ES2348696T3 - Cable con aislamiento termoplastico. - Google Patents
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Abstract
Capa aislante para cables que consta de una resina, por lo que dicha resina está constituida por una composición polimérica heterofásica (A) que comprende una matriz de polipropileno (1) con una entalpía de fusión de 25 a 70 J/g a una temperatura comprendida entre 135 y 170ºC determinada por DSC de conformidad con la norma ISO 11357 y disperso en su interior un copolímero de propileno (2) con un tamaño promedio ponderado de partícula inferior a 1 μm, y una entalpía de fusión de 0,5 a 75 J/g a una temperatura comprendida entre 100 y 130ºC determinada por DSC de conformidad con la norma ISO 11357.
Description
Cable con aislamiento termoplástico.
La presente invención se refiere a una capa
aislante para cables, en particular a capas aislantes que comprenden
una composición polimérica heterofásica con propiedades mecánicas y
eléctricas superiores y de escaso impacto medioambiental. Además,
la presente invención está relacionada con un proceso para producir
la capa aislante así como con el uso de la misma. Asimismo, la
invención también se relaciona con un cable que contiene la capa
aislante inventiva así como con un proceso para la fabricación del
mismo que comprende dicha capa aislante inventiva.
Hoy en día, los productos de polímero de etileno
se utilizan como blindajes aislantes y semiconductores para cables
de baja, media y alta tensión, respectivamente, debido a su fácil
procesabilidad y a sus ventajosas propiedades eléctricas.
Adicionalmente, en las aplicaciones de baja tensión por lo general
también se utiliza como material aislante el cloruro de polivinilo
(PVC), normalmente en combinación con ablandadores para obtener
cables con la blandura adecuada. Un inconveniente del PVC reside en
que la temperatura de operación está restringida a 70ºC según
estandarización. Esto ha de entenderse en relación con el hecho de
que el PVC tiene un rendimiento mecánico restringido a temperaturas
elevadas. Además, los ablandadores tienen que añadirse al PVC con el
fin de mantener un alto nivel de flexibilidad. Los ablandadores en
cantidades insuficientes reducen significativamente las propiedades
de temperatura baja del PVC. Desde un punto de vista medioambiental,
estos ablandadores a veces contaminan por lo que es conveniente que
sean eliminados.
Los cables que incorporan capas de polietileno
operan comúnmente a 70ºC. No obstante, es necesario hallar
temperaturas operacionales superiores lo que requiere, por tanto, el
entrecruzamiento del polietileno, puesto que de lo contrario se
ablandaría o incluso fundiría. Por lo tanto, en el sector del cable,
la cubierta que envuelve al conductor consiste generalmente en
materiales de polietileno entrecruzado que le confiere un
rendimiento mecánico satisfactorio aún bajo calentamiento por el
uso continuo y condiciones de sobrecarga de corriente a la vez que
mantiene un elevado nivel de flexibilidad.
Por otro lado, una desventaja asociada a estos
elementos es que los productos entrecruzados son difíciles de
reciclar. Además, en algunos casos la lámina protectora exterior
está compuesta de cloruro de polivinilo (PVC) el cual es difícil de
separar por métodos convencionales de las poliolefinas entrecruzadas
contenidas en los rellenos inorgánicos. Cuando el cable ha
alcanzado el final de su vida operacional, debe eliminarse en su
totalidad y, en caso de combustión, se generan productos clorados
elevadamente tóxicos.
En el caso de que los cables se hayan curado con
peróxido, la etapa de entrecruzamiento en sí es el factor limitante
en términos de velocidad lineal. Además, a la hora de procesar
dichos cables por extrusión, es importante que el entrecruzamiento
no se produzca hasta que la mezcla haya salido del extrusor, puesto
que el entrecruzamiento prematuro o la
pre-vulcanización imposibilitan el mantenimiento de
una capacidad de producción uniforme y, por consiguiente, la
calidad del producto resultante será insatisfactoria. El
entrecruzamiento o pre-curado dentro del extrusor
da lugar a la gelificación y la adhesión del gel de polímero a las
superficies del equipo, con el consiguiente riesgo de
obstrucción.
obstrucción.
Debido al motivo anterior, es necesario
encontrar nuevas composiciones de capas que permitan una temperatura
operacional superior a la de los materiales de polietileno o PVC,
preferiblemente una temperatura operacional de al menos 90ºC.
Además, la nueva capa aislante reducirá el fenómeno de
pre-vulcanización permitiendo también una alta
velocidad de extrusión. Igualmente, las propiedades mecánicas se
verán mejoradas, en particular la resistencia al impacto y la
resistencia a la tracción.
En la EP 0893801 A1 se revelan componentes de
polímero de propileno adecuados como material de lámina aislante.
En esta patente se describe particularmente una composición de un
homo o copolímero cristalino de propileno mezclado con un
copolímero de etileno con una \alpha-olefina que
posee una baja densidad y una alta uniformidad estructural, en
particular con una distribución elevadamente homogénea de la
\alpha-olefina entre las moléculas de polímero.
Sin embargo, la EP 0893801 A1 no expone la posibilidad de obtener
una capa aislante apropiada para condiciones de altas temperaturas
de operación que simultáneamente posea unas óptimas propiedades
mecánicas.
La EP 1354901 describe una composición
polimérica heterofásica de propileno que comprende una matriz y una
fase dispersa en forma de partículas. En la WO01/37289 se describe
un cable con un recubrimiento reciclable basado en un material
termoplástico. La US 6342564 se refiere a copolímeros heterofásicos
de polipropileno que son blandos y tienen buenas propiedades de
temperatura baja, ópticas y de ajuste.
Por consiguiente, el objeto de la presente
invención es proporcionar una capa aislante respetuosa con el medio
ambiente que permita una temperatura de operación de al menos 90ºC y
que simultáneamente posea propiedades mecánicas incrementadas, en
particular una alta resistencia al impacto y una buena resistencia a
la tracción.
La presente invención se basa en el
descubrimiento de que dicho objeto se puede resolver mediante una
capa aislante para cables que comprende una composición polimérica
heterofásica constituida por un copolímero de propileno que tiene
un tamaño específico de partícula.
\newpage
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Por lo tanto, la presente invención proporciona
una capa aislante para cables que consta de una resina, por lo que
dicha resina está constituida por una composición polimérica
heterofásica (A) que comprende:
- una matriz de polipropileno (1) y disperso en su interior
- un copolímero de propileno (2) según la reivindicación 1.
Esta capa aislante no sólo es ecológica sino que
también permite temperaturas de operación para cables de al menos
90ºC. Esto es debido al relativamente alto módulo elástico mostrado
por la resina a temperaturas elevadas de relevancia en comparación
con el del polietileno de alta densidad (HDPE), el PVC y el
polietileno entrecruzado de baja densidad. Además, la capa aislante
tiene propiedades mecánicas atractivas en términos de, por ejemplo,
un equilibrio adecuado entre la resistencia al impacto y el módulo
de flexión.
Las composiciones poliméricas heterofásicas de
acuerdo con esta invención son aquellas que comprenden una matriz
de propileno en la que está disperso un copolímero que tiene un
orden estructural inferior al de la matriz.
Para la presente invención es importante que el
tamaño de partícula del copolímero de propileno (2) sea al menos
inferior a 1 \mum lo que permite una buena distribución de la
partícula en la matriz e influye positivamente en la resistencia al
impacto de la capa aislante. Asimismo, un bajo tamaño promedio de
partícula disminuye el riesgo de que dichas partículas den lugar a
la formación de grietas mejorando al mismo tiempo la posibilidad de
que estas partículas no continúen aumentando las grietas o fisuras
ya existentes. La distribución del tamaño de partícula del
copolímero de propileno (2) en la matriz de polipropileno (1) se
puede determinar mediante métodos microscópicos adecuados. Como
ejemplos de tales métodos cabe destacar la microscopía de fuerza
atómica (AFM), la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la
microscopía electrónica de transmisión (TEM). Normalmente se
requiere el grabado y/o la tinción de los especímenes para conseguir
la resolución y nitidez necesarias de las imágenes. En la
literatura se pueden encontrar ejemplos para determinar la
distribución del tamaño de partícula y el cálculo del tamaño
promedio ponderado de partícula. En Pölt et al., J. Appl.
Polym. Sci. 78(2000) 1152-61 se describe un
método apropiado que incluye el uso de SEM sobre especímenes teñidos
con RuO_{4}. Este método de SEM se ha utilizado en la presente
invención para determinar el tamaño promedio ponderado de
partícula.
Tal y como se ha definido antes y se definirá
posteriormente, es preferible que en la capa aislante el contenido
de resina sea por lo menos del 90% en peso, de manera más preferida
del 95% en peso.
Además, es preferible que la resina tenga una
composición de poliolefina termoplástica. Por el término "material
termoplástico" se entiende todo material que puede de ser
fundido y solidificado repetidamente al incrementar y disminuir la
temperatura de manera respectiva. Los materiales termoplásticos son
aquellos que al ser calentados sufren un cambio más bien
sustancialmente físico que químico. Estos materiales son en gran
parte estructuras moleculares bi o unidimensionales.
El peso molecular se puede caracterizar por
medio de su caudal de flujo en fusión (MFR) a 230ºC de conformidad
con la norma ISO 1133. El caudal de flujo en fusión depende
principalmente del peso molecular medio. Esto se debe al hecho de
que las moléculas largas confieren al material una tendencia de
flujo inferior que las cortas.
Un incremento del peso molecular implica una
disminución del valor del MFR. El caudal de flujo en fusión (MFR)
se mide en g/10 min del polímero descargado a partir de un troquel
definido bajo condiciones de temperatura y presión especificadas y
es una medida de la viscosidad del polímero en la que a su vez
influye principalmente el peso molecular de cada tipo de polímero
así como su grado de ramificación. El caudal de flujo en fusión
medido bajo una carga de 2,16 kg (ISO 1133) se denomina
MFR_{2}.
En la presente invención, es preferible que la
resina tenga un MFR_{2} (medido de conformidad con la norma ISO
1133) de 0,5 a 50 g/10 min, más preferiblemente de 0,55 a 20 g/10
min, y mucho más preferentemente de 0,5 a 8 g/10 min. Además, se
prefiere que la resina sea una composición de poliolefina
termoplástica con un MFR_{2} de 0,5 a 50 g/10 min, más
preferiblemente de 0,55 a 20 g/10 min, y mucho más preferiblemente
de 0,5 a 8 g/10 min.
Además, es preferible que la densidad de la
resina se encuentre en un rango determinado. La densidad influye en
las propiedades de la capa aislante como son las características de
resistencia al impacto y de contracción. Adicionalmente, la óptima
dispersión de posibles aditivos en la resina depende de la elección
correcta de la densidad. Por esta razón, debe establecerse un
equilibrio entre estas propiedades. Para la capa aislante inventiva
la resina tiene preferiblemente una densidad comprendida entre 0,89
y 0,95 g/cm^{3} y más preferentemente entre 0,90 y 0,93
g/cm^{3}. La densidad ha sido medida según la norma ISO 11883.
Con el fin de lograr un buen equilibrio de las
propiedades en la capa aislante, es muy importante considerar la
cantidad de matriz de propileno (1) y la de copolímero de propileno
(2) disperso en la misma (1). La matriz confiere a la capa aislante
la rigidez y la resistencia a la tracción mientras que el copolímero
de propileno (2) mejora la resistencia al impacto. Por tanto, se
prefiere que la composición (A) comprenda del 50 al 90% en peso de
matriz de polipropileno (1), más preferentemente del 55 al 85% en
peso y mucho más preferiblemente del 60 al 80% en peso.
Por otro lado, como se ha indicado previamente,
la cantidad y el tamaño de partícula del copolímero de propileno
(2) influyen positivamente en la resistencia al impacto. Por
consiguiente, se prefiere que la composición (A) comprenda del 10
al 50% en peso de copolímero de propileno (2) disperso en la matriz
de propileno (1), más preferentemente del 15 al 45% en peso y mucho
más preferiblemente del 20 al 40% en peso.
De manera opcional, el copolímero de propileno
(2) puede incluir también polietileno cristalino pero en una
cantidad inferior al 10% en peso, más preferiblemente un 5% en peso
y mucho más preferiblemente un 2% en peso del total de copolímero
de propileno (2).
Normalmente, las composiciones poliméricas
heterofásicas constan de una matriz (1) en la que se dispersa de
manera adicional un componente de polímero. Por tanto, la matriz (1)
puede ser de naturaleza homo o copolimérica.
El término "homopolímero" utilizado en el
presente documento se refiere a polipropileno isotáctico que
sustancialmente, es decir, hasta al menos un 98%, está constituido
por unidades de propileno. Preferentemente, este homopolímero se
compone de un 99% en peso, más preferiblemente de un 99,5% en peso
de unidades de propileno.
No obstante, en la presente invención se
prefiere que la matriz (1) sea un copolímero de propileno y más
preferiblemente un copolímero aleatorio de propileno. Un copolímero
aleatorio es el que está constituido por secuencias alternas de dos
unidades monoméricas de longitud aleatoria (incluyendo moléculas
sencillas).
Por lo tanto, según esta definición se prefiere
que el copolímero aleatorio de propileno comprenda por lo menos un
comonómero escogido del grupo consistente en etileno y
\alpha-olefina C_{4}-C_{8}.
Las \alpha-olefinas
C_{4}-C_{8} preferidas son
1-butano, 1-pentano,
4-metil-1-pentano,
1-hexano, 1-heptano o
1-octano, más preferiblemente
1-butano. El copolímero aleatorio de propileno más
preferido se compone de propileno y etileno.
Preferentemente, el contenido de comonómero en
la matriz de polipropileno (1) es de 0,5 a 10% en peso, más
preferiblemente de 1 a 8% en peso y mucho más preferiblemente de 2 a
6% en peso.
La incorporación de comonómero reduce tanto el
punto de fusión como la cristalinidad de la matriz de polipropileno,
consiguiéndose esto último reduciendo la entalpía de fusión tal y
como se determina por DSC (ISO 11357). En el caso de que el
comonómero sea el etileno, los puntos de fusión de dichos polímeros
están preferiblemente comprendidos entre 120 y 162ºC, más
preferentemente entre 130 y 160ºC, mientras que las entalpías de
fusión se encuentran preferiblemente entre 40 y 95 J/g, más
preferentemente entre 60 y 90 J/g.
Para obtener una óptima combinación de la
procesabilidad y las propiedades mecánicas requeridas, la
incorporación del comonómero se puede controlar de tal modo que una
parte del polipropileno contenga más comonómero que la otra. Con el
fin de garantizar la idoneidad prevista por la presente patente
estas diferencias intrapoliméricas en el contenido de comonómero no
deben exceder un nivel en el que todavía se pueda obtener una
miscibilidad total de todas las partes del polímero. Algunos
polipropilenos adecuados se describen, por ejemplo, en la EP
1270628 (Copolímero aleatorio de propileno y proceso de
producción).
Es particularmente preferible que el copolímero
de propileno (2), como se ha definido antes, sea sustancialmente
amorfo. Los copolímeros amorfos, normalmente denominados
"cauchos" en términos técnicos, son especialmente adecuados
para mejorar la resistencia al impacto y la flexibilidad de la capa
aislante cuando se incorporan en la matriz de polipropileno (1). Un
polímero es amorfo cuando no posee un orden definido o estructura
cristalina, lo cual se manifiesta por una ausencia de punto de
fusión y entalpía cuando se investiga utilizando DSC. El término
"sustancialmente amorfo" significa que el copolímero de
propileno puede tener una cristalinidad residual inferior a un
nivel correspondiente de una entalpía de fusión de 10 J/g.
Preferentemente, el copolímero de propileno (2)
disperso en la matriz de polipropileno (1) comprende al menos un
comonómero escogido del grupo consistente en etileno y
\alpha-olefina C_{4}-C_{8}
Las \alpha-olefinas
C_{4}-C_{8} preferidas son
1-butano, 1-pentano,
4-metil-1-pentano,
1-hexano, 1-heptano o
1-octano, más preferiblemente
1-butano. El copolímero de propileno (2)
sustancialmente amorfo más preferido es el denominado "caucho de
etileno-propileno" (EPR), que contiene del 30 al
70% en peso de unidades de etileno y del 70 al 30% en peso de
unidades de propileno. Opcionalmente, este copolímero puede contener
también unidades de dieno, cuya denominación técnica es "caucho
de etileno-propileno-dieno"
(EPDM). Aunque el EPR se puede producir bien directamente en un
sólo paso de la polimerización del polipropileno o bien ser añadido
como un componente separado en un paso subsiguiente de mezclado o
mezcla en estado fundido, el EPDM únicamente se puede añadir en el
mencionado último paso.
Preferentemente, el contenido de comonómero del
comonómero de propileno (2) es del 20 al 80% en peso, más
preferiblemente del 30 al 70% en peso y mucho más preferiblemente
del 60 al 65% en peso.
Además de la composición polimérica heterofásica
(A) la resina puede comprender adicionalmente y de manera
preferible un polietileno (B). Con este polietileno (B), las
propiedades mecánicas se pueden adaptar además a las circunstancias
medioambientales, es decir, si se requiere una mejora adicional de
la resistencia al impacto, blandura o resistencia a la fractura
blanca (blanqueamiento), esto se puede conseguir incorporando un
polietileno adecuado (B). El módulo del polietileno añadido debe ser
inferior al de la matriz de polipropileno (1) para asegurar una
influencia positiva. Se prefiere que el polietileno utilizado tenga
una densidad igual o inferior a 930 kg/m^{3}, incluyendo tanto
los polietilenos de baja densidad (PE-LD) producidos
en un proceso de alta presión como los polietilenos lineales de
baja densidad (PE-LLD) producidos en un proceso de
baja presión. Para las composiciones aislantes para cables el
PE-LD obtenido con un bajo contenido en cenizas
debido a la ausencia de catalizador en el proceso de polimerización
puede suponer una ventaja adicional.
Además, al añadir el polietileno (B), como se ha
definido previamente, a la resina constituida por la composición
polimérica heterofásica (A), se mejora la resistencia al impacto tal
y como puede observarse por los valores superiores determinados por
la prueba de impacto Charpy. Esta prueba es un ensayo destructivo de
resistencia al impacto consistente en colocar el espécimen
opcionalmente con muesca en posición horizontal entre dos soportes
y aplicarle un golpe de intensidad conocida el cual, bajo
condiciones normales, lo fracturaría. La absorción de energía
(amortiguación) en este proceso de fractura se registra como una
medida de la resistencia al impacto.
Los polietilenos preferidos utilizados para
modificar la composición del aislante tienen una densidad de 910 a
930 kg/m^{3}. En un polietileno de baja densidad
(PE-LD), la cristalinidad y la densidad reducidas se
deben a una estructura ramificada aleatoria de las moléculas de
polímero, mientras que en un polietileno lineal de baja densidad
(PE-LLD) se utilizan a modo de comonómeros las
\alpha-olefinas superiores como el
1-butano, 1-hexano o
1-octano para conseguir un efecto análogo. El
material resultante es relativamente blando, flexible y duro que
resistirá el calor moderado.
Preferentemente, el polietileno (B) está
presente en una cantidad del 0 al 50% en peso, más preferiblemente
del 20 al 45% en peso y mucho más preferiblemente del 30 al 40% en
peso. Adicionalmente, se prefiere que el polietileno (B) se
incorpore a la resina cuando contenga por lo menos un 20% de
composición (A).
Más preferiblemente, la composición (A) varía
entre el 80 y el 55% en peso y mucho más preferiblemente entre el
70 y el 60% en peso.
La fracción de la matriz de polipropileno (1)
presente en la composición del aislante tiene una entalpía de
fusión de 25 a 70 J/g a una temperatura de fusión de 130 a 170ºC.
Además, la fracción cristalina residual del copolímero de propileno
(2) tiene una entalpía de fusión de 0,5 a 75 J/g a una temperatura
de fusión de 100 a 130ºC. La fusión de la composición del aislante
se debe realizar a temperaturas superiores a 100ºC para garantizar
la resistencia suficiente a temperaturas ambientales y al
calentamiento resistivo. Asimismo, se prefiere que la fracción
cristalina residual del polietileno (B) tenga una entalpía de fusión
de 0,5 a 75 J/g a una temperatura de fusión de 100 a 120ºC.
El módulo de flexión es la relación, dentro del
límite elástico, del esfuerzo aplicado en un espécimen de prueba en
flexión, hasta la correspondiente tensión en sus fibras más
externas. En el caso de capas aislantes para cables se considera
si el módulo de flexión medido de conformidad con la norma ISO 178
no excede los 1000 MPa, más preferiblemente los 700 MPa, todavía
más preferentemente varía entre los 250 y 650 MPa, aún más
preferiblemente entre los 300 y 600 MPa y mucho más preferiblemente
entre los 340 y 530 MPa. Por consiguiente, se prefiere que el
polímero del aislante antes descrito tenga un módulo de tracción
comprendido entre 300 y 600 MPa, más preferentemente entre 350 y
550 MPa. El módulo de tracción ha sido determinado según la norma
ISO 178.
Además, se prefiere que el alargamiento de
rotura de conformidad con la norma ISO 527 sea al menos del 200%,
más preferiblemente que varíe entre 250 y 550%, todavía más
preferiblemente entre 350 y 530%, y mucho más preferentemente entre
370 y 490%. Lo más preferible es que las propiedades expresadas por
el módulo de flexión y el de tracción así como por el alargamiento
de rotura se cumplan simultáneamente.
La resistencia al impacto según Charpy es un
ensayo destructivo de resistencia al impacto consistente en colocar
el espécimen opcionalmente con muesca en una posición horizontal
entre dos soportes y aplicarle un golpe de intensidad conocida el
cual, bajo condiciones normales, lo fracturaría. La absorción de
energía (amortiguación) en este proceso de fractura se registra
como una medida de la resistencia al impacto. El impacto según
Charpy ha sido medido de conformidad con las normas ISO 179/1eA
(23ºC) e ISO 179/1eA (-20ºC). Se prefiere que los valores medidos a
23ºC por la prueba de impacto Charpy varíen entre 50 y 100
kJ/m^{2}, más preferiblemente entre 55 y 96 kJ/m^{2} y mucho
más preferiblemente entre 80 y 95 kJ/m^{2}. Además, los valores
medidos a -20ºC de acuerdo con la norma ISO 179/1eA varían
preferiblemente entre 2 y 15 kJ/m^{2}, más preferentemente entre
8 y 14 kJ/m^{2}. Adicionalmente, se prefiere que las propiedades
de resistencia al impacto medidas de conformidad con la norma ISO
179 y las propiedades expresadas por el módulo de flexión, el módulo
de tracción y el alargamiento de rotura se cumplan
simultáneamente.
Asimismo, la presente invención también
contempla un proceso de producción del aislante inventivo por el que
la matriz de polipropileno (1) se produce en uno o más reactores en
fase líquida y opcionalmente en uno o más reactores en fase gaseosa
seguido de la producción de un copolímero de propileno (2) en la
fase gaseosa y añadiendo de manera opcional polietileno (B)
mediante mezclado o polimerización in situ del etileno en el
sistema del reactor. A continuación, se pueden añadir aditivos a la
composición polimérica heterofásica (A) mediante cualquier tipo de
operación de mezclado o mezcla.
La polimerización en fase líquida se puede
llevar a cabo a temperaturas inferiores a 75ºC, preferiblemente de
60 a 65ºC y a una presión comprendida entre 60 y 90 bar,
preferentemente entre 30 y 70 bar. Al realizarse la polimerización
bajo estas condiciones preferidas, del 20 al 90% en peso,
preferentemente del 40 al 80% en peso de los polímeros se
polimerizan en los reactores en fase líquida. El tiempo de
permanencia puede ser de 15 a 20 minutos.
El paso de polimerización en fase gaseosa se
lleva a cabo de manera preferible transfiriendo directamente la
mezcla de reacción de la fase líquida a la gaseosa sin eliminar los
monómeros sin reaccionar, más preferiblemente a una presión
superior a 10 bar. La temperatura de reacción empleada se encontrará
generalmente entre 60 y 115ºC, más preferentemente entre 70 y
110ºC. La presión de reacción será de manera preferible superior a 5
bar y más preferiblemente variará entre 10 y 25 bar,
\hbox{y el tiempo de permanencia estará comprendido preferiblemente entre 0,1 y 5 horas.}
Es preferible utilizar un reactor de bucle a
modo de dicho reactor en fase líquida aunque también se pueden
emplear otros tipos de reactores como un reactor tanque. Según otra
realización, la fase líquida se realiza en dos reactores en fase
líquida y de manera preferible pero no necesaria en dos reactores de
bucle. De este modo, se puede controlar fácilmente la distribución
del comonómero. El contenido de comonómero se puede incrementar
cuando se está produciendo la copolimerización en el reactor o
reactores en fase gaseosa. Por tanto, el polímero de la matriz se
puede adaptar ajustando las proporciones de comonómero en los
diferentes reactores.
La polimerización se puede llevar a cabo
utilizando cualquier catalizador para la polimerización de olefina
estándar los cuales son bien conocidos por los expertos en la
materia. Los sistemas catalizadores preferidos comprenden un
catalizador estereoespecífico Ziegler-Natta común,
un catalizador metalocénico y otros catalizadores organometálicos o
de coordinación. Un sistema catalizador particularmente preferido es
un catalizador Ziegler-Natta de alto rendimiento
que posee un componente catalítico, un componente cocatalítico y
opcionalmente un donador exterior. Por lo tanto, el sistema
catalítico puede contener un componente de titanio y uno
electrón/donador soportado sobre dicloruro de magnesio activado, un
compuesto de trialquilaluminio como activador y un compuesto
electrón/donador. Un sistema catalizador preferido adicional es un
catalizador metalocénico con una estructura encadenada lo que
confiere una elevada estereoactividad y el cual es un complejo
activo impregnado con un portador. Por ejemplo, en FI 88047, EP
491566, EP 586390 y WO 98/12234 se describen sistemas catalíticos
adecuados.
Además, la presente invención comprende el uso
de la capa aislante inventiva antes descrita para cables, más
preferiblemente para cables de media o alta tensión.
La presente invención también se relaciona con
un cable nuevo consistente en al menos un conductor y por lo menos
una capa aislante tal y como se ha definido previamente. Para
aplicaciones de baja tensión el sistema del cable consistirá
preferiblemente en un conductor y una capa aislante, o en un
conductor, una capa aislante y una capa de revestimiento adicional,
o en un conductor, una capa semiconductora y una capa aislante. Para
aplicaciones de media y alta tensión dicho sistema de cable
consistirá preferentemente en un conductor, una capa semiconductora
interna, una capa aislante y una capa semiconductora externa,
opcionalmente cubierta por una capa de revestimiento adicional. Las
capas semiconductoras mencionadas están constituidas de manera
preferible por una composición de poliolefina termoplástica que
contiene una cantidad suficiente de rellenos sólidos eléctricamente
conductores entre los que se prefiere el negro de carbón. Al menos
una de las capas es la capa inventiva antes citada. Se prefiere que
la capa aislante, más preferiblemente la
\hbox{capa aislante inventiva, contenga rellenos sólidos, más preferentemente negro de carbón.}
En la capa aislante se pueden incorporar no sólo
rellenos sólidos sino también cualquier otro aditivo apropiado para
capas aislantes para cables.
Además, aparte de la capa aislante otras capas
pueden comprender la resina antes definida. Por lo tanto, la capa
semiconductora y/o la de revestimiento pueden incluir también la
resina inventiva. Se prefiere que la resina contenida en las capas
sea termoplástica, y más preferiblemente que las capas sean
termoplásticas.
El cable final puede consistir también en
conductores o núcleos múltiples (normalmente 1, 2, 3 ó 4) combinados
con capas aislantes individuales y comunes.
Los cables que incorporan la capa inventiva
tendrán una contracción muy baja, preferiblemente inferior al 1,25%
medida de conformidad con AEIC CS5-94, más
preferiblemente inferior al 1,15%, todavía más preferentemente
inferior al 1,05% y mucho más preferiblemente inferior al 1,02%.
Asimismo, el desplazamiento medido de acuerdo con IEC 60840 (1999)
será preferiblemente inferior al 15%, más preferentemente inferior
al 8%, todavía más preferiblemente inferior al 6,5%, y mucho más
preferiblemente inferior al 5,5%. Adicionalmente, se prefiere que
ambas propiedades de los cables, es decir, la contracción y el
desplazamiento, se encuentren de manera simultánea dentro de los
rangos establecidos definidos previamente.
La presente invención también contempla un
proceso de producción de cables, tal y como se ha descrito antes,
mediante extrusión de una capa o capas aislantes sobre el conductor
o conductores seguido de la solidificación de los componentes de
polímero termoplástico a velocidades lineales de hasta 300 a 400
m/min.
Más preferiblemente la solidificación se realiza
al baño maría.
- \bullet
- DMTA - Según la norma ISO 6721-2A, análisis realizado sobre especímenes colocados en placas que se moldean por compresión de 1 mm de grosor en modo de torsión a 1 Hz y una tasa de calentamiento de 2 K/min.
- \bullet
- DSC - Según la norma ISO 11357, calculado en especímenes cortados de 0,5 mg en un ciclo de calentamiento-enfriamiento-calentamiento con una tasa de calentamiento/enfriamiento de 10 k/min; los valores del punto de fusión (Tm) y entalpía de fusión (Hm) se determinaron en un segundo calentamiento.
\newpage
\global\parskip1.000000\baselineskip
- \bullet
- Densidad - Según la norma ISO 1183, medida sobre placas moldeadas por compresión.
- \bullet
- MFR - Según la norma ISO 1133, medido a 230ºC para PP y a 190ºC para PE.
- \bullet
- Módulo de flexión - Según la norma ISO 178, medido sobre especímenes moldeados por inyección de 80x10x4 mm, moldeados de conformidad con las condiciones estándar especificadas en la norma ISO 1873-2 no antes de 96 horas tras el moldeo.
- \bullet
- Alargamiento de rotura - Según la norma ISO 527, medido sobre especímenes en forma de hueso de perro (tipo "dog-bone") moldeados por inyección de 3 mm de grosor, moldeados de conformidad con las condiciones estándar especificadas en la norma ISO 1873-2 no antes de 96 horas tras el moldeo.
- \bullet
- Resistencia al impacto con entalla según Charpy - Según la norma ISO 179/1eA, medida sobre especímenes moldeados por inyección de 80x10x4 mm, moldeados de conformidad con las condiciones estándar especificadas en la norma ISO 1873-2 no antes de 96 horas tras el moldeo.
- \bullet
- Desplazamiento: Se refiere a que el aislante que rodea al conductor no está centrado. Puede evaluarse midiendo el grosor del aislante en diferentes posiciones. Los especímenes del ensayo son normalmente cortes realizados con microtomo. Los valores comprendidos entre el 3 y el 5% son habituales para el aislante PEX. Los estándares para cables pueden requerir valores inferiores al 15%. Las mediciones se determinaron de acuerdo con la norma IEC 60840 (1999).
- \bullet
- Contracción: Las especificaciones para cables requieren una contracción máxima del 4% tras 6 horas de recocido a 130ºC. La contracción se calcula como la diferencia de distancia que hay entre dos marcas dibujadas sobre la capa semiconductora externa antes y después de recocer completamente el núcleo del cable (conductor + aislante + capas semiconductoras interna y externa). Probado de acuerdo con AEIC CS5-94.
- \bullet
- Rotura: Referencia: H.G. Land, H. Schädlich, "Model cable test for evaluating the ageing behavior under water influence of compounds for medium voltage cables (Prueba de modelo de cable para evaluar el comportamiento del envejecimiento por efecto del agua de compuestos para cables de media tensión)", JoCable-91,24-28 Junio, 1991, Versalles, Francia, p. 177-182. Los valores se generaron sin previo envejecimiento debido a la exposición a un ambiente húmedo.
- \bullet
- TMA (análisis termomecánico): Una muestra cilíndrica pequeña de aproximadamente 5 mm de diámetro se coloca por debajo de una sonda de cuarzo con forma de V que mide la deformación por flexión a carga constante mientras se incrementa la temperatura de la muestra desde 10ºC/minuto hasta 180ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{ \cr}
Claims (26)
1. Capa aislante para cables que consta de una
resina, por lo que dicha resina está constituida por una composición
polimérica heterofásica (A) que comprende una matriz de
polipropileno (1) con una entalpía de fusión de 25 a 70 J/g a una
temperatura comprendida entre 135 y 170ºC determinada por DSC de
conformidad con la norma ISO 11357 y disperso en su interior un
copolímero de propileno (2) con un tamaño promedio ponderado de
partícula inferior a 1 \mum, y una entalpía de fusión de 0,5 a 75
J/g a una temperatura comprendida entre 100 y 130ºC determinada por
DSC de conformidad con la norma ISO 11357.
2. Capa aislante según la reivindicación 1,
caracterizada porque contiene al menos un 90% en peso de
resina.
3. Capa aislante según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque la resina tiene un MFR_{2}, medido de
acuerdo con la norma ISO 1133, de 0,5 a 50 g/10 min.
4. Capa aislante según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 3, caracterizada porque la
resina tiene una densidad de 0,89 a 0,95 g/cm^{3}.
5. Capa aislante según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 4, caracterizada porque la
composición (A) comprende del 50 al 90% en peso de la matriz de
polipropileno (1).
6. Capa aislante según la reivindicación 5,
caracterizada porque la matriz de polipropileno (1) es un
copolímero aleatorio de propileno.
7. Capa aislante según la reivindicación 6,
caracterizada porque el copolímero aleatorio de propileno
comprende por lo menos un comonómero escogido del grupo consistente
en etileno y alfa-olefina
C_{4}-C_{8}.
8. Capa aislante según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizada porque el contenido de comonómero en la matriz
de polipropileno (1) es del 0,5 al 10% en peso.
9. Capa aislante según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 8, caracterizada porque la
composición (A) comprende del 10 al 50% en peso de copolímero de
propileno (2) disperso en la matriz de polipropileno (1).
10. Capa aislante según la reivindicación 9,
caracterizada porque el copolímero de propileno (2) tiene una
entalpía de fusión inferior a 10 J/g.
11. Capa aislante según la reivindicación 9 ó
10, caracterizada porque el copolímero de propileno (2)
comprende por lo menos un comonómero escogido del grupo consistente
en etileno y alfa-olefina
C_{4}-C_{8}.
12. Capa aislante según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 9 a 11, caracterizada porque el
contenido de comonómero en el copolímero de propileno (2) es del 30
al 70% en peso.
13. Capa aislante según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 12, caracterizada porque la
resina comprende además un polietileno (B).
14. Capa aislante según la reivindicación 13,
caracterizada porque el polietileno (B) es un polietileno de
baja densidad producido en un proceso de alta presión o un
polietileno lineal de baja densidad producido en un proceso de baja
presión.
15. Capa aislante según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 13 a 14, caracterizada porque el
polietileno (B) tiene una entalpía de fusión de 0,5 a 75 J/g a una
temperatura comprendida entre 100 y 130ºC medida por DSC de
conformidad con la norma ISO 11357.
16. Capa aislante según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes a la 15, caracterizada porque la
resina es una composición de poliolefina termoplástica.
17. Proceso de producción de una capa aislante
según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 16,
caracterizada porque se produce una matriz de polipropileno
(1) en uno o más reactores en fase líquida y opcionalmente en uno o
más reactores en fase gaseosa seguido de la producción de un
copolímero de propileno (2) en la fase gaseosa y añadiendo de
manera opcional polietileno (B) mediante mezclado o polimerización
in situ del etileno en el sistema del reactor.
18. Uso de la capa aislante según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes 1 a 16 para cables.
19. Uso de la capa aislante según la
reivindicación 18 para cables de baja, media o alta tensión.
20. Cable constituido por al menos un conductor
y al menos una capa aislante según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 1 a 16.
21. Cable según la reivindicación 20,
caracterizado porque comprende una capa semiconductora y/o
una de revestimiento.
22. Cable según las reivindicaciones 20 ó 21,
caracterizado porque la capa semiconductora y/o la de
revestimiento comprende una resina como la de las reivindicaciones
1 a 17.
23. Cable según la reivindicación 21,
caracterizado porque todas las capas son termoplásticas.
24. Cable según las reivindicaciones 20 a 23,
caracterizado porque la capa aislante contiene negro de
carbón.
25. Proceso de producción de un cable según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes 20 a 24 mediante
extrusión de una capa o capas aislantes sobre el conductor o
conductores seguido de la solidificación de los componentes de
polímero termoplástico a velocidades lineales de hasta 300 a 400
m/min.
26. Proceso según la reivindicación 25, por el
que la solidificación se realiza al baño maría.
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