ES2112594T5 - Composicion antiinflamable para la fabricacion de cables electricos con mantenimiento del aislamiento y/o del funcionamiento. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA COMPOSICION RESISTENTE A LA INFLAMACION CERAMIFICABLE, QUE ABARCA UN POLIMERO ORGANICO DE SILICIO, UN MATERIAL DE RELLENO CERAMIFICABLE, UN MEDIO DE UTILIZACION ASI COMO EVENTUALMENTE OTROS MATERIALES AUXILIARES Y ADICIONALES. ESTA COMPOSICION ES APROPIADA PARA LA ELABORACION DE CABLES DE SEGURIDAD CONTRA INCENDIOS CON MANTENIMIENTO DEL AISLAMIENTO Y/O FUNCIONAMIENTO, EN PARTICULAR MANTENIENDO LAS CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO A TRAVES AL MENOS DE 90 MIN. EN UNA EXPOSICION DE CABLE A UNA TEMPERATURA DESDE HASTA APROXIMADAMENTE 1.000

Description

Composición antiinflamable para la fabricación de cables eléctricos con mantenimiento del aislamiento y/o del funcionamiento.

La invención se refiere a composiciones o compuestos para la fabricación de cables de seguridad contra incendios con mantenimiento del aislamiento y/o del funcionamiento. La invención se refiere, además, a cables de seguridad contra incendios, con mantenimiento del aislamiento y/o del funcionamiento que se fabrican empleando estas composiciones o compuestos.

Los cables de seguridad contra incendios son cables eléctricos, que también en caso de incendio son capaces de funcionar durante un cierto espacio de tiempo y su estructura impide una propagación del incendio a través de los cables en edificios. Es especialmente importante que se protejan circuitos de corriente esenciales para mantener en funcionamiento determinados sistemas eléctricos, y con ello garantizar la seguridad de personas y permitir a los equipos de extinción una lucha eficaz contra el incendio.

Las características que deben satisfacer los cables de seguridad contra incendios están legalmente reguladas en muchos países. Los cables con el llamado mantenimiento del aislamiento se comprueban contra fallos de aislamiento, por ejemplo, de acuerdo con el estándar internacional IEC 331 o según VDE 0472, parte 814, bajo el efecto de la llama a una temperatura de prueba de aproximadamente 750ºC durante 180 minutos. Esta prueba, sin embargo, no corresponde, en general a las condiciones de la práctica, ya que la sola prueba de temperatura del cable no representa ningún criterio para el mantenimiento de la funcionalidad del cable en caso de incendio. Lo que es decisivo, no es sólo la temperatura a la que está expuesto un cable, sino, sobretodo, la interacción de todos los factores que se presentan durante un incendio.

De acuerdo con ello, las normas alemanas, según DIN 4102, parte 12, exigen una prueba mucho más dura. Según este método, la prueba no se realiza ``a escala de laboratorio'', sino que se comprueba un sistema de cable completo bajo condiciones realistas aproximadas en un banco de pruebas de, por lo menos, 3 m de longitud. De esta manera se consideran en esta prueba también otros factores que influyen, como son los esfuerzos mecánicos que inciden sobre el cable. Las solicitaciones mecánicas se pueden presentar, por ejemplo, por deformaciones o fallo parcial del sistema de soporte o por el tendido del cable en arcos y las fijaciones condicionada por ello, debido a la técnica de instalación. En la prueba se incorporan, además, las condiciones ambientales. Así, en las cámaras de combustión calentadas por quemadores de gasóleo existe una ligera sobrepresión durante la prueba. Además, se modifica la composición de la atmósfera del horno, debido a la combustión de las partes combustibles del cable y de otros componentes que se encuentran en el horno, por ejemplo, recubrimientos de cinc de los dispositivos de soporte. En la prueba según DIN 4102, parte 12, se ensaya el cable según una llamada curva normalizada de la temperatura en función del tiempo (ETK; DIN 4102 parte 2) durante un tiempo de 90 minutos, durante el cual, finalmente, se consigue una temperatura de aproximadamente 1000ºC, a la que se comprueba la seguridad necesaria respecto a un posible cortocircuito o a una interrupción del flujo de corriente (discontinuidad de conductores). La clase máxima de funcionamiento (E 90) la representa un mantenimiento del funcionamiento durante un periodo de por lo menos 90 minutos con una exposición del cable en el horno hasta una temperatura de 1000ºC. Se exige un mantenimiento del funcionamiento de por lo menos 90 minutos, por ejemplo, para las instalaciones de elevación de la presión de agua de abastecimiento para la extinción de incendios, para instalaciones de ventilación en huecos de escaleras de seguridad, escaleras interiores, huecos de ascensor y locales de máquinas para los ascensores para bomberos, para instalaciones de extracción del humo y del calor, y para los ascensores para bomberos.

Se conoce el empleo de hidróxidos metálicos, especialmente hidróxido de aluminio, como carga para compuestos de polímero antiinflamable. Para conseguir un buen efecto de protección contra la llama, se pretende una concentración de carga lo más alta posible. Para esta finalidad son polímeros adecuados, por ejemplo, las poliolefinas, los copolímeros de etileno o las mezclas de tales polímeros. En caso de incendio, estas composiciones de polímero provistas de cargas deben evitar una propagación del incendio a lo largo del cable y, por otra parte, hacerse cargo de una cierta protección para los hilos aislados. En el documento EP-A-0 054 424 y en el EP-A-0 082 477 se describen, por ejemplo, composiciones termoplásticas retardantes de llama. El documento WO 93/2056 describe mezclas de un material termoplástico, por ejemplo, a partir de etileno-acetato de vinilo e hidróxido de aluminio, que se utilizan en la fabricación de cables resistentes al fuego, tales como los empleados por ejemplo en la industria petroquímica. Una desventaja de estos polímeros provistos de cargas consiste, en general, en que su efecto protector es de duración sólo limitada. Especialmente con altas temperaturas se producen en el espacio de pocos minutos una destrucción de todas las estructuras de polímeros existentes, incluidos los aislamientos de los hilos conductores. Estos materiales, no permiten por ello, ningún mantenimiento de las funciones, que satisfagan los requerimientos especiales, por ejemplo, de la clase de mantenimiento de función E 90, de tal manera que su utilización se limita a campos donde se exigen pocos requerimientos críticos.

Para conseguir un mantenimiento del aislamiento o mantenimiento del funcionamiento de los cables eléctricos en caso de un incendio, se emplean, por ello, materiales resistentes a altas temperaturas. En este contexto se conocen capas aislantes a partir de fibras de silicato o caucho de silicona. Con ello se aprovecha la propiedad aislante eléctrica y la resistencia al calor del SiO_{2}, que se origina en la combustión de los componentes orgánicos de un polímero de silicona. Así, el modelo de utilidad alemán G 81 09 304 describe cables eléctricos cuyas hilos conductores están rodeados por una cubierta presentan un aislamiento de dos capas, una capa exterior, aislante de un material aislante termoplástico o elastómero, por ejemplo, etileno-acetato de vinilo, y una capa aislante interior de goma de silicona extrusionada. El modelo de utilidad alemán G 92 16 599 describe cables eléctricos, cuyos conductores están rodeados de una goma de silicona y un etileno-acetato de vinilo no reticulado como envoltura de los hilos; en esta envoltura de los hilos se ha enrollado un encintado con material cerámico como barrera contra la llama. Tampoco estas clases de aislamiento permiten, sin embargo, un mantenimiento de funciones, que satisfaga requerimientos especialmente elevados.

El documento DE-A-37 13 267 describe masas antiinflamables a partir de caucho de silicona en forma de un elastómero, que se puede fundir, o de un elastómero endurecible, que contiene dióxido de titanio y eventualmente dióxido de silicio, distribuido finamente, cantidades catalíticas de platino distribuidas finamente y una substancia extintora como carbonato de sodio, que libera un gas extintor en el elastómero, que retarda la llama y que espuma el elastómero por debajo de su temperatura de descomposición en un material microporoso mecánicamente estable. La resistencia mecánica de la estructura esponjosa condicionada por la presencia del dióxido de titanio, que tiene una acción solidificante y que se presenta en una cantidad de aproximadamente 5 partes en peso por 100 partes en peso de caucho de silicona. Los componentes aislantes fabricados de esta clase de masa poseen, en caso de incendio, una posibilidad de funcionamiento más prolongada, y una resistencia mejorada a las corrientes de fuga, pero no satisfacen todavía requerimientos más elevados.

Por el documento DE-A-37 22 755 se conocen masas endurecibles de elastómero de siloxano, que contienen un polidiorganosiloxano altamente viscoso, una carga de dióxido de silicio reforzante, un copolímero de unidades R_{3}SiO_{5} y SiO_{2}, en la que R significa, por ejemplo, metilo, así como mica y un organoperóxido. La parte de la carga de dióxido de silicio, que se utiliza como material reforzante para el elastómero, es de 5 a 75 partes en peso por 100 partes en peso de polidiorganosiloxano. La parte de mica, que debe originar una mejora de la integridad del aislamiento bajo el fuego, se encuentra entre 85 y 150% de partes en peso por 100 partes en peso de polidiorganosiloxano, ya que cantidades demasiado elevadas, por ejemplo, por encima de 220 partes en peso, originan dificultades en la preparación, y propiedades mecánicas peores en los elastómeros endurecidos.

Los documentos US-A-4,288,360 y US-A-3,862,082 describen masas antiinflamable a partir de poliorganosiloxanos, que contienen cargas anorgánicas, por ejemplo, óxidos, como dióxido de titanio como carga reforzante. Las concentraciones de carga, que permiten estas composiciones, por un lado, no posibilitan todavía ningún mantenimiento de funciones suficiente bajo condiciones extremas, y, por otro lado, no son satisfactorias las características mecánicas de estas masas de poliorgano-siloxano, con elevados contenidos de carga, para una manipulación bajo condiciones normales.

Más frecuentemente, en especial con elevados requerimientos técnicos contra incendios, encuentran aplicación encintados de mica, que se aplican directamente sobre el hilo conductor. Para el mantenimiento de la función según E 90, se conocen hasta ahora sólo cables con conductores con encintados de mica, empleándose los encintados de mica, la mayor parte de las veces junto con los polímeros altamente cargados descritos anteriormente o con otros elementos adicionales, por ejemplo, materiales cerámicos. Así, el documento DE-A-41 32 390 describe cables eléctricos con mantenimiento de las funciones, en los que para el aislamiento de los diversos conductores se ha previsto una capa aislante, que comprende dos capas de un tejido de vidrio, recubierto de mica y una capa delgada dispuesta entre ellos de un adhesivo cerámico resistente a temperaturas elevadas. El documento US-A-5 227 586 describe asimismo un cable eléctrico antiinflamable, que es resistente a temperaturas de 1000ºC. En él se encuentra un conductor eléctrico, rodeado de un material aislante, como caucho de silicona, en un recubrimiento de dos capas barrera antiinflamable, por ejemplo, capas de mica. El documento CH-A-683 213 describe cables eléctrico con mantenimiento del aislamiento y/o de la función en el que las diversos hilos están rodeados de un encintado de mica, que esencialmente comprende cinta de fibra de vidrio y plaquitas de mica. En este encintado se ha aplicado un aislamiento de polímero exento de halógenos que, a su vez, se rodea de un segundo encintado de fibra de vidrio.

Los encintados de mica son, sin embargo, relativamente costosos. Además, los encintados de mica sobre conductores eléctricos sólo son limitadamente resistentes a la temperatura, y no especialmente apropiados si al mismo tiempo tienen lugar solicitaciones mecánicas. Con requerimientos crecientes, se deben emplear por ello tipos de mica especiales y espesores de capa de mica crecientes. Las partículas de mica se deben fijar, además, mediante resinas y aglutinantes, que no son especialmente resistentes a las temperaturas elevadas, sobre soportes de tejido de fibra de vidrio. Algunos materiales cerámicos no presentan frecuentemente en la banda de temperatura exigida ninguna rigidez dieléctrica suficiente. Los elevados costes de algunos materiales cerámicos no permiten considerar a estos como alternativas económicas. Por estas razones existe una gran necesidad de otros materiales, que permitan la fabricación de cables de seguridad contra incendios, que satisfagan los elevados requerimientos de la técnica de seguridad.

El documento DE-A-30 08 084 o el correspondiente FR-A-2450855 describen composiciones de polioorganosilooxano, que presentan hasta 700 partes en peso de poliorganosiloxano y hasta 300 partes en peso de una carga formadora de cerámica. Para obtener después de la reticulación de esta composición un producto suficientemente elástico y flexible, el contenido de carga no debe superar 100 partes en peso. Los agentes humectantes para la carga no se describen en este documento.

El documento de patente EP 0007090 B1 da a conocer una composición antiinflamable ceramificable que consiste esencialmente en al menos un polímero organosilícico, que ocasionalmente contiene dióxido de silicio libre, al menos una carga ceramizante, al menos una carga no ceramizante, exceptuando dióxido de silicio libre, en una cantidad de 0-100 partes en peso por 100 partes en peso de polímero organosilícico, ocasionalmente un medio hidrófobo para la carga ceramizante y/o la carga no ceramizante y un medio reticulante.

El objeto de la presente invención es, por ello, disponer de un material económico, que se pueda transformar sin problemas, apropiado especialmente para la fabricación de cables eléctricos con elevado mantenimiento del aislamiento y/o del funcionamiento, que con las temperaturas de uso normales también presente características mecánicas excelentes.

Este problema se soluciona mediante una composición según la reivindicación 1.

El objeto de la invención son, además, hilos o cables eléctricos con mantenimiento del aislamiento y/o del funcionamiento que, por lo menos, contengan un componente a partir de esta composición ceramificable.

Como polímeros orgánicos de silicio, se emplean convenientemente polímeros orgánicos de silicio conocidos en este campo, preferentemente elásticos o elastificables, como se pueden obtener en el comercio. Ejemplo para polímeros orgánicos de silicio apropiados son lo poliorganosilazanos, siliconas y poliorganosiloxanos, por ejemplo, resinas de silicona, gomas de silicona y cauchos de silicona, tales como caucho de silicona HTV. Preferentemente se emplean siliconas y poliorganosiloxanos. Los polímeros orgánicos de silicio se pueden presentar solos o en forma de mezclas. Los polímeros orgánicos de silicio representan la matriz para la combinación ceramizante. Pueden presentar un contenido más o menos elevado de dióxido de silicio libre (SiO_{2}). Preferentemente se emplean polímeros orgánicos de silicio con una contenido medio de SiO_{2}, por ejemplo, caucho de silicona HTV con una dureza Shore A de 50-70. Especialmente apropiado son siliconas y poliorganosiloxanos con viscosidades bajas o medias, ya que éstas permiten un elevado contenido en cargas ceramizantes, y eventualmente también cargas no ceramizantes. También los polímeros de alta viscosidad, que permiten un contenido menos elevado de cargas ceramizante, encuentran, sin embargo, aplicación, por ejemplo, en componentes del cable de seguridad contra incendios bajo requerimientos más reducidos. Los polímeros orgánicos de silicio apropiados, comprenden los polímeros con grupos apropiados para el reticulado, por ejemplo, átomos H, grupos OH o grupos de vinilo. La composición según la invención consiste en productos finales acabados en forma reticulada o parcialmente reticulada.

Las cargas adecuadas para convertirse en cerámica son todas las combinaciones que forman cerámicas de SiO_{2}. Ejemplos de carga ceramizante, son silicatos, tales como silicato de aluminio, silicato de titanio y silicato de magnesio, aluminatos como aluminato de sodio, nitruros, como nitruro de silicio, nitruro de boro y nitruro de aluminio, carburos como carburo de wolframio, carburo de titanio y carburo de molibdeno, y óxidos como óxido de magnesio, dióxido de titanio y óxido de aluminio u óxidos de mezclas, especialmente oxido de mezcla de Al_{2}O_{3} y SiO_{2}, por ejemplo, mullita (3 Al_{2}O_{3} x 2 SiO_{2}). Las cargas ceramizantes se pueden emplear solas o en mezclas. Las cargas preferidas son óxidos. Especialmente preferido es el óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}) en sus diversas modificaciones, por ejemplo, Al_{2}O_{3}. Por cargas ceramizante se entienden en este caso combinaciones precursoras de las substancias que forma propiamente la cerámica, es decir, combinaciones que, por ejemplo, bajo el efecto del calor pasan a estas combinaciones. Así, se pueden emplear, por ejemplo, en vez de los óxidos, como combinaciones precursoras, por ejemplo, también hidróxidos de aluminio como diásporo que, con el calor se convierten en Al_{2}O_{3}. Sin embargo, se emplean preferentemente las combinaciones ceramizante.

La carga ceramizante se encuentra convenientemente en forma finamente pulverizada. Su superficie específica está comprendida convenientemente entre 0,5 - 5,0 m^{2}/g, su tamaño de grano medio es convenientemente de 1,0 - 4,0 : m, especialmente de forma aproximada 1,5 a 2,5 : m. La cantidad de la carga se elige de acuerdo con la aplicación y los requerimientos en cuanto al mantenimiento del funcionamiento. Correspondientemente la composición contiene por 100 partes en peso de polímero orgánico de silicio, por lo menos 50 partes en peso, preferentemente por lo menos 100 partes en peso, y especialmente se prefiere por lo menos de 200 a 300 partes en peso de carga ceramizante. El límite superior de la concentración de carga se determina por las condiciones prácticas, por ejemplo, por la elección de los polímeros orgánicos de silicio, y se encuentra aproximadamente entre 450 a 500 partes en peso por 100 partes en peso de polímero orgánico de silicio. Las concentraciones de carga apropiadas se encuentran convenientemente entre 100-450 partes en peso, para los altos requerimientos entre 200 a 450 partes en peso y preferentemente entre 300 y 400 partes en peso por 100 partes en peso de componentes de polímero.

En caso de que se desee, la composición puede presentar, además, de las cargas ceramizantes, también un contenido de cargas anorgánicas no ceramizantes. Las cargas apropiadas no cerámicas son, por ejemplo, también las cargas conocidas en combinación con compuestos de polímeros tradicionales, tales como carbonatos, especialmente carbonato de calcio (CaCO_{3}) y carbonato de magnesio (MgCO_{3}) o sales mezcladas, como carbonato-hidratos de Mg-Ca. Una carga preferente es CaCO_{3}. La cantidad en las carga no ceramizante es convenientemente hasta 200 partes en peso, preferentemente hasta 150 partes en peso, por ejemplo, 10-100 partes en peso de carga por 100 partes el peso de polímero orgánico de silicio, encontrándose el límite práctico superior para las suma total de cargas ceramizantes y no ceramizantes en la composición según la invención como anteriormente se ha descrito en unas 450 a 500 partes en peso.

La composición presenta un contenido en agente humectante para las cargas ceramizantes. Como agentes humectantes son utilizados los tensoactivos, es decir, combinaciones químicas de anfifilas naturales y sintéticas. Los agentes humectantes convenientes son jabones metálicos de ácidos grasos elevados, preferentemente jabones de aluminio. Los jabones apropiados se pueden obtener en el comercio, por ejemplo, con gamas de fusión comprendidas entre 100 y 150ºC aproximadamente. Se emplea especialmente el estearato de aluminio. Los jabones metálicos se pueden emplear también en bruto, con un contenido más o menos grande de ácidos grasos libres.

La parte del agente humectante depende de la concentración de la carga que se ha de convertir en cerámica. Convenientemente el agente humectante se encuentra en la composición de una cantidad de por lo menos 0,5 partes en peso por 100 partes en peso de componentes de polímero, ventajosamente en una cantidad de por lo menos 3 partes en peso. Convenientemente, las cantidades de agente reticulante se encuentran comprendidas entre 0,5 y 25, especialmente entre 1 y 20, por ejemplo, entre 3 y 15 partes en peso por 100 partes de componentes de polímero.

Se ha encontrado que la estructura sólida mecánica para la protección del conductor, que garantiza un mantenimiento suficientemente elevado del aislamiento y/o del funcionamiento del cable en caso de incendio, se genera porque el SiO_{2}, que se origina bajo el efecto del calor o en la combustión del polímero orgánico de silicio o que ya existe libre, reacciona con el agente reticulante contenido en la carga ceramizante bajo un tipo de sinterización. Las investigaciones realizadas con microscopio electrónico han mostrado que la resistencia de la estructura alcanzada de las substancias que se encuentran normalmente en forma de polvo es posible a través de una llamada sinterización de las capas marginales, que de forma sorprendente, ya tiene lugar a temperaturas que se encuentran por debajo del punto de fusión del conductor eléctrico. El agente humectante satisface de este modo una función doble. Por una parte, el agente humectante permite una alta concentración en cargas ceramizante en la composición, para lo cual incluso con un contenido de cargas extremadamente elevado, se puede ajustar una viscosidad de la fórmula, que permite el mezclado y elaborado de estas composiciones en máquinas convencionales, por ejemplo, cilindros y extrusoras. Por otra parte, el agente humectante origina una efecto de acoplamiento especial de la carga ceramizante en la matriz. La adición de un agente humectante incide de forma destacada, en las características de la composición y de los productos obtenidos con ella, y concretamente tanto a las temperaturas de uso normales, por ejemplo, temperaturas que se presentan en la fabricación y en la manipulación de los productos, como también las que se presentan en caso de incendio, por consiguiente en estado ceramificado. En ambos casos se mejoran significativamente las características mecánicas, por ejemplo, la resistencia a la rotura y la resistencia a la fisuración.

Eventualmente, la composición según la invención puede contener otros substancias auxiliares y aditivos con el medio reticulante, especialmente agentes de transformación auxiliares, plastificantes, catalizadores de reticulación o agentes reticulantes, y pigmentos.

Según sea el tipo de los polímeros orgánicos de silicio, la composición puede contener también agentes reticulantes usuales, por ejemplo, peróxidos orgánicos, tales como peróxidos de benzoilo o peróxido de 2,4 diclorobenzoilo, o catalizadores de reticulación, por ejemplo, catalizadores de adición como platino finamente distribuido o combinaciones de platino. La cantidad de los agentes reticulantes en la composición es, en caso necesario, de hasta 5 partes en peso, por ejemplo, 0,5-5 partes en peso, preferentemente 1-3 partes en peso por 100 partes en peso de polímero orgánico de silicio.

La composición según la invención reside preferentemente en el llamado compuesto de polímero cerámico, es decir, una mezcla capaz de transformarse, pero también se puede presentar como una etapa previa - por ejemplo, no reticulada - de un compuesto de esta clase.

La composición según la invención, se puede fabricar según los procedimientos conocidos por el estado de la técnica, mediante mezclado o compounding, es decir, elaboración de los diversos componentes con el material matriz, por ejemplo, con mezcladores usuales. Previamente se mezclan convenientemente las cargas con los agentes reticulantes ya antes del compounding, preferentemente con el agente reticulante fundido de un proceso de recubrimiento.

La reticulación de la matriz de polímero se realiza eventualmente según el procedimiento conocido, por ejemplo, mediante agentes reticulantes usuales, como peróxido orgánico, convenientemente después del compounding con temperaturas elevadas. La reticulación puede tener lugar con la presencia de grupos funcionales apropiados también según otros mecanismos, por ejemplo, a través de reacción de hidrosilización en presencia de catalizadores de adición apropiados.

La preparación de las cargas ceramizantes, junto con un agente humectante en un matriz como compuesto cerámico de polímero, permite una transformación de la composición, como es conocido también en otras mezclas de alta carga. La preparación se realiza, por ejemplo, mediante procedimientos tradicionales de extrusión o coextrusión con extrusoras, como son conocidas por el estado de la técnica. Asimismo, se puede realizar la transformación en cilindros laminadores de goma tradicionales.

La composición según la invención se emplea especialmente en la fabricación de cables de seguridad contra incendios, por ejemplo, en el campo de los aislamientos de los hilos, las envolturas comunes de los hilos o relleno de intersticio, de las capas intermedias, es decir, de las capas entre el conductor y el aislante, el revestimiento intermedio exterior y los rellenos.

Otro objeto de la invención son los hilos eléctricos o un cable eléctrico de una o varios hilos con el mantenimiento del aislamientos y/o de la función, que se producen empleando la composición según la invención.

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En las siguientes ilustraciones se muestra:

la figura 1, un ejemplo de realización de un hilo eléctrico representado en vista en general y en detalle;

la figura 2, un ejemplo de realización representado en vista en general y parcialmente en detalle de un cable de varios hilos;

la figura 3, un ejemplo de realización en vista en general y parcialmente en detalle de una cable eléctrico de varios hilos con conductor concéntrico.

Los hilos o cables según la invención con mantenimiento del aislamiento y/o funcionamiento comprenden, por lo menos, un conductor eléctrico de una o varios hilos, por ejemplo, un conductor de cobre y, por lo menos, un componente a partir de la composición según la invención, especialmente capas de separación y/o recubrimientos, por ejemplo, recubrimientos intermedios y/o exteriores, recubrimientos de hilos comunes o rellenos de intersticios, aislamientos y rellenos. En principio se pueden fabricar componentes apropiados cualquiera de los hilos o cables en base a la composición según la invención. Las formas de realización individuales se orientan, sin embargo, por ejemplo, a los requerimientos específicos del mantenimiento de la función y/o del aislamiento o a especificaciones de normas concretas.

El compuesto de polímero cerámico ininflamable según la invención, se puede presentar en los hilos o cables en combinación con otros materiales conocidos para la fabricación de cables, por ejemplo, compuestos de polímero con cargas exentas de halógenos o en combinación con materiales minerales. En una forma de realización especial, se emplea el compuesto de polímero cerámico en el hilo o en el cable en combinación con caucho de silicona. A título de ejemplo, se puede integrar una capa de separación de compuesto de polímero cerámico en un aislamiento de caucho de silicona. En otra forma de realización preferente, se emplean el compuesto de polímero cerámico según la invención, especialmente en la zona de los aislamientos, como el llamado material compuesto de fibras. Para ello se emplean preferentemente fibras de materiales minerales no combustibles, especialmente silicatos, vidrio y cerámica. Las fibras pueden formar como tejido junto con el compuesto una estructura de laminado o presentarse desordenadas en el compuesto.

A continuación se explican, con mayor detalle, ejemplos de hilos y cables eléctricos según la invención haciendo referencia a las figuras.

La figura 1 representa un ejemplo para la constitución de un hilo eléctrico 5. El hilo mostrado comprende un conductor eléctrico 1, una capa de separación 2 y un aislante 3 en combinación con un tejido de refuerzo o una trenza 4, estando configurada la capa de separación 2 y/o el aislamiento 3 de compuesto de polímero cerámico según la invención.

Preferentemente, la capa de separación 2 aplicada sobre el conductor eléctrico 1 del hilo 5 es de la composición según la invención. La capa de separación 2 puede representar en caso de incendio, la capa que mantiene básicamente la función y al mismo tiempo representa una capa aislante. El espesor de pared de una capa de separación depende de los requerimientos en cuanto al mantenimiento de la función, y es convenientemente de por lo menos 0,3 mm, preferentemente por lo menos 0,4 mm. Por encima de la capa de separación 2 se encuentra el aislamiento propiamente dicho 3 del hilo eléctrico 5 y el tejido de refuerzo o una trenza 4, pudiéndose cambiar la secuencia de aislamiento 3 y de tejido de refuerzo o trenza por encima de la capa de separación 2. El aislamiento 3 puede ser de todos los materilaes usuales y admitidos para ello, por ejemplo, de materiales aislantes conocidos en este campo, reticulables y no reticulables exentos de halógeno, por ejemplo, terpolímeros de etileno-propileno-dieno (cauchos EPDM). Ventajosamente, el aislamiento 3 es de un caucho de silicona, de tal manera que la capa de separación 2 de compuesto de polímero cerámico está integrado en un aislamiento de caucho de silicona. El aislamiento 3, puede ser, sin embargo, el mismo compuesto de polímero cerámico. En ambos casos se consigue otra mejora en el mantenimiento de la función. De manera ventajosa se combina el aislamiento 3 con un tejido de refuerzo o trenza 4, que es de un material mineral no combustible, preferentemente fibras minerales de silicatos, vidrio y cerámica.

La figura 2 representa un ejemplo para la estructura de un cable eléctrico 10 de varios hilos. El cable 10 comprende los hilos eléctricos 11, 12, 13, 14, una envoltura común de hilos o un relleno de intersticios 15 y un recubrimiento exterior 16, que se aplica por encima del recubrimiento de hilos 15. Por lo menos un componente de esta cable eléctrico está producido a partir del compuesto de polímero según la invención. Normalmente, los hilos eléctricos, que pueden estar estructurados según los hilos representados en la figura 1, contienen una capa de separación en base de la composición según la invención. En una forma de realización preferente, la envoltura común de los hilos (relleno de intersticio) 15, sólo o conjuntamente con las capas de separación de los hilos, comprende el compuesto de polímero cerámico según la invención. De manera preferente, se emplea el compuesto de polímero cerámico para ello en combinación con una cinta de tejido de materiales minerales resistentes a la temperatura. El recubrimiento exterior 16 es normalmente de materiales tradicionales, por ejemplo, polímeros con carga, exentos de halógenos, pero se pude producir alternativamente asimismo empleando compuestos de polímero cerámicos.

La figura 3 representa un ejemplo para la estructura de un cable eléctrico 20 de varios hilos con un conductor concéntrico 29.

El cable representado comprende cuatro hilos 21, 22, 23 y 24, que a su vez comprenden un conductor eléctrico 25, una capa de separación 26 y un aislamiento 27. Los hilos pueden presentar asimismo una estructura según el hilo 5 descrita en la figura 1. El cable puede presentar, además, rellenos como el relleno de centro 32 representado. Los hilos y el relleno están rodeados de un recubrimiento de hilos común o un relleno de intersticios 28. Por encima del recubrimiento de hilos común (relleno de intersticios) 28 se encuentra un conductor eléctrico concéntrico 29, por ejemplo, una envuelta de hilo de cobre o una espiral de cinta de cobre. Sobre este conductor eléctrico 29 se aplica otra capa separadora 30, por encima de la cual se encuentra un recubrimiento 31.

De acuerdo con la invención se fabrica uno o varios componentes de un cable eléctrico de este tipo, utilizando el compuesto polímero cerámico. En una forma de realización preferente comprende, por lo menos, una de las capas separadoras 26 y 30 compuesto de polímero cerámico según la invención. De forma preferente, la capa separadora 26 del hilo eléctrico comprende compuesto de polímero cerámico y está integrado en un aislamiento 27 de caucho de silicona. En otra forma de realización el aislamiento 27 es sólo de compuesto de polímero cerámico. En otra forma de realización, el revestimiento de hilos común (relleno de intersticio) 28 está fabricado sólo o junto con el relleno 32 a partir del compuesto de polímero cerámico. El recubrimiento exterior 31 comprende usualmente materiales tradicionales, por ejemplo, polímeros con carga exentos de halógenos, pero puede producirse alternativamente asimismo empleando compuestos de polímero cerámico.

La aplicación de las capas y/o recubrimientos se puede realizar según los procedimientos usuales, especialmente el procedimiento de extrusión. Particularmente ventajoso es cuando se aplican conjuntamente las varias capas de recubrimiento como, por ejemplo, la capa de separación y la capa de aislamiento, mediante una extrusión tándem o coextrusión.

La composición según la invención permite, por consiguiente, la fabricación de cables de seguridad contra incendios con el mantenimiento del aislamiento y/o de la función. La composición es apropiada tanto para cables con clases de mantenimiento de función baja, por ejemplo, la clase de mantenimiento de función E 30 según DIN 4102, parte 12, o la clase de mantenimiento de función FE 180 según IEC 331, como también para cables que deban satisfacer los requerimientos de las elevadas clases de mantenimiento de función. Por ejemplo, se puede conseguir un mantenimiento de función durante 90 minutos con una exposición del cable de hasta aproximadamente 1000ºC aproximadamente (clase de mantenimiento de función E 90 según DIN 4102, parte 12) sin más. El compuesto polímero cerámico según la invención permite, además, la formación de una resistencia de estructura mecánica suficiente en el campo de temperaturas bajas, también en un campo de temperaturas que alcanza desde la destrucción de la matriz polimérica hasta la sinterización de las partículas cerámicas.

Los cables obtenidos a partir de la composición según la invención, no se diferencian en la instalación y utilización usual de los cables tradicionales. También el quitar el aislamiento de los conductores no representa ningún problema. Las cargas ceramizantes en forma de polvo, debido a su inclusión en la matriz de polímero, no se pueden reconocer como tales. Las características de los polímeros determinan el aspecto del cable. La preparación de las cargas cerámicas en un compuesto permite una transformación, como se conoce en los demás materiales tradicionales con elevadas cargas. Los cables presentan, tanto a las temperaturas de uso normales, como también en el estado ceramificado en caso de incendio, características mecánicas extraordinarias, especialmente elevado alargamiento a la rotura y reducida formación de fisuras (desconchaduras). El compuesto de polímero según la invención representa, además, una alternativa económica respecto a los materiales utilizados conocidos. Especialmente se pueden suprimir el empleo de materiales costosos, tales como, por ejemplo, encintados de mica.

La presente invención se explica mediante los siguientes ejemplos:

Ejemplo 1 (no según la invención)

350 partes en peso de Al_{2}O_{3} (tamaño de grano medio 1,5 - 2,5 : m) se mezclan en una amasadora de laboratorio de la manera usual con 100 partes en peso de un caucho de silicona plastificado HTV, dureza Shore A 60, y 1,5 partes en peso de 2,4 peróxido de dicloro-benzoilo. La viscosidad de este compuesto se determina para una velocidad de cizallado, representativa para la extrusión, de 10 y 200 1/s con un reómetro capilar de alta presión (reógrafo Gottfert 2002); como geometría de medición se emplea un tubo capilar circular de 2 mm de diámetro. La viscosidad medida se indica en la siguiente tabla I.

Los extrusionados de material generado en las mediciones de viscosidad con un diámetro de 2 mm ''0,1 (diámetro de los tubos capilares del reómetro capilar de alta presión) se emplean para un procedimiento interno de la empresa para la determinación de la contracción de material, del comportamiento estructural y de las características mecánicas después de un tratamiento térmico. Para ello se reticulan los componentes de la matriz a 150ºC y con un tiempo de duración de 10-15 minutos aproximadamente en una estufa. Después del reticulado se cortan extrusionados de 20 cm, de los cuales se evalúa a la temperatura ambiente un diámetro de doblado mínimo. El valor medido es la separación d (en mm) entre las partes paralelas de una parte extrusionada semicircular en forma de U, en la que se ha realizado una marca en la superficie de tracción del extrusionado. Un valor de d = 0 mm significa que las probetas hasta la colocación de ambos lados paralelos, se pueden doblar sin que se forme una grieta. El diámetro de flexión medido se indica en la siguiente tabla I.

Para la determinación de las características mecánicas después de un tratamiento térmico, se han empleado asimismo extrusionados reticulados de 20 cm. Los extrusionados se colocan en un horno sobre una placa resistente al fuego. La calefacción se realiza con 50 K/min hasta una temperatura final de 1000ºC. El tiempo de permanencia es de 180 min, al que sigue una refrigeración libre. La contracción del material se determina después de la medición de los extrusionados (longitud L) después de la estancia en el horno y se calcula a partir de la diferencia de longitud antes y después del tratamiento térmico. De ello resulta la contracción en 100%\frac{-L[cm] x 100%}{20 cm}

Los resultados se reproducen en la tabla II.

El comportamiento al agrietamiento (formación de grietas, desconchaduras) del material calentado a 1000ºC se evalúa visualmente y se valora con un clasificación de 1 a 4. Para ello se valora principalmente la geometría de la abertura de la grieta en la superficie en relación con la profundidad visible de la grieta. Los resultados se reproducen a su vez en la tabla II.

Los materiales tratados térmicamente a 1000ºC se comprueban visualmente con relación a la resistencia a la rotura. Para ello se coloca la probeta redonda longitudinalmente en una placa de acero (45 x 45 mm) y con un punzón plano de acero (\diameter = 12 mm) se carga hasta la rotura. La tabla II indica la carga total a la ha tenido lugar una rotura o una reducción de diámetro de 1,0 mm de la probeta.

Ejemplo 2 (no según la invención)

350 partes en peso de Al_{2}O_{3} se mezclan como en el ejemplo 1 con 100 partes en peso de caucho de silicona HTV plastificados y 1,5 partes en peso de peróxido de 2,4-dicloro benzoilo, con la modificación de que al caucho de la mezcla se añaden 6 partes en peso de aceite de silicona.

Las mediciones de viscosidad, la determinación de la resistencia a la flexión, la contracción de material, la resistencia a la grieta y la resistencia a la rotura, se realiza como el ejemplo 1. Los resultados se reproducen en las tablas I y II.

Ejemplo 3

350 partes en peso de Al_{2}O_{3} y 6 partes en peso de estearato de aluminio fundido se mezclan previamente en una amasadora de laboratorio; a continuación se mezcla esta composición como en el ejemplo 1, con 100 partes en peso de caucho de silicona HTV, dureza Shore A 60, y 1,5 partes en peso de peróxido 2,4 de dicloro benzoilo.

Las mediciones de viscosidad, la determinación de la resistencia a la flexión, la contracción del material, la resistencia al agrietamiento y la resistencia a la rotura se realizan asimismo como se han descrito en los ejemplos 1 a 3. Los resultados se reproducen en las tablas I y II.

Ejemplos 4-6 (no según la invención)

Los ensayos de los ejemplos 1 a 3 se repiten, con la excepción de que la cantidad mezclada en el material de carga ceramizante es de 146 partes en peso.

Las mediciones de viscosidad, la determinación de la resistencia a la flexión, la contracción del material, la resistencia al agrietamiento y la resistencia a la rotura se realizan asimismo como se han descrito en los ejemplos 1 a 3. Los resultados se reproducen en las tablas I y II.

Los resultados de los ejemplos muestran que el empleo de un agente humectante respecto a una composición o un agente de transformación auxiliar o con aceite de silicona como agente auxiliar para la transformación a la temperatura ambiente, especialmente en un contenido de carga elevado, se observa una viscosidad claramente menor de la composición no reticulada, y una elevada resistencia a la flexión del material obtenido de ello. Con la composición de material tratado térmicamente a 1000ºC muestra con altas y bajas temperaturas en cargas ceramizantes una resistencia al agrietamiento claramente más elevada, con concentraciones de carga altas, además, una resistencia a la rotura mejorada y con concentraciones más bajas una contracción de material menor.

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Claims (14)

1. Composición antiinflamable ceramificable, esencialmente consistente en al menos un polímero orgánico de silicio, que ocasionalmente contiene dióxido de silicio libre, al menos una carga ceramizante, al menos una carga no ceramizante, exceptuando dióxido de silicio libre, en una cantidad de al menos una carga no ceramizante de 0-200 partes en peso por 100 partes en peso de polímero orgánico de silicio, un contenido en agente tensioactivo humectante para la carga ceramizante y un medio reticulante, en la cual la cantidad de carga, exceptuando la cantidad en silicio libre, es de 210 a 500 partes en peso por 100 partes en peso de polímero orgánico de silicio y en la cual la cantidad de carga ceramizante es de al menos 50 partes en peso por 100 partes en peso de polímero orgánico de silicio.

2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque la proporción de carga ceramizante en la composición es de por lo menos 100 partes en peso por 100 partes en peso de polímero orgánico de silicio.

3. Composición según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la carga ceramizante es un óxido, preferentemente óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}).

4. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el agente humectante es un jabón metálico, preferiblemente un jabón de aluminio.

5. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque comprende una o más substancias auxiliares y/o aditivos.

6. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la carga no ceramizante es un carbonato, especialmente CaCO_{3} y/o MgCO_{3}.

7. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el agente reticulante es un peróxido orgánico.

8. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque comprende un material mineral, principalmente fibras minerales, por ejemplo fibras de silicato, fibras de vidrio o fibras cerámicas.

9. Empleo de una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 para fabricar materiales aislantes antiinflamables, principalmente en cables resistentes al fuego.

10. Conductor eléctrico (5) o cable eléctrico (10) con propiedades aislantes y/o funcionales, que contiene al menos un constituyente basado en una composición ceramificable según una de las reivindicaciones 1 a 8, en particular capas de separación (2, 26), forros (16, 31), envolturas comunes de conductores o rellenos (15, 31), elementos de aislamiento (3, 27) y/o accesorios (32).

11. Conductor (5) o cable (10) según la reivindicación 10, en el que el constituyente basado en la composición ceramificable en el conductor (5) o el cable (10) está presente en combinación con un componente de caucho de silicona del conductor o del cable.

12. Conductor (5) o cable (10) según la reivindicación 10, en el que el constituyente basado en la composición ceramificable en el conductor (5) o el cable (10) contiene un material mineral y está presente, en particular en forma de material compuesto reforzado por fibras.

13. Conductor (5) o cable (10) según la reivindicación 10, en el que el constituyente basado en la composición ceramificable en el conductor (5) o el cable (10) es una capa de separación (2, 26) que puede ser aplicada al conductor eléctrico.

14. Conductor (5) o cable (10) según la reivindicación 13, en el que una capa aislante (3, 27) de caucho de silicona o de caucho EPDM es aplicada sobre la capa de separación (2, 26).