ES2319123T3 - Composiciones mejoradas para blindaje desprendible de cables. - Google Patents
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Abstract
Una composición de resina semiconductora para uso como capa semiconductora en contacto con una capa de aislamiento de alambre y de cable reticulada, en la que dicha capa de aislamiento es reticulada usando un sistema de curado de peróxido, dicha composición de resina que comprende, del 15 al 85% en peso, basado en el peso de la composición de resina semiconductora, de un polímero base que comprende al menos dos componentes, un primer componente con un peso molecular promedio en peso no superior a 200.000 y seleccionado del grupo constituido por copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-alquilacrilato en los que el grupo alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etilenoalquilmetacrilato en los que el grupo alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de etilenoalquilacrilato-alquilmetacrilato en los que el grupo alquilo se selecciona independientemente entre hidrocarburos C1 a C6; un segundo componente seleccionado del grupo constituido por polímeros con un punto de fusión entre 110ºC y 130ºC y cauchos de nitrilo, en los que dicho segundo componente está entre el 1 y el 40% en peso aproximadamente del polímero base, y del 0,1 y al 20% en peso, basado en el peso de la composición de resina semiconductora, de un compuesto que modifica la adhesión que comprende un copolímero de etileno-acetato de vinilo con un peso molecular promedio en peso superior a 10.000 aproximadamente; y del 15 al 45% en peso, basado en el peso de la composición de resina semiconductora, de un negro de carbono conductor.
Description
Composiciones mejoradas para blindaje
desprendible de cables.
La invención se refiere a composiciones de
resina semiconductoras para cables de suministro eléctrico con un
sistema de polímero base de dos componentes y un aditivo para el
ajuste de la adhesión. Dichas composiciones de resina
semiconductoras se pueden usar para fabricar blindajes
semiconductores para uso en cables eléctricos. La invención también
se refiere a cables eléctricos que comprenden blindajes
semiconductores. Las composiciones de resina semiconductoras de la
invención se pueden usar como blindajes dieléctricos
"semiconductores" desprendibles (también denominados blindajes
nucleares, pantallas dieléctricas y materiales de apantallamiento
nucleares) en cables de suministro con aislamiento polimérico
reticulado, principalmente con cables de medio voltaje con un
voltaje desde 5 kV aproximadamente hasta 100 kV aproximadamente.
Los cables de suministro típicos generalmente
tienen uno o más conductores en un núcleo que está rodeado por
varias capas que pueden incluir: una primera capa de blindaje
semiconductora polimérica, una capa aislante polimérica, una
segunda capa de blindaje semiconductora polimérica, un blindaje de
cinta metálica y una camisa polimérica.
En general, los blindajes dieléctricos
semiconductores se pueden clasificar en dos tipos distintos, siendo
el primero un tipo en el que el blindaje dieléctrico está unido
firmemente al aislamiento polimérico de manera que el
desprendimiento del blindaje dieléctrico sólo es posible usando una
herramienta de corte que retire el blindaje dieléctrico solo con
parte del aislamiento del cable. Este tipo de blindaje dieléctrico
es el preferido por compañías que creen que esta adhesión minimiza
el riesgo de avería eléctrica en la interfase entre el blindaje y
el aislamiento. El segundo tipo de blindaje dieléctrico es el
blindaje dieléctrico "desprendible" en el que el blindaje
dieléctrico tiene una adhesión al aislamiento definida y limitada de
manera que el blindaje dieléctrico se puede desprender limpiamente
del aislamiento sin retirar nada del aislamiento. Las composiciones
de blindaje desprendible actuales para uso en aislamientos
seleccionadas entre polietileno, polietilenos reticulados, o uno de
los cauchos copoliméricos de etileno tales como caucho de
etileno-propileno (EPR) o terpolímero de
etileno-propileno-dieno (EPDM)
normalmente están basadas en una resina base de un copolímero de
etileno-acetato de vinilo (EVA) convertida en
conductora con un tipo y una cantidad apropiada de negro de
carbón.
Las formulaciones de blindaje desprendible de
EVA y cauchos de nitrilo han sido descritas por Ongchin, patentes
de EE.UU. Nº 4.286.023 y 4.246.142; Burns y col., solicitud EP Nº
0.420.271 B, Kakizaki y col., patente de EE.UU. Nº 4.412.938 y
Janssun, patente de EE.UU. Nº 4.226.823, cada referencia se
incorpora en el presente documento por referencia a esta solicitud.
Un problema con estas formulaciones de blindaje desprendible de EVA
y cauchos de nitrilo es que los EVA necesarios para esta formulación
tienen un contenido en acetato de vinilo relativamente alto para
conseguir el nivel de adhesión deseado con el resultado de que las
formulaciones son más gomosas de lo deseado para la extrusión a
velocidad elevada de un cable eléctrico comercial.
También se han propuesto aditivos para el ajuste
de la adhesión alternativos para uso con EVA, por ejemplo,
hidrocarburos alifáticos cerosos (Watanabe y col., patente de EE.UU.
Nº 4.933.107, incorporada en el presente documento por referencia);
polietileno de bajo peso molecular (Burns Jr., patente de EE.UU. Nº
4.150.193 incorporada en el presente documento por referencia);
aceites de silicona, cauchos y copolímeros en bloque que son
líquidos a temperatura ambiente (Taniguchi y col., patente de
EE.UU. Nº 4.493.787 incorporada en el presente documento por
referencia); polietileno clorosulfonado, cauchos de
etileno-propileno, policloropreno, caucho de
estireno-butadieno, caucho natural (todos en
Janssun) pero los únicos que parecen haber encontrado aceptación
comercial han sido las ceras de parafina.
La patente de EE.UU. Nº 6.284.374 de Yamazaki y
col. describe una composición polimérica multicomponente para uso
en blindajes semiconductores desprendibles adecuados para un alambre
y cable aislados con poliolefina reticulada mediante injerto con
silano/reticulado con agua. El componente polimérico principal de la
composición está compuesto principalmente de un copolímero de
etileno/acetato de vinilo con un peso molecular promedio en peso no
inferior a 300.000.
La patente de EE.UU. Nº 6.274.066 de Easter
describe un blindaje semiconductor desprendible fabricado a partir
de un polímero base y un sistema aditivo que modifica la adhesión en
el que la adhesión entre el aislamiento y el blindaje semiconductor
está entre 3-26 libras por 1/2 pulgada.
Sería deseable mejorar adicionalmente los
niveles de adhesión en composiciones de blindajes semiconductores
desprendibles, especialmente para uso con capas de aislamiento
reticuladas con sistemas basados en peróxido.
La invención proporciona niveles de adhesión
notablemente mejorados en composiciones de blindajes semiconductores
desprendibles inferiores a 3 libras por 1/2 pulgada con capas de
aislamiento reticuladas con sistemas basados en peróxido. En formas
de realización preferidas de la invención, se obtienen niveles de
adhesión en composiciones de blindajes semiconductoras
desprendibles inferiores a 2 libras por 1/2 pulgada, incluso de 1
libra por 1/2 pulgada aproximadamente, con composiciones de
blindaje semiconductoras de acuerdo con la invención que están en
contacto con capas de aislamiento reticuladas con sistemas basados
en peróxido.
La invención proporciona una composición de
resina semiconductora para uso como capa semiconductora en contacto
con una capa de aislamiento de alambre y cable reticulada en la que
la capa de aislamiento es reticulada usando un sistema de curado de
peróxido. La composición de resina comprende del 15 al 85% en peso,
basado en el peso de la composición de resina semiconductora, de un
polímero base que comprende al menos dos componentes, un primer
componente con un peso molecular promedio en peso no superior a
200.000 y seleccionado del grupo constituido por copolímeros de
etileno-acetato de vinilo, copolímeros de
etileno-alquilacrilato en los que el grupo alquilo
se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de
etileno-alquilmetacrilato en los que el grupo
alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de
etileno-alquilacrilato-alquilmetacrilato
en los que el grupo alquilo se selecciona independientemente entre
hidrocarburos C1 a C6; un segundo componente seleccionado del grupo
constituido por polímeros con un punto de fusión entre 110ºC y 130ºC
y cauchos de nitrilo, en los que el segundo componente está entre
el 1 y el 40% en peso aproximadamente del polímero base, y entre el
0,1 y el 20% en peso, basado en el peso de la composición de resina
semiconductora, de un compuesto que modifica la adhesión que
comprende un copolímero de etileno-acetato de vinilo
con un peso molecular promedio en peso superior a 10.000
aproximadamente; y entre el 15 y el 45% en peso, basado en el peso
de la composición de resina semiconductora, de un negro de carbón
conductor en una cantidad suficiente para conferir a la composición
de resina semiconductora una resistencia inferior a 550
ohm-metro.
La invención también proporciona un
procedimiento de preparación de una composición de resina
semiconductora en contacto con una capa de aislamiento de alambres
y cables reticulada, en el que la capa de aislamiento es reticulada
usando un sistema de curado de peróxido. El procedimiento comprende
las etapas de (a) mezclar del 15 al 85% en peso, basado en el peso
de la composición de resina semiconductora, de un polímero base que
comprende al menos dos componentes, un primer componente con un peso
molecular promedio en peso no superior a 200.000 y seleccionado del
grupo constituido por copolímeros de etileno-acetato
de vinilo, copolímeros de etileno-alquilacrilato en
los que el grupo alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6,
copolímeros de etileno-alquilmetacrilato en los que
el grupo alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6 y
terpolímeros de
etileno-alquilacrilato-alquilmetacrilato
en los que el grupo alquilo se selecciona independientemente entre
hidrocarburos C1 a C6; un segundo componente seleccionado del grupo
constituido por polímeros con un punto de fusión entre 110ºC y
130ºC y cauchos de nitrilo, en los que el segundo componente está
entre el 1 y el 40% en peso aproximadamente del polímero base, y
con el 0,1 al 20% en peso, basado en el peso de la composición de
resina semiconductora, de un compuesto que modifica la adhesión que
comprende un copolímero de etileno-acetato de
vinilo con un peso molecular promedio en peso superior a 10.000
aproximadamente; y entre el 15 y el 45% en peso, basado en el peso
de la composición de resina semiconductora, de un negro de carbón
conductor en cantidad suficiente para conferir a la composición de
resina semiconductora una resistencia inferior a 550
ohm-metro, juntos en una mezcladora para formar una
mezcla. A continuación la mezcla se extrude para formar la
composición de resina semiconductora, en la que la composición de
resina semiconductora está en contacto con la capa de aislamiento
de alambre y cable y la capa de aislamiento está o ha sido
reticulada usando un sistema de curado de peróxido.
La invención también proporciona un cable de
alimentación eléctrico de medio voltaje que comprende un núcleo
conductor, una capa de aislamiento reticulada usando un sistema de
curado de peróxido, un blindaje semiconductor desprendible formado
a partir de la composición de resina semiconductora de la invención
y un cable o cinta metálica conectada a tierra y una camisa.
Esta invención incluye composiciones de blindaje
semiconductoras desprendibles adecuadas para uso con aislantes
eléctricos convencionales reticulados por peróxidos, blindajes
fabricados a partir de esas composiciones, cables de suministro
eléctrico que emplean estos blindajes dieléctricos semiconductores
desprendibles y procedimientos de preparación tanto de los
blindajes semiconductores como de los cables de suministro eléctrico
que emplean estos blindajes.
Los aislantes eléctricos convencionales usados
en cables de medio voltaje incluyen polietilenos, polietilenos
reticulados (XLPE), cauchos de etileno-propileno y
cauchos de etileno-propileno-dieno
(cauchos EPDM). El término polietileno se pretende que incluya
tanto polímeros como copolímeros en los que el etileno es el
componente principal, esto incluiría, por ejemplo, metaloceno o
etilenos catalizados en un solo sitio que se copolimerizan con
olefinas superiores.
Los polímeros utilizados en las capas de la
camisa protectora, de aislamiento, conductoras o semiconductoras de
los cables de la invención se pueden preparar mediante cualquier
procedimiento adecuado que permita la obtención del polímero
deseado con las propiedades de resistencia física, las propiedades
eléctricas, retardo del árbol, y temperatura de fusión deseadas
para su procesabilidad.
Los blindajes semiconductores desprendibles de
la invención comprenden un polímero basado en dos componentes,
compuestos que modifican la adhesión y negros de carbón conductores.
Los negros de carbón conductores se añaden en cantidad suficiente
para reducir la resistividad eléctrica por debajo de 550
ohm-metro. Preferentemente la resistividad del
blindaje semiconductor es inferior a 250 ohm-metro
aproximadamente o incluso más preferentemente inferior a 100
ohm-metro aproximadamente.
La invención proporciona una composición de
resina semiconductora para uso como capa semiconductora en contacto
con una capa de aislamiento de alambres y cables en la que la capa
de aislamiento es reticulada usando un sistema de curado de
peróxido. La composición de resina comprende del 15 al 85% en peso,
basado en el peso de la composición de resina semiconductora, de un
polímero base que comprende al menos dos componentes.
El primer componente tiene un peso molecular
promedio en peso no superior a 200.000, preferentemente no superior
a 150.000 y más preferentemente no superior a 100.000. El primer
componente se selecciona entre copolímeros de
etileno-acetato de vinilo, copolímeros de
etileno-alquilacrilato en los que el grupo alquilo
se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de
etileno-alquilmetacrilato en los que el grupo
alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de
etileno-alquilacrilato-alquilmetacrilato
en los que el grupo alquilo se selecciona independientemente entre
hidrocarburos C1 a C6. La resina base se selecciona entre cualquier
miembro adecuado del grupo constituido por copolímeros de
etileno-acetato de vinilo, copolímeros de
etileno-alquilacrilato en los que el grupo alquilo
se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de
etileno-alquilmetacrilato en los que el grupo
alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6 y copolímeros
ternarios de etileno, alquilacrilatos y alquilmetacrilato en los
que el grupo alquilo se selecciona independientemente entre
hidrocarburos C1 a C6.
El copolímero de etileno-acetato
de vinilo usado en el primer componente puede ser cualquier
copolímero de EVA con las siguientes propiedades: la capacidad para
aceptar cargas elevadas de material de relleno de carbono
conductor, elongación del 150 al 250% y resistencia de fusión
suficiente para mantener su forma después de la extrusión. Se
conocen copolímeros de EVA con niveles de acetato de vinilo por
encima del 25% aproximadamente y por debajo del 45% aproximadamente
con estas propiedades. Los copolímeros de EVA pueden tener un
porcentaje de acetato de vinilo en el intervalo del 25 al 45%
aproximadamente. Un copolímero de EVA preferido tendrá un
porcentaje de acetato de vinilo en el intervalo del 25 al 35%
aproximadamente y un copolímero de EVA incluso más preferido tendrá
un porcentaje en acetato de vinilo entre el 28 y el 33%. El
copolímero de etileno-acetato de vinilo usado en el
primer componente tiene un peso molecular promedio en peso no
superior a 200.000, preferentemente no superior a 150.000 y más
preferentemente no superior a 100.000.
Los copolímeros de
etileno-alquilacrilato usados en el primer
componente pueden ser cualquier copolímero de
etileno-acrilato adecuado con las siguientes
propiedades: capacidad de aceptar cargas elevadas de agente de
relleno de carbono conductor, elongación del 150 al 250% y
resistencia de fusión suficiente para mantener su forma después de
la extrusión. El grupo alquilo puede ser cualquier grupo alquilo
seleccionado entre hidrocarburos C1 a C6, preferentemente
hidrocarburos C1 a C4 e incluso más preferentemente metilo. Algunos
copolímeros de etileno-alquilacrilato con niveles
de alquilacrilato por encima del 25% aproximadamente y por debajo
del 45% aproximadamente tienen estas propiedades. Los copolímeros
de etileno-alquilacrilato pueden tener un porcentaje
de alquilacrilato en el intervalo del 25 al 45% aproximadamente. Un
copolímero de etileno-alquilacrilato preferido
tendrá un porcentaje de alquilacrilato en el intervalo del 28 al 40%
aproximadamente y un copolímero de
etileno-alquilacrilato incluso más preferido tendrá
un porcentaje de alquilacrilato del 28 al 33% aproximadamente. El
copolímero de etileno-alquilacrilato usado en el
primer componente tiene un peso molecular promedio en peso no
superior a 200.000, preferentemente no superior a 150.000 y más
preferentemente no superior a 100.000.
Los copolímeros de
etileno-alquilmetacrilato usados en el primer
componente pueden ser cualquier copolímero de
etileno-alquilmetacrilato adecuado con las
siguientes propiedades: la capacidad de aceptar cargas elevadas de
agente de relleno de carbono conductor, elongación del 150 al 250% y
resistencia de fusión suficiente para mantener su forma después de
la extrusión. El grupo alquilo puede ser cualquier grupo alquilo
seleccionado entre hidrocarburos C1 a C6, preferentemente
hidrocarburos C1 a C4 e incluso más preferentemente metilo. Algunos
copolímeros de etileno-alquilmetacrilato con niveles
de alquilmetacrilato por encima del 25% aproximadamente y por
debajo del 45% aproximadamente tienen estas propiedades. Los
copolímeros de etileno-alquilmetacrilato pueden
tener un porcentaje de alquilmetacrilato en el intervalo del 25 al
45% aproximadamente. Un copolímero de
etileno-alquilmetacrilato preferido tendrá un
porcentaje de alquilmetacrilato en el intervalo del 28 al 40%
aproximadamente y un copolímero de
etileno-alquilmetacrilato incluso más preferido
tendrá un porcentaje de alquilmetacrilato del 28 al 33%
aproximadamente. El copolímero de
etileno-alquilmetacrilato usado en el primer
componente tiene un peso molecular promedio en peso no superior a
200.000, preferentemente no superior a 150.000 y más
preferentemente no superior a 100.000
Los copolímeros ternarios de etileno con
alquilacrilatos y alquilmetacrilatos usados en el primer componente
puede ser cualquier copolímero con las siguientes propiedades: la
capacidad de aceptar cargas elevadas de agente de relleno de
carbono conductor, elongación del 150 al 250% y resistencia de
fusión suficiente para mantener su forma después de la extrusión.
El grupo alquilo puede ser cualquier grupo alquilo seleccionado
independientemente entre hidrocarburos C1 a C6, preferentemente
hidrocarburos C1 a C4 e incluso más preferentemente metilo.
Normalmente un copolímero ternario tendrá predominantemente un
alquilacrilato con una pequeña fracción de un alquilmetacrilato o
un alquilmetacrilato con una pequeña fracción de un alquilacrilato.
Las proporciones de alquilacrilato y alquilmetacrilato a etileno
serán aproximadamente las mismas que las proporciones descritas
para los copolímeros de etileno-alquilacrilato o
para los copolímeros de etileno-alquilmetacrilato
así como los intervalos de pesos moleculares descritos para el
etileno-alquilacrilato y
etileno-alquilmetacrilato. Los copolímeros
ternarios de etileno con alquilacrilatos y alquilmetacrilatos usados
en el primer componente tienen un peso molecular promedio en peso
no superior a 200.000, preferentemente no superior a 150.000 y más
preferentemente no superior a 100.000.
El segundo componente se selecciona entre
polímeros con un punto de fusión entre 110ºC y 130ºC y cauchos de
nitrilo. El segundo componente está entre el 1 y el 40% en peso
aproximadamente del polímero base, preferentemente entre el 10% en
peso y el 25% en peso aproximadamente del polímero base. En ciertas
formas de realización preferidas, el segundo componente del
polímero base se selecciona entre polímeros de polietileno,
polipropileno, poliestireno, etileno-buteno y
etileno-octeno con un punto de fusión entre 110ºC y
130ºC. En otras formas de realización preferidas, el segundo
componente es un caucho de nitrilo. Los cauchos de nitrilo según la
invención pueden contener entre el 25 aproximadamente y el 55% en
peso aproximadamente de acrilonitrilo, preferentemente del 30 al
45% en peso aproximadamente de acrilonitrilo. Los copolímeros de
acrilonitrilo-butadieno y/o sus procedimientos de
preparación son muy conocidos en la materia y han adquirido la
designación, es decir, se denominan cauchos de nitrilo o NBR. Por
consiguiente, en las formas de realización de la invención, los
copolímeros de acrilonitrilo-butadieno se pueden
usar como el caucho de nitrilo. El nitrilo hidrogenado y los
polímeros de isopreno-acrilonitrilo también son
adecuados como segundo componente de la invención, y en el contexto
de la invención, también se consideran cauchos de nitrilo. Las
mezclas de cualquiera de los cauchos de nitrilo anteriores también
se considera que entran dentro del significado de cauchos de nitrilo
como se expone en el presente documento. Estos polímeros de caucho
de nitrilo están disponibles comercialmente en Zeon Chemical,
Goodyear, Polysar y otros proveedores.
Los compuestos que modifican la adhesión son
diferentes del polímero base y son cualquier copolímero de
etileno-acetato de vinilo adecuado con un peso
molecular promedio en peso superior a 10.000 aproximadamente,
preferentemente superior al 12.000 aproximadamente, y más
preferentemente superior a 15.000 aproximadamente. Un copolímero de
etileno-acetato de vinilo preferido tendrá un peso
molecular promedio en peso entre 22.500 aproximadamente y 50.000
aproximadamente y un copolímero de EVA incluso más preferido tendrá
un peso molecular promedio en peso entre 25.000 aproximadamente y
40.000 aproximadamente. Los copolímeros de
etileno-acetato de vinilo que modifican la adhesión
de la invención tendrán una polidispersidad superior a 2,5
aproximadamente, preferentemente una polidispersidad superior a 4 e
incluso más preferentemente una polidispersidad superior a 5. La
polidispersidad es el Pp dividido por el Pn (peso molecular
promedio en número) y es una medida de la distribución de los pesos
moleculares de las cadenas poliméricas. La proporción de acetato de
vinilo en los copolímeros de etileno-acetato de
vinilo que modifican la adhesión de la invención debería estar entre
el 10 y el 28% aproximadamente, preferentemente del 12 al 25%
aproximadamente e incluso más preferentemente del 12 al 20% de
acetato de vinilo aproximadamente. El material adecuado disponible
comercialmente incluye AC 415, una cera con el 15% de acetato de
vinilo disponible en Honeywell Inc. de Morristown, N.J.
Los compuestos que modifican la adhesión también
pueden incluir cualquier copolímero de
etileno-alquilacrilato o
etileno-alquilmetacrilato adecuado en el que el
grupo alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6 y con un
peso molecular promedio en peso superior a 10.000 aproximadamente,
preferentemente superior a 12.000 aproximadamente, y más
preferentemente superior a 15.000 aproximadamente. Un copolímero de
etileno-alquilacrilato o
etileno-alquilmetacrilato preferido tendrá un peso
molecular promedio en peso entre 22.500 aproximadamente y 50.000
aproximadamente y un copolímero de
etileno-alquilacrilato o
etileno-alquilmetacrilato incluso más preferido
tendrá un peso molecular promedio en peso entre 25.000
aproximadamente y 40.000 aproximadamente. Los copolímeros de
etileno-alquilacrilato o
etileno-alquilmetacrilato que modifican la adhesión
de la invención tendrán una polidispersidad superior a 2,5
aproximadamente, preferentemente una polidispersidad superior a 4 e
incluso más preferentemente una polidispersidad superior a 5. La
polidispersidad, como se ha definido previamente, es el Pp dividido
por el Pn y es una medida de la distribución de los pesos
moleculares de las cadenas poliméricas. La proporción de
alquilacrilato o alquilmetacrilato en los copolímeros de
etileno-alquilacrilato o
etileno-alquilmetacrilato que modifican la adhesión
de la invención debería estar entre el 10 y el 28% aproximadamente,
preferentemente del 12 al 25% aproximadamente e incluso más
preferentemente del 12 al 20% de alquilacrilato aproximadamente. El
grupo alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6,
preferentemente hidrocarburos C1 a C4 e incluso más preferentemente
metilo.
El negro de carbono conductor puede ser
cualquier negro de carbono conductor en cantidad suficiente para
reducir la resistividad eléctrica por debajo de 550
ohm-metro. Preferentemente, la resistividad del
blindaje semiconductor es inferior a 250 ohm-metro
e incluso más preferentemente inferior a 100
ohm-metro. Los negros de carbono adecuados incluyen
negros de carbono N351 y negros de carbono N550 vendidos por Cabot
Corp. de Boston, Massachusetts.
Las formulaciones de blindaje semiconductoras
desprendibles de la invención se pueden componer mediante una
mezcladora comercial tal como una mezcladora Banbury, un extrusor de
husillo doble Buss Ko Neader u otras mezcladoras continuas. La
proporción del compuesto que modifica la adhesión a los otros
compuestos en el blindaje semiconductor desprendible variará
dependiendo del polímero base, el aislamiento subyacente, el peso
molecular del compuesto que modifica la adhesión y la
polidispersidad del compuesto que modifica la adhesión. Una
formulación de blindaje desprendible se puede preparar componiendo
del 30 al 45% en peso de negro de carbono con el 0,5 al 10% en peso
de un compuesto que modifica la adhesión, y el resto del polímero
base, opcionalmente se puede añadir cualquiera de los siguientes
componentes, del 0,05 al 3,0% en peso de adyuvante de procesamiento,
del 0,05 al 3,0% en peso de antioxidante, del 0,1 al 3,0% en peso
de agente dereticulado. Otra formulación de blindaje desprendible
puede tener del 33 al 42% en peso de negro de carbono, del 1,0 al
7,5% en peso del compuesto que modifica la adhesión y el resto de
polímero base, y opcionalmente se le puede añadir cualquiera de los
siguientes componentes: del 0,1 al 2,0% en peso de adyuvante de
procesamiento, del 0,1 al 2,0% en peso de antioxidante, del 0,5 al
2,0% en peso de agente de reticulado. Otra formulación de blindaje
desprendible adicional puede tener del 35 al 45% en peso de negro
de carbono, del 2,0 al 7,0% en peso de compuesto que modifica la
adhesión, y el resto del polímero base, y opcionalmente se le puede
añadir cualquiera de los siguientes componentes: del 0,25 al 1,5%
en peso de adyuvante de procesamiento, del 0,25 al 1,5% en peso de
antioxidante, del 1,0 al 2,0% en peso de agente dereticulado. La
formulación de blindaje desprendible se puede componer mezclando el
negro de carbono, el compuesto que modifica la adhesión, el
adyuvante de procesamiento, el antioxidante y el polímero base de
dos componentes juntos en una mezcladora continua hasta que se
mezclen bien. Si se tiene que añadir un agente de reticulado éste
se puede añadir en una segunda etapa de mezcla o se puede absorber
en la masa del polímero después de la mezcla. Después de la adición
del agente de reticulado la formulación
está lista para ser extrudida sobre el aislamiento y reticularse para formar el blindaje semiconductor desprendible.
está lista para ser extrudida sobre el aislamiento y reticularse para formar el blindaje semiconductor desprendible.
Los aislantes eléctricos convencionales usados
en cables de medio voltaje incluyen polietilenos, polietilenos
reticulados (XLPE), cauchos de etileno-propileno y
cauchos de etileno-propileno-dieno
(cauchos EPDM). El término polietileno está previsto que incluya
tanto polímeros como copolímeros en los que el etileno es el
componente principal, esto incluiría, por ejemplo, metaloceno o
etilenos catalizados en un solo sitio que están copolimerizados con
olefinas superiores.
Las composiciones de aislamiento para uso con la
composición de resina semiconductora de la invención se reticulan
usando un sistema de curado de peróxido. El agente de reticulado se
puede seleccionar entre cualquiera de los agentes de reticulado de
peróxido muy conocidos en la materia incluyendo aquellos que forman
radicales libres y se reticulan mediante un mecanismo de radicales
libres.
La composición aislante de la invención puede
contener agente de relleno o no. Un ejemplo ilustrativo de un
agente de relleno adecuado es la arcilla, talco (silicato de
aluminio o silicato de magnesio), silicato de magnesio y aluminio,
silicato de magnesio y calcio, carbonato cálcico, carbonato de
magnesio y calcio, sílice, ATH, hidróxido de magnesio, borato
sódico, borato cálcico, arcilla de caolín, fibras de vidrio,
partículas de vidrio, o sus mezclas. De acuerdo con la invención,
el intervalo de porcentaje en peso para agentes de relleno está
entre el 10% aproximadamente y el 60% aproximadamente,
preferentemente entre el 20% aproximadamente y el 50% en peso
aproximadamente de agente de relleno.
Otros aditivos empleados normalmente en las
composiciones de poliolefinas utilizadas en la invención pueden
incluir, por ejemplo, agentes dereticulado, antioxidantes,
adyuvantes de procesado, pigmentos, tintes, colorantes,
desactivadores metálicos, extensores de aceite, estabilizantes, y
lubricantes.
Todos los componentes de la composición
utilizados en la invención normalmente se mezclan o se componen
juntos antes de su introducción en un dispositivo de extrusión a
partir del cual se extrudan sobre un conductor eléctrico. El
polímero y los otros aditivos y agentes de relleno se pueden mezclar
juntos mediante cualquiera de las técnicas usadas en la materia
para mezclar y componer esas mezclas en masas homogéneas. Por
ejemplo, los componentes se pueden pasar por una variedad de
aparatos incluyendo molinillos multi-rollo,
molinillos de tornillo, mezcladores continuos, extrusores de
composición y mezcladores Banbury.
Después de que los diversos componentes de la
composición se mezclen uniformemente y se liguen, se procesan
posteriormente para fabricar los cables de la invención. Los
procedimientos de la técnica anterior para la fabricación de
alambres y cables aislados con polímeros son muy conocidos, y la
fabricación del cable de la invención generalmente se puede
conseguir mediante cualquiera de los diversos procedimientos de
extrusión.
En un procedimiento de producción típico para
una capa de aislamiento reticulada con peróxido de un cable, un
núcleo conductor a recubrir (opcionalmente) calentado se pasa a
través de un troquel de extrusión calentado, generalmente un
troquel de cabezal transversal, en el que se aplica una capa de
polímero fundido al núcleo conductor. Después de salir del troquel,
el núcleo conductor con la capa de polímero aplicada se pasa a
través de una sección de vulcanización calentada, o una sección de
vulcanización continua en la que se reticulan completamente en un
tiempo muy corto, y a continuación, para enfriar, a través de una
sección de enfriamiento, generalmente un baño de enfriamiento
elongado. Las múltiples capas poliméricas se pueden aplicar mediante
etapas de extrusión consecutivas en las que se añade una capa
adicional en cada etapa, y con el tipo de troquel apropiado, las
múltiples capas poliméricas se pueden aplicar simultáneamente. El
blindaje semiconductor, la capa aislante y el blindaje
semiconductor desprendible a continuación se pasan a través de una
sección de vulcanización calentada, o una sección de vulcanización
continua en la que las tres capas se reticulan simultáneamente y a
continuación, para enfriar, a través de una sección de enfriamiento,
generalmente un baño de enfriamiento elongado. La sección de
vulcanización se calienta tan caliente como sea posible sin
descomponer térmicamente las capas poliméricas del cable.
En otros procedimientos de producción para la
producción de una capa de aislamiento reticulada con peróxido de un
cable, el núcleo extrudido y las capas poliméricas se pasan a través
de un baño de sal calentado o una sección de un haz de electrones
en las que las tres capas se reticulan simultáneamente. En otro
procedimiento más, el núcleo extrudido y las capas poliméricas se
pasan a través de un baño de plomo caliente o el plomo caliente se
extrude sobre el núcleo y la energía calorífica del plomo cura el
cable en un periodo de tiempo corto.
Por el contrario, los cables reticulados en
húmedo normalmente se extruden directamente en un baño de
enfriamiento elongado y se enfrían en un estado no reticulado. El
procedimiento usado es el mismo que para la producción de un cable
termoplástico que no está reticulado. El cable reticulable en húmedo
a continuación se coloca en un baño de agua caliente o en una
fuente de vapor, a veces denominado "sauna", donde se cura
lentamente con el tiempo. La velocidad de curado depende del grosor
y de la permeabilidad a la humedad de las capas del cable y del
tipo de catalizador usado y puede abarcar entre varias horas y
varios días. Aunque el calor incrementa ligeramente la velocidad a
la cual el agua permea el cable, la temperatura se debe mantener por
debajo del punto de fusión de la capa externa del cable para evitar
que se ablande y se pegue a sí mismo. Debido a esto, el curado con
humedad no es deseable para cables de mayor voltaje que requieren
capas de aislamiento más gruesas. El número de tanques de agua o
saunas necesarias se vuelve demasiado grande.
El conductor de la invención generalmente puede
comprender cualquier material eléctricamente conductor adecuado,
aunque generalmente se utilizan metales eléctricamente conductores.
Preferentemente, los metales utilizados son cobre o aluminio. En la
transmisión de corriente, generalmente se prefieren cables de
aluminio conductor/refuerzo de acero (ACSR), cables de aluminio
conductor/refuerzo de aluminio (ACAR), o cables de aluminio.
El peso molecular promedio en peso se puede
medir mediante difracción de luz u otros medios convencionales. El
peso molecular promedio en número se puede medir mediante osmometría
u otros medios convencionales. El punto de fusión se puede medir
basándose en el punto de fusión determinado a partir de un pico de
fusión de un cristal obtenido usando un calorímetro de barrido
diferencial, o mediante otros medios convencionales.
Las composiciones descritas en los ejemplos se
produjeron mediante el procedimiento expuesto a continuación, y se
prepararon en placas moldeadas que miden 150 mm^{2} por 2 mm de
grosor, siendo una de las caras, placas que miden 150 mm^{2} por
2 mm de grosor, estando una cara unida a un bloque de XLPE de las
mismas dimensiones y las dos composiciones curadas juntas en la
prensa durante 20 minutos a 180ºC. En cada caso la adhesión se
midió mediante las pruebas de resistencia al desprendimiento
detallada a continuación. También sigue la identificación de los
ingredientes.
Se prepararon lotes de aproximadamente 1350 g
(3.31b) de cada composición usando un mezclador BR Banbury modelo
Farrell con una capacidad de 1,57 l. Se añadieron todos los
ingredientes al mezclador Banbury y se redujo la velocidad de
mezcla. A continuación se mezclaron durante dos minutos a velocidad
media. La mezcla se extrajo, se molió en una lámina plana y se
moldeó enseguida.
Las muestras de placa se probaron cortando
completamente a través del grosor de la capa de la composición de
blindaje experimental en líneas paralelas para definir una tira de
12,5 mm (1/2 pulgada) de ancho; se levantó un extremo y se dobló
180º para situarlo a lo largo de la superficie de la porción aún
adherida, y se midió la fuerza necesaria para desprenderla a una
velocidad de 0,0085 m/s (20 in/min); se calculó la resistencia al
desprendimiento en N/m y en libras por 1/2 pulgada.
AC 415 es una cera de
etileno-acetato de vinilo con el
14-16% de acetato de vinilo, un peso molecular de
22.500-50.000 Daltons y una polidispersidad de
2,5-10.
Dow Resin 0693 es una formulación del
propietario fabricada por Dow Chemical, Midland, Michigan, que
contiene el 36% aproximadamente de negro de carbono, un polímero
que funde entre 110ºC y 130ºC, el 1% aproximadamente de peróxido
orgánico, y el resto, etileno acetato de vinilo que contiene 32% de
acetato de vinilo.
Borealis Resin LE310MS es una formulación
propietaria fabricada por Borealis Compounds LLC, Rockport, N.J.,
que contiene el 36% aproximadamente de negro de carbono, el 15%
aproximadamente del caucho de nitrilo, el 1% de peróxido orgánico,
y el resto, etileno acetato de vinilo que contiene 32% de acetato de
vinilo.
General Cable Resin LS567A es una formulación
fabricada por General Cable Corporation de Indianápolis, Indiana,
que contiene el 36% de negro de carbono, el 4% de AC 415, el 1% de
peróxido orgánico, menos del 1% de antioxidantes y adyuvantes de
procesado, y el resto, etileno acetato de vinilo que contiene 32% de
acetato de vinilo.
Los Ejemplos 1-4 son ejemplos
comparativos que muestran los resultados de la adhesión para un
sistema polimérico base de un componente que usa un compuesto que
modifica la adhesión (ejemplos 1 y 2) y los resultados de la
adhesión para un sistema polimérico base de dos componentes sin
compuesto que modifica la adhesión (ejemplos 3 y 4). El ejemplo 5 y
el ejemplo 6 están de acuerdo con la invención, aunque no se
pretende que limiten el alcance de la invención o de las
reivindicaciones anexas a ella.
En el Ejemplo 1, se usó el 100% en peso de
General Cable Resin LS567A, fabricada por la General Cable
Corporation de Indianápolis, Indiana, para generar los datos de
adhesión de acuerdo con el procedimiento experimental expuesto
anteriormente. General Cable Resin LS567A contiene el 36% de negro
de carbono, el 4% aproximadamente del compuesto que modifica la
adhesión AC 415, el 1% de peróxido orgánico, menos del 1% de
antioxidantes y adyuvantes de procesado, y el resto, etileno
acetato de vinilo que contiene 32% de acetato de vinilo. Los
resultados de adhesión obtenidos fueron de 10,0 libras por 1/2
pulgada
En el Ejemplo 2, se añadió el 3% en peso de AC
415 al 97% en peso de General Cable Resin LS567A para generar los
datos de adhesión de acuerdo con el procedimiento experimental
expuesto anteriormente. Esto incrementó el nivel del AC 415 hasta
aproximadamente el 7%.en peso. Los resultados de la adhesión
obtenidos fueron de 11,0 libras por 1/2 pulgada.
En el Ejemplo 3, se usó el 100% en peso de
Borealis Resin LE310MS, una formulación del propietario fabricada
por Borealis Compounds LLC, Rockport, N.J., para generar los datos
de adhesión de acuerdo con el procedimiento experimental expuesto
anteriormente. Los resultados de adhesión obtenidos fueron de 3,1
libras por 1/2 pulgada
En el Ejemplo 4, se usó el 100% en peso de Dow
Resin 0693, una formulación del propietario fabricada por Dow
Chemical, Midland, Michigan, para generar los datos de adhesión de
acuerdo con el procedimiento experimental expuesto anteriormente.
Los resultados de adhesión obtenidos fueron de 7,3 libras por 1/2
pulgada.
En el Ejemplo 5 de acuerdo con la invención, se
añadió el 3% en peso de AC 415 al 97% en peso de Borealis Resin
LE310MS para generar los datos de adhesión de acuerdo con el
procedimiento experimental expuesto anteriormente. Los resultados
de la adhesión obtenidos fueron de 1,1 libras por 1/2 pulgada.
En el Ejemplo 6 de acuerdo con la invención, se
añadió el 3% en peso de AC 415 al 97% en peso de Dow Resin 0693
para generar los datos de adhesión de acuerdo con el procedimiento
experimental expuesto anteriormente. Los resultados de adhesión
obtenidos fueron de 1,6 libras por 1/2 pulgada.
Como se puede observar de los datos, la adición
del 3% de AC 415 reduce notablemente el nivel de adhesión en un
factor de al menos tres con el caucho de nitrilo (Borealis LE310MS
3,1/1,1) y en otro caso se produjo una reducción del nivel de
adhesión superior a cuatro veces (Dow 0693 7,3/1,6).
Estos datos experimentales no son en absoluto
exhaustivos de las posibles formulaciones o resultados abarcados
por la invención. Por esta razón, sólo se debería hacer referencia a
las reivindicaciones anexas para los propósitos de determinar el
verdadero alcance de esta invención.
Claims (18)
1. Una composición de resina semiconductora para
uso como capa semiconductora en contacto con una capa de
aislamiento de alambre y de cable reticulada, en la que dicha capa
de aislamiento es reticulada usando un sistema de curado de
peróxido, dicha composición de resina que comprende,
del 15 al 85% en peso, basado en el peso de la
composición de resina semiconductora, de un polímero base que
comprende al menos dos componentes, un primer componente con un peso
molecular promedio en peso no superior a 200.000 y seleccionado del
grupo constituido por copolímeros de etileno-acetato
de vinilo, copolímeros de etileno-alquilacrilato en
los que el grupo alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6,
copolímeros de etileno-alquilmetacrilato en los que
el grupo alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6 y
terpolímeros de
etileno-alquilacrilato-alquilmetacrilato
en los que el grupo alquilo se selecciona independientemente entre
hidrocarburos C1 a C6; un segundo componente seleccionado del grupo
constituido por polímeros con un punto de fusión entre 110ºC y
130ºC y cauchos de nitrilo, en los que dicho segundo componente está
entre el 1 y el 40% en peso aproximadamente del polímero base,
y
del 0,1 y al 20% en peso, basado en el peso de
la composición de resina semiconductora, de un compuesto que
modifica la adhesión que comprende un copolímero de
etileno-acetato de vinilo con un peso molecular
promedio en peso superior a 10.000 aproximadamente; y
del 15 al 45% en peso, basado en el peso de la
composición de resina semiconductora, de un negro de carbono
conductor.
2. La composición de resina semiconductora de la
reivindicación 1 en la que el primer componente del polímero base
comprende copolímero de etileno-acetato de
vinilo.
3. La composición de resina semiconductora de la
reivindicación 2 en la que dicho etileno-acetato de
vinilo tiene entre aproximadamente el 25% y aproximadamente el 35%
de acetato de vinilo.
4. La composición de resina semiconductora de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en la que el segundo
componente del polímero base es un caucho de nitrilo y está entre
aproximadamente el 10% y aproximadamente el 20% en peso del
polímero base.
5. La composición de resina semiconductora de
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en la que el segundo
componente del polímero base se selecciona entre polímeros de
polietileno, polipropileno, poliestireno,
etileno-buteno y etileno-octeno con
un punto de fusión entre 110ºC y 130ºC.
6. La composición de resina semiconductora de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en la que el
compuesto que modifica la adhesión comprende una cera de
etileno-acetato de vinilo con el
14-16% de acetato de vinilo, un peso molecular de
22.500-50.000 y una polidispersidad de
2,5-10.
7. La composición de resina semiconductora de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en la que el negro
de carbono se selecciona entre negros de carbono de tipo N550 y
N351.
8. La composición de resina semiconductora de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende
adicionalmente un agente de reticulación.
9. La composición de resina semiconductora de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el
compuesto que modifica la adhesión comprende una cera de
etileno-acetato de vinilo con un peso molecular
promedio en peso superior a 12.000.
10. La composición de resina semiconductora de
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el
compuesto que modifica la adhesión comprende una cera de
etileno-acetato de vinilo con un peso molecular
promedio en peso superior a 15.000.
11. La composición de resina semiconductora de
la reivindicación 1 que tiene del 30 al 45% en peso de negro de
carbono y del 0,5 al 10% en peso de un modificador de la
adhesión.
12. La composición de resina semiconductora de
la reivindicación 11 que tiene del 33 al 42% en peso de negro de
carbono y del 1,0 al 7,5% en peso de un compuesto que modifica la
adhesión.
13. La composición de resina semiconductora de
la reivindicación 1 en la que dicho segundo componente comprende un
caucho de nitrilo que contiene del 30 al 45% en peso de
acrilonitrilo aproximadamente.
14. La composición de resina semiconductora de
la reivindicación 1 en la que dicho segundo componente comprende un
caucho de nitrilo seleccionado entre copolímeros de
acrilonitrilo-butadieno, polímeros de nitrilo
hidrogenados, polímeros de isopreno-acrilonitrilo,
y sus mezclas y combinaciones.
15. Un procedimiento de preparación de una
composición de resina semiconductora en contacto con una capa
reticulada de aislamiento de alambre y de cable, en el que dicha
capa de aislamiento es reticulada usando un sistema de curado de
peróxido, el procedimiento comprende las etapas de:
(a) mezclar del 15 al 85% en peso, basado en el
peso de la composición de resina semiconductora, de un polímero
base que comprende al menos dos componentes, un primer componente
con un peso molecular promedio en peso no superior a 200.000 y
seleccionado del grupo constituido por copolímeros de
etileno-acetato de vinilo, copolímeros de
etileno-alquilacrilato en los que el grupo alquilo
se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de
etileno-alquilmetacrilato en los que el grupo
alquilo se selecciona entre hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de
etileno-alquilacrilato-alquilmetacrilato
en los que el grupo alquilo se selecciona independientemente entre
hidrocarburos C1 a C6; un segundo componente seleccionado del grupo
constituido por polímeros con un punto de fusión entre 110ºC y
130ºC y cauchos de nitrilo, en los que dicho segundo componente está
entre el 1 y el 40% en peso aproximadamente del polímero base,
con
del 0,1 al 20% en peso, basado en el peso de la
composición de resina semiconductora, de un compuesto que modifica
la adhesión que comprende un copolímero de
etileno-acetato de vinilo con un peso molecular
promedio en peso superior a 10.000 aproximadamente; y
del 15 y el 45% en peso, basado en el peso de la
composición de resina semiconductora, de un negro de carbono
conductor juntos en una mezcladora para formar una mezcla.
(b) extruir la mezcla para formar una
composición de resina semiconductora, en la que dicha composición de
resina semiconductora está en contacto con una capa de aislamiento
de alambres y cables reticulada, en la que dicha capa de
aislamiento es reticulada usando un sistema de curación de
peróxido.
16. El procedimiento de preparación de una
composición de resina semiconductora de la reivindicación 15 en el
que dicha composición de resina semiconductora es como se ha
definido en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7 y 9 a 14.
17. El procedimiento de preparación de una
composición de resina semiconductora de la reivindicación 15 que
además comprende la adición de un agente de reticulación a la
composición de resina semiconductora.
18. Un cable de alimentación eléctrica de medio
voltaje que comprende un núcleo conductor, una capa de aislamiento
reticulada usando un sistema de curado de peróxido, un blindaje
semiconductor desprendible formado a partir de una composición de
resina semiconductora, un alambre o cinta metálica conectada a
tierra y una camisa; en el que dicha composición de resina
semiconductora es como se ha definido en cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14.
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