ES2246316T3 - Composiciones de gel. - Google Patents
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Abstract
Una composición que comprende una dispersión de microesferas expandidas huecas en un gel que comprende una base aceitosa y un elastómero termoplástico, en el que las microesferas tienen cada una una carcasa formada de un copolímero de acrilonitrilo y metacrilonitrilo, teniendo un número en el ¿Chemical Abstract¿ de 3B742-70-0.
Description
Composiciones de gel.
Esta invención se refiere a composiciones de gel
que contienen microesferas para rellenar cables, tales como cables
de comunicación, y a métodos para preparar tales geles.
Los cables de comunicaciones comprenden
típicamente un núcleo que conduce la señal rodeado por una vaina
protectora. El núcleo, por ejemplo, puede conducir señales de luz o
señales eléctricas. En muchos cables, el espacio entre el conductor
y la vaina contiene un relleno, cuya función es la de proteger y
amortiguar el núcleo de las fuerzas externas que pudieran
producirse, por ejemplo, al doblarse o enrollarse, particularmente
en el caso de cables de fibra óptica. Una función más del relleno
es la prevención de la entrada de agua que es particularmente
pertinente cuando el núcleo comprende un metal tal como el cobre.
Para satisfacer estos requisitos, el relleno debe mostrar varias
características. El relleno debe ser de viscosidad suficiente para
permitir el movimiento lateral del núcleo que ocurre, por ejemplo,
al doblarlo, al enrollarlo o al trazarlo. La viscosidad, sin
embargo, no debe ser tan baja para permitir una pérdida por goteo
del relleno durante el trazado vertical de cables. Además, debe ser
mantenido este equilibrio de propiedades en un intervalo de
temperaturas de -40 a +80ºC. El relleno debe ser formulado para que
sea químicamente compatible con polímeros de calidad de cable, que
incluyen no sólo la vaina del cable, sino que también
revestimientos típicamente encontrados en las fibras ópticas. El
relleno también debe mostrar un alto grado de elasticidad para
absorber la fuerza de impactos que la vaina del cable pueda sufrir
durante su vida operativa. Pueden ser alcanzadas temperaturas
ambientales relativamente altas por la fabricación de tales cables
causando la expansión térmica del relleno lo que entonces conduce a
la formación de orificios y cavidades al enfriarse. Tales orificios
y cavidades pueden volverse potencialmente una vía para el agua que
en los cables de fibra óptica puede conducir a la atenuación de la
guía de la onda luminosa. Por lo tanto, los rellenos de cable deben
mostrar idealmente una baja conductividad termal. Para aplicaciones
eléctricas o para núcleos que transmiten señales eléctricas, es
ventajoso que el relleno tenga una baja permitividad de forma que se
aísle el núcleo de conducción. Esto tiene la ventaja adicional de
proporcionar un relleno hidrófobo que protege así el núcleo de la
entrada de agua. La resistencia antigoteo de los rellenos puede ser
mejorada reduciendo su peso específico. Finalmente, para un manejo
fácil, se prefiere que el relleno sea semiseco al tacto, más bien
que
pegajoso.
pegajoso.
Los rellenos existentes usados en cables de
telecomunicación incluyen geles de aceite que son principalmente
mezclas de aceites y agentes gelificantes. En su aplicación,
penetran entre los haces de, por ejemplo, conductores de cobre
aislados densamente empaquetados y así los aíslan de la humedad. El
aceite, que comprende una parte principal de la mezcla, puede ser
un aceite de procesamiento nafténico o parafínico, un aceite
mineral, un producto sintético tal como un polibutano o un aceite de
silicona. Los agentes gelificantes incluyen ceras, ácidos silícicos
(geles de sílice), sílice pirógena, jabones de ácidos grasos y
elastómeros termoplásticos. Típicamente el agente gelificante
comprende menos del 10% del total.
Una familia particular de elastómeros
termoplásticos comercializados bajo la marca comercial
"Kraton" (Compañía Química Shell), comprende configuraciones
moleculares di-bloque, tri-bloque o
multi-ramificadas de segmentos de poliestireno y
caucho.
El documento US 5.657.410 describe un elemento de
transmisión óptica que incluye un relleno que comprende entre 80% y
95% en peso de un plastificante monomérico que tiene un peso
molecular en el intervalo de 200-2000 gramos por
mol. Tales plastificantes monoméricos incluyen ésteres de ftalatos,
trimelitatos, fosfatos y ésteres grasos. También pueden ser
añadidas sustancias adicionales tales como espesadores. El
espesador puede tomar la forma de pequeñas esferas. Las esferas
huecas son las preferidas debido a su gran compresibilidad y fácil
procesibildad. También pueden ser añadidos ventajosamente agentes
tixotrópicos. Se incluyen sílice finamente dividida o pirógena,
alúmina, y bentonitas así como mezclas de estas sustancias.
El uso de microesferas, por ejemplo microesferas
huecas, en compuestos de relleno de cables también se describe en
el documento US 5.698.615. En esta descripción el relleno del cable
comprende una composición hidrófila sustancialmente seca que
contiene entre otras cosas, además de las microesferas, partículas
en polvo hinchables absorbentes de agua, preferiblemente de un
tamaño de partículas en el intervalo de 1-30 \mum
y un "polvo de espolvorear" que tiene partículas de
preferiblemente una fracción 1/100 del tamaño de las partículas en
polvo hinchables. Debido a la naturaleza hidrófila de las
partículas en polvo hinchables, la composición siempre conserva
algún agua. Las partículas en polvo de espolvorear están dispuestas
entre las partículas en polvo hinchables para prevenir la
aglomeración cuando las partículas de polímero hinchables absorban
el agua. Partículas en polvo hinchables adecuadas son las basadas
en la sal de sodio del ácido poliacrílico. Las partículas en polvo
de espolvorear son típicamente polvos inorgánicos tales como talco,
mica, grafito y silicatos. La absorción de agua por las partículas
en polvo hinchables transforma la composición seca en un gel que
sella el núcleo de la entrada de más agua. Las composiciones también
pueden contener una pequeña cantidad de un aceite o un adhesivo
para reducir cualquier riesgo de polvo
potencial.
potencial.
El documento WO 99/15582 describe una composición
que incluye microesferas huecas expandibles para uso en
encapsulación de, por ejemplo, chips de semiconductores. Tales
microesferas huecas, similares en morfología a las microesferas
descritas en los documentos US 5.657.410 y US 5.698.615, comprenden
una carcasa polimérica que encapsula a un agente soplador. Cuando se
calienta, la carcasa polimérica de las microesferas expandibles se
ablanda gradualmente y el agente soplador líquido, típicamente
isobutano, comienza a evaporarse expandiendo así la microesfera.
Una conductor guía de onda luminosa se describe
en el documento US 5,335,302 que comprende al menos una guía de onda
luminosa acomodada en una vaina protectora y embebida en un
material de relleno pastoso que contiene pequeñas microesferas. Las
pequeñas microesferas, que pueden ser sólidas y rígidas, sólidas y
elásticas o huecas y elásticas, están incluidas como rellenos para
reducir el coste, y proporcionar mejores propiedades reológicas y
amortiguadoras. Un relleno preferido comprende un aceite, un agente
tixotrópico (por ejemplo, sílice pirógena) y un espesador orgánico
no especificado.
En un aspecto, la presente invención proporciona
una composición, particularmente una composición adecuada para uso
como relleno de cable, que comprende una dispersión de microesferas
expandidas huecas en un gel que comprende una base aceitosa y un
elastómero termoplástico. En el que las microesferas tienen cada
una, una carcasa formada de un copolímero de acrilonitrilo y
meta-acrilonitrilo con un número en el "Chemical
Abstract" de 38742-70-0.
Preferiblemente la composición está
sustancialmente libre de sílice, por ejemplo sílice pirógena.
Los geles de la invención pueden contener además
un antioxidante.
La base aceitosa puede comprender un aceite de
hidrocarburo o un aceite de silicona. Aceites de hidrocarburo
particularmente preferidos incluyen aceites minerales blancos y
aceites sintéticos de poli(\alpha-olefina).
La base aceitosa constituye típicamente 1-99% en
peso del gel, más preferiblemente 50-99% en peso
del gel, en particular 80-99% en peso del gel.
Los ejemplos de elastómeros termoplásticos
incluyen a cauchos termoplásticos. El elastómero termoplástico puede
ser un copolímero, por ejemplo un copolímero de bloque que posee
una configuración molecular de di-bloque,
tri-bloque, o multi-ramificada. En
una realización particular, los bloques están comprendidos de
caucho o de poliestireno. El caucho puede ser un caucho de olefina
saturado compuesto de unidades de monómero de etileno, propileno o
butileno. De forma alternativa, el caucho puede ser un caucho de
olefina insaturado que comprende unidades de monómero de butadieno
o isopreno.
Los ejemplos particulares de elastómeros
termoplásticos incluyen copolímeros de tri-bloque
de
estireno-etileno/butileno-estireno
(SEBS), copolímero de di-bloque de
estireno-etileno/propileno (SEP), copolímero
multi-ramificado de etileno/propileno (EP),
copolímero de tri-bloque de
estireno-butadieno-estireno (SBS) y
copolímero de tri-bloque de
estireno-isopreno-estireno
(SIS).
Los elastómeros termoplásticos disponibles en el
comercio incluyen los copolímeros disponibles bajo la marca
comercial "Kraton" de Shell.
El elastómero termoplástico se usa típicamente en
las proporciones en el intervalo de 1-10% en peso
de la composición, más preferiblemente en el intervalo de
2-9% en peso de la composición, en particular en el
intervalo de 3-8% en peso de la composición.
La invención usa microesferas huecas comprimibles
que comprenden cada una, una carcasa polimérica que encapsula a un
agente soplador. La carcasa polimérica está formada de un
copolímero, de acuerdo con la reivindicación 1. El agente soplador,
por ejemplo, puede ser isobutano o isopentano. Además, las
microesferas están expandi-
das.
das.
Tales microesferas huecas muestran un alto grado
de elasticidad y además tienen un bajo peso específico. El uso de
tales microesferas en los geles descritos en esta invención es
ventajoso porque reducen el peso específico total de los geles y
por lo tanto reducen o eliminan el goteo durante el trazado vertical
del cable.
La naturaleza hueca de las microesferas significa
que la proporción de material sólido es muy baja en relación con el
volumen. Así, su adición a los geles de la invención conduce a una
reducción de la conductividad termal total y a una probabilidad
menor de descomposición de cualquiera de los componentes del gel o
a la creación de huecos a las temperaturas elevadas alcanzadas
durante la fabricación del cable. Las propiedades elásticas
superiores de las microesferas huecas sobre sus competidores sólidos
proporcionan una mejor protección a, por ejemplo, las guías de onda
luminosa durante el transporte, el enrollado o el trazado. Además,
también se reduce el problema de la atenuación de las guías de
ondas de luz debido a la presencia de orificios o cavidades dentro
del relleno del cable cuando un aumento cualquiera del volumen del
grueso del relleno es alcanzado debido al calentamiento durante la
fabricación de cable por una reducción opuesta en el volumen de las
microesferas huecas. Debido a la naturaleza comprimible de tales
microesferas huecas, sus diámetros típicos son mayores que los de
sus competidores sólidos. En las aplicaciones de cable de fibra
óptica, pueden ser usados diámetros en el intervalo del diámetro de
la guía de onda luminosa. Los diámetros de las microesferas huecas
expandidas estarán típicamente en el intervalo de
1-200 \mum, más generalmente en menos de 100
\mum, típicamente en menos de 75 \mum, por ejemplo de 15 a 55
\mum.
Las microesferas huecas que se usan están
típicamente presentes en el intervalo de 1-95% v/v,
más preferiblemente 5-95% v/v, en particular
50-95% v/v, refiriéndose las figuras precedentes a
los volúmenes expandidos.
El antioxidante puede ser seleccionado de los
comúnmente usados en la técnica. Los antioxidantes fenólicos son
los preferidos. El antioxidante está típicamente presente en una
cantidad de 0,01-1% p/p, por ejemplo de
0,1-1% p/p.
En un aspecto más, la invención proporciona una
composición como se define anteriormente en este documento para uso
como relleno de cable.
En otro aspecto, la invención proporciona un
cable, tal como un cable de comunicaciones, que contiene un relleno
como se define anteriormente en este documento.
En todavía un aspecto más, la invención
proporciona un cable que comprende un núcleo de conducción rodeado
por una vaina, una composición como se define anteriormente en este
documento estando dispuesta entre el núcleo de conducción y la
vaina. El núcleo de conducción puede ser, por ejemplo, un conductor
eléctrico o un conductor de luz. El conductor eléctrico puede ser,
por ejemplo, un conductor para conducir señales eléctricas tales
como señales telefónicas.
En un aspecto más, la invención proporciona un
procedimiento para preparar un cable que comprende un núcleo de
conducción y una vaina, comprendiendo el procedimiento la etapa de
extruir la vaina del cable en el núcleo de conducción e interponer
una composición como se define anteriormente en este documento
entre el núcleo de conducción y la vaina durante la etapa de
extrusión.
En otro aspecto, la invención proporciona un
procedimiento para preparar un gel como se define anteriormente en
este documento; comprendiendo el procedimiento:
- (a)
- calentar la base aceitosa a una temperatura en el intervalo de 110ºC a 120ºC;
- (b)
- añadir el elastómero termoplástico a la base aceitosa y mezclar para formar una mezcla;
- (c)
- enfriar la mezcla a una temperatura de menos de 90ºC;
- (d)
- añadir y mezclar en las microesferas; y opcionalmente
- (e)
- añadir y mezclar en un antioxidante; y/o
- (f)
- mantener la mezcla bajo vacío para eliminar el gas atrapado.
En una realización preferida, el procedimiento
comprende:
- (i)
- mezclar al menos un aceite en un tanque de calentamiento-mezcla;
- (ii)
- calentar los aceites mezclados a 110-120ºC en un tanque agitado de calentamiento-mezcla;
- (iii)
- añadir y mezclar el elastómero termoplástico a la base aceitosa con alta cizalla durante no más de una hora después de transferir la base aceitosa a un tanque de mezcla-enfriamiento, permitiendo que la temperatura de la mezcla se eleve a más de 120-130ºC;
- (iv)
- enfriar la mezcla a <90ºC y transferirla a un reactor principal agitado,
- (v)
- añadir y mezclar un antioxidante;
- (vi)
- añadir y mezclar las microesferas, extraídas al reactor bajo vacío o bombeo, durante al menos dos minutos;
- (vii)
- mantener el vacío durante al menos otros 10 minutos para efectuar la eliminación de las burbujas de aire antes de liberar el gel terminado.
Aunque la temperatura de la mezcla sea
típicamente <90ºC después de enfriar, más preferiblemente es
<80ºC, en particular es <70ºC.
Otros aspectos y particularidades de la invención
son como se establecen en las reivindicaciones añadidas en este
documento.
La invención será ilustrada ahora, pero no
limitada, en cuanto a las realizaciones particulares mostradas en
los dibujos que acompañan, en los que:
La figura 1 muestra una vista transversal de un
cable eléctrico; y
La figura 2 muestra una vista transversal de un
cable óptico;
La figura 3 es un gráfico de la viscosidad frente
a la velocidad de cizalla para la composición del Ejemplo 1 a 25ºC;
y
La figura 4 es un gráfico de viscosidad frente a
la velocidad de cizalla para la composición del Ejemplo 2 a
25ºC.
La figura 1 muestra una vista transversal de un
cable eléctrico 11, que comprende, en este ejemplo, cuatro
conductores eléctricos 13 revestidos en el revestimiento 12. Los
conductores eléctricos 13 comprenden por sí mismos a un conductor
eléctrico 14, preferiblemente de cobre, y un aislamiento externo 15,
típicamente de polietileno. Esparcido entre los conductores
eléctricos 13 y el revestimiento externo 12, hay una composición 16
de gel de relleno. En esta realización, la composición del relleno
puede comprender una base aceitosa, un caucho termoplástico tal
como un elastómero termoplástico y microesferas dispersadas y
opcionalmente un antioxidante. El cable eléctrico, comprendiendo
típicamente un núcleo de cobre, puede ser usado para los objetivos
de telecomunicaciones o distribución de electricidad.
Aunque la figura 1 muestre una vista transversal
de un cable eléctrico que comprende a cuatro conductores en una
configuración de cuadrete en estrella, será apreciado que cables
que tengan una variedad de configuraciones diferentes puedan ser
usados como alternativas a la configuración mostrada.
La figura 2 muestra a un cable óptico 21 que
comprende tres tubos amortiguadores de fibra óptica 23 revestidos
en el revestimiento 22. Los tubos amortiguadores de fibra óptica 23
consisten por sí mismos en una fibra óptica 24 provista de un
revestimiento protector 26 y una vaina protectora 25. La composición
de relleno 27 está dispuesta entre la fibra óptica cubierta y la
vaina protectora. Además, rellena los intersticios formados entre
los tubos amortiguadores individuales y entre los tubos
amortiguadores y la superficie interna del revestimiento del
cable.
Los ejemplos de geles específicos adecuados para
uso en cables, tales como los cables ilustrados en las figuras 1 y
2, son como sigue:
Un relleno de gel fue preparado teniendo la
composición siguiente:
| Componente | Concentración (% en peso) |
| Aceite mineral blanco | 89,0 |
| SN 500 (Mobil) | |
| Elastómero termoplástico | 5,5 |
| Kraton 1701 ó 1702 (Shell) | |
| Microesferas (pre-expandidas) | 5,0 |
| Expancel 091 DE (Triones Chems. Int.) | |
| Antioxidante | 0,5 |
| Irganox L 135 (Ciba-Geigy) |
El relleno de gel de este ejemplo es adecuado
para rellenar los intersticios entre los tubos y conductores (de
alta iluminación) y no está en contacto directo con las guías de
fibra.
El gel fue preparado de la siguiente manera:
La base aceitosa fue introducida en un tanque
agitado de calentamiento-mezcla y fue calentada a
110-120ºC antes de transferirla a un tanque de
mezcla-enfriamiento de alta cizalla, a la que fue
añadido el elastómero termoplástico (Kraton) (en forma de
gránulos). La mezcla fue mezclada en condiciones de alta cizalla
usando emulsificador de mezcla del tipo inmersión multitarea
(Silverson Machines Limited, Modelo GDD 25) durante no más de 60
minutos. Durante el procedimiento de mezcla, se permite que la
temperatura de la mezcla se eleve a 120-130ºC. La
mezcla fue enfriada mediante un sistema refrigerante de agua fría,
y la mezcla enfriada fue transferida a un reactor principal agitado
donde fue añadido el antioxidante. Entonces fue creado el vacío
dentro del reactor para aspirar las microesferas que fueron
mezcladas en la mezcla por un período de al menos dos minutos. El
vacío fue mantenido durante al menos diez minutos más para efectuar
la eliminación de cualquier burbuja de aire. El vacío entonces fue
liberado, el agitador fue apagado y fueron tomadas muestras antes
de liberar el gel terminado del reactor principal.
El producto fue caracterizado por varios
análisis, los resultados de los cuales son resumidos en la Tabla 1
a continuación. Las conductividades térmicas referidas en la tabla
fueron determinadas como sigue:
Los discos de la muestra de ensayo fueron creados
por recogida de los geles en un par de anillos de nilón de diámetro
interno medio de 70,1 mm y espesor medio de 10,03 mm y colocando
película de adherencia encima y debajo. Una pequeña corrección fue
hecha para tener un interfaz suplementario introducido por la
película de adherencia. La conductividad térmica de las muestras de
ensayo fue medida usando una placa calentadora de seguridad de 76
mm. Un par de discos de la muestra de ensayo fueron montados, bajo
la presión de dos placas enfriadas, en cada lado de la placa
calentadora de seguridad. Las placas enfriadas fueron mantenidas a
una temperatura constante de \pm 0,05ºC. Las superficies de las
placas tenían emitancias de 0,9. La temperatura de seguridad anular
sobre la placa calentadora fue ajustada con la de la parte central a
\pm 0,01ºC para reducir al mínimo el flujo de calor lateral en
las muestras de ensayo. La placa calentadora y las muestras de
ensayo fueron aisladas con una manta de fibra de vidrio para
reducir más las pérdidas de calor del borde. La caída de las
temperaturas por las muestras de ensayo fue fijada en 14ºC y en
aproximadamente 5 horas se permitió que fuera establecido el
equilibrio térmico antes de que fueran tomadas las lecturas
finales.
El ensayo de envejecimiento fue derivado de
YD/T839.4-1996 (Método PRC) excepto que fueron
cambiadas la temperatura y la duración del ensayo.
| Propiedades Físicas | ||
| Propiedad | Valor | Método de ensayo |
| Densidad (20ºC) g/ml | 0,356 | ASTM D 1475 |
| Viscosidad (100 s^{1}, 25ºC) Pa.s | 23,63 | Haake VT500 |
| Drenaje de tubo (7 mm d.i./80ºC/24 horas) | Paso | EIA/TIA-455-81A |
| Penetración de Cono (23ºC) dmm | 335 | ASTM D937 |
| Penetración de Cono (-30ºC) dmm | 167 | ASTM D937 |
| Penetración de Cono (-40ºC) dmm | 120 | ASTM D937 |
| Separación del aceite (80ºC/24 horas) % en peso | 0 | FTM791 (321) |
| Pérdida de volátiles (80ºC/24 horas) % en p/p | 0,17 | FTM791 (321) |
| OIT (190ºC) minutos | 34,75 | ASTM D3895 |
| Conductividad térmica (23ºC) W/m. K | 0,077 | véase anterior |
| Conductividad térmica (80ºC) W/m. K | 0,078 | véase anterior |
| Generación de hidrógeno (80ºC/24 horas) \mul/g | 0,010 | |
| Valor Ácido mgKOH/g | 0,036 | BS2000 |
| Envejecimiento (100ºC/240 horas) | Paso | véase anterior |
| Exposición UV (25ºC/14 días) | Paso | |
| Exposición de temperaturas (240ºC/5 minutos) | Paso | |
| OIT = tiempo de inducción oxidativa |
La Tabla 1 muestra que la densidad del gel es
baja lo que contribuyó a obtener buenas propiedades antigoteo
(medida a 80ºC). El comportamiento a bajas temperaturas fue
evaluado por penetración de cono a -40ºC mientras que el
comportamiento a altas temperaturas fue analizado por una
combinación de la técnica de escurrido, la prueba de separación del
aceite y de pérdida de volátiles todos llevados a cabo a 80ºC y la
prueba del tiempo de inducción oxidativa llevada a cabo a 190ºC. Un
tiempo de inducción oxidativa superior a 20 minutos es deseable.
Los resultados indican que el gel tiene un intervalo de temperaturas
operativas de -40 a +80ºC. Además, el comportamiento reológico del
gel, mostrado en la figura 3, es tixotrópico (fluidificación por
cizalla) permitiendo el bombeo en frío y el procesamiento, y así el
relleno del cable con la ausencia de huecos creados por el
encogimiento del gel.
La conductividad térmica fue determinada a 23ºC y
80ºC. Los valores para la conductividad fueron bajos reflejando la
baja densidad del gel, y variaron poco con la temperatura lo que
sugiere un material que posee una estructura desordenada. Las
buenas propiedades de aislamiento indicaron que era un material que
posee buena resistencia respecto a la descomposición térmica que
puede ocurrir a temperaturas elevadas alcanzadas durante la
fabricación del cable. Además, el gel sería menos sensible a la
expansión térmica y a la contracción que puede darse durante la
fabricación del cable conduciendo a la formación de huecos en el
relleno del cable. Para objetivos de comparación, se dan las
conductividades térmicas de un intervalo de materiales en la Tabla
2.
| Conductividades térmicas de Varios Materiales | ||
| Material | Conductividad térmica W/m.K | Comentario |
| Aluminio | 200 | Muy buen conductor |
| Agua | 0,6 | |
| Aceite de oliva | 0,17 | |
| Parafina | 0,15 | |
| Aire | 0,024 | Muy buen aislante |
El gel mostró buenas propiedades de
envejecimiento y resistencia a uv y a la temperatura. Hubo también
una baja generación de gas hidrógeno.
Un relleno de gel similar fue preparado de una
manera similar a la descrita en el Ejemplo 1, pero con una calidad
diferente del aceite mineral. El gel fue adecuado para uso en
aplicaciones de relleno y fluidificación de pequeños cables de
cobre de teléfono de pares.
El gel fue sometido a varios análisis físicos.
Los resultados de los análisis físicos fueron similares a los de la
composición del Ejemplo 1 y por lo tanto sólo son citadas las
propiedades eléctricas en la Tabla 3.
| Propiedades Físicas | ||
| Propiedad | Valor | Método de ensayo |
| Constante dieléctrica (23ºC) | 1,62 | ASTM D924 |
| Factor de disipación dieléctrica (1 MHz) | 4,4 x 10^{-4} | ASTM D924 |
| Resistencia de volumen (23ºC) Ohm.cm | 2,8 x 10^{15} | ASTM D257 |
| Tensión de ruptura kV | 86 |
El gel se caracteriza por una baja permitividad
relativa (1,62) y una resistencia de volumen grande (2,8 x
10^{15} Ohm.cm). Para objetivos de comparación, se dan las
permitividades relativas de varios materiales en la Tabla 4.
| Permitividades Relativas de Varios Materiales | |
| Material | Permitividad relativa |
| Aire (presión normal) | 1,0005 |
| Cera de parafina | 2 |
| Queroseno | 4,7 |
| Vidrio | 5-10 |
| Mica | 6 |
| Alcohol de metilo | 32 |
| Agua | 81 |
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
Un gel adecuado para uso en relleno de tubos
holgados y relleno intersticial entre cintas y núcleos ranurados
abiertos fue preparado de una manera similar a la descrita en el
ejemplo 1. La fórmula para este gel se describe a continuación:
\vskip1.000000\baselineskip
| Componente | Concentración (% en peso) |
| Aceite de poli(\alpha-olefina)^{a} | 66,37 |
| Durasyn 166 (Amoco) | |
| Aceite mineral blanco | 22,13 |
| Whiterex 250 (BP/Mobil) | |
| Elastómero termoplástico | 7,5 |
| Kraton 1701 ó 1702 (Shell) | |
| Microesferas (pre-expandidas) | 3,5 |
| Expancel 091 DE (Triones Chems. Int.) | |
| Antioxidante | 0,5 |
| Irganox L 135 (Ciba-Geigy) | |
| ^{a} El aceite de polil(\alpha-olefina) también lo suministra BP/Mobil como SHF 61 |
\vskip1.000000\baselineskip
El gel fue sometido a varios análisis físicos.
Los resultados de los análisis físicos, que fueron similares a los
resultados de la composición del Ejemplo 1 se muestran en la Tabla
5.
Además fueron analizados el límite de resistencia
a la tracción y el esfuerzo de ruptura de revestimiento de fibras
ópticas de acuerdo con las normas FOTP-28 y
FOTP-178 respectivamente. La fibra óptica fue CPC6
fabricada por Siecor. Los ensayos fueron llevados a cabo después
del envejecimiento de las fibras en cámaras de aire forzadas
durante 30 días a 85\pm1ºC sumergidas en gel. Las medidas fueron
llevadas a cabo a 20ºC y humedad relativa del 70%. El límite de
resistencia a la tracción fue medido en treinta muestras de 0,5 mm
de cuatro grupos diferentes a una velocidad de elongación de
500\pm50 mm/minutos. Fueron usadas muestras de 50 mm para la
prueba del esfuerzo de ruptura de revestimiento usando una
herramienta de desmoldeo de 500\pm50 mm/minutos. Los valores del
límite de resistencia a la tracción promedio y del esfuerzo de
ruptura de revestimiento para una muestra control fueron 68,89 N y
3,61 N respectivamente.
| Propiedades Físicas | ||
| Propiedad | Valor | Método de ensayo |
| Densidad (20ºC) g/ml | 0,438 | ASTM D 1475 |
| Viscosidad (200 s^{1}, 25ºC) Pa.s | 7,95 | Haake VT500 |
| Drenaje de tubo (7 mm d.i./80ºC/24 horas) | Paso | EIA/TIA-455-81A |
| Penetración de Cono (23ºC) dmm | 396 | ASTM D937 |
| Penetración de Cono (-40ºC) dmm | 250 | ASTM D937 |
| Separación del aceite (80ºC/24 horas) % en peso | 0 | FTM791 (321) |
| Pérdida de volátiles (80ºC/24 horas) % en p/p | 0,06 | FTM791 (321) |
| OIT (190ºC) minutos | 31,04 | ASTM D3895 |
| Conductividad térmica (23ºC) W/m.K | 0,077 | véase el ejemplo 1 |
| Conductividad térmica (80ºC) W/m.K | 0,078 | véase el ejemplo 1 |
| Generación de hidrógeno (80ºC/24 horas) \mul/g | 0,015 | |
| Permitividad relativa (50 Hz, 25ºC) | 1,65 | ASTM D150 |
| Resistencia de volumen (23ºC) Ohm.cm | 19 x 10^{14} | ASTM D257 |
| Límite de resistencia a la tracción (20ºC/70% RH) N | 65,07 | FOTP - 28 |
| Esfuerzo de ruptura de revestimiento (20ºC/70% RH) N | 3,88 | FOTP - 178 |
| Envejecimiento (100ºC/240 horas) | Paso | véase el ejemplo 1 |
| Exposición UV (25ºC/14 días) | Paso | |
| Exposición a temperaturas (240ºC/5 minutos) | Paso | |
| OIT = Tiempo de inducción oxidativa |
El comportamiento sensible a la cizalla de la
viscosidad se ilustra en la figura 4 y muestra que el gel es
tixotrópico o fluidificable por cizalla. Este gel aunque de
viscosidad inferior que el gel del ejemplo 1, incluso pasó la prueba
del drenaje. El comportamiento a bajas temperaturas, caracterizado
por una penetración de cono a -40ºC, fue excepcional. Esto es
particularmente importante cuando es usado este gel en contacto
directo con fibras ópticas y debe mantener flexibilidad a
temperaturas bajas para evitar aplicar estrés a las fibras
anteriormente mencionadas o microdoblamientos causados por
contracciones que pueden conducir a un aumento de la atenuación. El
límite de resistencia a la tracción y el esfuerzo de ruptura de
revestimiento sugirieron que no hubo ninguna deterioración en la
resistencia mecánica de las fibras o degradación en el
revestimiento de la fibra después de la exposición al gel.
Claims (14)
1. Una composición que comprende una dispersión
de microesferas expandidas huecas en un gel que comprende una base
aceitosa y un elastómero termoplástico, en el que las microesferas
tienen cada una, una carcasa formada de un copolímero de
acrilonitrilo y metacrilonitrilo, teniendo un número en el
"Chemical Abstract" de
3B742-70-0.
2. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 1, estando la composición sustancialmente libre de
sílice, por ejemplo sílice pirógena.
3. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que la base aceitosa
comprende al menos un aceite seleccionado de aceite de
procesamiento nafténico o parafínico, aceite mineral, aceites
sintéticos tales como aceite sintético de
poli(\alpha-olefina) y aceite de
silicona.
4. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en el que la base aceitosa está
presente en una cantidad en el intervalo de 1 a 99% en peso de la
composición.
5. Una composición de acuerdo con la
reivindicación 4, en la que la base aceitosa está presente en una
cantidad en el intervalo de 50 a 99% en peso de la composición, por
ejemplo en el intervalo de 80-99% en peso de la
composición.
6. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la que el elastómero
termoplástico es un caucho termoplástico.
7. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, en la que el elastómero
termoplástico está presente en una cantidad en el intervalo de
1-10% en peso de la composición, por ejemplo en el
intervalo de 2-9% en peso de la composición,
preferiblemente en una cantidad en el intervalo de
3-8% en peso de la composición.
8. Una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes que contiene uno o varios
antioxidantes.
9. Un cable, tal como un cable de comunicaciones,
que contiene como relleno una composición definida en cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 8.
10. Un cable de acuerdo con la reivindicación 9
que comprende un núcleo de conducción rodeado por una vaina, una
composición como se define en una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8 estando dispuesta entre el núcleo de
conducción y la vaina.
11. Un cable de acuerdo con la reivindicación 9 o
la reivindicación 10, en el que el núcleo de conducción es un
conductor eléctrico o un conductor de luz.
12. Un procedimiento para preparar un cable que
comprende un núcleo de conducción y una vaina, comprendiendo el
procedimiento las etapas de extruir la vaina de cable en el núcleo
de conducción e interponer una composición como se define en una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 entre el núcleo de
conducción y la vaina durante la etapa de extrusión.
13. Un procedimiento para preparar una
composición como se define en una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo el procedimiento:
- (a)
- calentar la base aceitosa a una temperatura en el intervalo de 110ºC a 120ºC;
- (b)
- añadir el elastómero termoplástico a la base aceitosa y mezclar para formar una mezcla;
- (c)
- enfriar la mezcla a una temperatura de menos de 90ºC;
- (d)
- añadir y mezclar las microesferas; y opcionalmente
- (e)
- añadir y mezclar un antioxidante; y/o
- (f)
- mantener la mezcla bajo vacío para eliminar el gas atrapado.
14. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 13 para fabricar una composición de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo el
procedimiento:
- (i)
- mezclar al menos un aceite en un tanque de calentamiento-mezcla,
- (ii)
- calentar los aceites mezclados a 110-120ºC en un tanque agitado de calentamiento-mezcla;
- (iii)
- añadir y mezclar el elastómero termoplástico a la base aceitosa con alta cizalla durante no más de una hora después de transferir la base aceitosa a un tanque de mezcla-enfriamiento, permitiendo a la temperatura de la mezcla elevarse a más de 120-130ºC;
- (iv)
- enfriar la mezcla a <90ºC y transferirla a un reactor principal agitado;
- (v)
- añadir y mezclar en un paquete antioxidante;
- (vi)
- añadir y mezclar las microesferas, extraídas al reactor bajo vacío o bombear, durante al menos dos minutos;
- (vii)
- mantener el vacío durante al menos otros 10 minutos para efectuar la eliminación de las burbujas de aire antes de liberar la composición terminada.
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