ES2799530T3 - Cable de comunicación sin halógenos - Google Patents
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Abstract
Cable de comunicación que comprende una capa de material aislante dieléctrico a base de copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma, seleccionado, de manera ventajosa, del grupo constituido por poliimida-siloxano, poliariletercetona-siloxano, y polifenilsiloxano, expandido y/o celular y/o en forma de espuma, de manera más ventajosa, a base de copolímero de poliimida-siloxano expandido y/o celular y/o en forma de espuma.
Description
DESCRIPCIÓN
Cable de comunicación sin halógenos
Campo técnico
La presente invención se refiere a cables de comunicación sin halógenos resistentes a altas temperaturas (> 130 °C) y radiaciones (> 100 Mrad) que comprenden una capa de material aislante dieléctrico sin halógenos.
Estado de la técnica
Los cables coaxiales y de par trenzado más eficientes desde el punto de vista de la resistencia térmica, la flexibilidad y el rendimiento eléctrico son actualmente los basados en el uso de dieléctricos fluorados del tipo etileno propileno fluorado (FEP) (perfluoroalcoxi) PFA y, más particularmente, politetrafluoroetileno (PTFE) y PTFE expandido o celular, que permiten obtener constantes dieléctricas inferiores a 2,1. Sin embargo, estos materiales se denominan por naturaleza “halogenados” (contienen átomos de flúor), lo que puede plantear problemas de seguridad debido a cuestiones de toxicidad de los humos liberados durante su degradación, en caso de incendio, por ejemplo. Su resistencia a la radiación es también muy baja debido a su estructura particular y a su naturaleza química (< 5 Mrad según la norma IEC 60544-4 de 2003 y cuando se irradian en una atmósfera estándar).
También existen soluciones no halogenadas de alto rendimiento basadas en el uso de poliolefinas, como los polietilenos, que son relativamente resistentes a la radiación (“ 50-100 Mrad según la norma IEC 60544-4 de 2003). Estos materiales también son apolares, lo que permite obtener excelentes valores de constante dieléctrica, del orden de 2,2 para un dieléctrico sólido y hasta 1,5 o menos para los PE (polietilenos) espumados o celulares. Sin embargo, la resistencia térmica de las poliolefinas es limitada (< 100 °C) debido a la debilidad de los enlaces C-H.
Los cables de comunicación sin halógenos resistentes a altas temperaturas que comprenden una capa de material aislante dieléctrico sin halógenos se conocen por el documento US 9.587.703 B2.
Exposición de la invención
De manera sorprendente, los inventores han descubierto que es posible fabricar cables sin halógenos con una buena resistencia térmica, en particular, a temperaturas > 130 °C, utilizando una capa de material aislante dieléctrico a base de copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma. En efecto, en particular los copolímeros de poliimida-siloxano o de poliarilcetona-siloxano expandidos y/o celulares y/o en forma de espuma, y más particularmente los polieterimida-siloxanos expandidos y/o celulares y/o en forma de espuma, presentan la particularidad de ser una solución "sin halógenos" y de ser resistentes a altos niveles de radiación (> 300 Mrad según la norma IEC 60544-4 de 2003) y a temperaturas elevadas (> 130-150 °C), ofreciendo al mismo tiempo una excelente flexibilidad, similar a los materiales termoplásticos fluorados de tipo FEP o etileno tetrafluoroetileno (ETFE) y superior a la de las poliolefinas.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a un cable de comunicación según la reivindicación 1, que comprende una capa de material aislante dieléctrico a base de copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma.
A los efectos de la presente invención, por "capa de material aislante dieléctrico a base de copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma" se entiende cualquier capa de material aislante dieléctrico cuyo constituyente principal, en particular el polímero principal, es el copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma. En particular, el copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma representa al menos un 50 % en peso de la capa dieléctrica, más particularmente al menos un 70 % en peso, incluso más particularmente al menos un 80 % en peso, de manera ventajosa al menos un 90 % en peso, de manera más ventajosa el 100 % en peso. En el último caso, el copolímero de siloxano es el único componente, en particular el único polímero de la capa de material aislante dieléctrico.
A los efectos de la presente invención, la expresión “copolímero de siloxano de alta temperatura” significa cualquier copolímero resistente a altas temperaturas (en particular > 130 °C, más particularmente entre 130 y 150 °C), (de manera ventajosa, resistente al menos 10.000 h a estas temperaturas, en particular la resistencia a las altas temperaturas se mide según la norma IEC 60216-2 de 2005, más particularmente es la temperatura de uso continuo) cuyo uno de los monómeros es un siloxano, más particularmente obtenido por copolimerización de siloxano. En particular, se trata de un copolímero cuya temperatura de degradación es > 130 °C, más particularmente está comprendida entre 130 y 150 °C. De manera ventajosa, el contenido de siloxano de la capa de material aislante dieléctrico, en % en peso, está comprendido entre el 10 y el 40 % con respecto a la masa total de la capa de material aislante dieléctrico, en particular entre el 15 % y el 30 % con respecto a la masa total de la capa de material aislante dieléctrico. Según la invención, el copolímero de siloxano de alta temperatura es un polieterimidasiloxano.
En una realización ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico comprende además otro polímero termoplástico aislante, seleccionado, de manera ventajosa, del grupo formado por poliariletercetonas (PAEK), polieteretercetonas (PEEK), polietercetonas (PEK), polietercetonaetercetonacetonas (PEKEKK), polietercetonacetonas (PEKK), poliariletersulfonas (PAES), polifenilsulfuros (PPS), termoplásticos de poliimida (TPI) y mezclas de los mismos. De hecho, estos polímeros permiten aumentar la Tg u obtener una estructura semicristalina con una temperatura de fusión elevada, lo mejora aún más la resistencia a la temperatura de la capa de material aislante dieléctrico.
En una realización ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico no comprende ningún polímero distinto del copolímero de siloxano de alta temperatura y del eventual polímero termoplástico aislante, en particular ningún polímero distinto del copolímero de siloxano de alta temperatura y del eventual polímero termoplástico aislante, seleccionado del grupo que consiste en poliariletercetonas (PAEK), polieteretercetonas (PEEK), polietercetonas (PEK), polietercetonaetercetonacetonas (PEKEKK), polietercetonacetonas (PEKK), poliariletersulfonas (PAES), polifenilsulfuros (PPS), termoplásticos de poliimida (TPI) y mezclas de los mismos, más particularmente ningún polímero distinto del copolímero de siloxano de alta temperatura.
En una realización ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico según la invención no comprende poliéster, de manera ventajosa copolímero en bloque poliéster/poliéter.
En efecto, esta familia de materiales (poliéster, en particular copolímero en bloque poliéster/poliéter) es muy polar: su constante dieléctrica varía de 3,4 a 8 a 1 MHz, lo que es contrario al objetivo de reducir este valor de constante dieléctrica para mejorar el rendimiento final. Por ejemplo, la constante dieléctrica de Hytrel 4056 es 4,7 a 1 MHz.
Además, estos materiales (poliéster, en particular copolímero en bloque poliéster/poliéter) tienen una resistencia térmica relativamente baja, generalmente un máximo de 3.000 h a 125 °C para el TPC-ET (copoliéster-éter). Sin embargo, cuanto más aumenta la proporción de masa del éster (para garantizar una mejor estabilidad térmica), más aumenta la polaridad y, por tanto, también aumentan la constante dieléctrica y la rigidez del material.
A los efectos de la presente invención, por "copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o espumación" se entiende cualquier copolímero de siloxano de alta temperatura según la invención que tiene huecos de aire o gas en su estructura. Según la invención, el contenido de huecos de aire o gas (% en volumen de espuma o huecos de aire) del copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma según la invención es > 10 % en volumen con respecto al volumen total de dicho copolímero, aún de manera más ventajosa entre el 10 y el 50 % en volumen con respecto al volumen total de dicho copolímero, de manera ventajosa entre el 20 y el 50 %, de manera más ventajosa entre el 30 y el 50 %, en particular entre el 40 y el 50 %, en volumen con respecto al volumen total de dicho copolímero. La incorporación de gas o aire en la estructura del copolímero según la invención puede realizarse mediante procedimientos químicos o físicos bien conocidos por el experto en la materia, tales como la espumación o la expansión, o mediante un diseño particular de la capa extruida del copolímero según la invención alrededor del conductor central, tal como una forma celular (o alveolar) o mediante una mezcla de estas dos técnicas (estructura celular espumación), lo que permitiría mejorar aún más las propiedades dieléctricas finales (disminución de la constante dieléctrica, ganancia de masa). De manera ventajosa, el copolímero de siloxano de alta temperatura según la invención está expandido o en forma de espuma, en particular en forma de espuma. De manera ventajosa, el copolímero de siloxano de alta temperatura expandido o en forma de espuma según la invención se obtiene por medios físicos (por ejemplo, introduciendo gas a presión en estado fundido durante el proceso) o químicos (por ejemplo, añadiendo aditivos al copolímero según la invención y permitiendo la formación de compuestos gaseosos durante el procedimiento de transformación), de manera ventajosa por medios químicos, por ejemplo, mediante espumación química de una mezcla íntima del copolímero con un agente porógeno y/o un agente de expansión tal como talco o arcilla o mezclas de los mismos. De este modo, la capa aislante dieléctrica contiene también, de manera ventajosa, un agente porógeno y/o un agente de expansión, tal como talco o arcilla o mezclas de los mismos, en particular talco. En general, de manera ventajosa, el contenido de un agente porógeno y/o un agente de expansión está comprendido entre un 1 y un 50 % en masa con respecto a la masa total de la capa aislante dieléctrica, dependiendo del agente porógeno y/o del agente de expansión utilizado. Si es posible, debe ser lo más bajo posible para no afectar a las propiedades eléctricas, permitir la implementación y permitir la máxima formación de espuma. Así, en el caso del talco, el contenido puede estar comprendido entre un 1 y un 20 % en masa con respecto a la masa total de la capa aislante dieléctrica, de manera ventajosa entre un 5 y un 15 % en masa con respecto a la masa total de la capa aislante dieléctrica.
En una realización ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico no comprende ningún componente distinto del copolímero de siloxano de alta temperatura, el eventual polímero termoplástico aislante y el eventual agente porógeno y/o agente de expansión, en particular ningún componente distinto del copolímero de siloxano de alta temperatura, el eventual polímero termoplástico aislante seleccionado del grupo constituido por poliariletercetonas (PAEK), polieteretercetonas (PEEK), polietercetonas (PEK), polietercetonaetercetonacetonas (PEKEKK), polietercetonacetonas (PEKK), poliariletersulfonas (PAES), polifenilsulfuros (PPS), termoplásticos de poliimida (TPI) y mezclas de los mismos y el eventual agente porógeno y/o agente de expansión, en particular ningún componente distinto del copolímero de siloxano de alta temperatura y el eventual agente porógeno y/o agente de expansión.
De manera ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico según la invención tiene una constante dieléctrica comprendida entre 2 y 2,9, en particular entre 2 y 2,7, más particularmente entre 2 y 2,5, incluso más particularmente entre 2 y 2,3.
De manera ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico según la invención tiene una densidad comprendida entre 0,6 y 1,1, en particular entre 0,6 y 1, más particularmente entre 0,6 y 0,9, incluso más particularmente entre 0,6 y 0,7.
De manera ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico según la invención es resistente a la radiación (en particular > 100 Mrad, más particularmente entre 100 y 300 Mrad, en particular, medida según la norma IEC 60544-4 de 2003).
En una realización ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico según la invención se obtiene mediante extrusión de espuma o extrusión de una estructura celular o extrusión de espuma de una estructura celular.
En una realización ventajosa, la capa de material aislante dieléctrico según la invención está libre de halógenos, en particular, libre de átomos de flúor.
En una realización ventajosa, el espesor final de la capa de material aislante dieléctrico según la invención depende del rendimiento eléctrico deseado (en particular, la impedancia característica) y del diámetro del conductor central. Por consiguiente, puede variar en varios mm. De manera ventajosa, el espesor está comprendido entre 0,5 mm y 5 mm.
De manera ventajosa, el cable según la invención es un cable coaxial o de par trenzado o de impedancia controlada. En una realización ventajosa, se trata de un cable de alta frecuencia y, de manera ventajosa, de alta temperatura (en particular capaz de soportar temperaturas > 130 °C, más particularmente entre 130 y 150 °C), de manera aún más ventajosa, resistente a la radiación (en particular > 100 Mrad, más concretamente entre 100 y 300 Mrad según la norma IEC 60544-4 de 2003).
En otra realización ventajosa, se trata de un cable sin halógenos.
En una realización particular, la capa de material aislante dieléctrico del cable según la invención está dispuesta alrededor del conductor central, en particular, directamente alrededor del conductor central, de manera ventajosa mediante extrusión de espuma o extrusión de una estructura celular o extrusión de espuma de una estructura celular. Los materiales del conductor central para cables son bien conocidos por los expertos en la materia. Estos pueden ser acero revestido de cobre (CCS, deCopper Ciad Steel),cobre revestido de plata (SPC) o aluminio reforzado con acero (SCA) o cualquier otro tipo de conductor estándar adecuado para aplicaciones de alta tensión, frecuencia y alta temperatura para cables coaxiales o de impedancia controlada. El cobre estañado (TPC) puede utilizarse para cables de par trenzado o de impedancia controlada.
De manera ventajosa, una (o más) capa(s) de material(es) de blindaje metálico está(n) dispuesta(s) alrededor de la capa de material aislante dieléctrico. Los materiales de blindaje metálico para cables son bien conocidos por los expertos en la materia. Pueden ser cobre plateado (SPC) o cobre estañado (TPC) o cualquier otro tipo de conductor para blindaje adaptado a la aplicación y al rendimiento final deseados.
De manera particularmente ventajosa, se dispone una funda exterior alrededor de la capa de material de blindaje metálico. Los materiales de funda exterior para cables son bien conocidos por los expertos en la materia. Pueden ser copolímeros de poliimida-siloxano o de poliariletercetona-siloxano, tal como copolímeros de polieterimidasiloxano, polisulfonas (PSU), polietersulfonas (PES(U)), polifenilsulfonas (PPSU), polisulfuros (PPS), poliariletercetonas (PAEK), polieteretercetonas (PEEK), polietercetonas (PEK), polietercetonaetercetonacetonas (PEKEKK), polietercetonacetonas (PEKK), poliimidas (Pl), poliimidas termoplásticas (TPI), polieterimidas (PEI), poliamidaimidas (PAI) o una mezcla de las mismas. En una realización ventajosa, esta funda exterior está basada en un copolímero de poliimida-siloxano o poliariletercetona-siloxano, lo que permite mantener la flexibilidad y la resistencia térmica y a la radiación de este tipo de copolímero.
La presente invención se refiere, según la reivindicación 11, además, al uso de un copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma como material aislante dieléctrico para un cable de comunicación, de manera ventajosa, un cable coaxial o de par trenzado o de impedancia controlada.
El copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma es, de manera ventajosa, tal como se describe anteriormente.
De manera ventajosa, el copolímero de siloxano de alta temperatura está en forma de una capa de material aislante dieléctrico, en particular, tal como se describe anteriormente.
La invención se entenderá mejor a la luz de los siguientes ejemplos que se proporcionan a título enunciativo y no limitativo.
Ejemplo 1
Un conductor monofilar SPC AWG19 (diámetro 0,91 mm) se recubre con una capa de material aislante dieléctrico obtenido mediante extrusión de espuma de una mezcla de 90 % en peso de copolímero de polieterimida-siloxano que contiene 40 % en peso de siloxano con 10 % en peso de talco para obtener una capa de copolímero de polieterimida-siloxano en forma de espuma con una densidad de 0,85 y que contiene un 28 % de huecos en volumen con respecto al volumen total de la capa (Ej. 1: el diámetro del conductor recubierto con la capa de material aislante dieléctrico es de 3,6 mm) y se comparó con un conductor idéntico recubierto con una capa de material aislante dieléctrico obtenido por extrusión del mismo copolímero de polieterimida-siloxano que contenía 40 % en peso de siloxano (Ej. Comparativo 1: el diámetro del conductor recubierto con la capa de material aislante dieléctrico es de 3,6 mm) en términos de su capacitancia y su constante dieléctrica medidas utilizando un medidor de capacitancia del agua según el principio descrito en Goldshteinet al.(“CAPACITANCE CONTROL ON THE WIRE p Ro DUCTION LINE”, MATEC Web de Conferencias 7901009 (2016), páginas 1 a 8). Los resultados se muestran en la Tabla 1 a continuación.
Tabla 1
Por tanto, el Ejemplo 1 tiene una constante dieléctrica mejor que el Ejemplo Comparativo 1.
Así, las nuevas propiedades eléctricas del material dieléctrico según la invención permiten (debido a la reducción de la constante dieléctrica) aumentar la velocidad de propagación de las señales eléctricas, y/o reducir las dimensiones (espesor del dieléctrico alrededor del conductor central), y/o reducir la atenuación. La utilización de un copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o celular y/o en forma de espuma según la invención, en particular de un copolímero de polieterimida-siloxano en forma de espuma, permite, por tanto, fabricar cables más ligeros, más pequeños y más flexibles con mejores características eléctricas. Cuanto menor sea la constante dieléctrica y más próxima a 1 (constante dieléctrica del aire), menores serán las pérdidas eléctricas y mejores serán la frecuencia de corte y la velocidad de propagación.
Ejemplo 2
Las ganancias estimadas en términos de reducción de la constante dieléctrica se calcularon en función del % en volumen de gas introducido en la capa dieléctrica según la invención basada en el copolímero de polieterimidasiloxano del Ejemplo 1 mediante espumación y se indican en la Tabla 2 a continuación.
Tabla 2
Claims (11)
1. Cable de comunicación que comprende una capa de material aislante dieléctrico a base de copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o alveolar y/o en forma de espuma,caracterizado por queel copolímero de siloxano de alta temperatura es un polieterimida-siloxano ypor queel contenido de espacio de aire o espacio de gas del copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o alveolar y/o en forma de espuma abeja es > 10 % en volumen con respecto al volumen total de dicho copolímero.
2. Cable según la reivindicación 1,caracterizado por queel contenido de siloxano de la capa de material aislante dieléctrico en % en masa está comprendido entre el l0 % y el 40 % con respecto a la masa total de la capa de material aislante dieléctrico.
3. Cable según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2,caracterizado por quela capa de material aislante dieléctrico comprende además otro polímero termoplástico aislante, seleccionado, de manera ventajosa, del grupo constituido por poliariletercetonas, polieteretercetonas, polietercetonas, polietercetonaetercetonacetonas, polietercetonacetonas, poliariletersulfonas, polifenilsulfuros, poliimidas termoplásticas y mezclas de los mismos.
4. Cable según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado por queel copolímero de siloxano de alta temperatura de la capa de material aislante dieléctrico está expandido y/o en forma de espuma y, de manera ventajosa, se obtiene por procedimientos físicos o químicos, de manera más ventajosa por procedimientos químicos, mediante espumación química de una mezcla íntima del copolímero con un agente porógeno y/o un agente de expansión tal como talco, la arcilla o mezclas de los mismos.
5. Cable según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,caracterizado por quese trata de un cable coaxial o de par trenzado o de impedancia controlada.
6. Cable según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por quese trata de un cable de alta frecuencia y, de manera ventajosa, de alta temperatura.
7. Cable según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,caracterizado por quela capa de material aislante dieléctrico está dispuesta alrededor del conductor central.
8. Cable según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado por quecomprende una (o más) capa(s) de material(es) de blindaje metálico dispuesta(s) alrededor de la capa de material aislante dieléctrico.
9. Cable según la reivindicación 8,caracterizado por quecomprende una funda exterior dispuesta alrededor de la(s) capa(s) de material(es) de blindaje metálico, de manera ventajosa, a base de copolímero de poliimida-siloxano o poliariletercetona-siloxano.
10. Cable según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,caracterizado por quesu capa de material aislante dieléctrico no comprende poliéster, de manera ventajosa, copolímero en bloque de poliéster/poliéter.
11. Uso de un copolímero de siloxano de alta temperatura expandido y/o alveolar y/o en forma de espuma cuyo contenido de espacio de aire o espacio de gas es >10 % en volumen con respecto al volumen total de dicho copolímero, siendo dicho copolímero de siloxano de alta temperatura un polieterimida-siloxano, como material aislante dieléctrico de un cable de comunicación, de manera ventajosa, un cable coaxial, o un cable de par trenzado o un cable de impedancia controlada.
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