ES2313256T3 - Cable de energia y/o de telecomunicacion resistente al fuego. - Google Patents
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Abstract
Cable de energía y/o de telecomunicación, caracterizado porque comprende al menos un elemento constitutivo a base de un material resistente al fuego cuya composición comprende un polímero sintético y una carga ignifugante, comprendiendo dicha carga ignifugante un compuesto inorgánico asociado con un compuesto hidrocarbonado elegido entre el grupo de los asfaltenos, los maltenos o cualquier mezcla de estos componentes, eligiéndose cada elemento constitutivo entre un revestimiento aislante y una envoltura de protección.
Description
Cable de energía y/o de telecomunicación
resistente al fuego.
La presente invención se refiere a un cable
capaz de resistir condiciones térmicas extremas.
La invención encuentra una aplicación
particularmente ventajosa, pero no exclusiva, en el campo de los
cables de energía o de telecomunicaciones que están destinados a
seguir siendo operacionales durante un tiempo definido cuando están
sometidos a grandes calores y/o directamente a las llamas.
Actualmente uno de los mayores retos de la
industria del cable es la mejora del comportamiento y las
prestaciones de los cables en condiciones térmicas extremas,
principalmente las que se encuentran durante un incendio. Por
razones esencialmente de seguridad es indispensable, en efecto,
maximizar las capacidades del cable por una parte para retrasar la
propagación de las llamas y, por otra parte, para resistir al fuego.
Un retraso significativo de la progresión de las llamas es tanto
tiempo ganado para evacuar los lugares y/o para utilizar los medios
de extinción apropiados. Una mejor resistencia al fuego ofrece al
cable la posibilidad de funcionar durante más tiempo al ser su
degradación menos
rápida.
rápida.
Bien sea eléctrico u óptico, destinado al
transporte de energía o a la transmisión de datos, un cable está
constituido esquemáticamente por al menos un elemento conductor que
se extiende por el interior de al menos un elemento aislante. Hay
que señalar que al menos uno de los elementos aislantes puede
igualmente tener un papel de medio de protección y/o que el cable
puede comprender además al menos un elemento de protección
específica, formando una envoltura. Ahora bien, se sabe que entre
los mejores materiales aislantes y/o de protección utilizados en la
fabricación de cables muchos de entre ellos son lamentablemente
también excelentes materiales inflamables. Es el caso principalmente
de las poliolefinas y de sus copolímeros, como por ejemplo el
polietileno, el polipropileno, los copolímeros de etileno y de
acetato de vinilo y los copolímeros de etileno y de propileno. En
cualquier caso, en la práctica, esta inflamabilidad excesiva parece
totalmente incompatible con los imperativos de resistencia al fuego
anteriormente indicados.
En el campo de la fabricación de cables existen
numerosos métodos para mejorar el comportamiento frente al fuego de
los polímeros empleados como materiales de aislamiento y/o de
revestimiento.
La solución más extendida hasta el momento ha
consistido en el empleo de compuestos halogenados en forma de un
subproducto halogenado dispersado en una matriz polimérica, o
directamente en forma de un polímero halogenado como por ejemplo en
el caso del PVC. Sin embargo, las reglamentaciones actuales tienden
a partir de ahora a prohibir la utilización de este tipo de
sustancias debido principalmente a su toxicidad y su corrosividad
potenciales ya sea en el momento de la fabricación del material o
durante su descomposición por el fuego. Esto es tanto más verdad
cuanto que la descomposición en cuestión puede ocurrir
accidentalmente durante un incendio pero también de forma voluntaria
durante una incineración. En cualquier caso, el reciclado de los
materiales halogenados sigue siendo todavía particularmente
problemático.
Esto es por lo que cada vez se recurre más a
cargas ignifugantes no halogenadas, y principalmente a los
hidróxidos metálicos, tales como el hidróxido de aluminio o el
hidróxido de magnesio. Este tipo de soluciones técnicas presenta sin
embargo el inconveniente de necesitar grandes cantidades de cargas
para alcanzar un nivel satisfactorio de eficacia, ya sea en cuanto a
la capacidad de retrasar la propagación de las llamas o a la
resistencia al fuego. Como ejemplo, el contenido en hidróxidos
metálicos puede alcanzar típicamente 150 a 200% con respecto a la
cantidad total de resina. Ahora bien, cualquier incorporación masiva
de cargas induce un aumento considerable de la viscosidad del
material y consecuentemente una disminución notable de la velocidad
de extrusión y, por lo tanto, una disminución importante de la
productividad. La adición de cantidades demasiado grandes de
aditivos retardadores del fuego está igualmente en el origen de un
deterioro significativo de las propiedades mecánicas y eléctricas
del cable.
Otras composiciones ignifugantes de la técnica
anterior se describen igualmente en los documentos
US-A-4419469, JP 60 197762,
EP-A-0339843,
US-A-5437923 y
US-A-4000140.
Además, el problema técnico que se quiere
resolver mediante el objetivo de la presente invención, es el de
proponer un cable de energía y/o de telecomunicación que permita
evitar los problemas del estado de la técnica ofreciendo
principalmente propiedades mecánicas mejoradas sensiblemente
presentando a la vez una buena resistencia al fuego.
La solución del problema técnico planteado
consiste, según la presente invención, en que el cable comprenda al
menos un elemento constitutivo a base de un material resistente al
fuego cuya composición comprende un polímero sintético y una carga
ignifugante, comprendiendo dicha carga ignifugante un compuesto
inorgánico asociado a un compuesto hidrocarbonado elegido entre el
grupo de los asfaltenos, los maltenos o cualquier mezcla de estos
compuestos, eligiéndose cada elemento constitutivo entre un
revestimiento aislante y una envoltura de protección.
Se precisa que los asfaltenos son compuestos
aromáticos y/o alifáticos que pueden ser indiferentemente saturados
o insaturados. Constituyen la fracción de los asfaltos que son
insolubles en hexano o heptano. Se caracterizan igualmente por el
hecho de que sus pesos moleculares son relativamente elevados, ya
que están comprendidos entre 1000 a 100000.
Los maltenos son igualmente compuestos
aromáticos y/o alifáticos que pueden ser indiferentemente saturados
o insaturados. Sin embargo, se distinguen de los asfaltenos por el
hecho de que presentan además pesos moleculares bajos y que son, en
cuanto a ellos, generalmente solubles en hexano o heptano.
En cualquier caso, la invención así definida
presenta la ventaja de ofrecer un compromiso muy bueno entre
resistencia al fuego y propiedades mecánicas. La presencia del
compuesto inorgánico en el seno de la carga ignifugante permite
clásicamente aumentar la resistencia al fuego del material. Para
compensar el hecho de que esta presencia tiene igualmente como
inconveniente el de deteriorar de forma importante las propiedades
mecánicas del material correspondiente, se le asocia simplemente un
compuesto a base de malteno y/o de asfalteno. La adición de dicho
compuesto hidrocarbonado tiene, en efecto, como consecuencias
ventajosas no degradar las prestaciones en cuanto a la resistencia
al fuego, pero sobre todo mejorar de forma importante las
propiedades mecánicas del material final.
Otra ventaja de la invención reside en el coste
extremadamente bajo de dicha carga ignifugante, sobre todo en
comparación con el precio de coste de las cargas convencionales del
estado de la técnica. Esto constituye un interés económico innegable
en el campo de la fabricación de cables ya que es susceptible de
favorecer la difusión comercial de los cables ignifugados.
Según una particularidad de la invención, el
compuesto inorgánico se elige entre el carbonato de calcio, el óxido
de calcio, la sílice, la alúmina o cualquier mezcla de estos
componentes. Se entiende, sin embargo, que el carbonato de calcio
constituye por ahora el compuesto inorgánico privilegiado en razón
de su excelente relación precio/prestaciones.
De forma particularmente ventajosa, la relación
en masa en el seno de la carga ignifugante entre el compuesto
inorgánico y el compuesto hidrocarbonado está comprendida entre 0,05
y 0,95 y preferentemente entre 0,7 y 0,95.
Según un modo de realización actualmente
preferido de la invención, la carga ignifugante es asfalto natural
de roca. Se trata de una roca esencialmente calcárea que está
impregnada naturalmente de asfalto. Por lo tanto, presenta la
ventaja de comprender naturalmente un compuesto inorgánico y un
compuesto hidrocarbonado según la invención. Se precisa simplemente
que su contenido en carbonato de calcio es generalmente superior la
80% y el de asfalto a 6%.
Según otra característica ventajosa de la
invención, la composición comprende entre 5 y 200 partes en peso de
carga ignifugante por 100 partes en peso de polímero sintético y
preferentemente entre 30 y 100 partes en peso de carga
ignifugante.
Según otra particularidad de la invención, el
polímero sintético se elige entre un polietileno, un polipropileno,
un copolímero de etileno y de propileno (EPR), un terpolímero de
etileno-propileno-dieno (EPDM), un
copolímero de etileno y de acetato de vinilo (EVA), un copolímero de
etileno y de acrilato de metilo (EMA), un copolímero de etileno y de
acrilato de etilo (EEA), un copolímero de etileno y de acrilato de
butilo (EBA), un copolímero de etileno y de octeno, un polímero a
base de etileno, un polímero a base de polipropileno, una
polieterimida, un poliuretano termoplástico, un poliéster, una
poliamida o cualquier mezcla de estos componentes.
Según otra particularidad de la invención, la
composición está dotada además de un agente ignifugante
secundario.
De forma particularmente ventajosa, cada agente
ignifugante secundario se elige entre los compuestos que contienen
fósforo tales como los fosfatos orgánicos o inorgánicos, los
compuestos que contienen antimonio tales como el óxido de antimonio,
los hidróxidos metálicos tales como el hidróxido de aluminio y el
hidróxido de magnesio, los compuestos a base de boro tales como los
boratos, los carbonatos de metales alcalinos de los grupos IA y IIA
como los carbonatos de calcio, sodio, potasio o magnesio y los
hidroxicarbonatos correspondientes, los compuestos a base de estaño
tales como el estannato y los hidroxiestannatos, la melamina y sus
derivados tales como las melaminas fosfatadas y las resinas
formofenólicas.
Según otra particularidad de la invención, la
composición está provista además de al menos un aditivo elegido
entre el grupo de los pigmentos, los antioxidantes, los
estabilizantes ultravioleta, así como las ayudas para la
realización, como por ejemplo lubrificantes, plastificantes y
estabilizantes térmicos.
La invención se refiere también a cualquier
cable que comprende al menos un elemento conductor que se extiende
por el interior de al menos un revestimiento aislante y en el que al
menos un revestimiento aislante está realizado a partir de una
composición de material resistente al fuego tal como la que se ha
descrito anteriormente.
La invención se refiere por otro lado a
cualquier cable dotado de al menos un elemento conductor que se
extiende por el interior de al menos un revestimiento aislante y que
comprende además al menos una envoltura de protección realizada a
partir de una composición de material resistente al fuego tal como
la que se ha descrito anteriormente.
Es preciso señalar que la expresión "elemento
conductor" se refiere tanto a un conductor eléctrico como a un
conductor óptico. Por otro lado, en cualquier caso se puede tratar
indiferentemente de un cable eléctrico u óptico, principalmente
destinado al transporte de energía y/o a la transmisión de
datos.
Otras características y ventajas de la presente
invención aparecerán a lo largo de la descripción que sigue, dándose
el ejemplo a modo ilustrativo y nunca limitativo.
Ejemplo
comparativo
Se preparan cuatro muestras de materiales a
partir de composiciones diferentes con el fin de poder comparar sus
prestaciones respectivas en lo que se refiere a su resistencia al
fuego y sus propiedades mecánicas. Se precisa que las composiciones
en cuestión son todas idóneas para ser utilizadas para realizar
materiales aislantes y/o de revestimiento y/o de relleno para cables
de energía y/o telecomunicación.
En cualquier caso, el polímero sintético es
común a las cuatro muestras. Se trata en este caso de un copolímero
de etileno y de acetato de vinilo (EVA). Solo la naturaleza de la
carga ignifugante varía de una muestra a otra. La tabla 1 detalla
estas diferencias.
En primer lugar se señala que la muestra 1 se
obtiene de una composición según la invención, ya que su carga
ignifugante está constituida por un compuesto inorgánico en forma de
carbonato de calcio CaCO_{3} y de un compuesto hidrocarbonado a
base de una mezcla de asfaltenos y maltenos.
A continuación se observa que la muestra 2 se
caracteriza por el hecho de que su carga ignifugante está formada
únicamente por un compuesto orgánico del tipo asfalteno/malteno.
Por otro lado se señala que la muestra 3 es
notable en cuanto a que su carga ignifugante está desprovista de
cualquier compuesto hidrocarbonado a base de una mezcla de
asfaltenos y de maltenos, es decir que es 100% mineral.
En cuanto a la muestra 4, constituye la
referencia de este ejemplo comparativo en el sentido de que en su
composición interviene únicamente el polímero sintético. Dicho de
otra forma: está desprovista de cualquier carga ignifugante.
Se preparan las composiciones 1 a 3 mezclando
100 pcr (porcentaje de resina) de cada carga ignifugante con una
cantidad siempre idéntica de polímero sintético, entendiéndose esto
bien con el fin de no falsear los análisis comparativos
posteriores.
Cualquiera que sea la naturaleza precisa de la
composición preparada, las etapas de mezcla de la matriz polimérica
con la carga ignifugante son siempre las mismas:
- -
- establecimiento de una temperatura fijada a 160ºC durante toda la duración de la mezcla,
- -
- introducción del polímero sintético en el mezclador interno regulado 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 la carga ignifugante a 30 rpm,
- -
- mezcla a 30 rpm durante aproximadamente 10 minutos.
La muestra 1 se prepara concretamente mezclando
146,7 g de copolímero de etileno y de acetato de vinilo (EVA) que
contiene 28% de acetato de vinilo, producto comercializado con la
marca Evatane 28-03 por la sociedad Atofina, con
73,3 g de asfalto natural de roca que contiene aproximadamente 80%
del compuesto inorgánico triturado y tamizado en un tamiz de 90
micrones. Esta operación se realiza, por supuesto, según el modo de
operación descrito anteriormente.
Lo mismo ocurre con la preparación de la muestra
2, en este caso preciso con una mezcla realizada a partir de 146,7 g
de copolímero de etileno y de acetato de vinilo (EVA) que contiene
28% de acetato de vinilo y 73,3 g de asfalto natural Gilsonite,
distribuido con la denominación Black Brillant por la sociedad
Ziegler Corp.
En cuanto a la muestra 3, proviene de la mezcla
de 146,7 g de copolímero de etileno y de acetato de vinilo (EVA) que
contiene 28% de acetato de vinilo, con 73,3 g de carbonato de calcio
triturado y tamizado sobre un tamiz de 90 \mum, siempre según el
procedimiento descrito anteriormente.
Las tres muestras de materiales compuestos así
preparadas, así como la muestra 4 de referencia, están entonces
dispuestas para someterse a los ensayos de caracterización
previstos, con la reserva de someterlas previamente al conformado
oportuno.
Con el fin de evaluar el comportamiento frente
al fuego de las muestras 1 a 4, se han realizado análisis por
calorímetro de cono.
Para ello, los materiales correspondientes se
deben conformar en placas cuadradas de 10 cm de lado y de 3 mm de
espesor. Esta operación se realiza usando una prensa hidráulica
calentadora, según el procedimiento siguiente:
- -
- fusión a 150ºC durante 3 minutos,
- -
- puesta bajo presión de 150 bares durante 2 minutos, siempre a 150ºC,
- -
- enfriamiento con agua a 150 bares durante 5 minutos.
Las muestras 1 a 4 así conformadas pueden
entonces ensayarse por medio de un calorímetro de cono según la
norma ISO-5660-1 relativa a los
caudales caloríficos de los productos de construcción.
Concretamente, se mide a lo largo del tiempo la
tasa de calor desprendido durante la combustión de cada muestra. La
figura única ilustra, por otra parte, los comportamientos de los
diferentes materiales.
En cuanto a la tabla 2, resume las principales
características de las muestras 1 a 4 en cuanto a su resistencia al
fuego, es decir el calor total desprendido y la tasa máxima de calor
desprendido.
En principio se señala que la muestra 2 presenta
propiedades frente al fuego muy mediocres. Su tasa máxima de calor
desprendido, criterio determinante de la resistencia al fuego de los
materiales, es, en efecto, inferior en 35% a la de la muestra 4 de
referencia. La eficacia de una carga ignifugante desprovista de
cualquier compuesto inorgánico y constituida únicamente por una
mezcla a base de asfaltenos y de maltenos parece, en consecuencia,
insuficiente en lo que respecta a la resistencia al fuego.
Al contrario, se observa que la muestra 3
dispone de un buen comportamiento en condiciones térmicas extremas.
Su tasa máxima de calor desprendido es muy pequeña con respecto a la
de la muestra 4 de referencia, en este caso es del orden de 62%. Una
carga ignifugante a base exclusivamente de compuesto inorgánico, y
por lo tanto desprovista de cualquier mezcla de tipo
asfaltenos/maltenos, confiere por lo tanto una resistencia al fuego
totalmente adecuada.
Pero sobre todo se señala que la muestra 1
presenta prestaciones frente al fuego aún más ventajosas. En efecto,
como en el caso de la muestra 3, su tasa máxima de calor desprendido
se reduce en cerca de 62% con respecto a la de la muestra 4 de
referencia. Además, el calor total desprendido durante la combustión
de la muestra 1 es inferior al de las otras y principalmente al de
los materiales compuestos de las muestras 2 y 3. Estas
características ponen en evidencia el efecto particularmente
ventajoso de la asociación de un compuesto inorgánico con un
compuesto que contiene derivados de la familia de los asfaltenos y/o
de los maltenos para constituir una carga ignifugante eficaz.
Se realizan ensayos a temperatura ambiente con
el propósito esta vez de determinar las principales propiedades
mecánicas de las muestras 1 a 4, a saber: el alargamiento de rotura
y la tensión de rotura.
Las diferentes medidas se realizan por medio de
una máquina de tracción del tipo ZWICK 1010 con probetas del tipo H2
cortadas en placas de materiales de aproximadamente 1 mm de espesor,
las cuales se preparan según el mismo modo de operación que para los
ensayos al fuego descritos anteriormente.
Cada probeta se fija entre una mordaza fija y
una mordaza móvil que se desplaza a 200 mm/minuto durante el ensayo.
Se mide en continuo la fuerza necesaria para el desplazamiento y
unos extensómetros fijados sobre la parte útil de la probeta
permiten conocer el alargamiento correspondiente.
Para la caracterización de cada material de
muestra se han medido el alargamiento de rotura así como la
resistencia a la rotura. Este método de caracterización responde a
la norma CEI 811-1. La tabla 3 reúne los resultados
de las diferentes medidas.
En primer lugar se señala que el alargamiento de
rotura de la muestra 2 sigue siendo muy elevado, mientras que la
resistencia a la rotura cae de forma bastante importante con
respecto a las características de la muestra 4 de referencia. Una
carga ignifugante desprovista de cualquier compuesto inorgánico y
constituida únicamente por una mezcla a base de asfaltenos y de
maltenos altera, por lo tanto, en parte las propiedades mecánicas
del material polimérico en el que está dispersa.
A continuación se observa que para la muestra 3
el alargamiento de rotura así como la resistencia a la rotura del
material se ven afectados de forma importante por la adición de una
carga ignifugante a base exclusivamente del compuesto inorgánico y,
por lo tanto, desprovista de cualquier mezcla de tipo
asfaltenos/maltenos.
Por último se observa que en el caso de la
muestra 1 el alargamiento de rotura no está deteriorado con respecto
al de la muestra 4 de referencia y que la resistencia a la rotura es
muy superior a las de los otros materiales compuestos de las
muestras 2 y 3. Una carga ignifugante que asocia un compuesto
inorgánico y un compuesto a base de asfaltenos y de maltenos permite
por consiguiente conservar las propiedades mecánicas a un nivel muy
bueno.
En conclusión, únicamente una carga ignifugante
según la invención es capaz de conferir a un material polimérico en
el que está dispersa a la vez una buena resistencia al fuego y
propiedades mecánicas de alto nivel.
Claims (9)
1. Cable de energía y/o de telecomunicación,
caracterizado porque comprende al menos un elemento
constitutivo a base de un material resistente al fuego cuya
composición comprende un polímero sintético y una carga ignifugante,
comprendiendo dicha carga ignifugante un compuesto inorgánico
asociado con un compuesto hidrocarbonado elegido entre el grupo de
los asfaltenos, los maltenos o cualquier mezcla de estos
componentes, eligiéndose cada elemento constitutivo entre un
revestimiento aislante y una envoltura de protección.
2. Cable según la reivindicación 1,
caracterizado porque el compuesto inorgánico se elige entre
el carbonato de calcio, el óxido de calcio, la sílice, la alúmina o
cualquier mezcla de estos compuestos.
3. Cable según una de las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque la relación en masas entre el
compuesto inorgánico y el compuesto hidrocarbonado está comprendida
entre 0,05 y 0,95 y preferentemente entre 0,7 y 0,95.
4. Cable según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la carga
ignifugante es el asfalto natural de roca.
5. Cable según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la composición
comprende entre 5 y 200 partes en peso de carga ignifugante por 100
partes en peso de polímero sintético y preferentemente entre 30 y
100 partes en peso de carga ignifugante.
6. Cable según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el polímero
sintético se elige entre un polietileno, un polipropileno, un
copolímero de etileno y de propileno (EPR), un terpolímero de
etileno-propileno-dieno (EPDM), un
copolímero de etileno y de acetato de vinilo (EVA), un copolímero de
etileno y de acrilato de metilo (EMA), un copolímero de etileno y de
acrilato de etilo (EEA), un copolímero de etileno y de acrilato de
butilo (EBA), un copolímero de etileno y de octeno, un polímero a
base de etileno, un polímero a base de polipropileno, una
polieterimida, un poliuretano termoplástico, un poliéster, una
poliamida o cualquier mezcla de estos componentes.
7. Cable según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la composición
comprende además al menos un agente ignifugante secundario.
8. Cable según la reivindicación 7,
caracterizado porque cada agente ignifugante secundario se
elige entre los compuestos que contienen fósforo tales como los
fosfatos orgánicos o inorgánicos, los compuestos que contienen
antimonio tales como el óxido de antimonio, los hidróxidos metálicos
tales como el hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio, los
compuestos a base de boro tales como los boratos, los carbonatos de
metales alcalinos de los grupos IA y IIA como los carbonatos de
calcio, sodio, potasio o magnesio y los hidroxicarbonatos
correspondientes, los compuestos a base de estaño tales como el
estannato y los hidroxiestannatos, la melamina y sus derivados tales
como las melaminas fosfatadas y las resinas formofenólicas.
9. Cable según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la composición
comprende además al menos un aditivo elegido entre el grupo de los
lubrificantes, plastificantes, estabilizantes térmicos, pigmentos,
antioxidantes y estabilizantes ultravioletas.
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