ES2938062T3 - Geles de silicona secos y sus métodos de fabricación - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una composición seca de gel de silicona que comprende: un polímero base que tiene un grupo vinil-silicona; un agente de reticulación; y/o extensor de cadena. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Geles de silicona secos y sus métodos de fabricación

La invención se refiere a un gel de silicona seco.

Antecedentes

Los sistemas de cierre se usan para proteger los componentes internos de la degradación que causan los ambientes externos. Por ejemplo, los componentes internos tales como cables de fibra óptica y cables de cobre a menudo se encierran en sistemas de cierre. Los ejemplos de sistemas de cierre disponibles comercialmente incluyen la Reparación de Caídas de Fibra al Aire Libre (OFDR), el Cierre de Distribución de Fibra al Aire Libre (OFDC) y la Tecnología de Sistema de Infraestructura de Fibra óptica (FIST), disponibles en Tyco Electronics, Kessel-Lo, Bélgica. En particular, el Cierre OFDR se usa para separar fibras de un cable de fibra óptica en bucle para conectar a usuarios tales como clientes comerciales o personas en unidades habitacionales múltiples o individuales. Estos tipos de cierres pueden usarse en ambientes aéreos, pedestales y subterráneos. Otros sistemas de cierre están disponibles comercialmente para su uso con cables de comunicación y transmisión de energía.

Los sistemas de cierre típicamente incluyen componentes internos tales como organizadores de fibra, dispositivos de sellado y terminación de cables, sellos de cable de caída para un número de caídas con dispositivos de terminación de cable de caída y soportes de empalme universales para un número de empalmes. Estos componentes internos pueden estar sujetos a factores ambientales tales como niveles variables de humedad, calor y frío y exposición a otras sustancias químicas. Los sistemas de cierre se protegen preferentemente de daños con un sellador de algún tipo. Sin embargo, los selladores convencionales sufren de un número de inconvenientes que los hacen inadecuados para ciertos sistemas de cierre.

Los selladores se usan a menudo para el aislamiento y para la protección contra el agua, la corrosión y la degradación ambiental, y para la gestión térmica. Hasta ahora, se han conocido un número de selladores; sin embargo, los selladores actualmente disponibles tienen ciertos inconvenientes y desventajas que los hacen inadecuados para usos específicos y para su uso en contacto con ciertos materiales. En particular, hay una necesidad no satisfecha de selladores que sean adecuados para sistemas de cierre electrónico y de fibra óptica. Se necesitan sistemas de sellado adecuados para cierres para su uso con una variedad de cables diferentes. Por ejemplo, se necesita un sistema de sellado para los cables denominados Cero Halógeno de Bajo Humo ("LSZH"), también conocido como Libre de Halógeno de Bajo Humo ("LSHF"), Cero Halógeno de Bajo Humo ("LS0H") y Bajo Humo Cero Halógeno ("0HLS"), entre otras cosas.

Los cables LSZH se caracterizan por no contener retardadores de la llama halogenados y producen cantidades relativamente limitadas de humo cuando se exponen a fuentes de calor tales como una llama o cables calentados. Los cables LSZH proporcionan una alternativa a los recubrimientos de polietileno, PVC o uretano termoplástico que se usan frecuentemente. El polietileno, el PVC o el uretano termoplástico, cuando contienen halógenos, pueden producir compuestos peligrosos que contienen halógeno, tales como gas HCI o HBr. Una mejora de los sistemas de cierre de cables LSZH actuales es necesaria para mejorar el rendimiento en ambientes sensibles al ambiente.

Tradicionalmente, los geles de aceite termoplástico se han usado en sistemas de cierre LSZH. Un problema, sin embargo, con los geles termoplásticos que se usan como selladores, y en los sistemas de cierre en general, es que a menudo contienen altas cantidades de aceite mineral. Se ha observado un problema con los geles que contienen aceite debido a que pueden filtrar aceite. El aceite en estos geles puede filtrarse del gel y causar deterioro, decoloración o degradación del cable en el sistema de cierre. En algunos casos extremos, un cable puede incluso romperse bajo compresión debido al daño que causa la filtración de aceite del gel termoplástico. Existe una necesidad no satisfecha de alternativas a los geles que contienen aceite. Sin embargo, las alternativas actualmente disponibles a los geles que contienen aceite no han proporcionado tal solución. Por ejemplo, los selladores que no son geles que contienen aceite pueden tener una o más propiedades no deseadas. Los ejemplos de propiedades no deseadas incluyen dureza excesiva, resistencia inadecuada a la temperatura (por ejemplo, inflamabilidad o una tendencia a volverse frágil con el frío, es decir, temperatura de transición vítrea inadecuada) y propiedades viscoelásticas, incompatibilidad química, alta absorción de agua e inestabilidad hidrolítica. En consecuencia, existe una necesidad no satisfecha de sistemas de cierre con dureza adecuada, propiedades viscoelásticas, deformación permanente o deformación por compresión baja, rendimiento a largo plazo (por ejemplo, > 20 años), entre otras propiedades.

Por el contrario a los geles termoplásticos que contienen aceite, los geles termoestables de silicona secos contienen cantidades relativamente bajas de, o no contienen en absoluto, fluidos diluyentes tales como aceite de silicona o aceite mineral no reactivo. Un gel de silicona seco, en lugar de ser un gel termoplástico, es un gel termoestable. Los geles termoestables pueden producirse mediante entrecruzamiento químico. Los ejemplos de geles termoestables son geles de silicona secos y geles de poliuretano. Un gel de silicona seco no hace uso de un fluido disolvente o diluyente adicional, pero todavía puede categorizarse bajo el término "gel" debido a la similitud en las propiedades físicas y el comportamiento, o debido a sus propiedades viscoelásticas. Sin embargo, los geles de silicona secos se usan más raramente que los geles que contienen aceite libre por un número de razones. Por ejemplo, los geles de silicona secos son raros debido a que son más caros y difíciles de procesar que ciertos otros tipos de geles. En consecuencia, existe una necesidad no satisfecha de un gel de silicona seco mejorado y un método mejorado para preparar un gel de silicona seco.

La Patente U.S. Núm. 7,489,844 describe un cable de fibra óptica con un líquido de suspensión que rodea la fibra óptica. El aceite de suspensión puede ser aceite mineral o una mezcla de aceite y sílice.

La Patente U.S. Núm. 6,091,871 describe un cable de fibra óptica reforzado que incluye un tubo protector para proteger las fibras ópticas, una capa de refuerzo y varillas de refuerzo alrededor del tubo protector, junto con una envoltura exterior. El espacio interior en el cual se reciben las guías de onda ópticas contiene un material de relleno para proteger las guías de onda ópticas contra la penetración de humedad.

La Patente U.S. Núm. 6,167,178 describe un cable de fibra óptica que incluye al menos una fibra óptica que tiene una capa de revestimiento que se forma por un material de poliolefina retardador de la llama. El material de poliolefina retardador de la llama se forma estrechamente alrededor de la fibra óptica, de esta manera define una capa de revestimiento estrecha, una capa de miembros de refuerzo y una cubierta de cable que rodea las fibras ópticas en contacto con al menos algunos miembros de refuerzo.

La Patente U.S. Núm. 7,522,795 describe un cable de guía de onda óptica de tubo holgado con dos o más guías de onda ópticas con un tubo protector individual, o una envoltura para protección del ambiente. El cable no contiene compuestos similares al gel ni elementos de refuerzo.

La Patente U.S. Núm. 6,235,801 describe que un material de gel se expande al someter primero la mezcla de un material precursor de gel y microesferas expandibles por calor a un régimen de curado el cual cura el material precursor en un material de gel sin expandir las microesferas y luego se calienta para expandir el material de gel que contiene las microesferas. De esta manera, se produce un producto intermediario en la forma de un gel el cual es más manejable que el material precursor típicamente meloso. Este producto intermediario puede manipularse y colocarse en la ubicación de la aplicación pretendida y luego expandirse.

La Patente U.S. Núm. 7,603,018 describe una caja de cable para usar con un cable que tiene un eje de cable longitudinal, una cubierta exterior y un medio de transmisión dentro de la cubierta exterior, incluye un conjunto de carcasa y una estructura de alivio de tensión en el conjunto de carcasa. El conjunto de carcasa define una cámara y un puerto de cable. El conjunto de carcasa se configura para recibir el cable. La estructura de alivio de tensión incluye un par de estructuras de acoplamiento opuestas que definen una ranura de cable entre ellas. Al menos una de las estructuras de acoplamiento incluye un borde de la hoja que flanquea la ranura del cable. La caja de cable se configura para recibir el cable de manera que el cable se extienda a través del puerto del cable hacia el interior de la cámara y una porción del cable se reciba en la ranura del cable de manera que el al menos un borde de la hoja corte en la cubierta exterior para evitar la retirada del cable de la cámara a través del puerto del cable.

El problema técnico es proporcionar un gel de silicona que sea adecuado para fabricar un sello para sellar sistemas de cierre, particularmente para sistemas de comunicación o sistemas electrónicos o sistemas de interconexión. La invención se define por un gel de silicona seco con las características de acuerdo con la reivindicación 1.

Breve resumen

Se proporciona una composición de gel de silicona seco. El gel de silicona seco comprende un polímero base que tiene un grupo vinilsilicona. El gel comprende además un entrecruzador. El gel comprende además un extensor de cadena. En ciertas modalidades de la composición, el gel comprende además al menos un aditivo que se selecciona del grupo que consiste en: retardadores de la llama, agentes colorantes, promotores de adhesión, estabilizadores, rellenos, dispersantes, mejoradores de flujo, plastificantes, agentes de deslizamiento, agentes de endurecimiento, y sus combinaciones.

En algunas modalidades de la composición, el polímero base es un polidimetilsiloxano terminado en vinilo. En otras modalidades, el entrecruzador se selecciona del grupo que consiste en tetraquis(dimetilsiloxi)silano, metiltris(dimetilsiloxi)silano, y sus combinaciones. Aún en otras modalidades, el extensor de cadena se selecciona del grupo que consiste en polidimetilsiloxano que contiene hidruro, siloxano que contiene dihidruro, polidimetilsiloxano terminado en hidruro, polifenilmetilsiloxano terminado en hidruro, polidifenilsiloxano terminado en hidruro, silicona terminalmente funcionalizada y sus combinaciones.

En ciertas modalidades de la composición, el gel tiene una fracción molar de hidruro presente como entrecruzador entre 0,2 y 0,5. En otras modalidades, el gel tiene una relación de hidruro a vinilo entre 0,8 y 1,0. Aún en otras modalidades, el gel de silicona seco comprende entre 0,1 % en peso y 25 % en peso de un aditivo retardador de la llama. En algunas modalidades, el aditivo retardador de la llama en el gel de silicona seco es óxido de zinc.

Aún en otras modalidades, el polímero base tiene una o más de las siguientes propiedades: (1) un peso molecular entre 28 000 g/mol y 70 000 g/mol, (2) una viscosidad entre 500 mm2/s y 165 000 mm2/s, y (3) un contenido de vinilo entre 0,01 mmol/g y 0,1 mmol/g.

En otras modalidades, el gel comprende una o más de las siguientes propiedades: (1) una dureza de aproximadamente 72 g a aproximadamente 210 g o entre 100 g y 300 g, (2) una relajación de la tensión entre 30 % y 60 % cuando el gel se somete a una deformación de 50 % de su tamaño original, (3) una deformación por compresión de no más de 20 % después de que se haya aplicado una tensión de 50 % al gel durante 1000 horas a 70 °C, y (4) menos de 10 % de purga de aceite después de estar bajo compresión de 1,2 atm (120 kPa) durante 400 horas, 600 horas, 800 horas, 1000 horas, 1200 horas, o 1440 horas (60 días) a 60 °C.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un gráfico que muestra la dureza (g) en comparación con la relajación de la tensión (%) de los geles de silicona secos como se mide en un analizador de texturas TA-XT2 de Texture Technologies (Condado de Westchester, Nueva York). Los cuadrados proporcionan ejemplos de geles que son herméticos y reintroducibles; los triángulos rojos proporcionan ejemplos de geles que fallan en la "estanquidad" y/o la "reintroducción." El óvalo sólido en la parte inferior izquierda del gráfico indica ejemplos de geles de elastómero termoplásticos tradicionales. El óvalo sólido de la derecha indica una región específica para los geles de silicona secos. Tres ejemplos de gel de silicona seco se muestran dentro del óvalo. El óvalo punteado indica un intervalo extendido de geles de silicona secos aceptables.

La Figura 2 es un gráfico que muestra la relajación de la tensión (%) en comparación con la deformación por compresión (%) de geles de silicona secos durante 1000 horas a 70 °C. La deformación por compresión se midió mediante el uso de una versión modificada de la norma ASTM D395, método B. A diferencia de usar muestras con un diámetro de 29 mm un grosor de 12,5 mm, se midieron muestras que tenían un diámetro de 28 mm y un grosor de 12 mm. Los cuadrados proporcionan ejemplos de geles que son herméticos y reintroducibles; los triángulos rojos proporcionan ejemplos de geles que fallan en la estanqueidad y/o la reintroducción. El óvalo sólido en la izquierda del gráfico indica ejemplos de geles de elastómero termoplásticos tradicionales. El óvalo sólido de la derecha inferior indica una región específica para los geles de silicona secos. Tres ejemplos de gel de silicona seco se muestran dentro del óvalo. El óvalo punteado indica un intervalo extendido de geles de silicona secos aceptables.

La Figura 3 es un gráfico que muestra la dureza (g) en comparación con la deformación por compresión (%) de geles de silicona secos durante 1000 horas a 70 °C. De nuevo, la deformación por compresión se midió con la versión modificada de la norma ASTM D395, método B que se describió anteriormente. Los cuadrados proporcionan ejemplos de geles que son herméticos y reintroducibles; los triángulos rojos proporcionan ejemplos de geles que fallan en la estanqueidad y/o la reintroducción. El óvalo sólido en la izquierda del gráfico indica ejemplos de geles de elastómero termoplásticos tradicionales. El óvalo sólido de la derecha inferior indica una región específica para los geles de silicona secos. Tres ejemplos de gel de silicona seco se muestran dentro del óvalo. El óvalo punteado indica un intervalo extendido de geles de silicona secos aceptables.

La Figura 4 es un gráfico que muestra la purga de aceite de cinco geles bajo compresión a una presión de aproximadamente 120 kPa (aproximadamente 1,2 atm) y a una temperatura de aproximadamente 60 °C. Los geles etiquetados Si H140, Si H 170 y Si H200 son geles de silicona secos que tienen durezas de 140 g, 170 g y 200 g, respectivamente. Los geles etiquetados L2912 y L2908 son ejemplos de geles de elastómero termoplástico.

La Figura 5 es un gráfico que muestra una curva estequiométrica teórica que compara la dureza del gel de silicona seco como una función de la fracción molar del contenido de hidruro en el entrecruzador ("MFHC") y la relación hidruro/vinilo ("H/V").

La Figura 6 es una representación de un sistema de interconexión que tiene un concentrador de conexión que tiene múltiples puertos de conexión o receptáculos para el conector, la carcasa, y los componentes de cable que se conectan.

La Figura 7 es una representación de un conector, carcasa y conjunto de cable con sellado radial.

La Figura 8 es una representación de un conector, carcasa y conjunto de cable con sellado axial.

Las Figuras 9a y 9b son representaciones de un conjunto de carcasa de dos piezas recto diseñado para sellado axial.

Las Figuras 10a y 10b son representaciones de un conjunto de carcasa de dos piezas en ángulo diseñado para sellado axial.

Descripción detallada

Como se usa en la presente descripción, los términos tales como "típicamente" no pretenden limitar el alcance de la invención reivindicada o implicar que ciertas características son críticas, esenciales, o incluso importantes para la estructura o función de la invención reivindicada. Más bien, estos términos pretenden simplemente resaltar características alternativas o adicionales que pueden o no usarse en una modalidad particular de la presente invención.

Como se usa en la presente descripción, los términos "comprende(n)," "incluye(n)," "que tiene," "tiene," "contiene(n)," y sus variantes, pretenden ser frases, términos o palabras de transición de extremo abierto que no excluyen la posibilidad de actos o estructura adicionales.

Cualquier intervalo de concentración, intervalo de porcentaje, o intervalo de relación citado en la presente descripción debe entenderse que incluye concentraciones, porcentajes o relaciones de cualquier número entero dentro de ese intervalo y sus fracciones, tal como una décima y una centésima parte de un número entero, a menos que se indique de otra forma. También, cualquier intervalo de números citado en la presente descripción que se relacione con cualquier característica física debe entenderse que incluye cualquier número entero dentro del intervalo citado, a menos que se indique de otra forma. Debe entenderse que los términos "un" y "una" como se usaron anteriormente y en otra parte en la presente descripción se refieren a "uno o más" de los componentes enumerados. Por ejemplo, "un" polímero se refiere a un polímero o una mezcla que comprende dos o más polímeros.

Como se usa en la presente descripción, el término "gel de silicona seco" puede referirse a un polímero químicamente entrecruzado que tiene una cadena principal de Si-O y que comprende una cantidad relativamente baja, o ninguna cantidad en absoluto, de fluidos diluyentes tales como aceite de silicona o aceite mineral. A diferencia de los polímeros a base de carbono, los polímeros de silicona entrecruzada de los geles de silicona secos se basan en una cadena principal de Si-O. Las características del silicio y el oxígeno proporcionan polímeros entrecruzados con sus propiedades excepcionales. Por ejemplo, el silicio forma estructuras tetraédricas estables y los enlaces silicio-oxígeno son relativamente fuertes, lo que resulta en geles de silicona secos con resistencia a altas temperaturas. Adicionalmente, los polímeros de Si-O entrecruzados tienen una flexibilidad de cadena relativamente alta así como también una barrera de energía rotacional baja.

Los geles de silicona secos pueden fabricarse de acuerdo con un número de diferentes reacciones de polimerización. En ciertas modalidades, la reacción de polimerización es una reacción de hidrosilación, también denominada reacción de hidrosilación. En algunas modalidades, la reacción de hidrosilación hace uso de un catalizador de platino, mientras que otras modalidades hacen uso de radicales. En modalidades adicionales, el gel de silicona seco se fabrica mediante una

reacción de acoplamiento deshidrogenada. En otras modalidades, el gel de silicona seco se fabrica mediante una reacción de RTV de curado por condensación.

El gel de silicona seco se fabrica al reaccionar al menos un entrecruzador, un extensor de cadena y un polímero base (por ejemplo, un polidimetilsiloxano terminado en vinilo). En ciertas modalidades, se incluye un catalizador para acelerar la reacción. En modalidades adicionales, puede usarse un inhibidor para ralentizar la velocidad de reacción. Los componentes de los geles de silicona secos, sus propiedades resultantes y su uso final se describen en mayor detalle más abajo.

El gel de silicona seco se fabrica mediante un mecanismo de reacción de curado por adición o de curado con platino. El mecanismo emplea el uso de un catalizador. Mediante el uso de un catalizador, la energía de activación de la reacción baja y se pueden lograr tiempos de curado más rápidos a temperaturas más bajas. Más abajo se muestra una descripción esquemática del mecanismo de reacción de curado con platino en (I).

Para que la reacción en (I) sea posible, dos grupos funcionales deben reaccionar entre sí. En ciertas modalidades, las dos funcionalidades son (1) el grupo Si-H y (2) el grupo Si-vinilo. Estas dos funcionalidades pueden proporcionarse mediante: (1) un polímero base, (2) un entrecruzador y (3) un extensor de cadena.

Polímero base

En ciertas modalidades, el grupo Si-vinilo se proporciona mediante un polímero base tal como un polidimetilsiloxano terminado en vinilo (de cualquier otra manera denominado "V-PDMS"), el cual se muestra a más abajo en (II). En este ejemplo, el compuesto de polímero base comprende un grupo vinilo en cada extremo del compuesto.

En ciertas modalidades, el peso molecular del polímero base se controla a través de la polimerización de apertura de anillo aniónica de siloxanos cíclicos en la presencia de hidróxido de metal alcalino de una base que es volátil (por ejemplo, silanolato de tetrametilamonio). Se necesita la protección del PDMS con un grupo vinilo, por lo que estos grupos se adicionan a la mezcla de polimerización. El V-PDMS junto con el extensor de cadena determinan el peso molecular entre los diferentes sitios de entrecruzamiento.

El polímero base que contiene vinilo, tal como V-PDMS, puede tener diferentes viscosidades que afectan al gel de silicona seco resultante. En general, un V-PDMS de alto peso molecular producirá un gel no curado con una mayor viscosidad. En ciertas modalidades, un V-PDMS de bajo peso molecular generalmente mejora la procesabilidad. En otras modalidades, el V-PDMS que se usa en el gel de silicona seco tiene una viscosidad entre aproximadamente 500 y 165000 cSt (500-165000 mm2/s), entre aproximadamente 1000 cSt y 50000 cSt (1000-50000 mm2/s), entre aproximadamente 3000 cSt y 7000 cSt (3000-7000 mm2/s), o entre aproximadamente 4500 cSt y 5500 cSt (4500­ 5500 mm2/s).

En algunas modalidades, el polidimetilsiloxano terminado en vinilo tiene un peso molecular entre aproximadamente 20 000 g/mol y aproximadamente 50 000 g/mol. En otras modalidades, el polidimetilsiloxano terminado en vinilo tiene un peso molecular entre aproximadamente 50 000 g/mol y aproximadamente 80 000 g/mol. Aún en otras modalidades, el polidimetilsiloxano terminado en vinilo tiene un peso molecular entre aproximadamente 28000 g/mol y aproximadamente 72 000 g/mol. En una modalidad particular, el polidimetilsiloxano terminado en vinilo tiene un peso molecular de aproximadamente 49500 g/mol.

En ciertas modalidades, el polímero base contiene entre aproximadamente 1 y 10 mol de vinilo por cada 500000 g/mol de V-PDMS. En una modalidad, el polímero base contiene aproximadamente 2 mol de vinilo por cada 200 000 g/mol de V-PDMS (la concentración de grupo extremo de vinilo sería del orden de 10-5). Aún en otras modalidades, el contenido de vinilo del V-PDMS está entre aproximadamente 0,01 y 0,1 mmol/g, o entre aproximadamente 0,036 y 0,07 mmol/g.

Entrecruzador

En ciertas modalidades, los grupos extremos Si-H para la reacción en (I) pueden proporcionarse mediante un entrecruzador y un extensor de cadena. Un entrecruzador es capaz de formar conexiones entre cadenas de polidimetilsiloxano terminadas en vinilo. En ciertas modalidades, el entrecruzador incluye sustituyentes electronegativos tales como alquilsiloxi o cloro. En una modalidad, el entrecruzador comprende cuatro grupos Si-H que son capaces de formar un punto de conexión entre cuatro cadenas de polidimetilsiloxano terminadas en vinilo diferentes. En algunas modalidades, el entrecruzador es tetraquis(dimetilsiloxi)silano, que se muestra más abajo en (Ill). En otras modalidades, el entrecruzador es metiltris(dimetilsiloxi)silano. También se pueden usar otros entrecruzadores. El uso de entrecruzadores funcionalmente superiores también es posible, pero estos forman estructuras de polímeros menos definidas.

Extensor de Cadena

Adicionalmente al entrecruzador, el grupo extremo Si-H se proporciona mediante un extensor de cadena, en donde ambos extremos del compuesto extensor de cadena se terminan con un grupo Si-H. En ciertas modalidades, el extensor de cadena comprende grupos reactivos que son compatibles y están dispuestos a reaccionar con los grupos vinilo en el polímero base. Al igual que para el entrecruzador, estos grupos son grupos Si-H que pueden reaccionar en una reacción de hidrosilación. El extensor de cadena típicamente incluye dos grupos funcionales; sin embargo, el extensor de cadena puede incluir tres o más grupos funcionales, de manera que el extensor de cadena funciona como un agente de ramificación. Los grupos funcionales pueden ser iguales o diferentes entre sí.

Los grupos funcionales también pueden ser iguales o diferentes a los grupos funcionales del primer componente y/o el segundo componente.

El extensor de cadena puede ser cualquier extensor de cadena conocido en la técnica. En una modalidad, el extensor de cadena es un polidimetilsiloxano que contiene hidruro. En otra modalidad, el extensor de cadena es un polidimetilsiloxano terminado en hidruro, que se muestra más abajo en (IV).

En una modalidad adicional, el extensor de cadena es un polifenilmetilsiloxano terminado en hidruro. En otra modalidad, el extensor de cadena es un polidifenilsiloxano terminado en hidruro. Aún en otra modalidad, el extensor de cadena es un siloxano que contiene dihidruro. El extensor de cadena puede tener un alto peso molecular o un bajo peso molecular. El extensor de cadena también puede ser ramificado o no ramificado. En otras modalidades, el extensor de cadena es un polidimetilsiloxano de alto peso molecular. En otras modalidades, el extensor de cadena es un polidimetilsiloxano de bajo peso molecular.

En otras modalidades, el extensor de cadena es una silicona con terminación funcional tal como un polidimetilsiloxano terminado en silanol, terminado en vinilo y terminado en amino. Tales siliconas tienen una baja resistencia al desgarre y pueden endurecerse al incorporar sílice ahumada (SiO2) en la estructura. Por ejemplo, se puede incluir un siloxano funcionalizado con alcoxi. Los siloxanos funcionalizados con alcoxi adecuados incluyen polidietoxisiloxano, tetraetoxisilano, tetrametoxisilano y polidimetoxisiloxano. En otras modalidades, el extensor de cadena es una fluorosilicona, fenilsilicona o una dietilsilicona con ramificación.

En ciertas modalidades, al hacer uso de la molécula extensora de cadena, el polímero base V-PDMS puede ser más corto debido a que el extensor de cadena H-PDMS extenderá la cadena de polímero base V-PDMS in situ entre dos compuestos entrecruzadores. Mediante el uso de este mecanismo, se puede aplicar una cadena V-PDMS de una longitud más corta la cual conduce a unas viscosidades más bajas y compuestos con los que es más fácil trabajar. Por lo tanto, pueden usarse compuestos de polímero base de viscosidad más baja a diferencia de un mecanismo de reacción de curado activado por peróxido. Por ejemplo, un mecanismo de curado activado por peróxido hace uso de cadenas de polímeros con viscosidades de aproximadamente 2 000 000 cSt (2 000 000 mm2/s) mientras que el mecanismo de curado con platino permite cadenas de polímeros base (V-PDMS) que tienen viscosidades de aproximadamente 5000 cSt (5000 mm2/s).

MFHC y Relaciones H/V

Las cantidades de entrecruzador y extensor de cadena que proporcionan el componente de hidruro pueden variarse. En ciertas modalidades, la cantidad de hidruro en el gel se define en términos de la fracción molar de hidruro presente como entrecruzador ("MFHC"). Por ejemplo, cuando el valor de MFHC es 0,3 o 30 %, esto significa que 30 % de los hidruros presentes en el sistema son parte del entrecruzador y el 70 % restante de los hidruros se proporcionan por el extensor de cadena. En ciertas modalidades, la relación MFHC puede alterarse para ajustar la dureza del gel (es decir, un aumento en el MFHC puede aumentar la dureza). En ciertas modalidades, el valor de MFHC es mayor que 0,2, 0,3, 0,4 o 0,5. En algunas modalidades, el valor de MFHC está entre 0,2 y 0,5. En otras modalidades, el valor de MFHC está entre 0,3 y 0,4.

La cantidad total de componentes de hidruro en el gel también puede variar. La relación de los componentes de hidruro a vinilo (que proporciona el polímero base) puede definirse como "H/V." En otras palabras, H/V es el total de moles de hidruro (contribuciones del entrecruzador y extensor de cadena) dividido por la cantidad en moles de vinilo del polímero base (por ejemplo, V-PDMS) presente. En ciertas modalidades, el gel de silicona seco tiene una relación H/V entre 0,5 y 1,0, entre 0,6 y 1,0, entre 0,7 y 1,0, entre 0,8 y 1,0, o entre 0,9 y 1,0. Si la relación H/V es mayor que 1, esto significa que hay más grupos hidruros presentes en el sistema que grupos vinilo. En teoría, el gel de silicona seco tendrá una dureza máxima donde la relación H/V es 1 (este es el punto teórico donde todos los grupos reaccionan entre sí.) Sin embargo, en la práctica este no es siempre el caso y el máximo estará situado en la vecindad de H/V igual a 1.

En la Figura 5 se muestra una representación teórica que representa la relación entre la dureza del gel de silicona seco y la relación H/V. En ciertas modalidades, la región de interés (o "ROI") para el gel de silicona seco comprende ligeramente menos hidruros que grupos vinilo (es decir, el H/V es menos que pero cercano a 1). Esto es debido a que los geles con valores de H/V mayores a 1 pueden sufrir un endurecimiento posterior no deseado del gel. Con la ayuda de la curva estequiométrica que se muestra en la Figura 5, la relación entre la cantidad de grupos hidruros y la cantidad de vinilo puede calcularse para obtener una cierta dureza. Este valor puede usarse para obtener la diferente cantidad de reactivos necesaria para fabricar un gel con la dureza deseada.

Una descripción esquemática de la reacción se representa en (V) más abajo, en donde los compuestos entrecruzadores se representan por "+," los compuestos extensores de cadena se representan por "=," y los compuestos de V-PDMS de polímero base se representan por "-." En ciertas modalidades, el extensor de cadena siempre debe conectar dos compuestos de polímero base diferentes, o conectarse a un polímero base y terminar la cadena en el extremo opuesto.

Catalizador

En ciertas modalidades, se usa un catalizador de curado por adición para ayudar a reaccionar el polímero base, el entrecruzador y el extensor de cadena. Realizar la reacción sin usar un catalizador es típicamente un proceso que consume mucha energía. Se necesitan temperaturas de 300 °C o incluso mayores para evitar que el gel producido tenga propiedades mecánicas deficientes e inconsistentes.

En ciertas modalidades, el catalizador incluye un metal del Grupo VIII. En otras modalidades, el catalizador comprende platino. El catalizador de platino se puede preparar de acuerdo con los métodos que se describen en la técnica, por ejemplo, Lewis, Platinum Metals Rev., 1997, 41, (2), 66-75 y Patente U.S. Núm. 6,030,919, que se incorpora en la presente descripción como referencia. En otra modalidad, el catalizador es un catalizador homogéneo. En otras modalidades, el catalizador es un catalizador heterogéneo. Los ejemplos de catalizadores heterogéneos incluyen carbono o alúmina recubiertos de platino.

En una modalidad, el catalizador es el "catalizador de Karstedt." Este es un catalizador de platino que se fabrica de Pt en complejo con diviniltetrametildisiloxano, que se muestra más abajo en (VI).

Una ventaja de este catalizador es el hecho de que no tiene lugar una reacción heterogénea sino que el catalizador formará un coloide. Una ventaja de estos catalizadores es el hecho de que solo se necesita una pequeña cantidad (nivel de ppm). Esto reduce el costo del proceso de polimerización.

En otra modalidad, el catalizador puede ser un complejo de cloruro de rodio, por ejemplo, cloruro de tris(trifenilfosfina)rodio ("catalizador de Wilkinson").

Los catalizadores basados en rodio pueden requerir mayores concentraciones y mayores temperaturas de reacción para tener éxito en gran medida. Pero el envenenamiento viene junto con la reactividad; y por lo tanto, los catalizadores basados en rodio pueden envenenarse menos fácilmente que los catalizadores de platino.

Aún en otras modalidades, el catalizador puede ser un derivado de carbonilo de hierro, cobalto y níquel. En una modalidad, el catalizador es dicobaltoctacarbonil CO2(CO)8. Deben evitarse las altas temperaturas (por ejemplo, > 60 °C) para evitar la descomposición y la desactivación del catalizador. En comparación con el catalizador de Pt, aquí se necesitan 10-3 M en el caso de Pt el cual está en 10-6 M o nivel de ppm. También, la reactividad se ralentiza en un factor de 5.

El mecanismo de reacción catalítica es un mecanismo de Lewis. Primero, hay una coordinación del oxígeno al catalizador en la presencia del entrecruzador o extensor de cadena. Esta etapa se denomina período de inducción. Esto da hidrógeno y el coloide de platino. A continuación, el extensor de cadena o entrecruzador precederá al ataque del grupo vinilo. Al hacer esto, se forma un complejo electrofílico. El grupo vinilo (V-PDMS) actuará luego como un nucleófilo. Combinar tanto el grupo vinilo de la cadena de V-PDMS con el entrecruzador o extensor de cadena que se unió al catalizador de Pt da el producto de silicona. El hidruro se transfiere al segundo carbono del grupo vinilo. Luego, el coloide de Pt está disponible para reaccionar por segunda vez. El oxígeno puede verse como un cocatalizador debido a que el oxígeno no se consume en esta reacción y el O-O no se rompe en la secuencia de reacción.

Los catalizadores deben aislarse de compuestos que pueden envenenar, o de cualquier otra manera dañar, el rendimiento del catalizador. Por ejemplo, las aminas, los tioles y los fosfatos pueden envenenar todos un catalizador tal como un catalizador que contiene platino. Las aminas, los tioles y los fosfatos pueden formar complejos muy estables con un catalizador, de esta manera ralentizan la reacción o detienen completamente la reacción.

Inhibidor

En ciertas modalidades, se adicionan inhibidores en la formulación en gel de silicona para ralentizar el proceso de curado. Ralentizar el proceso de curado permite más tiempo para trabajar con la mezcla de polímero durante el procesamiento, la dispensación y el moldeado.

El inhibidor puede unirse al catalizador y formar un complejo estable. Al hacer esto, el catalizador de Pt se desactiva. Cuando el complejo se activa al adicionar energía (elevar la temperatura), el inhibidor perderá su unión con el catalizador de Pt. Después de esto, el catalizador de Pt está en su forma activada de nuevo y la reacción de polimerización puede comenzar. El inhibidor puede ayudar a manipular el gel antes de que se cure completamente y extender la duración útil. En ciertas modalidades, la duración útil puede ser de aproximadamente 1 hora a temperatura ambiente y de 6-8 horas a 3 °C.

En ciertas modalidades, el inhibidor comprende dos grupos ricos en electrones (función alcohol y alilo) que forman un alcohol acetilénico. Estos grupos pueden interactuar con el catalizador y protegerlo de otros grupos reactivos. En una modalidad, el inhibidor de un catalizador de Pt es 3,5-Dimetil-1-hexin-3-ol, que se muestra más abajo en (Vil).

Aditivos

En ciertas modalidades, la composición de gel de silicona seco puede comprender componentes comunes adicionales. Por ejemplo, las composiciones pueden incluir aditivos tales como retardadores de la llama, agentes colorantes, promotores de adhesión, estabilizadores, rellenos, dispersantes, mejoradores de flujo, plastificantes, agentes de deslizamiento, agentes de endurecimiento y sus combinaciones. En ciertas modalidades, los aditivos adicionales pueden incluir al menos un material que se selecciona del grupo que consiste en Dynasylan 40, PDM 1922, Songnox 1024, Kingnox 76, DHT-4A, Kingsorb, pigmento y sus mezclas. En algunas modalidades, los aditivos comprenden entre 0,1 y 25 % en peso de la composición total, entre 0,1 y 5 % en peso de la composición total, entre 0,1 y 2 % en peso de la composición total, o entre 0,1 y 1 % en peso de la composición total.

En algunas modalidades, las composiciones descritas y mediante métodos descritos en la presente descripción comprenden un retardador de la llama. En ciertas modalidades, el retardador de la llama es óxido de zinc. En algunas modalidades, el retardador de la llama comprende entre 0,1 y 25 % en peso de la composición total, entre 0,1 y 5 % en peso de la composición total, entre 0,1 y 2 % en peso de la composición total, o entre 0,1 y 1 % en peso de la composición total. En una modalidad, el retardador de la llama comprende 20 % en peso de la composición de gel total.

En algunas modalidades, las composiciones descritas y fabricadas mediante los métodos descritos en la presente descripción contienen al menos un estabilizador. Los estabilizadores incluyen antioxidantes, depuradores de ácidos, absorbedores/estabilizadores de luz y UV, estabilizadores de calor, desactivadores de metales, depuradores de radicales libres, negro de carbón y agentes antifúngicos.

Fabricación del gel de silicona seco

En una modalidad, el gel de silicona seco se prepara mediante el mezclado de un primer conjunto de componentes juntos, el mezclado de un segundo conjunto de componentes juntos, y luego el mezclado de los dos conjuntos de componentes juntos. El primer conjunto de componentes comprende mezclar el polímero base (por ejemplo, V-PDMS) con el catalizador. El segundo conjunto de componentes comprende mezclar el entrecruzador y el extensor de cadena. El segundo conjunto de componentes puede comprender también mezclar polímero base adicional, y en algunas modalidades, un inhibidor. En algunas modalidades, el primer y/o segundo conjunto de componentes también puede comprender mezclar al menos uno de los aditivos discutidos anteriormente. En ciertas modalidades, la cantidad de catalizador presente en el primer conjunto de componentes está entre 0,01-1 % en peso, entre 0,050,1 % en peso, o aproximadamente 0,083 % en peso. En algunas modalidades, el resto del primer conjunto de componentes es el polímero base.

Con respecto al segundo conjunto de componentes, en ciertas modalidades, la cantidad de entrecruzador está entre 0,1-1 % en peso, entre 0,2-0,4 % en peso, o aproximadamente 0,3 % en peso. En ciertas modalidades, la cantidad de extensor de cadena en el segundo conjunto de componentes está entre 0,5-5 % en peso, entre 1-3 % en peso, o entre 1,5-2,5 % en peso. En algunas modalidades, la cantidad de inhibidor en el segundo conjunto de componentes está entre 0,01-0,1 % en peso, entre 0,1-0,5 % en peso, o aproximadamente 0,04 % en peso. En otras modalidades, la cantidad de polímero base en el segundo conjunto de componentes está entre 95-99,9 % en peso, entre 96-99 % en peso, o entre 97-98,5 % en peso.

En ciertas modalidades, la cantidad combinada de entrecruzador y extensor de cadena en el gel de silicona seco total está entre 0,1-5 % en peso, entre 0,5-2 % en peso, entre 0,75-1,5 % en peso o aproximadamente 1,25 % en peso.

El gel de silicona seco se prepara luego mediante el mezclado del primer conjunto de componentes con el segundo conjunto de componentes. En una modalidad, la relación de peso de la mezcla del primer conjunto de componentes al segundo conjunto de componentes es aproximadamente 1:1. En otra modalidad, la relación de peso de la mezcla está entre aproximadamente 47,5:52,5 y 52,5:47,5. Ajustar la relación ligeramente puede causar grandes diferencias en la dureza total del gel de silicona seco. Por ejemplo, en ciertas modalidades, cuando la relación es 52,5:47,5 entre el primer y el segundo conjunto de componentes (en donde el segundo conjunto de componentes comprende V-PDMS, entrecruzador, extensor de cadena e inhibidor), la dureza puede ser más baja que la dureza de la misma composición en la relación de mezcla 1:1. Adicionalmente, en ciertas modalidades, cuando la relación es 47,5:52,5 entre el primer y el segundo conjunto de componentes, la dureza puede ser mayor que la dureza de la misma composición en la relación de mezcla 1:1. En un ejemplo, la dureza puede ser de aproximadamente 72 g en la relación de 52,5:47,5, 140 g en la relación de 1:1 y aproximadamente 210 g en la relación de 47,5:52,5. En otras palabras, una variación de 2,5 % puede afectar la dureza del gel en hasta 70 g. Por lo tanto, el procedimiento de pesaje durante la preparación de la composición de gel debe llevarse a cabo con una alta precisión.

Usos y Propiedades del Gel de Silicona Seco

Los geles de silicona secos que se describen en la presente descripción pueden usarse en un número de usos finales debido a sus propiedades mejoradas, tales como un comportamiento mejorado en las tensiones mecánicas (por ejemplo, vibración y choque) o capacidad para sellar estructuras desiguales o complicadas (debido a la capacidad de fluir y adaptarse al área de la estructura). En ciertas modalidades, los geles de silicona secos pueden usarse en un sistema de interconexión, recubrimiento o cierre. En particular, el gel de silicona seco puede usarse en un cierre de fibra óptica, sellador eléctrico o cierre eléctrico. En algunas modalidades, los geles de silicona secos se usan como envolturas de gel, cubiertas o cápsulas de gel. En modalidades adicionales, los geles de silicona secos se usan en el interior de una residencia. En otras modalidades, los geles de silicona secos se usan fuera de una residencia. El uso del gel de silicona seco dentro de un sistema de cierre o interconexión puede permitir una reducción en el número de componentes, el tamaño del bastidor o el costo sobre otros mecanismos de sellado. En ciertas modalidades, el gel de silicona seco se usa como un sellador retardador de la llama. En una modalidad, el gel de silicona seco comprende un aditivo retardador de la llama (por ejemplo, óxido de zinc) para funcionar como un sellador retardador de la llama.

En ciertas modalidades, el gel de silicona seco se usa en un sistema de cierre. En ciertas modalidades, el sistema de cierre comprende una carcasa, un cable y un gel de silicona seco. En algunas modalidades, el cable es un cable LSZH.

En algunas modalidades, el sistema comprende además un conector, y, en algunos casos, un receptáculo o puerto, en el que se forma un sistema de interconexión. El sistema de interconexión puede comprender un miniconector de entrada/salida, conector de datos, conector de energía, conector de fibra óptica o sus combinaciones. Por ejemplo, el sistema de interconexión puede comprender un sistema conector RJ-45. Los ejemplos no limitantes de los sistemas y componentes de interconexión se muestran en las Figuras 6, 7, 8, 9a, 9b, 10a y 10b.

El gel de silicona seco puede usarse para crear un sello que se forma por desplazamiento. En otras modalidades, el gel de silicona seco puede usarse para crear un sello que tiene funcionalidad radial, funcionalidad axial, o sus combinaciones. Aún en otras modalidades, el gel de silicona seco puede usarse para crear un sello que se forma por desplazamiento y que tiene funcionalidad radial y/o axial.

Las Figuras 6, 7 y 8 proporcionan ejemplos no limitantes de funcionalidad radial y axial. La Figura 6 muestra un ejemplo de un concentrador de conexión que tiene múltiples receptáculos o puertos de conexión para los cables 16 dentro de las carcasas 14 que se conectan. La Figura 6 muestra tanto los puertos de conexión radial 10 como los puertos de conexión axial 12. La Figura 7 muestra un conector 26; carcasa 18, 28; y conjunto de cable 16 con sellado radial 22. La Figura 8 muestra un conector 26; carcasa 32, 34; y conjunto de cable 16 con sellado axial 30, en donde el sello sigue la superficie del puerto axial 12. En ciertas modalidades, la carcasa puede tener una perilla 20 que puede empujarse hacia dentro para acoplar el cierre 24 en el conector 26, lo que permite que el conector se retire del puerto.

En ciertas modalidades, el gel de silicona seco puede usarse para crear un sello en un conjunto de carcasa que tiene múltiples partes. Por ejemplo, en una modalidad, el gel de silicona seco puede usarse en un conjunto de carcasa de dos piezas recto, como se muestra en las Figuras 9a y 9b. En otra modalidad, el gel de silicona seco puede usarse en un conjunto de carcasa de dos piezas en ángulo, como se muestra en las Figuras 10a y 10b. El gel de silicona seco puede sellarse alrededor del cable 16 al deslizar una formación de gel de menor diámetro sobre el cable para crear un sello a través de interferencias. En otras modalidades, el sello puede crearse al moldear el gel de silicona seco alrededor del interior de los componentes de la carcasa y luego enganchar la carcasa, el gel y el cable en su lugar.

En algunas modalidades, el gel de silicona seco se usa en un sistema de cierre o interconexión que es "compatible" con un cable de cero halógeno de bajo humo (LSZH). En ciertas modalidades, la compatibilidad se mide al someter la muestra a una o más pruebas mecánicas o ambientales para probar ciertos requisitos funcionales. En algunas modalidades, la compatibilidad se mide al pasar una prueba de pérdida de presión, una prueba de estanqueidad y/o una prueba de apariencia visual. En ciertas modalidades, el gel de silicona seco en el sistema de cierre o interconexión es compatible donde un gel de elastómero termoplástico tradicional fallaría (como se muestra y describe en los ejemplos y figuras).

La estanqueidad puede probarse bajo la Prueba 61300-2-38 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), Método A e IEC 60068-2-17, Prueba Qc. En ciertas modalidades, la estanqueidad se prueba al sumergir el espécimen en un baño de agua y usar una presión interna de 20-40 kPa (0,2-0,4 atm) durante 15 minutos. Es importante medir la estanqueidad directamente después de instalar el cierre a una temperatura de -15 °C o 45 °C. También es importante eliminar todas las burbujas de aire presentes en el exterior del cierre. Si se observa un flujo continuo de burbujas de aire, esto significa que el espécimen no está correctamente sellado y se considerará como un fallo (es decir, no compatible).

La pérdida de presión puede probarse bajo IEC 61300-2-38, Método B. En ciertas modalidades, el gel y el cable son compatibles si la diferencia de presión antes y después de la prueba es de menos de 2 kPa (0,02 atm).

La apariencia visual puede probarse bajo IEC 61330-3-1 al examinar el producto a simple vista en busca de defectos que puedan afectar negativamente el rendimiento del producto.

La muestra puede someterse a varias condiciones mecánicas y/o ambientales antes de probar la estanqueidad, pérdida de presión, apariencia visual, etc. En ciertas modalidades, la compatibilidad se determina al someter la muestra a una o más de las siguientes pruebas mecánicas: prueba de tensión axial, prueba de flexión, prueba de reintroducción y prueba de torsión, y/o una o más pruebas ambientales: prueba de resistencia a medios agresivos, prueba de resistencia a agrietamiento por tensión, prueba de niebla salina, prueba de ciclado de temperatura y prueba de cabezales hidráulicos.

En ciertas modalidades, la muestra se somete a una prueba de tensión axial de acuerdo con IEC 61300-2-4. En esta prueba, la muestra puede presionarse internamente a 20 kPa (0,2 atm) o 40 kPa (0,4 atm) a temperatura ambiente y sellarse. El conjunto base está sujetado y se aplica una fuerza a cada uno de los cables extendidos individualmente. Si la muestra tiene un diámetro exterior menor o igual a 7 mm, entonces la cantidad de fuerza por cable que se aplica es igual a (diámetro exterior/45 mm) * 500 Newtons ("N"). Esta fuerza se aplica durante 15 minutos para cada cable y se construye según la prueba IEC 61300-2-4. Si la muestra tiene un diámetro exterior mayor que 7 mm, entonces la cantidad de fuerza por cable que se aplica es igual a (diámetro exterior/45 mm) * 1000 Newtons N, con un máximo de 1000 N aplicados. Esta fuerza se aplica durante una hora. Luego, se examina la presión interna en busca de pérdida de presión. En ciertas modalidades, el gel y el cable son compatibles si la pérdida de presión es menor que 2 kPa (0,02 atm). Adicionalmente, en ciertas modalidades, el gel y el cable son compatibles si el desplazamiento del cable es menor que 3 mm. En otras modalidades, los especímenes se someten adicionalmente a la prueba de estanqueidad, que se describió anteriormente.

En otras modalidades, la compatibilidad se mide al someter la muestra a una prueba de flexión de acuerdo con IEC 61300-2-37. En esta prueba, las muestras se someten a temperaturas de -15 °C y 45 °C. Las muestras se presionan internamente a 20 kPa o 40 kPa (0,2 atm o 0,4 atm) y se sellan. Los cables se doblan individualmente en un ángulo de 30° (o una aplicación de fuerza máxima de 500 N) cada lado del neutro en el mismo plano. Cada operación de doblaje se mantiene durante 5 minutos. El cable vuelve a su posición original y luego el procedimiento se repite en la dirección opuesta. Después de 5 ciclos en cada cable, las muestras se inspeccionan visualmente a simple vista para determinar su apariencia, se acondicionan a temperatura ambiente y se someten a una prueba de estanqueidad. En algunas modalidades, el gel y el cable LSZH son compatibles si el espécimen supera la prueba de apariencia visual, la prueba de pérdida de presión (es decir, menos de 2 kPa (0,02 atm)), y/o la prueba de estanqueidad.

En otra modalidad, la compatibilidad se mide al someter la muestra a una prueba de reintroducción de acuerdo con IEC 61300-2-33. En ciertas modalidades, la reintroducción puede simularse después de un cierto tiempo de ciclado de temperatura. Para completar esta prueba, el cierre debe retirarse de la sala de ciclado y probarse con estanqueidad. Después de esto se puede realizar una prueba de reintroducción. En esta prueba, se retira un tapón o cable falso del cierre y se adiciona otro cable o tapón falso. Luego, se vuelve a medir la estanqueidad. La reintroducción es satisfactoria si el cierre pasa la prueba de estanqueidad de nuevo.

Se puede emplear otra prueba mecánica para determinar la compatibilidad. La muestra puede someterse a una prueba de torsión de acuerdo con IEC 61300-2-5. Después de la terminación de la prueba de torsión, el gel y el cable pueden considerarse compatibles si la muestra pasa la prueba de inspección visual, la prueba de pérdida de presión y/o la prueba de estanqueidad.

Aún en otras modalidades, la compatibilidad se mide mediante la realización de una prueba ambiental de ciclado de temperatura o envejecimiento acelerado bajo IEC 61300-2-22 e IEC 60068-2-14, Prueba Nb. En una modalidad, la prueba de ciclado de temperatura se realiza en la cubierta del cable entre los bloques de gel mediante el ciclado de temperatura entre -40 °C y 70 °C durante 10 días a dos ciclos entre las temperaturas extremas por día. En algunas modalidades, la humedad no se controla, el tiempo de permanencia es de cuatro horas y el tiempo de transición es de dos horas. En ciertas modalidades, la cubierta del cable se prueba para el mantenimiento de la resistencia a la tracción, la elongación final, la estanqueidad, la apariencia visual y/o la reintroducción. También, en ciertas modalidades, después de la prueba de ciclado de temperatura, la estanqueidad de los cierres necesita probarse después de acondicionarse a temperatura ambiente durante un mínimo de 2 horas. Por lo tanto, en ciertas modalidades, el gel y el cable LSZH son compatibles si el espécimen pasa la prueba de estanqueidad.

En otra modalidad, la compatibilidad se determina al someter la muestra a una prueba de resistencia a medios agresivos bajo IEC 61300-2-34, ISO 1998/1 y EN 590. La muestra se considera compatible si subsecuentemente pasa la prueba de estanqueidad y/o apariencia.

Aún en otra modalidad, la compatibilidad se determina al someter la muestra a una prueba de resistencia a agrietamiento por tensión bajo IEC 61300-2-34. La muestra se considera compatible si subsecuentemente pasa la prueba de estanqueidad y/o no muestra signos visibles de agrietamiento.

En otras modalidades, la compatibilidad se determina al someter la muestra a una prueba de niebla salina bajo IEC 61300-2-36 e IEC 60068-2-11, Prueba Ka. La muestra se considera compatible si subsecuentemente pasa la prueba de estanqueidad y/o apariencia.

En algunas modalidades, la compatibilidad se determina al someter la muestra a una prueba de cabezal hidráulico bajo IEC 61300-2-23, Método 2. La muestra se considera compatible si no hay entrada de agua.

En ciertas modalidades, el gel de silicona seco tiene propiedades medibles. Por ejemplo, en algunas modalidades, el gel de silicona seco tiene una dureza en el intervalo de 26 a 53 Dureza Shore 000, o de 100 a 300 g, como se mide de acuerdo con los métodos conocidos en la técnica. En ciertas modalidades, el medidor de dureza shore se mide de acuerdo con ISO868 o ASTM D2240. En otras modalidades, la dureza puede medirse en un analizador de texturas. Por ejemplo, un Analizador de Texturas Brookfield LFRA puede incluir un conjunto de sonda fija a una celda de carga bidireccional accionada por motor. En tal sistema, la sonda se acciona verticalmente hacia la muestra a una velocidad preestablecida y a una profundidad preestablecida. La dureza es la cantidad de fuerza necesaria para introducir la sonda en la muestra de prueba. En otras modalidades, el gel de silicona seco tiene una dureza en el intervalo de 37 a 45 Shore 000, o de 160 a 220 g. Aún en otras modalidades, el gel de silicona seco tiene una dureza en el intervalo de 38 a 42 Shore 000, o de 170 a 200 g.

Por ejemplo adicional, en algunas modalidades, la deformación por compresión, como se mide después de que se aplica una tensión de 50 % durante 1000 horas a 70 °C, tiene un intervalo entre 4 % y 20 %. En otras modalidades, la deformación por compresión, como se mide después de que se aplica una tensión de 50 % durante 1000 horas a 70 °C, tiene un intervalo entre 10 % y 14 % cuando se mide de acuerdo con la versión modificada de ASTM D395, método B que se describió anteriormente.

En algunas modalidades, el gel se comprime con una cierta tensión o deformación (por ejemplo, en ciertas modalidades, a 50 % de su tamaño original). Esto causa una cierta tensión en el material. La tensión se reduce ahora debido a que el material se relaja. En ciertas modalidades, la relajación de la tensión del gel de silicona seco tiene un intervalo posible entre 30 y 60 % cuando se somete a una tensión o deformación de tracción de aproximadamente 50 % del tamaño original del gel, en donde la relajación de la tensión se mide después de un tiempo de espera de un minuto a 50 % de la tensión. En otras modalidades, la relajación de la tensión del gel de silicona seco está entre 40 % y 60 % cuando se somete a una tensión de tracción de aproximadamente 50 %. Una mayor relajación de la tensión indica que una vez que se instala un gel en un cierre, el gel requerirá menos tensión para que selle.

En ciertas modalidades, la composición de gel de silicona seco tiene menos de 10 % de purga de aceite durante un período de tiempo cuando el gel está bajo compresión de 120 kPa (1,2 atm) a 60 °C. En ciertas modalidades, el purga de aceite se mide en una malla de alambre, en donde la pérdida de aceite puede salir del gel a través de la malla. El peso de la muestra de gel se registra antes y después de aplicar la presión. En algunas modalidades, el gel tiene menos de 8 % de purga de aceite durante el período de tiempo. En otras modalidades, el gel tiene menos de 6 % de purga de aceite durante el período de tiempo. En ciertas modalidades, la pérdida de aceite se mide a 200 horas, 400 horas, 600 horas, 800 horas, 1000 horas, 1200 horas o 1440 horas (60 días).

En ciertas modalidades, el gel de silicona seco tiene menos purga de aceite en comparación con un gel termoplástico durante el mismo período de tiempo a 120 kPa (1,2 atm) a 60 °C. En algunas modalidades, el gel de silicona seco tiene un purga de aceite de 40 %, 50 % o 60 % del gel termoplástico a 200 horas, 400 horas, 600 horas, 800 horas, 1000 horas, 1200 horas o 1500 horas (aproximadamente 60 días).

Ejemplos

Los geles de silicona secos se sintetizaron de acuerdo con los siguientes ejemplos. Se preparó un primer conjunto de componentes. Para preparar el primer conjunto de componentes, un complejo catalizador de platino (catalizador de Karstedt, número GAS 68478-92-2) de Sigma-Aldrich N.V./S.A., Bornem, Bélgica, se adicionó a un contenedor. Se combina polidimetilsiloxano terminado en vinilo (número GAS 68083-19-2) de ABCR GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Alemania, con el catalizador en una relación de 100:0,0311.

El catalizador se adiciona primero, este compuesto necesita adicionarse a la parte inferior del contenedor y asegurarse de que no salpique catalizador en los lados. Después de adicionar el catalizador, el V-PDMS se puede adicionar al verterlo en el contenedor hasta aproximadamente 10 gramos de lo que se necesita pesar. Los últimos 10 gramos o más se adicionan con más precisión mediante el uso de una pipeta o jeringa grande. Lo mejor es comenzar a mezclar a bajas rpm (100 rpm) y aumentar gradualmente a 500 rpm en 2 minutos. Después de los 2 minutos de mezclado, la velocidad de mezclado puede aumentarse a 1200-1400 rpm durante 3 minutos.

Para preparar un segundo conjunto de componentes, un polidimetilsiloxano terminado en vinilo (número GAS 68083­ 19-2) de ABCR GmbH & Co. KG se adiciona a un entrecruzador, GELEST SIT 7278.0, un extensor de cadena GELEST DMS-H03, y un inhibidor, ALDRICH 27, 839-4. El entrecruzador se adiciona al contenedor primero, debido a que pequeñas variaciones en la cantidad adicionada pueden influir en gran medida en la dureza del gel. Si se adiciona demasiado, siempre se puede volver a aspirar. A continuación, el inhibidor se adiciona al contenedor de reacción. El tercer componente que necesita pesarse es el extensor de cadena. Lo mejor es comenzar a mezclar a bajas rpm (100 rpm). En 2 minutos, ir a 500 rpm y raspar los lados del contenedor con una varilla de plástico. Después de estos 2 minutos de mezclado, la velocidad de mezclado puede aumentarse a 1200-1400 rpm durante 3 minutos.

El primer conjunto de componentes se mezcló con el segundo conjunto de componentes en una relación 1:1 en un vial. Los dos conjuntos de componentes se mezclaron a 1250 rpm durante 2-3 minutos, se colocaron al vacío durante 4-5 minutos y se vertieron en el molde deseado. La mezcla moldeada resultante se colocó al vacío durante 3 minutos y luego se curó durante 30 minutos a 90 °C. Los geles de silicona secos se fabricaron de acuerdo con los siguientes Ejemplos 1-6.

Aunque no se implementa en estos Ejemplos, en ciertas modalidades, pueden adicionarse aditivos adicionales al primer conjunto de componentes. En algunas modalidades, los aditivos adicionales pueden incluir al menos un material que se selecciona del grupo que consiste en Dynasylan 40, PDM 1922, Songnox1024, Kingnox76, DHT-4A, Kingsorb, pigmento y sus mezclas. En algunas modalidades, los aditivos comprenden entre 0,1 y 5 % en peso, entre 0,1 y 2 % en peso, o entre 0,1 y 1 % en peso de la composición del primer conjunto.

Por ejemplo adicional, el primer y segundo conjuntos de componentes se mezclaron en 10 relaciones de 47,5:52,5 a 52,5:47,5. Los geles de silicona secos se probaron en condiciones controladas en un sistema de cierre que se usa en aplicaciones subterráneas y aéreas para reparar cables de fibra de hasta 12 fibras.

Los geles de silicona secos se probaron adicionalmente en condiciones controladas en un sistema de cierre que incluye un organizador de fibra y cierre de cable que se usa en cables de fibra óptica en ambientes por encima y por debajo del suelo. Adicionalmente, los geles de silicona secos se probaron en condiciones controladas en un organizador de cierre y un sistema de múltiples salidas para cables que tienen un diámetro pequeño.

Los geles de silicona secos se probaron en un número de maneras: ciclado de temperatura, prueba de reintroducción, ciclado de agua francés, instalaciones frías y calientes y exposición al queroseno. Para los experimentos de ciclado de temperatura, los cierres que incluían geles de silicona secos se expusieron a temperaturas entre -30 °C y 60 °C durante 10 días. La humedad no se controló. Los cierres se ciclaron entre las temperaturas alta y baja dos veces al día durante diez días. Las muestras se mantuvieron a temperaturas extremas durante cuatro horas durante cada ciclo.

Para las pruebas combinadas de ciclado de temperatura, se instalaron geles de silicona secos en tres sistemas de cierre. Después de la instalación, los cierres se probaron con estanqueidad y se pusieron en ciclado de temperatura. Después de ocho días se realizó una prueba de reintroducción y después de diez días se retiraron los cierres del ciclado, se probaron en la estanqueidad y reintroducción. También se probaron los cierres que contenían los geles termoplásticos estándar.

Para las pruebas de estanqueidad, el cierre se sumerge en un baño de agua durante 15 minutos y una presión interna de 20 kPa. Si se observan burbujas de aire, esto significa que el cierre no está correctamente sellado y se considerará como un fallo.

Para la prueba de reintroducción, se retira un tapón o cable falso del cierre y se adiciona otro cable o tapón falso. Luego, se vuelve a medir la estanqueidad. La reintroducción es satisfactoria si el cierre pasa la prueba de estanqueidad de nuevo.

En ciertas modalidades, el gel de silicona seco en el sistema de cierre es capaz de pasar las pruebas de estanqueidad y reintroducción donde fallaría un gel de elastómero termoplástico tradicional (como se muestra y describe en los ejemplos y figuras).

La Figura 1 muestra la dureza (g) en comparación con la relajación de la tensión (%) de los geles de silicona secos como se mide en un analizador de texturas TA-XT2 de Texture Technologies (Condado de Westchester, Nueva York). Los cuadrados proporcionan ejemplos de geles que son herméticos y reintroducibles; los triángulos rojos proporcionan ejemplos de geles que fallan en la estanqueidad y/o la reintroducción. El óvalo sólido en la parte inferior izquierda del gráfico indica ejemplos de geles de elastómero termoplásticos tradicionales. El óvalo sólido de la derecha indica una región específica para los geles de silicona secos. Tres ejemplos de gel de silicona seco se muestran dentro del óvalo. El óvalo punteado indica un intervalo extendido de geles de silicona secos aceptables. La Figura 2 muestra la relajación de la tensión (%) en comparación con la deformación por compresión (%) de geles de silicona secos durante 1000 horas a 70 °C. La deformación por compresión se midió mediante el uso de una versión modificada de ASTM D395, método B. A diferencia del uso de muestras con un diámetro de 29 mm un grosor de 12,5 mm, se midieron muestras que tenían un diámetro de 28 mm y un grosor de 12 mm. Los cuadrados proporcionan ejemplos de geles que son herméticos y reintroducibles; los triángulos rojos proporcionan ejemplos de geles que fallan en la estanqueidad y/o la reintroducción. El óvalo sólido en la izquierda del gráfico indica ejemplos de geles de elastómero termoplásticos tradicionales. El óvalo sólido de la derecha inferior indica una región específica para los geles de silicona secos. Tres ejemplos de gel de silicona seco se muestran dentro del óvalo. El óvalo punteado indica un intervalo extendido de geles de silicona secos aceptables.

La Figura 3 muestra la dureza (g) en comparación con la deformación por compresión (%) de geles de silicona secos durante 1000 horas a 70 °C. De nuevo, la deformación por compresión se midió con la versión modificada de ASTM D395, método B que se describió anteriormente. Los cuadrados proporcionan ejemplos de geles que son herméticos y reintroducibles; los triángulos rojos proporcionan ejemplos de geles que fallan en la estanqueidad y/o la reintroducción. El óvalo sólido en la izquierda del gráfico indica ejemplos de geles de elastómero termoplásticos tradicionales. El óvalo sólido de la derecha inferior indica una región específica para los geles de silicona secos. Tres ejemplos de gel de silicona seco se muestran dentro del óvalo. El óvalo punteado indica un intervalo extendido de geles de silicona secos aceptables.

También se realizaron experimentos de pérdida de aceite en geles de silicona secos con dureza de 140 g, 170 g y 200 g. La Figura 4 muestra la purga de aceite de cinco geles bajo compresión a una presión de aproximadamente 120 kPa (aproximadamente 1,2 atm) y a una temperatura de aproximadamente 60 °C. Los geles etiquetados Si H140, Si H 170 y Si H200 son geles de silicona secos que tienen durezas de 140 g, 170 g y 200 g, respectivamente. Los geles etiquetados L2912 y L2908 son ejemplos de geles de elastómero termoplástico. El gel de silicona con una dureza de 200 g (Si H200) tuvo la menor cantidad de pérdida de aceite. Después de 1500 horas, aproximadamente 60 días, la pérdida de aceite para estos geles de silicona secos está entre 8 y 10 %. Para la dureza de 200 g, la pérdida de aceite fue ligeramente menos de 6 %. La pérdida de aceite para el gel termoplástico L2912 es de aproximadamente 16 % después de 1500 horas. Los datos en la Figura 4 representan una reducción de 50 % en la pérdida de aceite en comparación con estos sistemas de gel termoplástico.

El asunto que se describió anteriormente debe considerarse ilustrativo, y no restrictivo, y las reivindicaciones adjuntas pretenden cubrir todas tales modificaciones, mejoras y otros ejemplos, los cuales caen dentro del alcance de la descripción. Por lo tanto, en la máxima medida que permite la ley, el alcance debe determinarse por la interpretación más amplia permitida de las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes, y no se restringirá ni limitará por la descripción detallada anterior.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un gel de silicona seco que tiene menos de 10 % de purga de aceite después de estar bajo compresión de 1,2 atm (120 kPa) durante 200 horas a 60 °C, que se prepara a partir de una composición que comprende: un polímero base que tiene un grupo de vinilsilicona;

un catalizador;

un entrecruzador; y

un extensor de cadena, en donde el entrecruzador y el extensor de cadena proporcionan un componente de hidruro, y en donde la fracción molar de hidruro presente como entrecruzador está entre 0,2 y 0,5.

2. El gel de silicona seco de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la relación de hidruro a vinilo está entre 0,8 y 1,0.

3. El gel de silicona seco de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, la composición comprende además al menos un aditivo que se selecciona del grupo que consiste en: retardadores de la llama, agentes colorantes, promotores de adhesión, estabilizadores, rellenos, dispersantes, mejoradores de flujo, plastificantes, agentes de deslizamiento, agentes de endurecimiento, inhibidores y sus combinaciones.

4. El gel de silicona seco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el polímero base es un polidimetilsiloxano terminado en vinilo.

5. El gel de silicona seco de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el polidimetilsiloxano terminado en vinilo tiene una o más de las siguientes propiedades:

(a) entre 1 y 10 mol de vinilo por 500000 g/mol;

(b) aproximadamente 2 mol de vinilo por 200000 g/mol;

(c) un peso molecular entre 28000 g/mol y 70000 g/mol; y

(d) un contenido de vinilo entre 0,01 mmol/g y 0,1 mmol/g.

6. El gel de silicona seco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el entrecruzador se selecciona del grupo que consiste en tetraquis(dimetilsiloxi)silano, metiltris(dimetilsiloxi)silano y sus combinaciones.

7. El gel de silicona seco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el extensor de cadena se selecciona del grupo que consiste en polidimetilsiloxano que contiene hidruro, siloxano que contiene dihidruro, polidimetilsiloxano terminado en hidruro, polifenilmetilsiloxano terminado en hidruro, polidifenilsiloxano terminado en hidruro, silicona terminalmente funcionalizada y sus combinaciones.

8. El gel de silicona seco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el gel de silicona seco comprende entre 0,1 % en peso y 25 % en peso de un aditivo retardador de la llama, opcionalmente en donde el aditivo retardador de la llama es óxido de zinc.

9. El gel de silicona seco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además al menos un estabilizador.

10. El gel de silicona seco de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el estabilizador se selecciona del grupo que consiste en antioxidantes, depuradores de ácidos, absorbedores/estabilizadores de luz y UV, estabilizadores de calor, desactivadores de metal, depuradores de radicales libres, negro de carbón y agentes antifúngicos.

11. El gel de silicona seco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el gel comprende una o más de las siguientes propiedades:

(a) una dureza de aproximadamente 72 g a aproximadamente 210 g o entre 100 g y 300 g;

(b) una relajación de la tensión entre 30 % y 60 % cuando el gel se somete a una deformación de 50 % de su tamaño original;

(c) una deformación por compresión de no más de 20 % después de que se haya aplicado una tensión de 50 % al gel durante 1000 horas a 70 °C; y

(d) menos de 10 % de purga de aceite después de estar bajo compresión de 1,2 atm (120 kPa) durante 400 horas, 600 horas, 800 horas, 1000 horas, 1200 horas o 1440 horas (60 días) a 60 °C.

12. El gel de silicona seco de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el gel comprende

una deformación por compresión de menos de 20 % después de que se haya aplicado una tensión de 50 % al gel durante 1000 horas a 70 °C.