável.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[006] Esta divulgação se refere a um cabo de alimentação que compreende um núcleo eletricamente condutor produzido a partir de uma pluralidade de fios que são entrançados e impregnados com uma composição de bloqueio de água, em que o material de bloqueio de água compreende (i) um polímero termoplástico e (ii) até 30% em peso de um polímero reticulado reciclado, com base num peso total do material de bloqueio de água, e um processo para fabricar os referidos núcleos de cabo. Esta divulgação se refere, adicionalmente, aos cabos de alimentação que compreendem o referido núcleo eletricamente condutor para uso em ambientes subterrâneos e submarinos.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[007] A penetração de água no núcleo eletricamente condutor de um cabo de alimentação é problemática uma vez que a água pode vaporizar devido às temperaturas alcançadas durante o uso do condutor e migrar para o isolamento do cabo de alimentação, em que “árvores” podem se formar o que provoca, potencialmente, uma diminuição nas propriedades elétricas do isolamento e um risco aumentado de perfuração elétrica. O problema de penetração de água é particularmente sentido em implantações de cabo subterrâneas e subaquáticas, quando os riscos da entrada e espalhamento de água ao longo do cabo todo são muito altos. A água que penetra o núcleo eletricamente condutor também é problemática, uma vez que a mesma pode provocar corrosão dos fios de metal que formam o núcleo condutor.

[008] Para evitar a migração ao longo do núcleo condutor de cabos elétricos isolados, o documento de Patente nº U.S. 4.791.240 propõe um cabo elétrico que compreende um condutor na forma de uma corda constituída por uma pluralidade de fios metálicos acumulados e impregnados com uma carga que, quando extrudada, forma um composto sólido e duro entre os fios metálicos. O composto de carga tem como base um composto polimérico que tem uma viscosidade de Mooney de cerca de 10 a 60 a 100°C e uma dureza de Shore A de cerca de 10 a 90.

[009] Materiais de bloqueio de água conhecidos (também denominados materiais de preenchimento de filamento) tendem a ser caros e incluem commodities que têm preço oscilante, tais como compostos de grafite e borracha.

[010] Cabos elétricos compreendem camadas produzidas a partir de composições com base em polímeros reticulados que são obtidos a partir de um processo de reticulação de peróxido ou silano, tal como borracha de propileno de etileno (EPR), polietileno reticulado (XLPE) e aditivos opcionais. As correntes de refugo destes restos reticulados, parcialmente reticulados e não reticulados dos mesmos não são insignificantes. De maneira contrária aos materiais termoplásticos, como os materiais de preenchimento de filamento, reticulados e parcialmente reticulados não podem ser refundidos e reusados. Assim, além da pegada ambiental destas correntes de refugo, os custos de produção são aumentados devido à eliminação destas correntes de refugo.

[011] Seria vantajoso reduzir os custos e a dependência sobre materiais de bloqueio de água conhecidos através do uso de materiais poliméricos mais baratos. No entanto, a incorporação de materiais não termoplásticos, tais como materiais poliméricos termofixos e reticulados, em composições termoplásticas é problemática uma vez que têm diferentes viscosidades e esta diferença em viscosidade pode resultar numa mistura heterogênea que afeta, potencialmente, as condições de processamento necessárias para assegurar a impregnação completa dos interstícios e, consequentemente, a proteção de cabo. No caso da adição de um material polimérico reciclado reticulado ou parcialmente reticulado, o reaquecimento não pode alcançar suavização ou derretimento, assim, seria esperado o aumento da probabilidade de a água ter capacidade para migrar ao longo do núcleo condutor do cabo devido aos espaços vazios que podem se formar nas interfaces do material de bloqueio de água termoplástico e do material polimérico reticulado. Isto é, espera-se que as diferentes fases do polímero reticulado e do material de bloqueio de água durante o processo de impregnação contribuam para espaços vazios de interface.

[012] O documento de Patente nº U.S. 4.123.584 divulga um processo para recuperar tipos termofixos de resto sólido de compostos plásticos através de: granulação a quente dos restos frescos antes de curarem totalmente; resfriamento dos grânulos para evitar cura adicional; e, então, formação de um pó fino de cerca de 18 mesh (1 mm) ou menos a partir dos grânulos. O Documento de Patente nº U.S. 4.123.584 propõe usar o composto termofixo reivindicado nos revestimentos de isolamento para condutores elétricos através de: extrusão do composto reivindicado num condutor elétrico; cura do condutor revestido passando-o através de um tubo de vulcanização contínuo; e, então, resfriamento do condutor revestido e curado. É essencial no Documento de Patente nº U.S. 4.123.584 que o composto termofixo reivindicado não seja totalmente curado, embora seja indicado que compostos substancialmente curados possam ser reutilizados em alguns processos menos exigentes, tais como moldagem por injeção e a extrusão de revestimentos de isolamento espesso, se o mesmo for mesclado com pelo menos 25% em peso de material virgem.

[013] O processo exemplificativo no Documento de Patente nº U.S. 4.123.584 se refere a uma mescla produzida a partir de 90% em peso de um polietileno reticulável muito pouco curado e 10% em peso de um polietileno reticulado reivindicado. O uso de uma mescla reciclada num material de bloqueio de água não é previsto nem a reciclagem do polímero termofixo parcialmente reticulado com um polímero termoplástico.

[014] O documento de Patente nº U.S. 6.638.589 divulga um método para usar material plástico reciclado misturando-se polietileno reticulado com o material de base, por exemplo, uma poliolefina, do produto a ser produzido, de uma tal maneira que a proporção do polietileno reticulado reciclado na mistura seja menor que 30% em peso. O polietileno reticulado é moído por raspagem ou ruptura para formar um pó que tem um tamanho de grão menor que 1 mm e que, quando extrudado, não se funde com o material de base e orienta de modo que sua resistência continue a crescer até algum ponto. O documento de Patente nº U.S. 6.638.589 exemplifica a formação de canos plásticos a partir da mescla que contém o polietileno reticulado reciclado. O documento de Patente nº U.S. 6.638.589 não prevê o uso da mescla reciclada como um material de bloqueio de água ou na fabricação de cabos.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[015] Um objetivo da presente divulgação é reduzir o custo de fabricação de um cabo de alimentação que tem um núcleo eletricamente condutor que compreende uma composição de bloqueio de água adequada para evitar ingresso e migração de água através do núcleo condutor sem alterar, substancialmente, a eficiência de fabricação de cabo, por exemplo, em termos de facilidade e velocidade.

[016] O Requerente previu incorporar um material de sucata pelo menos parcialmente reticulado no material de bloqueio de água termoplástico. A reutilização do material de sucata reduz os custos de produção diminuindo-se os custos de eliminação associados aos polímeros reticulados obtidos a partir dos processos de cura de peróxido ou silano e da quantidade relativa do material de bloqueio de água termoplástico normalmente usado no processo de encalhe do núcleo eletricamente condutor.

[017] O Requerente constatou que uma dada quantidade de um material pelo menos parcialmente reticulado em mistura por adição com um material de bloqueio de água termoplástico poderia ser usada para impregnar totalmente os fios condutores elétricos de um cabo de alimentação numa velocidade de fabricação industrialmente satisfatória, quando o material pelo menos parcialmente reticulado está na forma de um pó com um diâmetro de partícula menor que 900 µm.

[018] Um objetivo da presente divulgação é alcançado com um cabo de alimentação que compreende fios eletricamente condutores entrançados que são impregnados com uma composição de bloqueio de água que compreende: (i) um polímero termoplástico; e (ii) uma quantidade positiva de até 30% em peso, com base num peso total da composição de bloqueio de água, de um polímero reticulado, em que o polímero reticulado está na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula menor que 900 µm, e em que o polímero reticulado é disperso no polímero termoplástico.

[019] A presente divulgação se refere, adicionalmente, a um processo para fabricar um cabo de alimentação, que compreende: distribuir até 30% em peso de um polímero reticulado na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula menor que 900 µm num polímero termoplástico para obter uma composição de bloqueio de água; bombear a composição de bloqueio de água para impregnar fios eletricamente condutores entrançados, para obter um núcleo de cabo; em que o bombeamento é realizado numa velocidade de linha maior que 250 RPM (rotações por minuto).

BREVES DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[020] Uma apreciação mais completa da divulgação, e diversas das vantagens correspondentes à mesma, serão prontamente obtidas na medida em que as mesmas se tornam melhor entendidas com referência à descrição detalhada a seguir, quando considerada em combinação com os desenhos anexos, em que:

[021] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um cabo, de acordo com a presente divulgação.

[022] A Figura 2 é um corte transversal ampliado fragmentário de um cabo, de acordo com a presente divulgação.

[023] A Figura 3 é uma vista lateral esquemática de um dispositivo para realizar o método para produzir um cabo, de acordo com a presente divulgação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[024] Deve-se entender que todas as combinações possíveis de recursos particulares dos objetivos da presente divulgação estão incluídas neste relatório descritivo. Por exemplo, quando um recurso particular é divulgado no contexto de um aspecto ou modalidade particular, ou uma reivindicação particular, este recurso também pode ser usado, na medida do possível, em combinação com e/ou no contexto de outros aspectos e modalidades particulares, e na divulgação de modo geral.

[025] As faixas numéricas nesta divulgação são aproximadas, e assim podem incluir valores fora da faixa a menos que seja indicado de outra forma. Faixas numéricas incluem todos os valores a partir dos valores superiores e inferiores e inclusive os mesmos, em incrementos de uma unidade, desde que haja uma separação de pelo menos duas unidades entre qualquer valor inferior e qualquer valor superior. Como um exemplo, se uma propriedade composicional, física ou outra propriedade, tal como, por exemplo, peso molecular, viscosidade, índice de fusão, etc., for de 100 a 1000, acredita-se que todos os valores individuais, tais como 100, 101, 102, etc., e subfaixas, tais como 100 a 144, 155 a 170, 197 a 200, etc., sejam expressamente enumerados. Para faixas que contêm valores que são menores que um ou que contêm números fracionários maiores que um (por exemplo, 1,1, 1,5, etc.), uma unidade é considerada como 0,0001, 0,001, 0,01 ou 0,1, conforme apropriado. Para faixas que contêm números de dígito único menores que dez (por exemplo, 1 a 5), uma unidade é tipicamente considerada como 0,1. Estes são somente exemplos do que é especificamente pretendido e todas as combinações possíveis de valores numéricos entre o valor menor e o valor maior enumerado devem ser consideradas como expressamente mencionada nesta divulgação. Faixas numéricas são fornecidas dentro desta divulgação para, dentre outras coisas, as quantidades de componente da composição e vários parâmetros de processo.

[026] “Composição” significa uma mistura ou mescla de dois ou mais componentes.

[027] “Polímero” significa um composto que contém mais de 4 unidades de monômero do mesmo tipo ou de tipo diferente. O termo “polímero” inclui homopolímeros, copolímeros, terpolímeros, interpolímeros e assim por diante.

[028] “Polímero termoplástico” significa um polímero que tem capacidade para ser repetidamente suavizado aquecendo-o e endurecido resfriando-o através de uma faixa de temperatura característica, em que a alteração mediante aquecimento é substancialmente física; em oposição a um “polímero termofixo”, que é um polímero que “se fixa” irreversivelmente quando curado, tipicamente devido a uma reação de reticulação dos constituintes, para formar um produto substancialmente infusível ou insolúvel também conhecido como um “termofixo”. Exemplos de polímeros termoplásticos incluem, a título de ilustração apenas, poliacetáis com extremidade com cap, tal como poli(oximetileno) ou poliformaldeído, poli(tricloroacetaldeído), poli(n-valeraldeído), poli(acetaldeído), poli(propionaldeído), e semelhantes; polímeros acrílicos, tais como poliacrilamida, ácido poli(acrílico), ácido poli(metacrílico), acrilato de poli(etila), metacrilato poli(metila), e semelhantes; polímeros de fluorocarbono, tal como poli(tetrafluoroetileno), copolímeros de etileno-propileno perfluorados, copolímeros de etileno-tetrafluoroetileno, poli(clorotrifluoroetileno), copolímeros de etileno-clorotrifluoroetileno, fluoreto de poli(vinilideno), fluoreto de poli(vinila), e semelhantes; poliamidas, tais como ácido poli(6-aminocaproico) ou poli(epsilon-caprolactama), adipamida de poli(hexametileno), sebacamida de poli(hexametileno), ácido poli(11-amino- undecanoico), e semelhantes; poliaramidas, tais como poli(imino-1,3-fenilenoiminoisoftaloíla) ou isoftalamida de poli(m-fenileno), e semelhantes; parilenos, tais como poli-p- xilileno, poli(cloro-p-xilileno), e semelhantes; éteres de poliarila, tais como poli(oxi-2,6-dimetil-1,4-fenileno) ou óxido de poli(p-fenileno), e semelhantes; sulfonas de poliarila, tais como poli(oxi-1,4-fenilenossulfonil-1,4- fenileno-oxi-1,4-fenileno-isopropilideno-1,4-fenileno), poli(sulfonil-1,4-fenileno-oxi-1,4-fenilenossulfonil-4,4’- bifenileno), e semelhantes; policarbonatos, tais como poli(bisfenolA)orpoli(carbonildioxi-1,4- fenilenoisopropilideno-1,4-fenileno), e semelhantes; poliésteres, tais como tereftalato de poli(etileno), tereftalato de poli(tetrametileno), tereftalato de poli(ciclo- hexileno-1,4-dimetileno) ou poli(oximetileno-1,4-ciclo- hexilenometileno-oxitereftaloila), e semelhantes; sulfetos de poliarila, tais como sulfeto de poli(p-fenileno) ou poli(tio- 1,4-fenileno), e semelhantes; poli-imidas, tais como poli(piromelitimido-1,4-fenileno), e semelhantes; poliolefinas, tais como polietileno, polipropileno, poli(1- buteno), poli(2-buteno), poli(1-penteno), poli(2-penteno), poli(3-metil-1-penteno), poli(4-metil-1-penteno), 1,2-poli- 1,3-butadieno, 1,4-poli-1,3-butadieno, poli-isopreno, policloropreno, poliacrilonitrila, acetato de poli(vinila), poliestireno, e semelhantes.

[029] “Reticulável” e “curável” significam que o polímero não é curado ou reticulado e não foi submetido ou exposto ao tratamento que induziu reticulação substancial, embora o polímero compreenda aditivo (ou aditivos) ou função que provocará ou promoverá reticulação substancial mediante sujeição ou exposição a tal tratamento.

[030] “Totalmente curado” ou “totalmente reticulado” significa que o sistema de polímero/reticulador desenvolveu de maneira eficaz a viscosidade prática máxima sob as condições de uso particulares, a menos que seja indicado de outra forma ou esteja claro a partir do contexto dentro do qual o termo é usado. O grau de cura pode ser descrito em termos de teor de gel, ou por outro lado, componentes extraíveis. O teor de gel relatado em porcentagem de gel é determinado através de um procedimento que compreende determinar a quantidade de polímero insolúvel imergindo-se o polímero reticulado durante 48 horas em solvente orgânico em temperatura ambiente, ponderando-se o resíduo seco, e realizando-se correções adequadas com base no conhecimento da composição. Assim, os pesos inicial e final corrigidos são obtidos subtraindo-se do peso inicial o peso de componentes solúveis, diferente do polímero a ser reticulado, tais como óleos extensores, plastificantes e componentes da composição que são solúveis no solvente orgânico. Quaisquer pigmentos, cargas insolúveis e semelhantes são subtraídos de ambos os pesos inicial e final. De modo geral, totalmente reticulado significa que menos que 10% em peso do polímero reticulado é extraível por um solvente orgânico. Em outra modalidade, a quantidade de solvente orgânico extraível é menor que 5% em peso, menor que 3% em peso, menor que 2% em peso, ou menor que 1% em peso. Alternativamente, totalmente reticulado significa que o polímero reticulado tem um teor de gel maior que 90%, maior que 95%, maior que 97%, maior que 98% ou maior que 99%.

[031] “Poliolefina” significa um polímero que contém unidades derivadas de pelo menos um tipo de olefina, tipicamente uma C2-C20 olefina, tal como etileno, propileno, butileno, penteno, hexeno, octeno, etc.

[032] Os objetivos da presente divulgação são obtidos através de um cabo de alimentação que compreende um núcleo que compreende fios eletricamente condutores entrançados que são impregnados com uma composição de bloqueio de água, em que a composição de bloqueio de água compreende, com base num peso total da composição de bloqueio de água:

(i) um polímero termoplástico; e (ii) uma quantidade positiva de até 30% em peso de pelo menos um polímero reticulado, em que o polímero reticulado está na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula menor que 900 µm, e em que o polímero reticulado é disperso no polímero termoplástico.

POLÍMERO TERMOPLÁSTICO

[033] Exemplos dos polímeros termoplásticos incluem na composição de bloqueio de água são com base em poliolefinas termoplásticas, tais como homopolímeros de polietileno, copolímeros de polietileno (por exemplo, copolímero de etileno-propileno), homopolímeros de isobutileno e copolímeros de isobutileno, copolímeros de butadieno- estireno, ou em poliésteres, tais como polímeros de acetato de etilvinila.

[034] A quantidade do polímero termoplástico na composição de bloqueio de água pode estar na faixa de 20 a 90% em peso, de 20 a 85% em peso, de 65 a 85% em peso.

POLÍMERO RETICULADO

[035] Polímeros reticulados são relativamente imóveis quando submetidos ao cisalhamento, enquanto fluidos de baixa viscosidade, tais como polímeros termoplásticos, fluem de maneira relativamente mais fácil. Além disto, conforme o diâmetro de partícula do polímero reticulado aumenta e o número de partículas diminui, há menos resistência ao fluxo uma vez que há menos interações entre partículas que restringem o fluxo, enquanto diminuições no diâmetro de partícula e aumento do número de partículas resulta em mais interações entre partículas que aumentam a resistência ao fluxo. Aumentos na resistência ao fluxo resulta em distribuições não homogêneas do polímero reticulado no polímero termoplástico, que prejudica a habilidade da composição de bloqueio de água em evitar o ingresso e migração de água através do núcleo condutor numa velocidade de fabricação industrialmente aceitável.

[036] O polímero reticulado está na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula menor que 900 µm. O polímero reticulado pó é disperso no polímero termoplástico da divulgação. Em determinadas modalidades, o diâmetro de partícula do pó é de 100 µm a 600 µm, ou de 200 µm a 400 µm. O limite superior do diâmetro de partícula do polímero reticulado é 900 µm visto que diâmetros maiores que 900 µm resultam em defeitos na composição de bloqueio de água e prejudicam sua habilidade em evitar o ingresso e migração de água através do núcleo condutor.

[037] O polímero reticulado é incluído na composição de bloqueio de água numa quantidade positiva de até 30% em peso, com base no peso total da composição de bloqueio de água. Em determinadas modalidades, o teor de polímero reticulado é pelo menos 10% em peso ou pelo menos 15% em peso. Embora quantidades maiores que 30% em peso da poliolefina reticulada possam ser incluídas na composição de bloqueio de água, quantidades maiores que 30% em peso são inadequadas para um processo de fabricação industrialmente eficiente, uma vez que quebras ocorrem na composição de bloqueio de água quando utilizada com velocidades de linha que excedem 250 rotações por minuto. Em determinadas modalidades, o limite superior do polímero reticulado é 28% em peso, 25% em peso, 22,5% em peso, ou 20% em peso. Por exemplo, o teor de polímero reticulado incluído na composição de bloqueio de água, está na faixa de 10% em peso a 25% em peso com base num peso total da composição de bloqueio de água.

[038] O polímero reticulado pode ser um polímero reticulado reciclado.

[039] Em determinadas modalidades, a poliolefina reticulada é uma poliolefina reticulada, por exemplo, um homopolímero de etileno ou copolímero de etileno com um ou mais comonômeros, tal como um LDPE, VLDPE, LLDPE, MDPE ou HDPE reticulado, ou uma mistura de tais polímeros. Polímeros reticulados adicionais incluem borracha de etileno-propileno (EPR) e borracha de etileno-propilenodieno (EPDM), acetato de etileno-vinila (EVA), acetato de etileno-butila (EBA), e acetato de etileno-etila (EEA).

[040] O polímero reticulado pode ser reticulado com um agente de reticulação, tal como enxofre, peróxido ou um silano. Em determinadas modalidades, o polímero reticulado é reticulado por meio de grupos silano, quando os referidos grupos silano podem ser introduzidos na estrutura de poliolefina através de copolimerização de monômeros, tais como monômeros de olefina, com comonômeros que carregam porção química de silano, ou enxertando-se compostos que carregam porções químicas de silano reticuláveis, tais como compostos de silano insaturados com grupo (ou grupos) silano hidrolisável, na poliolefina.Enxerto é normalmente realizado através de reação de radical com o uso de agentes de geração de radical livre. Em ambos os métodos de copolimerização e enxerto, o composto de silano insaturado pode ser representado pela Fórmula (I): RSiR’nY3-n (I), em que: R é um grupo hidrocarbila ou hidrocarbilóxi etilenicamente insaturado; R’ é um grupo hidrocarbila saturado alifático; Y é um grupo orgânico hidrolisável, em que grupos Y plurais podem ser iguais ou diferentes; e n é 0, 1 ou 2.

[041] Exemplos específicos do composto de silano insaturado são aqueles nos quais R é vinila, alila, isopropenila, butenila, ciclo-hexenila, ou gama-

(met)acriloxipropila, Y é metóxi, etóxi, formilóxi, acetóxi, propionilóxi ou um grupo alquila ou arilamino, e R’ é um grupo metila, etila, propila, decila ou fenila. Por exemplo, o composto de silano insaturado pode ter a Fórmula CH2 ═ CHSi(OA)3, em que A é um grupo hidrocarbila que tem 1 a 8 átomos de carbono ou 1 a 4 átomos de carbono. Silanos específicos incluem viniltrimetóxi silano, vinil-dimetoxietóxi silano, viniltri-etóxi silano, gama-(met)acril-oxipropil silano e viniltriacetóxi silano.

[042] Em determinadas modalidades, o polímero reticulado é reticulado por meio de reação de radical com um peróxido. Exemplos de peróxidos usados para reticulação são di-terc-amilperóxido, 2,5-di(terc-butilperoxi)-2, 5-dimetil- 3-hexina, 2,5-di(terc-butilperoxi)-2,5-dimetil-hexano, terc- butilcumilperóxido, di(terc-butil)peróxido, dicumilperóxido, di(terc-butilperoxi-isopropil)benzeno, butil-4, 4-bis(terc- butilperoxi)valerato, 1,1-bis(terc-butilperoxi)-3,3,5- trimetilciclo-hexano, terc-butilperoxibenzoato, dibenzoil- peróxido.

[043] Os agentes de reticulação (por exemplo, os compostos de silano insaturado e compostos de peróxido), são adicionados, de modo geral, na poliolefina reticulável numa quantidade de 0,1 a 10% em peso, ou de 0,1 a 5% em peso.

[044] Numa modalidade, o polímero termoplástico e/ou o polímero reticulado da composição de bloqueio de água pode ser semicondutor, assim, a composição de bloqueio de água da divulgação se torna semicondutora. No caso do polímero reticulado, o mesmo pode ser um material de refugo da fabricação de camada semicondutora de cabo. Um polímero termoplástico semicondutor e/ou o polímero reticulado pode conter uma carga eletricamente condutora, tal como negro de carbono ou grafite ou uma mistura dos mesmos.

[045] Cargas eletricamente condutoras representativas têm uma área de superfície BET maior que 20 m2/g, por exemplo, de 40 e 500 m2/g.

[046] A carga eletricamente condutora pode estar presente no polímero termoplástico e/ou no polímero reticulado numa quantidade adequada para alcançar a condutividade desejada, que está normalmente abaixo de 1000 ohm • m, abaixo de 500 ohm • m, ou de cerca de 1 ohm • m. A quantidade de carga condutora pode estar na faixa de 5 a 50% em peso, por exemplo de 10 a 40% em peso, com base no peso total do polímero termoplástico semicondutor ou do polímero reticulado semicondutor. Esta quantidade pode depender do recurso condutor específico da carga, conforme conhecido por aqueles habilidosos na técnica.

ADITIVOS

[047] A composição de bloqueio de água pode incluir aditivos, tais como material engolível em água, antioxidantes, intensificadores de reticulação, retardantes de queimadura, auxiliares de processamento, cargas, agentes de reticulação, absorvedores ultravioleta, estabilizadores, agentes antiestáticos, agentes nucleadores, agentes deslizantes, plastificantes, lubrificantes, agentes de controle de viscosidade, taquificantes, agentes antibloqueio, tensoativos, óleos extensores, depuradores de ácido e/ou desativadores de metal. O teor dos referidos aditivos pode estar na faixa de 0 a 10% em peso ou de 0 a 5% em peso, com base num peso total da composição de bloqueio de água.

[048] Quanto ao material engolível, o mesmo pode estar na forma de pós com base no material orgânico, tais como poliacrilatos e poliacrilamidas, seja em uso ou enxertado em polímeros naturais, tais como as amidas, celulose e ésteres de metil-celulose e os éteres de celulose, tais como, carboximetilcelulose.

COMPOSIÇÃO DE BLOQUEIO DE ÁGUA

[049] A composição de bloqueio de água pode ser preparada misturando-se a carga eletricamente condutora e quaisquer aditivos com o polímero termoplástico, para obter uma composição termoplástica eletricamente condutora e, então, misturando-se o polímero reticulado com a composição termoplástica eletricamente condutora com o uso de um misturador extrusor que inclui um braço duplo ou um misturador de lâmina sigma com uma extrusora. Alternativamente, a composição de bloqueio de água pode ser preparada misturando- se a carga eletricamente condutora, quaisquer aditivos e o polímero reticulado com o polímero termoplástico com o uso de um misturador extrusor. A mistura do polímero reticulado e do polímero termoplástico é aquecida antes da impregnação do núcleo que compreende fios eletricamente condutores entrançados.

[050] O polímero reticulado pode ser um polímero reticulado reciclado. O polímero reticulado reciclado pode ser obtido a partir de camadas subsequentes do cabo de alimentação descrito abaixo. O polímero reticulado reciclado pode ser preparado triturando e pulverizando-se um polímero reticulado e passando o polímero reticulado pulverizado através da tela para o diâmetro de partícula desejado.

[051] Com referência, agora, aos desenhos, em que numerais de referência semelhantes designam partes idênticas ou correspondentes ao longo das diversas vistas.

CABO DE ALIMENTAÇÃO

[052] Um cabo da presente divulgação é ilustrado nas Figuras 1 e 2, e compreende (de dentro para fora), um condutor elétrico 1 na forma de uma corda que compreende uma pluralidade de fios metálicos 2 feitos, por exemplo, de cobre, alumínio ou liga de alumínio, e que são entrançados em conjunto.

[053] Os fios metálicos individuais 2, exceto para aqueles que formam a camada mais externa da corda (conforme mostrado na Figura 2), são completamente cercados por uma composição de bloqueio de água 3a, que deve evitar a penetração e migração de umidade ao longo do condutor elétrico

1. É essencial que todos os espaços 3 entre os fios metálicos 2 sejam completamente preenchidos com a composição de bloqueio de água 3a.

[054] Tipicamente, uma camada semicondutora interna 4 é fornecida ao redor do condutor elétrico 1. A camada semicondutora interna 4 engata as superfícies mais externas do condutor elétrico 1 e pode entrar em contato diretamente com a superfície mais externa dos fios 2. Material engolível em água pode ser aplicado na interface entre a camada semicondutora interna 4 e a superfície mais externa dos fios

2. Tal material engolível em água pode estar na forma de pós, filamentos ou fitas e pode ser com base em poliacrilatos e poliacrilamidas, seja em uso ou enxertado em polímeros, tais como as amidas, celulose e ésteres de metil-celulose e os éteres de celulose, tais como, carboximetilcelulose.

[055] Uma camada eletricamente isolante 5 é disposta ao redor da camada semicondutora interna 4. A camada isolante elétrica 5 fornece isolamento elétrico ao redor do núcleo de cabo 1 e pode entrar em contato diretamente com a camada semicondutora interna 4.

[056] Uma camada semicondutora externa 6 é disposta ao redor da camada isolante 5 e pode entrar em contato diretamente com a camada isolante 5.

[057] A camada semicondutora interna 4, a camada eletricamente isolante 5 e a camada semicondutora externa 6 podem ser coextrudadas ou extrudadas separadas umas das outras. Caso extrudadas separadamente, a camada eletricamente isolante 5 é extrudada na camada semicondutora interna 4 antes da mesma resfriar e, então, a camada semicondutora externa 6 é extrudada na camada eletricamente isolante 5 antes da mesma resfriar para aumentar a adesão entre as respectivas camadas.

[058] A camada semicondutora interna 4, a camada eletricamente isolante 5 e a camada semicondutora externa 6 compreendem pelo menos um polímero selecionado dentre o grupo que consiste num homopolímero de polietileno, um copolímero de polietileno, um homopolímero de polipropileno, um copolímero de polipropileno. Polímeros de polietileno exemplificativos incluem polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno de baixa densidade linear (LLDPE), polietileno reticulado (XLPE), acetato de etileno/vinila (EVA), acetato de etileno-butila (EBA), acetato de etileno-etila (EEA), borracha de etileno- propileno (EPR), borracha de etileno-propilenodieno (EPDM). Em determinadas modalidades, a camada semicondutora interna 4, a camada eletricamente isolante 5 e a camada semicondutora externa 6 são todas formadas do mesmo polímero, desde que as camadas semicondutoras compreendam uma carga condutora e a camada isolante não. Em determinadas modalidades, pelo menos uma dentre a camada semicondutora interna 4, a camada eletricamente isolante 5 e a camada semicondutora externa 6 compreende um polímero reticulado que é composicionalmente igual ao polímero reticulado na composição de bloqueio de água.

[059] A camada semicondutora interna 4, a camada eletricamente isolante 5 e a camada semicondutora externa 6 podem compreender qualquer um dos aditivos mencionados com relação à composição de bloqueio de água.

[060] A camada semicondutora interna 4 e a camada semicondutora externa 6 incluem, adicionalmente, uma quantidade adequada de uma carga eletricamente condutora para transmitir propriedades semicondutoras. Os detalhes da carga eletricamente condutora são iguais aos mencionados acima com relação à composição de bloqueio de água.

[061] A camada isolante 5 não inclui uma carga eletricamente condutora ou no caso em que a camada isolante 5 inclui uma carga eletricamente condutora, a mesma está incluída numa quantidade que não fornece à camada isolante 5 propriedades semicondutoras. Aditivos retardantes de árvore podem ser adicionados ao XLPE para inibir o crescimento de árvores de água na camada de isolamento.

[062] Em conjunto, a camada semicondutora interna 4, a camada isolante 5 e a camada semicondutora externa 6 formam um sistema isolante que cerca o condutor elétrico 1. A combinação do condutor elétrico 1 e do sistema isolante pode ser denominada um condutor isolado.

[063] Ao redor da camada semicondutora externa 6 do condutor isolado, outros elementos conhecidos por si só (não mostrados) também podem ser fornecidos, tais como, por exemplo, uma tela, uma água barreira de bloqueio, camada (ou camadas) protetora, camada (ou camadas) de blindagem, etc. Por exemplo, um escudo metálico que compreende uma tela metálica ou camada de bainha pode ser fornecido. A tela metálica ou camada de bainha é produzida a partir de alumínio, aço, chumbo ou cobre, e está na forma de fios, tranças, uma fita enrolada em hélice ou uma folha metálica longitudinalmente dobrada.

[064] A Figura 3 mostra, esquematicamente, uma vista de elevação lateral, parcialmente em corte transversal, de um dispositivo para formar o condutor elétrico 1. O dispositivo compreende um molde anular 7 preso num corpo cilíndrico, e coaxial ao mesmo, que é formado por duas partes 8 e 9 que são unidas e que tem uma cavidade de passagem. A parte 8 do corpo cilíndrico tem uma cavidade em formato cilíndrico 10 através da qual a porção de corda 15, formada no dispositivo, passa. Os fios 2, destinados a formar a camada mais externa da porção de corda 15 que foi produzida no dispositivo, e o núcleo 16 da corda produzido anteriormente com um dispositivo idêntico e já impregnado com a composição de bloqueio de água, passam pela cavidade 11.

[065] A parte 9 do corpo cilíndrico tem uma cavidade interna em formato de cone truncado 11 que, em correspondência com a menor base da mesma, se estende até a cavidade do molde anular 7. Na parte 9 do corpo cilíndrico, há um furo passante 12 que se comunica com uma extrusora (não mostrada) que entrega a composição de bloqueio de água da presente divulgação na cavidade de cone truncado 11.

[066] Os fios 2, e o núcleo 16 da corda anteriormente formada e já impregnada com a composição de bloqueio de água, avançam de uma maneira contínua em direção ao molde anular 7. Durante o referido avanço, os fios 2 e o núcleo 16 arrastam juntamente com eles a composição de bloqueio de água que a extrusora entregou por meio do furo passante 12 na cavidade de cone truncado 11, e a referida composição passa através dos fios 2, na medida em que se aproximam do núcleo 16 da corda.

[067] Através dos fios 2 e do núcleo 16 evita-se que a composição de bloqueio de água passe pelo molde anular 7 (quando a união e a compactação da pluralidade de fios 2 no núcleo já impregnado 16 ocorre), preenche todos os espaços existentes entre os fios e assegura que pelo menos uma camada da composição de bloqueio de água exista entre os fios 2 e os fios que estão dispostos na porção radialmente mais externa do referido núcleo 16.

[068] O dispositivo da Figura 3 também pode ser dotado de outro furo passante 13 (indicado com uma linha quebrada) na parte 8 do corpo cilíndrico que também se comunica com a extrusora para formar uma camada 14 da composição de bloqueio de água ao redor da porção já formada 15.

[069] Caso outra camada de fios 2 deva ser aplicada sobre a estrutura que deixa o dispositivo mostrado na Figura 3, as outras camadas de fios 2 podem ser aplicadas sobre tal estrutura por um segundo dispositivo da mesma maneira que o dispositivo mostrado na Figura 3 e disposto a jusante do mesmo, porém, se uma camada 14 da composição de bloqueio de água não deve ser aplicada ao exterior da corda no segundo dispositivo, o furo passante 13 pode ser omitido.

[070] Um cabo, de acordo com a presente divulgação, pode ser fabricado em velocidade de linha industrialmente eficiente. Em particular, os fios eletricamente condutores entrançados do núcleo de cabo podem ser impregnados pelo presente cabo de composição de bloqueio de água numa velocidade de linha maior que 250 RPM, por exemplo, de pelo menos 400 RPM.

EXEMPLOS

[071] Testes de resistência à penetração de água de dobra quente e fria foram realizados de acordo com ANSI/ICE A T-31-610-2014, seção 3.2.2.

[072] Exemplo 1. Uma mescla que contém um material de bloqueio de água termoplástico semicondutor (Chase BlH2Ock® vendido pela Chase Wire & Cable Materials, Westwood, MA) e 23,0% em peso de polietileno reticulado de silano pulverizado XLPE foi preparado com um misturador extrusor industrial especialmente projetado para a mistura de materiais altamente viscosos. O polietileno reticulado XLPE teve um tamanho de partícula de cerca de 295 µm. O misturador extrusor inclui um braço duplo, ou misturador de lâmina sigma com uma extrusora para facilitar a remoção da almécega após a mistura ter ocorrido.

[073] A mescla foi aplicada num condutor de 42,4 mm2 (1/0 AWG) bombeando-se a mescla através de uma mangueira aquecida e molde numa velocidade de linha de 450 RPMs (rotações por minuto). Um sistema de isolamento de XLPE foi extrudado sobre o condutor assim carregado. O cabo foi deixado sem bainha para realizar o teste de penetração de água.

[074] Amostras de 0,9 m (36”) de comprimento do cabo acima foram dobradas ao redor de um tambor de 20,32 cm (8”) de diâmetro após realizar um tratamento a quente de 130°C, embora outras amostras similares tenham sido dobradas ao redor de um tambor de 20,32 cm (8”) de diâmetro após realizar um tratamento a frio de -10°C. Permitiu-se, então, que as amostras dobradas retornassem à temperatura ambiente de um dia para o outro antes de serem submetidas ao teste de penetração de água de cerca de 0,1 MPa (15 psi) por seção 3.2.2 da ANSI/ICEA T- 31-610-2014. Todas as amostras passaram no teste.

[075] Outro cabo de amostra similar passou no teste de penetração de água de ICEA S94-649-2013, seção 2.2 realizado numa pressão de água de 0,1 MPa (15 psi) que é maior que a prescrita pelo referido padrão, isto é, 0,034 MPa (5 psi).

[076] Embora o comprimento de penetração de água exato para cada amostra não seja conhecido, os resultados de testes de dobra a quente e frio confirmam que a adição de polímero reticulado pulverizado não afeta a habilidade de composições de bloqueio de água em impregnar o condutor e evitar de maneira eficiente o ingresso e migração de água num cabo de tamanho 1/0 AWG.

[077] Exemplo 2. Um cabo similar àquele do Exemplo 1 (que compreende uma mescla que contém um material de bloqueio de água termoplástico semicondutor e 23,0% em peso de polietileno reticulado de silano pulverizado XLPE com um tamanho de partícula de cerca de 295 μm) foi fabricado e testado exceto pelo fato de que a mescla foi aplicada num condutor de 500 mm2 (1000 kcm). Duas amostras de 0,9 m (36”) de comprimento foram submetidas, respectivamente, ao teste de dobra a quente e aos testes de dobra a frio como acima, porém, dobraram ao redor de um tambor de 50 cm (20”) de diâmetro. Ambas as amostras passaram no teste.

[078] O cabo de 500 mm2 em tamanho passou no teste de penetração de água de ICEA S94-649-2013, seção 2.2 realizado numa pressão de água de 0,1 MPa (15 psi) que é maior que a prescrita pelo referido padrão, isto é, 0,034 MPa (5 psi).

[079] Embora o comprimento de penetração de água exato para cada amostra não seja conhecido, os resultados de testes de dobra a quente e frio confirmam que a adição de polímero reticulado pulverizado não afeta a habilidade de composição de bloqueio de água em impregnar o condutor e evitar de maneira eficiente o ingresso e migração de água num cabo de tamanho 500 mm2.

[080] Exemplo 3. Uma composição de bloqueio de água que contém 32,6% em peso de XLPE reticulado pulverizado foi usada para fabricar um cabo de 42,4 mm2 (1/0 AWG) em tamanho em várias velocidades de linha que começam a partir daquela geralmente adequada para aplicação industrial, isto é, 450 RPMs. Os resultados são mostrados abaixo na Tabela 1. TABELA 1 Vel ocidade de Resultado Linha (RPMs) Quebras no material de bloqueio de 450 água observadas.

Quebras não foram aliviadas pelo ajuste da bomba strandseal.

Quebras no material de bloqueio de 310 água observadas Quebras no material de bloqueio de 278 água observadas 250 Nenhuma quebra observada no material de bloqueio de água

[081] A porção de partida de cerca de 300 m (1000 pés) fabricada a 450 RPMs não foi aceitável devido às quantidades excessivas de quebras de strandseal. A velocidade de fabricação foi progressivamente retardada e uma porção de cerca de 600 (2000 pés) obtida a 250 RPMs foi finalmente aceitável para teste subsequente.

[082] Conforme mostrado na Tabela 1, as concentrações de até cerca de 33% em peso do XLPE reticulado poderiam ser incorporadas no material de bloqueio de água virgem, desde que a velocidade de execução não excedesse 250 RPMs. No entanto, velocidades de linha de fabricação de cabo regular (isto é, ≥ 300 RMPs) não poderiam ser usadas sem quebra do material de bloqueio de água, o que torna uma composição de bloqueio de água que contém tal quantidade de polímero reticulado pulverizado inadequada para um processo de fabricação industrialmente eficiente.

[083] Exemplo 4. As seguintes amostras adicionais de cabos de 1/0 AWG foram preparadas da mesma maneira que o Exemplo 1, exceto pelo fato de que as misturas contiveram 32,6% de polietileno reticulado de silano pulverizado XLPE e que a amostra foi preparada numa velocidade de fabricação de 250 RPMs

[084] Amostras de 0,9 m (36”) de comprimento do supracitado foram dobradas ao redor de um tambor de 20,32 cm (8”) de diâmetro após realizar um tratamento a quente de 140°C, embora outras amostras similares tenham sido dobradas ao redor de um tambor de 20,32 cm (8”) de diâmetro após realizar um tratamento a frio de -10°C. Permitiu-se, então, que as amostras dobradas retornassem à temperatura ambiente de um dia para o outro antes de serem submetidas ao teste de penetração de água de cerca de 0,1 MPa (15 psi) por seção 3.2.2 da ANSI/ICEA T- 31-610-2014. Embora as amostras dobradas sob tratamento a quente passaram no teste de penetração de água, uma amostra dentre estas três amostras dobradas sob tratamento a frio falhou no teste. Um cabo com o condutor carregado com uma composição de bloqueio de água que contém uma quantidade de polímero reticulado maior que 30% em peso deveria ser fabricado numa velocidade de linha mais lenta do que uma industrialmente aceitável e mostrado como não totalmente confiável na presença de água.

[085] Modificações e variações da presente divulgação são possíveis sob a luz dos ensinamentos acima. Portanto, entende-se que dentro do escopo das reivindicações anexas, a divulgação pode ser praticada de outra forma além daquela especificamente descrita no presente documento.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. CABO DE ALIMENTAÇÃO, caracterizado por compreender fios eletricamente condutores entrançados impregnados com uma composição de bloqueio de água que compreende: um polímero termoplástico; e uma quantidade positiva de até 30% em peso, com base num peso total da composição de bloqueio de água, de um polímero reticulado, na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula menor que 900 µm, disperso no polímero termoplástico.

2. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela composição de bloqueio de água compreender pelo menos 10% em peso do polímero reticulado com base num peso total da composição de bloqueio de água.

3. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela composição de bloqueio de água compreender de 10 a 25% em peso do polímero reticulado com base num peso total da composição de bloqueio de água.

4. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela composição de bloqueio de água compreender de 20 a 90% em peso do polímero termoplástico com base num peso total da composição de bloqueio de água.

5. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela composição de bloqueio de água compreender de 65 a 85% em peso do polímero termoplástico com base num peso total da composição de bloqueio de água.

6. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo polímero reticulado estar na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula de 100 µm a 600 µm.

7. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo polímero reticulado estar na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula de 200 µm a 400 µm.

8. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação

1, caracterizado pelo polímero termoplástico e/ou o polímero reticulado serem semicondutores.

9. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo polímero termoplástico ser selecionado dentre o grupo que consiste num polietileno homopolímero, num copolímero de polietileno, num homopolímero de isobutileno, num copolímero de isobutileno, num copolímero de butadieno- estireno e num polímero de acetato de etilvinila.

10. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo polímero reticulado compreender um polímero totalmente reticulado.

11. CABO DE ALIMENTAÇÃO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material de bloqueio de água preencher completamente quaisquer interstícios do fio condutor entrançado.

12. PROCESSO PARA FABRICAR UM CABO DE ALIMENTAÇÃO, caracterizado por compreender: dispersar uma quantidade positiva de até 30% em peso de um polímero reticulado na forma de um pó que tem um diâmetro de partícula menor que 900 µm num polímero termoplástico para obter uma composição de bloqueio de água; bombear a composição de bloqueio de água para impregnar fios eletricamente condutores entrançados, para obter um núcleo de cabo.

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo bombeamento ser realizado numa velocidade de linha maior que 250 rotações por minuto.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por, durante o bombeamento, a composição de bloqueio de água ser bombeada através de uma mangueira aquecida.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo bombeamento ser realizado numa velocidade de linha de pelo menos 400 rotações por minuto.