ES2644323T3 - Materiales ignífugos - Google Patents

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ES2644323T3
ES2644323T3 ES14306692.6T ES14306692T ES2644323T3 ES 2644323 T3 ES2644323 T3 ES 2644323T3 ES 14306692 T ES14306692 T ES 14306692T ES 2644323 T3 ES2644323 T3 ES 2644323T3
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Description

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DESCRIPCION
Materiales igmfugos Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a materiales igmfugos.
La invencion se describira en relacion con composiciones polimericas que tienen propiedades igmfugas utiles y que pueden usarse en una variedad de aplicaciones, en las que la conservacion de la funcion en el caso de un incendio es necesaria. La presente invencion se describira con referencia al aislamiento para cables electricos, en el que la conservacion de las propiedades aislantes electricas es necesaria, aunque se apreciara que la invencion puede usarse en otras aplicaciones que requieren un aislamiento igmfugo.
Antecedentes de la invencion
Las aplicaciones de cables electricos consisten normalmente en un conductor electrico central rodeado por al menos una capa aislante. Tales cables se usan ampliamente en edificios y de hecho forman la base de casi todos los circuitos electricos en edificios de viviendas, de oficinas e industriales. En algunas aplicaciones, por ejemplo en circuitos de comunicacion y de alimentacion electrica de emergencia, existe un requisito de cables que continuen funcionando y proporcionando una integridad de circuito incluso cuando se someten a un fuego, y hay una amplia gama de normas para los cables de este tipo. Para cumplir alguna de estas normas, normalmente se requiere que los cables mantengan al menos la integridad de circuito electrico cuando se calientan hasta una temperatura especificada (por ejemplo 650°C, 750°C, 950°C, 1050°C) de una manera prescrita y durante un tiempo especificado (por ejemplo 15 min, 30 min, 60 min, 2 horas). En algunos casos, los cables se someten a choques mecanicos regulares durante la fase de calentamiento. Por ejemplo, pueden someterse a una pulverizacion o un chorro de agua o bien en las ultimas fases del ciclo de calentamiento o bien tras la fase de calentamiento. Para cumplir una norma dada, normalmente se requiere que un cable mantenga la integridad de circuito durante toda la prueba. Por tanto, es importante que el aislamiento mantenga una baja conductividad (incluso tras un calentamiento prolongado a altas temperaturas), mantenga su forma de modo que no se contraiga ni se agriete, y sea mecanicamente fuerte, particularmente si se requiere que permanezca en su sitio durante el choque, tal como el que resulta del impacto mecanico debido a una exposicion a una pulverizacion o un chorro de agua. Tambien es deseable que la capa de aislamiento que queda tras el calentamiento resista el acceso de agua si se requiere que el cable continue funcionando durante la exposicion a pulverizacion de agua durante breves periodos.
Un metodo para mejorar el rendimiento a alta temperatura de un cable aislado ha sido envolver el conductor del cable con cinta hecha con fibras de vidrio y recubierta con mica. Tales cintas se envuelven alrededor del conductor durante la produccion y entonces se aplica al menos una capa de aislamiento. Tras exponerse a temperaturas crecientes, la(s) capa(s) externa(s) se degrada(n) y se desprende(n), pero las fibras de vidrio mantienen la mica en su sitio. Se ha encontrado que estas cintas son eficaces para mantener la integridad de circuito en incendios, pero son bastante caras. Ademas, el proceso de envolver la cinta alrededor del conductor es relativamente lento en comparacion con otras etapas de produccion de cables, y por tanto la envoltura con la cinta ralentiza la produccion global del cable, aumentando de nuevo el coste. Un recubrimiento igmfugo que puede aplicarse durante la produccion del cable mediante extrusion, evitando de ese modo el uso de cintas, es deseable.
Ciertas composiciones que presentan resistencia al fuego no presentan tambien de manera adecuada una alta resistividad electrica a temperatura elevada. Cuando se usan en aplicaciones de cables, estas composiciones proporcionan solo aislamiento termico y/o una barrera ffsica entre el conductor y las consolas o bandejas de metal de soporte y tienden a ser electricamente conductoras en una situacion de incendio, conduciendo a un fallo del circuito. En este caso deben realizarse etapas adicionales para garantizar que se mantiene el aislamiento electrico a temperatura elevada.
Los cables igmfugos, tambien conocidos como cables de integridad de circuito, habitualmente se basan en composiciones de ceramificacion que comprenden componentes o flujos vftreos (por ejemplo P2O5 (punto de fusion 340°C) de APP (poli(fosfato de amonio)), B2O3 (punto de fusion 450°C) de boratos y borosilicatos, y silicatos alcalinos) para proporcionar tenacidad ceramica. Sin embargo, dichos componentes vftreos tienen un inconveniente, porque aumentan la conductividad ionica y por tanto las corrientes de fuga durante un incendio, provocando un fallo temprano.
Este problema se acentua adicionalmente mediante reacciones entre el cobre y tales vidrios. Las soluciones actuales para impedir las reacciones con el cobre y para reducir las corrientes de fuga incluyen extruir otra capa entre el conductor y el aislamiento de ceramificacion. Tal capa “sacrificial” o “intermedia” puede ser, por ejemplo, de caucho de silicona.
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Sin embargo, el caucho de silicona, que se usa actualmente como capa “intermedia” entre el aislamiento de ceramificacion y el conductor de cobre, es caro y requiere curado en lmeas de CV, anadiendo un coste adicional especialmente en combinacion con el aislamiento de ceramificacion termoplastico.
Por tanto, es deseable proporcionar un sustituto termoplastico para, o la eliminacion de, la capa de silicona para reducir el coste.
Las soluciones de capa doble requieren un proceso mas complejo. Por ejemplo, puede requerir o bien un proceso de 2 etapas o bien una extrusion con dos cabezales. Esto aumenta el coste de produccion.
Ademas, es deseable proporcionar un material adecuado para una unica etapa de extrusion para mitigar las cuestiones de procesamiento.
Como ejemplo de la tecnica anterior, la tabla 1 de nuestra solicitud estadounidense en tramitacion conjunta con la presente US20090099289 (Alexander - concedida a NEXANS), cuyo contenido se incorpora al presente documento mediante referencia, da a conocer composiciones que incluyen los siguientes porcentajes en peso:
TABLA 1 - MUESTRAS DEL DOCUMENTO US20090099289 % en peso
Composiciones
A B C
Engage ENR 7256 (copolfmero de etileno-butano)
35 35 35
EVATANE 33-45 (copolfmero de etileno-acetato de vinilo)
5 5 5
ATH (trihidroxido de aluminio)
22 5 0
MDH (hidroxido de magnesio)
20 34 40
Sflice Nipsil VN3
17 20 20
TiO2
1 1 0
Se ha anadido dioxido de titanio, TiO2, en cantidades pequenas como adyuvante para la formacion de minerales objetivo. La memoria descriptiva de US20090099289 se refiere al uso en una composicion polimerica de sflice como material de ceramificacion e hidroxido de magnesio (Mg(OH)2) como material precursor que produce un material compatible en el caso de una exposicion a temperatura elevada para su combinacion con dicho material de ceramificacion. El TO2 es un constituyente menor de dos de las composiciones en esta tabla, y no se identifico en el analisis del residuo tras la combustion. Los cables igmfugos se someten a prueba desde aproximadamente 650°C hasta aproximadamente 1050°C. Sin embargo, ninguna de estas composiciones paso la prueba AS3013. De hecho, es necesario tener al menos borosilicatos de metales alcalinoterreos en la composicion polimerica para pasar dicha prueba.
Ademas, a diferencia de los oxidos conocidos por su alta resistencia de aislamiento, tal como MgO, AhO3 y SO2, el TO2 reacciona de manera adversa con el cobre a altas temperaturas formando CuO.TiO2 en presencia de oxfgeno. Por tanto, parecera que el TiO2 es inadecuado para su uso para cables que comprenden conductores a base de cobre.
Sumario de la invencion
La presente invencion aborda los problemas de la tecnica anterior y proporciona una composicion igmfuga que puede proporcionar resistencia al fuego y cumple el ensayo de incendio AS3013 requerido. La presente invencion tambien proporciona un cable que comprende dicha composicion igmfuga, pudiendo dicho cable mantener la integridad de circuito durante y tras la exposicion al fuego.
De hecho, mediante la adicion a la composicion polimerica de materiales de ceramificacion, particularmente materiales de ceramificacion que tienen un punto de fusion por encima de una temperatura umbral, y excluyendo eventualmente materiales o flujos formadores de vidrio, particularmente materiales o flujos formadores de vidrio que tienen una fusion por debajo de dicha temperatura umbral, el problema de la formacion de conductividad ionica puede mitigarse significativamente o eliminarse.
Tal como se comento anteriormente, los cables tienen valores nominales para resistir diferentes condiciones de temperatura durante diferentes tiempos. Por tanto, un material que se funde por encima de los 650°C puede ser adecuado para su uso en un cable con un valor nominal de 650°C, pero tal material puede no ser adecuado para su uso en un cable con un valor nominal de temperatura mayor si el material forma un vidrio por debajo del valor nominal de temperatura mayor de un cable que tiene un valor nominal de temperatura mayor. En esta memoria descriptiva, los ejemplos se refieren a un valor nominal de temperatura de 1000°C.
Tal como se usa en esta memoria descriptiva, el termino “materiales de ceramificacion” se refiere a materiales que, individualmente o en combinacion con otros materiales, forman un residuo cohesivo en el caso de una exposicion a alta temperatura. El residuo puede ser inorganico.
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Tal como se usa en esta memoria descriptiva, la expresion “sustancialmente nada de Mg(OH)2” significa que la composicion igmfuga comprende como maximo el 1,5% en peso de Mg(OH)2, preferiblemente como maximo el 1% en peso de Mg(OH)2 y mas preferiblemente como maximo el 0,5% en peso de Mg(OH)2.
Un objeto de la presente invencion es proporcionar una composicion igmfuga que incluya al menos un polfmero, mas del 1% en peso de dioxido de titanio (TO2) como material de ceramificacion y un material compatible, CaO, o un material precursor que produzca dicho material compatible, CaO, en el caso de una exposicion a temperatura elevada para su combinacion con dioxido de titanio (TO2).
La composicion igmfuga puede incluir sustancialmente nada de Mg(OH)2.
La composicion igmfuga puede no incluir ningun material que produzca una conductividad ionica significativa en el caso de una fusion por debajo de una temperatura umbral.
Segun la presente invencion, el polfmero puede ser un polfmero organico o un polfmero inorganico, puede ser un homopolfmero o copolfmero.
Tambien pueden emplearse copolfmeros de dos o mas polfmeros. El polfmero organico puede comprender una mezcla o combinacion de dos o mas polfmeros organicos diferentes.
Un polfmero organico es uno que tiene un polfmero organico como cadena principal del polfmero. Por ejemplo, no se considera que los polfmeros de silicona sean polfmeros organicos.
Los polfmeros inorganicos pueden ser organopolisiloxanos. De hecho, pueden combinarse de manera util con el/los polfmero(s) organico(s), y proporcionar de manera beneficiosa una fuente de dioxido de silicio (que ayuda a la formacion de la ceramica) con un tamano de partfcula fino, cuando se descomponen termicamente.
El polfmero organico puede ser, por ejemplo, un polfmero termoplastico y/o un elastomero.
Preferiblemente, el polfmero organico puede dar cabida a altos niveles de componentes inorganicos, al tiempo que conserva buenas propiedades de procesamiento y mecanicas. Segun la presente invencion es deseable incluir en las composiciones igmfugas altos niveles de componentes inorganicos, ya que tales composiciones tienden a tener una perdida de peso reducida en el caso de una exposicion al fuego en comparacion con composiciones que tienen un contenido inorganico menor. Por tanto, es menos probable que las composiciones cargadas con concentraciones relativamente altas de componente inorganico se contraigan y se agrieten cuando se ceramifiquen por la accion del calor.
Tambien es ventajoso que el polfmero organico elegido no fluya ni se funda antes de su descomposicion, cuando se exponga a las temperaturas elevadas que se encuentran en una situacion de incendio. Los polfmeros mas preferidos son termoplasticos.
Polfmeros organicos adecuados estan disponibles comercialmente o pueden elaborarse mediante la aplicacion o adaptacion de tecnicas conocidas. A continuacion se facilitan ejemplos de polfmeros organicos adecuados que pueden usarse, pero se apreciara que la seleccion de un polfmero organico particular tambien se vera afectada por aspectos tales como los componentes adicionales que deben incluirse en la composicion igmfuga, la manera en la que debe prepararse y aplicarse la composicion, y el uso pretendido de la composicion.
A modo de ilustracion, los ejemplos de polfmeros termoplasticos adecuados para su uso incluyen poliolefinas, poliacrilatos, policarbonatos, poliamidas (incluyendo nailon), poliesteres, poliestirenos y poliuretanos.
Los elastomeros termoplasticos adecuados pueden incluir estireno-isopreno-estireno (SIS), estireno-butadieno- estireno (SBS) y estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS).
Los polfmeros organicos que son particularmente muy adecuados para su uso en la elaboracion de recubrimientos para cables son polfmeros, co- y terpolfmeros a base de olefinas termoplasticas disponibles comercialmente de cualquier densidad.
Tal como se observa, el polfmero organico elegido dependera en parte del uso pretendido de la composicion. Por ejemplo, en ciertas aplicaciones se requiere un grado de flexibilidad de la composicion (tal como en recubrimientos de cables electricos) y, por consiguiente, sera necesario elegir el polfmero organico basandose en sus propiedades cuando se carga con aditivos. Tambien a la hora de seleccionar el polfmero organico debe tenerse en cuenta cualquier gas nocivo o toxico que pueda producirse en el caso de la descomposicion del polfmero. Preferiblemente, el poifmero organico usado esta libre de halogeno.
La composicion igmfuga puede incluir desde aproximadamente el 1% hasta aproximadamente el 15%, y preferiblemente desde aproximadamente el 2 hasta aproximadamente el 10% en peso de polfmero inorganico.
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La composicion igmfuga puede incluir desde aproximadamente el 15% hasta aproximadamente el 45% de poKmero organico, y preferiblemente desde el 35% hasta el 45% en peso de polfmero organico.
El polfmero puede ser un polfmero termoendurecible, tal como, por ejemplo, polietileno reticulado (XLPE).
La composicion igmfuga puede ser una composicion aislante igmfuga.
La composicion igmfuga puede ser una composicion termoplastica igmfuga. Por tanto, dicha composicion termoplastica igmfuga no es reticulable y, por tanto, no incluye ningun agente de reticulacion, ningun agente de acoplamiento de silano, ningun fotoiniciador, ningun peroxido ni ningun otro aditivo que implique reticulacion.
La composicion igmfuga puede no incluir ningun material formador de vidrio que tenga un punto de fusion por debajo de una temperatura umbral.
La temperatura umbral puede elegirse para que sea mayor que un valor nominal de temperatura especificado de una aplicacion para la que este disenada la composicion igmfuga.
La temperatura umbral puede ser de aproximadamente 800°C.
La temperatura umbral puede ser de aproximadamente 900°C.
La temperatura umbral puede ser de aproximadamente 1000°C.
La afinidad qmmica entre el material de ceramificacion y el material compatible puede ser mayor que la afinidad qmmica entre dicho material de ceramificacion y el cobre.
El material precursor puede seleccionarse del grupo que incluye carbonato de calcio (CaCO3) y dolomita (CaMg(CO3)2). El carbonato de calcio tiene una temperatura de descomposicion de aproximadamente 825°C. Se observa que el carbonato de calcio no forma un vidrio ni produce una conductividad ionica significativa.
La composicion igmfuga puede incluir de aproximadamente el 5% al 20%, y preferiblemente de aproximadamente el 6% al 10% en peso de material precursor. Se prefiere el carbonato de calcio.
El material precursor puede producir CaO en el caso de calentamiento.
El CaO puede combinarse con TiO2 produciendo CaTiO3 (perovskita).
La composicion igmfuga puede incluir una o mas cargas seleccionadas de silicatos no reactivos tales como talco, CaSiO3 (wollastonita) o una mezcla de los mismos.
La composicion igmfuga puede incluir de aproximadamente el 20% al 45%, y preferiblemente de aproximadamente el 32% al 43% en peso de silicatos no reactivos. Se prefiere el talco.
La composicion igmfuga puede incluir una o mas cargas de oxido de alto punto de fusion seleccionadas de sflice, SiO2, oxido de magnesio, MgO, y una mezcla de los mismos. Otras cargas de oxido de alto punto de fusion potencialmente utiles incluyen SrO y BaO.
La sflice puede ser sflice pirogena.
La composicion igmfuga puede incluir de aproximadamente el 2% al 15%, y preferiblemente de aproximadamente el 10% al 15% en peso de cargas de oxido de alto punto de fusion. Se prefiere la sflice pirogena.
La carga de oxido de alto punto de fusion puede tener un punto de fusion por encima de la temperatura umbral.
La composicion igmfuga puede incluir de aproximadamente el 2% al 25%, preferiblemente de aproximadamente el 5% al 16%, y mas preferiblemente de aproximadamente el 6% al 10% en peso del material de ceramificacion.
La composicion igmfuga puede incluir de aproximadamente el 5% al 16%, y preferiblemente de aproximadamente el 6% al 10% en peso de dioxido de titanio (TiO2).
El material de ceramificacion puede tener una baja conductividad electrica a temperatura elevada.
La composicion igmfuga puede incluir desde aproximadamente el 15% hasta el 45% en peso de polfmero organico, de aproximadamente el 2% al 10% en peso de polfmero inorganico, de aproximadamente el 5% al 20% en peso de
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carbonato de calcio, de aproximadamente el 20% al 45% en peso de talco, de aproximadamente el 2% al 15% en peso de sflice pirogena, y de aproximadamente el 6% al 10% en peso de TiO2.
Segun un tercer objeto de la invencion, se proporciona un cable que incluye uno o mas conductores electricos alargados y un recubrimiento igmfugo obtenido a partir de la composicion igmfuga tal como se describio anteriormente.
Segun una realizacion, el recubrimiento igmfugo es termoplastico. Por tanto, dicho recubrimiento igmfugo no esta reticulado. “No esta reticulado” significa que dicho recubrimiento presenta una tasa de gelificacion segun la prueba ASTM D2765-01 que es como maximo del 20%, preferiblemente como maximo del 10%, preferiblemente como maximo del 5% y mas preferiblemente del 0%.
El recubrimiento igmfugo puede ser un recubrimiento aislante. Un recubrimiento aislante es un recubrimiento que presenta una conductividad electrica que puede ser como maximo de 1, 10-9 S/m (siemens por metro) (a 25°C).
El recubrimiento igmfugo puede estar en contacto ffsico directo con el conductor electrico alargado.
El conductor electrico alargado puede ser un conductor de cobre.
El recubrimiento igmfugo de la invencion puede estar formado alrededor de un conductor electrico alargado o una pluralidad de conductores mediante extrusion (incluyendo coextrusion con otros componentes) o mediante la aplicacion de uno o mas recubrimientos.
La composicion termoplastica igmfuga puede aplicarse mediante la extrusion de una unica capa para formar un cable igmfugo.
La composicion termoplastica igmfuga puede aplicarse como capa interna de una extrusion de dos capas. Dicha capa interna afsla una capa externa con respecto al conductor electrico alargado. De hecho, una capa externa puede aplicarse sobre dicha capa interna para proporcionar una tenacidad adicional, resistencia al agua u otras propiedades deseadas.
La composicion termoplastica igmfuga puede aplicarse con un segundo material en una maquina de extrusion de dos cabezales.
Las composiciones igmfugas segun la invencion pueden usarse como aislamiento igmfugo de una unica capa para cables electricos, o como capa intermedia interna para aislar una capa externa con respecto al conductor.
Breve descripcion de los dibujos
Ahora se describiran realizaciones de la presente invencion, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una ilustracion esquematica de un segmento de un cable de la tecnica anterior que tiene un aislamiento de dos capas;
la Figura 2 es una ilustracion esquematica de un segmento de un cable segun una realizacion de la invencion que tiene un aislamiento de una unica capa;
la Figura 3 es una imagen de SEM del residuo obtenido tras exponer al fuego un cable que comprende la composicion igmfuga 1 segun realizaciones de esta invencion;
la Figura 4 es una imagen de SEM de la interfase entre el conductor de cobre y el residuo obtenido tras exponer al fuego un cable que comprende la composicion igmfuga 1 segun realizaciones de esta invencion;
la Figura 5 es un diagrama de la composicion de la Figura 4;
la Figura 6 es una imagen de SEM del residuo en masa obtenido tras exponer al fuego un cable que comprende la composicion igmfuga 1 segun realizaciones de esta invencion;
la Figura 7 es un grafico de la composicion de la Figura 6;
la Figura 8 muestra un analisis de XRD del residuo obtenido tras exponer al fuego un cable que comprende la composicion igmfuga 1 o 2 segun realizaciones de esta invencion.
La Figura 9 es un grafico de pruebas de resistencia de aislamiento de varias composiciones igmfugas.
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La convencion numerica usada en los dibujos es que los dfgitos antes del punto indican el numero del dibujo, y los d^gitos despues del punto son los numeros de referencia del elemento. Cuando sea posible, se usa el mismo numero de referencia de elemento en diferentes dibujos para indicar elementos correspondientes.
Debe entenderse que, a menos que se indique de otra manera lo establecido, se pretende que los dibujos sean ilustrativos en vez de representaciones exactas, y no estan dibujados necesariamente a escala. La orientacion de los dibujos se elige para ilustrar las caractensticas de los objetos mostrados, y no representa necesariamente la orientacion de los objetos en uso.
Descripcion detallada de la realizacion o realizaciones
Se describira la invencion con referencia a varias muestras de material igmfugo tal como se describe y con referencia a los dibujos adjuntos.
La Figura 1 ilustra un segmento de un cable de la tecnica anterior con un conductor central 1.02, una capa intermedia interna 1.04 y una capa externa de ceramificacion 1.06. El conductor 1.02 puede ser, por ejemplo, un conductor de cobre de un unico hilo o un conductor de cobre de multiples hilos. En la figura 1, la capa intermedia interna 1.04 esta hecha de caucho de silicona y forma un elemento intermedio para inhibir la interaccion entre el conductor 1.02 y la capa externa de ceramificacion 1.06 durante y tras la combustion. Dicho cable no forma parte de la presente invencion.
La Figura 2 ilustra un segmento de cable con un conductor central 2.02 y una unica capa 2.04. El conductor 2.02 puede ser, por ejemplo, un conductor de cobre de un unico hilo o un conductor de cobre de multiples hilos. En la figura 2, la unica capa 2.04 es un recubrimiento igmfugo obtenido a partir de la composicion igmfuga de la presente invencion y se aplica directamente al conductor. Dicho recubrimiento igmfugo no tiene un efecto perjudicial significativo sobre el conductor durante la combustion y sustituye de manera adecuada al aislamiento de dos capas del cable de la figura 1.
Se prepararon diversas composiciones igmfugas 1 a 5 segun la invencion. La tabla 2 expone las proporciones de polfmero, material de ceramificacion, material precursor y cargas para dichas cinco composiciones igmfugas segun la invencion.
TABLA 2 - MUESTRAS % en
peso
201212-1 201212-2 270612 50712 240712
Composiciones
1 2 3 4 5
Engage POE (elastomero de poliolefina)
15,0 15,0 12,0 12,0 12,0
LLDPE 7540 (polietileno de baja densidad lineal)
14,0 14,0 12,0 12,0 12,0
MAgPE (polietileno funcionalizado con anhfdrido maleico)
1,0 1,0 4,0 4,0 2,0
Genioplast™ S (polfmero de siloxano)
0 0 4,0 8,0 6,0
Mezcla madre (el 70% de TiO2 en PE)
20,0 20,0 12,0 12,0 12,0
CaCO3
9,0 18,0 8,0 8,0 8,0
Talco, H2Mg3(SiO3)4
36,0 22,0 40,0 40,0 36,0
Mg(OH)2
5,0 10,0 0 0 0
Sflice pirogena, SO2
0 0 8,0 4,0 12,0
Composicion total
100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Subtotal de TO2 en la composicion
14,0 14,0 8,4 8,4 8,4
Subtotal de polfmero organico en la composicion
30,0 30,0 32,0 36,0 32,0
Las composiciones 1 y 2 se extruyen sobre un hilo de Cu de 1,5 mm2 para producir respectivamente los cables 1 y 2, que se expusieron entonces al fuego en un horno de mufla a 1.000°C durante 30 minutos. Los residuos obtenidos tras la exposicion al fuego se inspeccionaron usando un microscopio electronico de barrido (SEM), difraccion de rayos X (XRD) y espectroscopia de rayos X por dispersion de energfa (EDS).
La Figura 3 muestra una imagen de SEM (aumento de 2000x) del residuo obtenido tras exponer al fuego el cable 1. La morfologfa del residuo presenta una estructura de panal de abeja 3.12 que es beneficiosa para la conservacion de la forma. La gran proporcion de huecos 3.14 es beneficiosa para el aislamiento termico.
La Figura 4 (imagen de SEM, aumento de 130x) muestra la interfase 4.20 entre el residuo 4.18 obtenido tras exponer al fuego el cable 1 y el conductor de cobre 4.16 de dicho cable 1. La Figura 5 es un analisis de EDS del residuo adyacente al conductor de cobre (interfase 4.20) de la Figura 4.
La Figura 6 (imagen de SEM, aumento de 120x) muestra la masa del residuo 6.18 obtenida tras exponer al fuego el cable 1. La Figura 7 es un analisis de EDS de la masa del residuo 6.18 obtenida tras exponer al fuego dicho cable 1.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Como conclusion, el acoplamiento de SEM y EDS muestra que se encuentran trazas de cobre en la interfase, mientras que no se encuentra nada de cobre en la masa. Por tanto, la reaccion entre el cobre y el TO2 se suprime significativamente a temperatura elevada.
Se realizaron analisis composicionales de residuos tornados de los cables 1 y 2 expuestos al fuego usando XRD. La Figura 8 muestra los resultados de XRD para residuos tornados del cable 1 expuesto al fuego (lmea discontinua) y el cable 2 expuesto al fuego (lmea continua). Este analisis confirmo que una fraccion significativa del TO2 reacciona con el CaO (liberado a partir de CaCO3) para formar perovskita (CaTiOa); mientras que solo una pequena cantidad de MgO (liberado a partir de Mg(OH)2) reacciona con TO2, dando como resultado trazas de MgTiO3 (geikelita) y MgTi2O4 (armalcolita). Un resultado significativo de estos cambios era que la cantidad de rutilo (TO2) se redujo desde una proporcion principal del residuo del cable 1 expuesto al fuego hasta una traza en el residuo del cable 2 expuesto al fuego. Ademas, solo se encontraron trazas de CaCu2.7MgO.3Ti4O-i2, mostrando que la reaccion entre el cobre y el TO2 se suprime significativamente. De hecho, con la provision del precursor de CaO se minimiza la reaccion entre el cobre y el TiO2, impidiendo por tanto que el conductor de cobre se dane o se destruya. Ademas, se observa que la produccion de perovskita es un resultado sorprendente, dado que la prueba se llevo a cabo a 1000°C, y la bibliograffa ensena que la formacion de perovskita requiere una temperatura de al menos 1300°C.
Las composiciones igmfugas 1-5 en la tabla 2 se combinaron usando una amasadora Buss a 140°C y se extruyeron sobre un conductor de cobre de 1,5 mm2 (7/0,5 mm PACW); el grosor de pared era de 1,0 mm. Entonces se retorcieron los nucleos producidos, se les aplico una cinta y se recubrieron con un revestimiento de un compuesto HFFR (retardador de la llama libre de halogenos) (grosor de pared 1,8 mm), para producir cinco cables de 2 nucleos, comprendiendo cada uno una unica capa del recubrimiento igmfugo segun la invencion. Longitudes de aproximadamente 1,2 m de cada cable se expusieron al fuego en un horno de tubo hasta 1.050°C.
La Figura 9 muestra un grafico de la resistencia de aislamiento entre nucleos en funcion de la temperatura para los recubrimientos igmfugos segun la invencion.
Para proporcionar una referencia, la unica capa del recubrimiento igmfugo segun la invencion se sustituyo por:
- o bien un aislamiento de dos capas DL1 o DL2 que comprende una capa interna hecha de caucho de silicona, y una capa externa hecha de la composicion de APP (poli(fosfato de amonio)) a base de fosfato Ceramifiable® descrita en la solicitud internacional WO2005095545,
- ni un aislamiento de una unica capa SL hecho de la composicion de APP (poli(fosfato de amonio)) a base de fosfato Ceramifiable® descrita en la solicitud internacional WO2005095545.
Mas particularmente, la composicion de APP a base de fosfato Ceramifiable® usada en los ejemplos comparativos (como referencia) comprende: el 13% en peso de Engage 7380, el 16% en peso de LLDPE, el 5% en peso de Exact 8201, el 1% en peso de acido estearico, el 1% en peso de estearato de cinc, el 14,5% en peso de APP, el 14,5% en peso de Omyacarb 2T, el 23% en peso de talco MV R y el 12% en peso de Translink 37.
La Figura 9 muestra que todos los recubrimientos igmfugos 1-5 segun la invencion tienen una resistencia de aislamiento superior durante la exposicion al fuego, en comparacion con los recubrimientos de la tecnica anterior DL1, DL2 y SL. En comparacion con el recubrimiento de doble capa, el recubrimiento igmfugo 3 es similar o mejor que DL2. El recubrimiento igmfugo 5 esta muy proximo a DL1, que pasa regularmente WS5X con respecto a AS3013, 2 h de fuego a 1.050°C. Se observa que se anadio SiO2 a las composiciones igmfugas 3 y 5, en forma de sflice pirogena y de resina de silicona termoplastica (Genioplast™ Pellet S) con la intencion de mejorar la resistencia de aislamiento durante la exposicion al fuego.
Basandose en los resultados anteriores, la composicion de la composicion igmfuga 5 se selecciono para preparar un cable para una prueba de fuego a escala completa con respecto a AS/NZS 3013:2005 por un tercero autorizado. El cable mantuvo la integridad de circuito durante la fase de exposicion al fuego (2 h a 1.050°C), obteniendo la calificacion WS5X.
Por tanto, el recubrimiento igmfugo de la invencion usado como unica capa tiene la capacidad de producir un residuo fuerte (“ceramico”), al tiempo que mantiene una alta resistencia de aislamiento a temperaturas elevadas, y proporciona integridad de circuito en el caso de exposicion al fuego.
Debe entenderse que la invencion no esta limitada a composiciones igmfugas que pasan una norma dada. La invencion proporciona una gama de composiciones con diferentes grados de resistencia al fuego.

Claims (18)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    REIVINDICACIONES
    1. - Una composicion igmfuga que incluye al menos un poKmero, mas del 1% en peso de dioxido de titanio (TiO2) como material de ceramificacion y un material compatible, CaO, o un material precursor que produce dicho material compatible, CaO, en el caso de una exposicion a temperatura elevada, para su combinacion con dioxido de titanio (TiO2).
  2. 2. - Una composicion igmfuga segun la reivindicacion 1, en la que no incluye nada de Mg(OH)2.
  3. 3. - Una composicion igmfuga segun la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en la que no incluye ningun material que produzca una conductividad ionica significativa en el caso de una fusion por debajo de una temperatura umbral de 800°C.
  4. 4. - Una composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que es una composicion aislante igmfuga.
  5. 5. - Una composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que es una composicion termoplastica igmfuga.
  6. 6. - Una composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que no incluye ningun material formador de vidrio que tenga un punto de fusion por debajo de una temperatura umbral de 800°C.
  7. 7. - Una composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la afinidad qmmica entre el material de ceramificacion, dioxido de titanio, y el material compatible, CaO, es mayor que la afinidad qmmica entre dicho material de ceramificacion, dioxido de titanio, y el cobre.
  8. 8. - Una composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material precursor se selecciona del grupo que incluye carbonato de calcio (CaCO3) y dolomita (CaMg(CO3)2).
  9. 9. - Una composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye una o mas cargas seleccionadas de silicatos no reactivos.
  10. 10. - Una composicion igmfuga segun la reivindicacion 9, en la que el silicato no reactivo es talco.
  11. 11. - Una composicion aislante igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que incluye una o mas cargas de oxido de alto punto de fusion seleccionadas de MgO, SiO2 y una mezcla de los mismos
  12. 12. - Una composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que incluye desde el 2% hasta el 25% en peso del material de ceramificacion, dioxido de titanio.
  13. 13. - Una composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que incluye desde el 15% hasta el 45% en peso de polfmero organico, del 2% al 10% en peso de polfmero inorganico, del 5% al 20% en peso de carbonato de calcio, desde el 20% hasta el 45% en peso de talco, desde el 2% hasta el 15% en peso de sflice pirogena y desde el 6% hasta el 10% en peso de TiO2.
  14. 14. - Un cable que incluye uno o mas conductores electricos alargados y un recubrimiento igmfugo obtenido a partir de la composicion igmfuga segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
  15. 15. - Un cable segun la reivindicacion 14, en el que el recubrimiento igmfugo es termoplastico.
  16. 16. - Un cable segun la reivindicacion 14 o 15, en el que el recubrimiento igmfugo es un recubrimiento aislante.
  17. 17. - Un cable segun una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que el recubrimiento igmfugo esta en contacto ffsico directo con el conductor electrico alargado.
  18. 18. - Un cable segun una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, en el que el conductor electrico alargado es un conductor de cobre.
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