ES2307274T3 - Composicion resistente al fuego particularmente para material de cables de energia y/o de telecomunicacion. - Google Patents
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Abstract
Composición resistente al fuego, particularmente para un material de cable de energía y/o de telecomunicación, caracterizada porque comprende un polímero así como óxido de aluminio Al2O3 en forma de partículas cuyo diámetro medio es inferior a un micrómetro.
Description
Composición resistente al fuego particularmente
para material de cables de energía y/o de telecomunicación.
La presente invención se refiere a una
composición para un material capaz de resistir condiciones térmicas
extremas.
La invención encuentra una aplicación
particularmente ventajosa, pero no exclusiva, en el campo de los
cables de energía y/o telecomunicación que están destinados a
permanecer en funcionamiento durante un tiempo definido, cuando son
sometidos a temperaturas elevadas y/o directamente a las llamas.
Actualmente una de las principales
preocupaciones de la industria del cable es la mejora del
comportamiento y los rendimientos de los cables en condiciones
térmicas extremas, particularmente las encontradas durante un
incendio. Por razones esencialmente de seguridad, efectivamente es
indispensable maximizar las capacidades del cable para retardar la
propagación de la llamas por una parte, y de resistir al fuego por
otra parte. Una ralentización significativa del progreso de las
llamas significa un tiempo ganado para evacuar los lugares y/o para
poner en funcionamiento medios de extinción apropiados. Una mejor
resistencia al fuego ofrece al cable la posibilidad de funcionar
durante más tiempo, siendo menos rápida su degradación.
Tanto si es eléctrico u óptico, destinado al
transporte de energía o a la transmisión de datos, un cable está
esquemáticamente constituido por al menos un elemento conductor que
se extiende en el interior de al menos un elemento aislante. Debe
apreciarse que al menos uno de los elementos aislantes puede
desempeñar igualmente la función de medio de protección y/o que el
cable puede comprender además al menos un elemento de protección
específico, que forma una funda. Sin embargo, es conocido que entre
los mejores materiales aislantes y/o de protección utilizados en la
fabricación de cables, desgraciadamente muchos de ellos son también
materias fuertemente inflamables. Este es el caso particularmente
de las poliolefinas y sus copolímeros como, por ejemplo,
polietileno, polipropileno copolímeros de etileno y acetato de
vinilo o copolímeros de etileno y propileno. En cualquier caso, en
la práctica, esta inflamabili-
dad excesiva resulta completamente incompatible con los requisitos de resistencia al fuego anteriormente indicados.
dad excesiva resulta completamente incompatible con los requisitos de resistencia al fuego anteriormente indicados.
En el campo de la fabricación de cables, existen
numerosos métodos para mejorar el comportamiento respecto al fuego
de los polímeros empleados como materiales de aislamiento y/o de
fundas.
La solución más extendida hasta ahora ha
consistido en emplear compuestos halogenados, en forma de un
subproducto halogenado dispersado en una matriz polímera o
directamente en forma de un polímero halogenado como en el caso,
por ejemplo, de un PVC. No obstante, las regulaciones actuales
tienden en lo sucesivo a prohibir la utilización de este tipo de
sustancias debido esencialmente a su toxicidad y su corrosividad
potenciales, ya sea en el momento de la fabricación del material o
bien durante su descomposición por el fuego. Esto es
particularmente cierto cuando la descomposición en cuestión puede
intervenir accidentalmente durante un incendio, pero igualmente
también de forma deliberada en el transcurso d una incineración. En
cualquier caso, de reciclado de los materiales halogenados resulta
siempre particularmente problemático.
Este es el motivo por el que se recurre cada vez
más a materiales de carga ignífugos no halogenados y particularmente
a hidróxidos metálicos como hidróxido de aluminio o hidróxido de
magnesio. Este tipo de soluciones técnicas presenta no obstante el
inconveniente de precisar grandes cantidades de materiales de carga
para conseguir un nivel de eficacia satisfactorio, ya sea en
términos de capacidad de retrasar la propagación de las llamas o
bien de resistencia al fuego. Como ejemplo, el contenido d
hidróxidos metálicos puede alcanzar normalmente 100 a 150 partes en
peso para 100 partes en pes de resina polímera.
Sin embargo, cualquier incorporación masiva de
una materia de carga induce un aumento considerable de la viscosidad
del material compuesto. Esto genera inevitablemente una disminución
apreciable de la velocidad de extrusión y, consecuentemente, una
reducción significativa de la productividad. Finalmente, esto tendrá
una influencia negativa sobre el coste del material compuesto, que
ya está ampliamente gravado por el precio de coste intrínsecamente
elevado de la materia de carga ignífuga no halogenada, tanto más
cuanto que dicha materia de carga debe ser utilizada en una
cantidad considerable.
Pero independientemente de este aspecto
puramente económico los rendimientos de resistencia al fuego de los
materiales resultan actualmente todavía insuficientes para
satisfacer todas las condiciones de los ensayos respecto al
fuego.
Los filosilicatos son igualmente conocidos para
ser utilizados en materias de carga ignífugas no halogenadas. Estos
compuestos inorgánicos son apreciables en cuanto pueden formar
materiales nanocompuestos con las matrices polímeras en las que
están dispersados.
No obstante, este tipo de solución presenta el
inconveniente de ser particularmente costosa, debido esencialmente
al coste del tratamiento previo indispensable a que debe ser
sometido cada filosilicato para poder disponer de un carácter
suficientemente orgánofilo. Estos materiales compuestos presentan
además propiedades eléctricas escasas, una viscosidad que penaliza
las velocidades de extrusión, así como una resistencia al fuego que
es en cualquier caso insuficiente.
También, el problema técnico que debe ser
resuelto por el objeto de la presente invención es proponer una
composición resistente al fuego, particularmente para un material de
cable de energía y/o telecomunicación, composición que permita
evitar los problemas del estado de la técnica siendo poco costosa, y
ofreciendo sin embargo propiedades de resistencia al fuego
considerablemente mejoradas.
La solución al problema técnico planteado
consiste, según la presente invención, en que la composición
comprende un polímero así como óxido de aluminio en forma de
partículas cuyo diámetro medio es inferior a un micrómetro.
Se entiende por óxido de aluminio la alúmina no
hidratada, de fórmula Al_{2}O_{3}.
Dicho de otro modo, una composición según la
invención comprende una matriz polímera en la que está dispersada
alúmina submicrónica que desempeña la función de materia de carga
ignífuga.
Debe apreciarse que la expresión "composición
resistente al fuego" indica en este caso de forma muy general
cualquier composición destinada a constituir un material capaz de
retrasar la propagación de un fuego y/o resistir a un fuego.
Cualquiera que sea, el tamaño medio de las
partículas de óxido de aluminio constituye el parámetro esencial de
la invención, en el sentido de que la resistencia al fuego del
material polímero está directamente asociada a la granulometría de
la materia de carga ignífuga. En efecto se observa un efecto
ignífugo particularmente apreciable cuando la alúmina utilizada
presenta una granulometría muy fina y, particularmente, cuando el
diámetro medio de las partículas que la componen es inferior a un
micrómetro. Se aprecia además que cuanto más pequeño es el tamaño
de partículas del óxido de aluminio, más apreciable es el efecto
ignífugo.
La invención así definida presenta la ventaja de
poder disponer de un material polímero ventajoso con una
resistencia al fuego mejorada, así como con buenas propiedades
mecánicas con respecto a sus homólogos del estado de la técnica.
Debido a esto este material está perfectamente adaptado para ser
utilizado en la realización de fundas de cables de energía y/o de
telecomunicación. Se piensa en este caso tanto en un revestimiento
aislante como en una funda de protección o una capa de material de
relleno.
De acuerdo con un modo de realización
actualmente preferido de la invención, el óxido de aluminio está
compuesto por partículas que presentan un diámetro medio inferior a
20 nanómetros.
De forma particularmente ventajosa, la
composición comprende entre 1 y 80% en peso de óxido de aluminio y
preferentemente entre 2 y 20%.
Según una particularidad de la invención, el
polímero es escogido entre un polietileno, un polipropileno, un
copolímero de etileno y propileno (EPR), un terpolímero de
etileno-propilenodieno (EPDM), un copolímero de
etileno y acetato de vinilo (EVA), un copolímero de etileno y
acrilato de metilo (EMA), un copolímero de etileno y acrilato de
etilo (EEA), un copolímero de etileno y acrilato de butilo (EBA),
una copolímero de etileno y octeno, un polímero basado en etileno,
un polímero basado en polipropileno, una
poliéter-imida, un poliuretano termoplástico, un
poliéster, una poliamida, un polímero halogenado o una mezcla
cualquiera de estos compuestos.
Según otra particularidad de la invención, la
composición está dotada además de al menos una materia de carga
ignífuga asociada.
De forma particularmente ventajosa, cada materia
de carga ignífuga asociada es escogida entre compuestos que
contienen fósforo, como fosfatos orgánicos o inorgánicos, compuestos
que contienen antimonio como óxido de antimonio, hidróxidos
metálicos como hidróxido de aluminio e hidróxido de magnesio,
compuestos basados en boro como boratos, carbonatos de metales
alcalinos de los grupos IA y IIA como carbonatos de calcio, sodio,
potasio o magnesio y los hidroxicarbonatos correspondientes,
compuestos basados en estaño como estannatos e hidroxiestannatos,
melamina y sus derivados como fosfatos de melaminas, resinas
formofenólicas, filosilicatos como sepiolita, atalpulgita,
montmorillonita, illita, clorita, caolinita, micas o talcos.
Preferentemente, la composición comprende entre
1 y 80% en peso de materia de carga ignífuga asociada.
Según otra particularidad de la invención, la
composición está provista además de al menos un aditivo escogido
entre el grupo de lubricantes, plastificantes, estabilizantes
térmicos, pigmentos, antioxidantes y estabilizantes
ultravioletas.
La invención se refiere igualmente a cualquier
cable de energía y/o telecomunicación que comprende al menos una
funda aislante realizada a partir de una composición resistente al
fuego como la anteriormente descrita. Debe entenderse que cada
funda aislante en cuestión puede tener además una función de
protección y/o de relleno.
La invención se relaciona además con cualquier
cable de energía y/o telecomunicación dotado de al menos una funda
de protección realizada a partir de una composición resistente al
fuego como se describió anteriormente. Se observa en este caso que
cada funda de protección puede tener además una función aislante y/o
de relleno.
La invención dirige finalmente a cualquier cable
de energía y/o telecomunicación provisto de al menos de una capa de
relleno realizada a partir de una composición resistente al fuego
como la anteriormente descrita. Hay que resaltar que cada capa de
material de relleno puede tener además una función aislante y/o de
protección.
Es importante precisar que si estos cables están
destinados al transporte de energía y/o a la transmisión de datos,
pueden ser indiferentemente eléctricos y/o ópticos, según que los
elementos condures de los que están provistos sean de tipo
eléctrico y/o óptico.
Otras características y ventajas de la presente
invención se apreciarán a lo largo de la descripción del ejemplo
comparativo que sigue, siendo proporcionado dicho ejemplo con
carácter ilustrativo y en absoluto limitativo.
Ejemplo
comparativo
Se preparan 5 muestras de materiales a partir de
cinco composiciones diferentes, con el fin de comparar sus
rendimientos respectivos en términos de resistencia al fuego. Se
precisa que las composiciones en cuestión pueden ser utilizadas
igualmente para realizar materiales aislantes y/o de fundas y/o de
relleno para cables de energía y/o de telecomunicación.
Cualquiera que sea, el polímero es común a las
cinco muestras. Se trata específicamente de un copolímero de
etileno y acetato de vinilo (EVA). Solo la naturaleza y la
composición de la mezcla de materias de carga ignífugas varían de
una muestra a otra. La Tabla 1 detalla estas diferencias.
Las composiciones se preparan mezclando cada
materia de carga ignífuga con una cantidad siempre igual de
polímero, con el fin de no falsificar los análisis comparativos
posteriores, permaneciendo constante la proporción de materia de
carga del material compuesto resultante.
Cualquiera que sea la naturaleza precisa de la
composición preparada, las etapas de mezcla de la matriz polímera
con la materia de carga ignífuga son siempre las mismas:
- -
- Ajuste de la temperatura a 160ºC durante todo el periodo de la mezcla,
- -
- Introducción del polímero en el mezclador interno ajustado a 30 revoluciones por minuto (rpm),
- -
- Fusión del polímero sintético a 160ºC durante 2 minutos a 30 rpm,
- -
- Fusión a 60 rpm durante 2 minutos,
- -
- Introducción de las materias de carga a 30 rpm,
- -
- Mezcla a 30 rpm durante aproximadamente 10 minutos.
La muestra 1 de referencia se prepara
específicamente mezclando 100 g de copolímero de etileno y acetato
de vinilo (EVA) que contiene 28% de acetato de vinilo producto
comercializado bajo la marca Evatane 28-03 por la
empresa Arkema, con 150 g de hidróxido de magnesio Magnifin H10,
comercializado por la empresa Albemarle. Debe entenderse que esta
operación se efectúa según un modo operatorio anteriormente
descrito. Esta muestra 1 ilustra un primer sistema clásico que
permita una buena resistencia al fuego del material.
Se hace lo mismo para la preparación de la
muestra 2 de referencia, en este caso preciso con una mezcla
realizada a partir de 100 g de copolímero de etileno y acetato de
vinilo (EVA) que contiene 28% de acetato de vinilo, 125 g de
hidróxido de magnesio Magnifin H10 y 25 g de montmorillonita tratada
con un alquil-amonio, comercializado bajo el nombre
Nanofil por la empresa Süd Chemie. Esta muestra 2 se refiere a un
segundo sistema bien conocido en el estado de la técnica, que es
particularmente descrito en el documento de patente EP
1.033.724.
La muestra 3 procede de la mezcla de 100 g de
copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) que contiene 28% de
acetato de vinilo, 125 g de hidróxido de magnesio Magnifin H10 y 25
g de óxido de aluminio con un diámetro medio d50=13 nm,
comercializado bajo la denominación Aeroxide Alu C por la empresa
Degussa. Esta muestra 3 permite evaluar los rendimientos de
resistencia al fuego de un material que contiene un ignífugo
clásico, hidróxido de magnesio, y un óxido de aluminio compuesto
por partículas de tamaño muy pequeño.
Las muestras 4 y 5 proceden de la mezcla de 100
g de copolímero de etileno y acetato de vinilo (EVA) que contiene
28% de acetato de vinilo, 125 g de hidróxido de magnesio Magnifin
H10, 12,5 g de montmorillonita tratada con un
alquil-amonio y respectivamente 12,5 g de óxido de
aluminio con un diámetro medio d50=13 nm y 12,5 g de óxido de
aluminio con un diámetro medio d50=0,5 \mum, comercializado bajo
la denominación Nabalox N0713-10 por la empresa
Nabaltec.
El comportamiento respecto al fuego se evalúa
sistemáticamente mediante el ensayo "epiradiateur" según la
norma NF-P-92-505.
Los materiales correspondientes deben tener la forma para ello de
placas cuadradas de 7 cm de lado y 3 mm de grosor. Esta operación
se realiza utilizando una prensa hidráulica caliente, según el
procedimiento siguiente:
- -
- Fusión a 150ºC durante 3 minutos,
- -
- Aplicación de una presión de 150 bares durante 2 minutos, siempre a 150ºC,
- -
- Enfriamiento con agua bajo 150 bares durante 5 minutos.
La Tabla 2 resume los rendimientos respecto al
fuego obtenidos con el ensayo "epiradiateur". Cada ensayo tiene
una duración de 5 minutos, durante los cuales se evalúa el tiempo
de inflamación que debe ser lo más largo posible, así como el
tiempo medio de auto-combustión que debe ser lo más
corto posible.
Se aprecia en primer lugar que la muestra 2 de
referencia tiene mejor rendimiento que la muestra 1 de referencia.
El tiempo de inflamación se alarga en 10 segundos y el tiempo de
auto-combustión se reduce en más de un segundo.
La muestra 3 puede ser comparada con la muestra
2, ya quelas dos contienen la misma materia de carga ignífuga
clásica a una proporción igual, asociada a otra materia de carga
destinada a mejorar los rendimientos de resistencia al fuego. Se
observa que el tiempo de inflamación de la muestra 3 es aumentado en
más de 11 segundos con respecto a la muestra 2. La utilización del
óxido de aluminio submicrónico permite por tanto una considerable
mejora del tiempo de inflamación, sin afectar significativamente al
tiempo auto-combustión.
La asociación del óxido de aluminio submicrónico
con la montmorillonita tratada y el hidróxido de magnesio permite
conseguir rendimientos adicionalmente mejorados. Las muestras 4 y 5
muestran que el tiempo de inflamación puede ser alargado de 5 a 30
segundos, reduciendo significativamente el tiempo de
auto-combustión, con respecto a las muestras 2 y
3.
Claims (11)
1. Composición resistente al fuego,
particularmente para un material de cable de energía y/o de
telecomunicación, caracterizada porque comprende un polímero
así como óxido de aluminio Al_{2}O_{3} en forma de partículas
cuyo diámetro medio es inferior a un micrómetro.
2. Composición según la reivindicación 1,
caracterizada porque las partículas de óxido de aluminio
presentan un diámetro medio inferior a 20 nanómetros.
3. Composición según una de las reivindicaciones
1 ó 2, caracterizada porque comprende entre 1 y 80% en peso
de óxido de aluminio y preferentemente entre 2 y 20%.
4. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el polímero es
escogido entre un polietileno, un polipropileno, un copolímero de
etileno y propileno (EPR), un terpolímero de
etileno-propilenodieno (EPDM), un copolímero de
etileno y acetato de vinilo (EVA), un copolímero de etileno y
acrilato de metilo (EMA), un copolímero de etileno y acrilato de
etilo (EEA), un copolímero de etileno y acrilato de butilo (EBA),
una copolímero de etileno y octeno, un polímero basado en etileno,
un polímero basado en polipropileno, una
poliéter-imida, un poliuretano termoplástico, un
poliéster, una poliamida, un polímero halogenado o una mezcla
cualquiera de estos compuestos.
5. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque comprende al
menos una materia de carga ignífuga asociada.
6. Composición según la reivindicación 5,
caracterizada porque cada materia de carga ignífuga asociada
es escogida entre compuestos que contienen fósforo como fosfatos
orgánicos o inorgánicos, compuestos que contienen antimonio como
óxido de antimonio, hidróxidos metálicos como hidróxido de aluminio
e hidróxido de magnesio, compuestos basados en boro como boratos,
carbonatos de metales alcalinos de los grupos IA y IIA como
carbonatos de calcio, sodio, potasio o magnesio y los
hidroxicarbonatos correspondientes, compuestos basados en estaño
como estannatos e hidroxiestannatos, melamina y sus derivados como
fosfatos de melaminas, resinas formofenólicas, filosilicatos como
sepiolita, atalpulgita, montmorillonita, illita, clorita, caolinita,
micas o talcos.
7. Composición según una de las reivindicaciones
5 ó 6, caracterizada porque comprende entre 1 y 80% en peso
de materia de carga ignífuga asociada.
8. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque comprende al
menos un aditivo escogido entre el grupo de lubricantes,
plastificantes, estabilizantes térmicos, pigmentos, antioxidantes y
estabilizantes ultravioletas.
9. Cable de energía y/o telecomunicación,
caracterizado porque comprende al menos una funda aislante
realizada a partir de una composición resistente al fuego según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
10. Cable de energía y/o telecomunicación,
caracterizado porque comprende al menos una funda de
protección realizada a partir de una composición resistente al
fuego según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
11. Cable de energía y/o telecomunicación,
caracterizado porque comprende al menos una capa de relleno
realizada a partir de una composición resistente al fuego según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
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