MX2015003438A - Composiciones de protecciones semiconductoras desprendibles. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a composiciones de protecciones semiconductoras para cables de energía eléctrica que tiene un sistema de base de polímero, nano-talco, y negro de carbono. La invención también se refiere a tales composiciones de protecciones semiconductoras y al uso de estas composiciones de protecciones semiconductoras para la fabricación de protecciones semiconductoras para usarse en cables eléctricos, cables eléctricos elaborados a partir de estas composiciones y métodos de fabricación de cables eléctricos a partir de estas composiciones de protecciones semiconductoras. Las composiciones de protecciones semiconductoras de la invención pueden ser usadas como protecciones dieléctricas "semiconductores" separables (también conocidas como las protecciones de núcleo, protecciones dieléctricas y materiales de protecciones de núcleo) en los cables de potencia con aislamiento polimérico entrelazado, principalmente con cables de voltaje medio que tiene un voltaje de aproximadamente 5 kV a aproximadamente 100 kV, preferiblemente hasta aproximadamente 35 kV.

Description

COMPOSICIONES DE PROTECCIONES SEMICONDUCTORAS DESPRENDIBLES CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a composiciones de protecciones semiconductoras para cables de energía eléctrica que tiene un sistema de base de polímero, nano-talco, y negro de carbono. La invención también se refiere a tales composiciones de protecciones semiconductoras y al uso de estas composiciones de protecciones semiconductoras para la fabricación de protecciones semiconductoras para usarse en cables eléctricos, cables eléctricos hechos de estas composiciones y métodos de fabricación de cables eléctricos de estas composiciones de protecciones semiconductoras. Las composiciones de protecciones semiconductoras de la invención pueden ser usadas como protecciones dieléctricas "semiconductoras" segregables (también conocidos como los protecciones de núcleo, pantalla dieléctrica y materiales pantalla de núcleo) en los cables de potencia con aislamiento polimérico entrelazado, principalmente con cables de voltaje medio que tiene una tensión de aproximadamente 5 kV a alrededor de 100 kV, preferiblemente hasta aproximadamente 35 kV.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los cables de potencia típicos generalmente tienen uno o más conductores en un núcleo que está rodeado por varias capas que pueden incluir: una primera capa polimérica de protecciones semiconductoras, una capa aislante polimérica, una segunda capa de protecciones semiconductoras poliméricas, una protección de cinta metálica y una camisa polimérica.

En general, las protecciones dieléctricas semiconductoras se pueden clasificar en dos tipos distintos, el primer tipo siendo un tipo en el que la protección dieléctrica está unida firmemente al aislamiento polimérico de manera que el desprendimiento de la protección dieléctrica sólo es posible mediante el uso de una herramienta de corte que elimina la pantalla dieléctrica junto con algo del aislamiento del cable. Este tipo de protección dieléctrica es el preferido por compañías que creen que esta adhesión minimiza el riesgo de avería eléctrica en la interfase de la protección y el aislamiento. El segundo tipo de protección dieléctrica es el de protección dieléctrica "desprendióle" en el que la protección dieléctrica tiene una adhesión al aislamiento definida, limitada, de modo que la protección desprendióle se puede desprender limpiamente del aislamiento sin retirar cualquier aislamiento. Las composiciones de protecciones desprendióles actuales para usarse en el aislamiento seleccionadas de polietileno, polietilenos entrelazados, y uno de los hules de copolimeros de etileno, tales como, hule de etileno-propileno (EPR) o terpolímero de etileno-propileno dieno (EPDM), pueden basarse en una resina de base de copolí ero de etileno-acetato de vinilo (EVA) que se vuelve conductora con un tipo y cantidad apropiada de negro de carbono.

Las formulaciones de protecciones segregables de EVA y hules de nitrilo han sido descritos por Ongchin, la patente de EE.UU.. Nos.4,286,023 y 4,246,142; Burns et al. Solicitud EP No. 0,420,27 IB, Kakizaki et al., Patente de EE.UU. N° 4,412,938 y Janssun, patente de EE.UU.. No. 4,226,823, cada referencia que se incorpora en esta solicitud como referencia. Un problema con estas formulaciones de protección segregables de EVA y hule de nitrilo es que el EVA necesario para esta formulación tiene un contenido relativamente alto de acetato de vinilo con el fin de lograr el nivel de adhesión deseado con el resultado de que las formulaciones son más gomosas que lo que se desea para la alta velocidad de extrusión de un cable eléctrico comercial.

También se han propuesto aditivos de ajuste de adhesión alternativos para usarse con EVA, por ejemplo, hidrocarburos alifáticos cerosos (Watanabe et al., Patente de EE.UU. No. 4,933,107, incorporada en la presente descripción como referencia); polietileno de bajo peso molecular (Burns Jr., Patente de EE.UU. No. 4,150,193 incorporada en la presente descripción como referencia); aceites de silicona, hules y copolimeros en bloque que son líquidos a temperatura ambiente (Taniguchi et al., Patente de EE.UU. No.4,493,787, incorporada en la presente descripción como referencia); polietileno clorosulfonado, hules de etileno-propileno, policloropreno, hule de estireno-butadieno, hule natural (todos en Janssun), pero el único que parece haber encontrado aceptación comercial es ceras de parafina.

La Patente de EE.UU. No.6,284,374 de Yamazaki, et al. da a conocer una composición de polímero multi-componente para usarse en protecciones semiconductores desprendióles adecuados para un alambre de poliolefina y cables aislados entrelazado por entrelazamiento de injerto de silano/agua. El principal componente de polímero de la composición está compuesto principalmente de un copolímero de etileno/acetato de vinilo que tiene un peso molecular promedio en peso no inferior a 300,000.

La Patente de EE.UU. No. 6,274,066 de Easter describe protecciones semiconductoras desprendibles hechas de un polímero de base y un sistema aditivo que modifica la adhesión, en donde la adhesión entre el aislamiento y el de protecciones semiconductoras está entre 1.36-11.79 kg por 1.27 cm.

La Patente de EE.UU. No. 6,972,099 de Easter describe protecciones semiconductoras desprendible hechas con un polímero de dos componentes de base, un acetato de cera de hidrocarburo o etileno de vinilo (EVA) de cera, y negro de carbono.

Sería deseable mejorar aún más los niveles de adhesión en composiciones de protecciones semiconductoras desprendibles, especialmente para usarse con capas de aislamiento entrelazadas con sistemas basados en peróxido.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La invención proporciona niveles de adhesión notablemente mejorados en composiciones de protecciones semiconductoras desprendibles de menos de 2.72 kg por 1.27 cm con capas de aislamiento entrelazadas con sistemas basados en peróxido. En modalidades preferidas de la invención, los niveles de adhesión en composiciones de protecciones semiconductoras desprendibles inferiores a 0.9 kg por 1.27 cm, incluso de 0.45 kg por 1.27 cm, se alcanzan con las composiciones de protecciones semiconductoras de acuerdo con la invención que están en contacto con capas de aislamiento entrelazadas con sistemas a base de peróxido. Es importante destacar que las composiciones de la presente invención proporcionan desprendible de protecciones semiconductores que cumplen de supera los ICEA más actuales S-97-682-2001 normas.

La invención proporciona una composición de resina semiconductora para usarse como capa semiconductora en contacto con una capa de aislamiento de alambre y cable entrelazada, en donde la capa de aislamiento se entrelaza preferiblemente usando un sistema de curado de peróxido. La composición de resina contiene un polímero de base, un nano-talco, y negro de carbono. "Nano-talco", como se usa en la presente descripción significa talco con un tamaño de partícula inferior a 500 nm, preferiblemente por debajo de 250 nm. El polímero de base puede incluir copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona de Hidrocarburos de C1 a C6, copolímeros de metacrilato de alquilo - etileno en donde el grupo alquilo se selecciona de Hidrocarburos de C1 a C6 y copolímeros ternarios de etileno con acrilatos de alquilo y metacrilatos de alquilo. El polímero de base es preferiblemente presente en aproximadamente 48-60%, más preferiblemente de aproximadamente 50-58%, más preferiblemente de aproximadamente 53-55% en peso de la composición final. El nano-talco está presente preferiblemente a aproximadamente 0.5-10%, más preferiblemente de aproximadamente 2-8%, más preferiblemente de aproximadamente 3-6% en peso de la composición final. El negro de carbono está presente preferiblemente de aproximadamente 30-44%, preferiblemente de aproximadamente 34-40%, más preferiblemente de aproximadamente 36-38% en peso de la composición final.

La invención también proporciona un método para preparar una composición de resina semiconductora en contacto con una capa de aislamiento de alambre y cable entrelazado, en donde la capa de aislamiento es preferiblemente entrelazado. El método incluye la primera composición un polímero de base, un nano-talco, y negro de carbono para formar una mezcla, que se extruye a continuación, para formar la composición de resina semiconductora, en donde la composición de resina semiconductora está en contacto con una capa de aislamiento de alambre y cable entrelazada y la capa de aislamiento está o ha sido entrelazada usando un sistema de curado de peróxido. El polímero de base puede ser como se describe en el párrafo anterior.

La invención también proporciona un cable de alimentación eléctrica de voltaje medio que contiene un núcleo conductor, una capa de aislamiento (preferiblemente entrelazado), un de protección semi-conductor desprendióle formado a partir de la composición de resina semiconductora de la invención, un cable metálico conectado a tierra o cinta, y una camisa.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una representación en sección transversal del cable eléctrico de la invención; y La Figura 2 es una vista en perspectiva del cable eléctrico de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Esta invención incluye composiciones de protecciones semiconductoras desprendibles adecuadas para usarse con aislantes eléctricos convencionales, protecciones hechas de estas composiciones, cables de energía eléctrica que emplean estas protecciones dieléctricas semiconductoras desprendibles y métodos de fabricación tanto de las protecciones semiconductoras como de los cables de energía eléctrica que emplean dichas protecciones.

Los aislantes eléctricos convencionales usados en cables de voltaje medio incluyen polietllenos, polietilenos entrelazados (XLPE), hules de etileno-propileno y hules de etileno propileno dieno (hules EPDM). El término polietileno se pretende que incluya tanto polímeros como copolímeros en los que el etileno es el componente principal; que incluyen, por ejemplo, metaloceno o etilenos catalizados en un solo sitio que se copolimerizan con d efinas superiores.

Las protecciones semiconductoras desprendibles de la presente invención contienen un polímero de base, un nano- talco, y negro de carbono. Los conductores de negro de carbono se añaden en una cantidad suficiente para disminuir la resistividad eléctrica a menos de 550 ohm-metro. Preferiblemente, la resistividad de las protecciones semiconductoras es inferior a aproximadamente 250 ohm-metro e incluso más preferiblemente menos de aproximadamente 100 ohm-metro.

El polímero de base se selecciona entre cualquier miembro adecuado del grupo que consiste en copolímeros de etileno y acetato de vinilo, copolímeros de etileno- acrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona de Hidrocarburos de C1 a C6, copolímeros de metacrilato de * alquiletileno en donde el grupo alquilo se selecciona de Hidrocarburos de C1 a C6 y copolímeros ternarios de etileno, acrilatos de alquilo y metacrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona independientemente de Hidrocarburos de C1 a C6.

El polímero de base de copolímero de etileno y acetato de vinilo puede ser cualquier copolímero de EVA con las siguientes propiedades: la capacidad de aceptar altas cargas de relleno de carbono conductor, elongación de 150 a 250 por ciento y suficiente resistencia a la fusión para mantener su forma después de la extrusión. Los copolímeros EVA con niveles de acetato de vinilo por arriba de aproximadamente 25 por ciento y por debajo de aproximadamente 45 por ciento que tienen estas propiedades son conocidos. Los copolimeros de EVA pueden tener un rango de porcentaje de acetato de vinilo de aproximadamente 25 a 45 por ciento. Un copolimero de EVA preferido tendrá un rango de porcentaje de acetato de vinilo de aproximadamente 28 a 40 por ciento y un copolimero de EVA incluso más preferido tendrá un porcentaje de acetato de vinilo de aproximadamente 28 a 33 por ciento. Los copolimeros de EVA pueden tener un indice de fluidez (como se especifica en la norma ASTM D1238 (2013) o ISO 1133 (2011) de alrededor de 25-70, preferiblemente alrededor de 35-55, más preferiblemente alrededor de 40-50. Ejemplos de copolimeros de EVA adecuados incluirían Elvax® 150, Elvax® 240 y Elvax® 350, vendido por DuPont Corp. de Wilmington, Delaware.

Los copolimeros de acrilato de alquiletileno pueden ser cualquier copolimeros de etileno acrilato de alquilo adecuados con las siguientes propiedades: la capacidad de aceptar altas cargas de relleno de carbono conductor, elongación de 150 a 250 por ciento y suficiente resistencia a la fusión para mantener su forma después de la extrusión. El grupo alquilo puede ser cualquier grupo alquilo seleccionado de entre hidrocarburos de C1 a C6, preferiblemente los hidrocarburos de C1 a C4 e incluso más preferiblemente metilo. Algunos copolimeros de etileno-acrilato de alquilo con niveles de acrilato de alquilo por arriba de aproximadamente 25 por ciento y por debajo de aproximadamente 45 por ciento tienen estas propiedades. Los copolimeros de etileno acrilato de alquilo pueden tener un rango de porcentaje de acrilato de alquilo de aproximadamente 25 a 45 por ciento. Un copolimero preferido de etileno-acrilato de alquilo tendrá un rango de porcentaje de acrilato de alquilo de aproximadamente 28 a 40 por ciento y un copolimero aún más preferido de etileno-acrilato de alquilo tendrá un porcentaje de acrilato de alquilo de aproximadamente 28 a 33 por ciento. Un ejemplo seria Vamac© G o Vamac® HG vendido por DuPont Corp. de Wilmington, Delaware.

Los copolimeros de metacrilato de alquiletileno pueden ser cualquier copolimero adecuado de metacrilato de alquil etileno con las siguientes propiedades: la capacidad de aceptar altas cargas de relleno de carbono conductor, elongación de 150 a 250 por ciento, y resistencia a la fusión suficiente para mantener su forma después de la extrusión. El grupo alquilo puede ser cualquier grupo alquilo seleccionado de entre los hidrocarburos de C1 a C6, preferiblemente los hidrocarburosde C1 a C4 e incluso más preferiblemente metilo. Algunos copolimeros de metacrilato de alquiletileno con niveles de metacrilato de alquilo por arriba de aproximadamente 25 por ciento y por debajo de aproximadamente 45 por ciento tienen estas propiedades. Los copolimeros de metacrilato de alquiletileno pueden tener un rango de porcentaje metacrilato de alquilo de aproximadamente 25 a 45 por ciento. Un copolimero preferido de metacrilato de alquiletileno tendrá un rango de porcentaje de metacrilato de alquilo de aproximadamente 28 a 40 por ciento y un copolimero aún más preferido de metacrilato de alquiletileno tendrán un porcentaje de metacrilato de alquilo de aproximadamente 28 a 33 por ciento. Un ejemplo de un metacrilato de metil etileno comercialmente disponible de Lotryl 35MD05 de Arkema, Inc.

Los copolímeros ternarios de etileno con acrilatos de alquilo y metacrilatos de alquilo pueden ser cualquier copolimero ternario adecuado con las siguientes propiedades: la capacidad de aceptar altas cargas de relleno de carbono conductor, elongación de 150 a 250 por ciento, y suficiente resistencia a la fusión para mantener su forma después de la extrusión. El grupo alquilo puede ser cualquier grupo alquilo seleccionado independientemente entre hidrocarburos de C1 a C6, preferiblemente los hidrocarburosde C1 a C4 e incluso más preferiblemente metilo. Por lo general, un copolimero ternario será predominantemente ya sea un acrilato de alquilo con una pequeña porción de un metacrilato de alquilo o un metacrilato de alquilo con una pequeña porción de un acrilato de alquilo. Las proporciones de acrilato de alquilo y metacrilato de alquilo a etileno serán aproximadamente las mismas que las proporciones descritas para los copolímeros de etileno-acrilato de alquilo o copolímeros de metacrilato de alquilo-etileno, asi como los intervalos de pesos moleculares descritos para el acrilato de alquil etileno y metacrilato de alquiletileno.

El talco es un mineral natural, un silicato estratificado hidratado de magnesio de fórmula empírica general de Mg3SÍ40io(OH)2, que se ha descompuesto y por lo general molido a un polvo fino. El talco es un polvo blanco, verde manzana, gris con brillo aperlado u oleoso con una dureza de Mohs de 1 a 1.5. Tiene una alta resistencia a los ácidos, álcalis y calor. Los grupos hidroxi normalmente son internos a la capa de magnesio y no son accesibles al agua excepto en los bordes de la hoja de silicato. Por lo tanto, el polvo de talco convencional es un material hidrófobo que se mezcla fácilmente y se dispersa con polímeros orgánicos incluyendo los medios de comunicación, pero no se dispersa fácilmente en disolventes acuosos. El polvo de talco utilizado en el proceso de molienda de la invención puede ser cualquier talco comercial derivado de fuentes naturales. El talco común se puede hacer en nano-talco, por ejemplo, por el método de la molienda o humectación de la Patente de EE.UU. N° 7,249,723 a He et al. a la que se incorpora en la presente descripción por referencia. Es importante destacar que, el nano-talco para la presente invención tiene un tamaño medio de partícula por debajo de 500 nm, preferiblemente por debajo de 250 nm. El nano-talco también puede ser tratado con silano, que está disponible, por ejemplo, de Technano, Mumbai, India. En la presente descripción, el nano-talco se trata con organosilano, por ejemplo, alcoxisilano, para hacer un revestimiento orgánico sobre la superficie de la partícula. El nano-talco está presente preferiblemente a aproximadamente 0.5-10%, más preferiblemente de aproximadamente 2-8%, más preferiblemente de aproximadamente 3-6% en peso de la composición final.

El negro de carbono conductor puede ser cualquier negro de carbono conductor en una cantidad suficiente para disminuir la resistividad eléctrica a menos de 550 ohm-metro. Preferiblemente, la resistividad de protecciones semiconductoras es inferior a aproximadamente 250 ohm-metro e incluso más preferiblemente menor de aproximadamente 100 ohm-metro. Los negros de carbono adecuados incluyen negros de humo N351 y negros de humo N550 vendidos por Cabot Corp. de Boston Mass. El negro de carbono preferido contiene bajo contenido de la arena, bajo contenido de ceniza, y bajo contenido de azufre. El negro de carbono está presente preferiblemente en alrededor de 30-44%, preferiblemente de aproximadamente 34-40%, más preferiblemente de aproximadamente 36-38% en peso de la composición final.

Las formulaciones de protecciones semiconductoras desprendióles de la invención se pueden mezclar con un mezclador comercial tal como un mezclador Banbury, un extrusor de doble tornillo un Buss Ko Neader u otras mezcladoras continuas. La proporción del compuesto que modifica la adhesión a los otros compuestos en las protecciones semiconductoras desprendióles variará dependiendo del polímero de base, el aislamiento subyacente, el peso molecular del compuesto de modificación de la adhesión y la polidispersidad del compuesto de modificación de la adhesión. Una formulación de protección desprendióle se puede hacer mediante la composición sobre el 30-44 por ciento, preferiblemente 35 porciento (en peso de la composición), negro de carbono con aproximadamente 0.5-10 por ciento, preferiblemente 5 por ciento, nano-talco, y el equilibrio del polímero de base. Opcionalmente se pueden añadir cualquiera de los siguientes componentes: a) de 0.05 al 3.0 por ciento en peso auxiliar de proceso, b) de 0.05 al 3.0 por ciento en peso de antioxidante; y/o c) de 0.1 a 3.0 por ciento en peso de agente de entrelazamiento. La formulación de protección desprendióle se puede componer mezclando el negro de carbono, nano-talco, auxiliar de proceso, anti-oxidante y el polímero de base juntos en una mezcladora continua hasta que esté bien mezclado. Si se va a añadir un agente de entrelazamiento, se puede añadir en una segunda etapa de mezcla o ser absorbido en la masa de polímero después de la mezcla. Después de la adición del agente de entrelazamiento la formulación está lista para ser extruida sobre el aislamiento y entrelazado para formar las protecciones semiconductoras desprendibles.

El agente de entrelazamiento se puede elegir entre cualquiera de los agentes de entrelazamiento bien conocidos que se conocen en la téenica, incluyendo silanos que son entrelazados por la humedad y los peróxidos que se forman los radicales libres y entrelazar por un mecanismo de radicales libres. Los ejemplos no limitativos de agentes de entrelazamiento son el peróxido de dicumilo; bis (alfa-t-butil peroxiisopropil) benceno; peróxido de t-butilo isopropilcumilo; t-butilcumilo; peróxido de di-t-butilo; 2,5-bis (t-butilperoxi) 2,5-dimetilhexano; 2,5-bis (t-butilperoxi) 2,5-dimetilhexino-3; 1, 1-bis (t-butilperoxi) 3,3,5-trimetilciclohexano; cumilperoxido de isopropilcumilo; di-peróxido (isopropilcumilo); y sus mezclas. El agente de entrelazamiento se puede utilizar en cantidades de aproximadamente 0.1 a 5 por ciento en peso, preferiblemente de aproximadamente 0.1 a 3.0%.

Una serie de compuestos pueden ser utilizados como aditivos en las composiciones de protecciones semiconductoras. Típicamente, los aditivos se dividen en las categorías de aceleradores y retardadores, retardadores de quemaduras, adyuvantes de procesamiento, pigmentos, tintes, colorantes, cargas, agentes de acoplamiento, absorbentes de ultravioleta o estabilizadores, antioxidantes, agentes antiestáticos, agentes de nucleación, agentes de deslizamiento, plastificantes, lubricantes, agentes de control de viscosidad, agentes de pegajosidad, agentes antibloqueo, agentes tensioactivos, aceites diluyentes, y eliminadores de ácidos. A menos que se indique lo contrario a continuación, cada aditivo se usa preferiblemente en menos de aproximadamente 2%.

El antioxidante puede incluir, por ejemplo, amina-antioxidantes, tales como difenilamina 4,4'-dioctilo, N, N'-difenil-p-fenilendiamina, y polímeros de 2,2,4-trimetil-l, 2 -dihidroquinolina; antioxidantes fenólicos, tales como propionato de tiodietileno bis [3- (3,5-di-terc-butil-4-hidroxifenilo)], 4,4'-tiobis (2-ter-butil-5-metilfenol), 2,2'- tiobis (4-metil-6-ter-butil-fenol), ácido de benceno 3,5 bis (1, 1-dimetiletil) 4-hidroxibencenopropanoico, 3,5-bis (1, 1-dimetiletil)-4-hidroxi-C13-15 ramificado y ésteres de alquilo lineal, ácido 3,5-di-ter-butil-éster alquilo C7-9 ramificado 4-hidroxihidrocinamico, 2, -dimetil-6-t-butilfenol Se añadió tetraquis {metileno-3-(3', 5'-di-ter-butil- '-hidroxifenol) propionato} metano o tetraquis {metilen-3- (3', 5'-di-ter-butil-4'-hidrocinamato} metano, 1, 1, 3-tris (2-metil-4-hidroxil-5-butilfenil) butano, 2,5-di-t-amil hidroquinona, 1,3,5-tri-metil-2, ,6-tris(3,5-di-butil-4-hidroxibenzil- ter) benceno, 1,3,5-tris-(3,5-di-butil-4-hidroxibenzil-ter)-isocianurato, 2, 2-metilen-bis-(4-metil-6- ter-butil-fenol), 6,6'-di-ter-butil-2,2 '-tiodi-p-cresol o 2,2'-tio-bis-(4-metil-6-ter-butilfenol), 2,2-etileno-bis (4,6-di-t-butilfenol), propionato de trietilenglicol bis{3-(3-t-butil-4-hidroxi-5-metilfenilo)}, 1,3,5-tris (4-tert-butil-3-hidroxi-2,6-dimetil-bencilo)-1,3,5-triazina-2,4,6-2,2-metileno-bis (1H, 3H, 5H)-triona, {6-(1-metilciclohexil) -p-cresol}; y/o antioxidantes de azufre, tales como bis (2-metil-4-(3-n-alquiltiopropioniloxi)-5-t-butilfenil) sulfuro, 2-mercaptobencimidazol y sus sales de zinc, y pentaeritritol-tiopropionato de tetraquis (3-laurilo). El antioxidante preferido es el 2,2,4-trimetil-l,2-dihidroquinolina. Preferiblemente, el antioxidante se puede utilizar de aproximadamente 0.05 a 3.0% en peso de la composición.

El material de relleno, aparte de nano-talco y negro de carbono, puede ser, por ejemplo, arcillas, óxido de zinc, óxido de magnesio, sílice, talco, mica, carbonato de calcio, wollastonita, y/o borato de zinc. El relleno se puede utilizar en una cantidad de hasta aproximadamente 5% en peso de la composición total.

El auxiliar de proceso se utiliza opcionalmente para mejorar la procesabilidad del polímero. Un auxiliar de proceso forma una fase dispersa microscópica dentro del soporte polimérico. Durante el procesamiento, el esfuerzo cortante aplicado separa la fase de auxiliar de proceso de la fase de polímero portador. El auxiliar de proceso luego migra a la pared de la matriz formando gradualmente una capa de revestimiento continua para reducir la contrapresión de la extrusora, reduciendo asi la fricción durante la extrusión. El auxiliar de proceso es generalmente un lubricante, tal como, pero no limitado a, ácido esteárico, siliconas, aminas antiestáticas, amities orgánicos, etanolamidas, aminas grasas mono- y di-glicéridos etoxilados de aminas grasas, ácidos grasos, estearato de zinc, ácido esteárico, ácido palmitico, estearato de calcio, sulfato de zinc, aceite de olefina oligomérica, y combinaciones de los mismos. Preferiblemente, el auxiliar de proceso está presente en aproximadamente 0.05 a 3.0% en peso de la composición.

Un retardante de combustión es un compuesto que reduce la formación de quemaduras durante la extrusión de la composición, a temperaturas de extrusión típicas utilizadas, si se compara con la misma composición polimérica extruida sin el retardante de combustión. Además chamuscado retardar propiedades, el retardante de combustión puede producir simultáneamente en otros efectos como el impulso, es decir, la mejora de entrelazamiento rendimiento durante la etapa de entrelazamiento. El retardante de combustión puede ser, pero no se limita a, 2,5-bis (1,1-dimetilpropil) -1, 4-bencenodiol, 2,4-difenil-4-metil-1-penteno, difeniletileno sustituido o no sustituido, derivados de quinona, derivados de hidroquinona, ásteres de vinilo que contienen monofuncionales y éteres, o mezclas de los mismos. El retardante de combustión puede ser utilizado de aproximadamente 0.25% o menos en peso de la composición total.

Las composiciones poliméricas de la presente invención pueden ser fabricadas utilizando maquinaria y métodos convencionales para producir el producto de polímero final. Las composiciones se pueden preparar por lotes o procesos de mezclado continuos tales como los bien conocidos en la téenica. Por ejemplo, se puede utilizar equipos tales como mezcladores Banbury, Buss CoKneaders, y extrusoras de doble tornillo para mezclar los ingredientes de la formulación. Los componentes de las composiciones poliméricas de la presente invención pueden ser mezclados y se forman en gránulos para su uso futuro en la fabricación de cable eléctrico.

La invención incluye cables eléctricos formados usando protecciones semiconductoras desprendibles de la invención, así como métodos de fabricación de estos cables eléctricos. Como se observa en las Figuras 1 y 2, el cable eléctrico de la invención incluye un núcleo conductor (1) rodeado por una capa semi-conductora (3) que está rodeada por una capa aislante (4), se selecciona el aislamiento de la capa aislante a partir de polietileno, polietileno entrelazado (XLPE), hules de etileno-propileno y hules de etileno propileno dieno (hules EPDM). La capa aislante (4) está cubierta por la pantalla dieléctrica semiconductora (5) de la invención y la protección semiconductora puede estar cubierto por alambres de metal o tiras (6) que están a continuación, a tierra tras la instalación del cable y revestimiento (7).

El cable eléctrico de la invención se puede preparar por cualquiera de los métodos bien conocidos en la téenica, incluyendo el revestimiento de un conductor de metal con una capa semi-conductora y en una cruceta de doble extrusión que extruye la capa aislante y las protecciones semiconductoras desprendióles juntos en una extrusión simultánea o extrusión simultánea de una capa semiconductora alrededor de un conductor metálico, una capa aislante alrededor de la capa semiconductora y una protección semiconductora desprendible alrededor de la capa aislante mediante el uso de una cruceta de triple extrusión. Las protecciones semiconductoras, la capa y la protección semiconductora desprendible aislante, si se desea, pueden entonces permitir el entrelazamiento interno. Los alambres o tiras de metal se envuelven alrededor del cable y una camisa se coloca sobre el alambre de metal o tiras para formar un cable terminado.

Sin mayor descripción, se cree que un experto en la técnica puede, usando la descripción precedente y los siguientes ejemplos ilustrativos, realizar y utilizar los compuestos de la presente invención y practicar los métodos reivindicados. El siguiente ejemplo se da para ilustrar la presente invención. Se debe entender que la invención no se limita a las condiciones o detalles específicos descritos en este ejemplo.

EJEMPLO Toda la composición se prepara mediante el uso de las materias primas siguientes: 1. Resina EVA: 33% VA- Elvax 150 de DuPont 2. Negro de carbono: Vulcan XC-200 de Cabot Corp, 3. Cera EVA: AC 415 de Honcywell 4. Retardador Scorch: 2,5-bis (1,1-dimetilpropil) - 1, 4-benzenediol- Lowinox AH25 de Chemtura 5. Antioxidante: Poli (1, 2-dihidro-2,2,-trimetilquinolina): Naugard Super Q de Chemtura 6. Estearato de zinc: de Akrochem 7. t-butilo cumilo: Luperox D-16 de Arkema Rellenos 8. Talco: Mistron Vapor R* a partir de Luzenac A ericas 9. Talco tratado: Mistron * CB - talco tratado con silano de Luzenac Americas 10. Nano-talco: POS 75 de Technano, India 11. El nano-talco-1 tratado: El nanotalco POS 75 es tratado con silano. Silano es silano de vinilo oligomérico (Dynasylan * 6598 suministrado por Evonik) 12. Nano-talco tratado-2: El nanotalco POS 75 es tratado con silano. El silano es tris- (etoxi 2-metoxi) silano de vinilo (Silquest * A-172 suministrado por Momentive Performance Materials. 13. El nano-talco-3 tratado: el nanotalco POS 75 se trata con un modificador de amina de cadena larga patentada 14. La nano-mica-1 tratada: La nano-mica es tratada con silano. Silano es silano de vinilo oligomérico (Dynasylan * 6598 suministrado por Evonik) 15. La nano-mica-2 tratada: La nano-mica es tratada con silano. Silano es tris- de vinilo (etoxi 2-metoxi) silano (Silquest * A- 172 suministrado por Momentive Performance Materials.

Las composiciones de protecciones semiconductoras se hicieron utilizando los materiales de relleno que se muestran en la Tabla 1. El control no tiene ningún relleno y contiene lo siguiente: Resina EVA - 56.8% Negro de carbono- 36.9% Cera EVA 4.18% Retardador Scorch - 0.05% Anti-oxidante - 0.30% Estearato de Zinc - 0.69% Peróxido de t-butil cumilo 1.08% Cada una de las otras composiciones contiene diferentes tipos de relleno de aproximadamente 4.8%.

Se añadieron todos los materiales (excepto el peróxido) a un mezclador interno de tipo Banbury. La velocidad del rotor fue de 116 rpm y el material se mezcló a una temperatura de 132.22°C antes de que el lote fuera consumido. El peróxido se añadió en un segundo paso, con una velocidad de rotor de 77 RPM y una temperatura reducida de 110 °C. La composición se probó para determinar la adhesión (de acuerdo con el UL 1072, ICEA S-75-381, y ICEA T-27-581 más actual), resistencia al desgarro (de acuerdo con el D470 ASTM y D624 más actual), la resistividad de volumen (VR) (de acuerdo con el D257 ASTM, D991, y D6095 más actual), resistencia a la tracción (T) (de acuerdo con el ASTM D638 más actual), y el % de alargamiento (E) (de acuerdo con el ASTM D412 más actual).

Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Aunque las modalidades particulares se han elegido para ilustrar la invención, los expertos en la téenica entenderán que se pueden hacer varios cambios y modificaciones en la misma sin alejarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1.- Una composición de protección semiconductora desprendióle que comprende un polímero de base, nano-talco y negro de humo.

2.- La composición de la reivindicación 1, en donde el polímero de base se selecciona del grupo que consiste en copolímeros de etileno y acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona de hidrocarburos de C1 a C6, copolímeros de metacrilato de alquiletileno en donde se selecciona el grupo alquilo de hidrocarburos de C1 a C6 y copolímeros ternarios de etileno, acrilatos de alquilo y metacrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona independientemente del Hidrocarburos de C1 a C6.

3.- La composición de la reivindicación 1, en donde el negro de carbono es suficiente para dar a la composición una resistencia por debajo de aproximadamente a menos de 550 ohm-metro.

4.- La composición de la reivindicación 1, en donde el polímero de base está presente en aproximadamente 48% a aproximadamente 60% en peso de la composición.

5.- La composición de la reivindicación 1, en donde el nano-talco está presente de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 10% en peso de la composición.

6.- La composición de la reivindicación 1, en donde el negro de carbono está presente de aproximadamente 30% a aproximadamente 44% en peso de la composición.

7.- La composición de la reivindicación 1, que comprende además una auxiliar de proceso, un antioxidante, una carga, y/o un agente de entrelazamiento.

8.- La composición de la reivindicación 7, en donde el auxiliar de proceso está presente de aproximadamente 0.05 a 3.0% en peso de la composición, el antioxidante está presente de aproximadamente 0.05 a 3.0% en peso de la composición, o el agente de entrelazamiento está presente de aproximadamente 0.1 a 3.0% en peso de la composición.

9.- La composición de la reivindicación 1, en donde el nano-talco se trata de silano.

10.- La composición de la reivindicación 1, en donde el nano-talco tiene un tamaño medio de partícula por debajo de aproximadamente 500 nm.

11.- Un método para preparar una composición de protecciones semiconductoras desprendibles que comprende las etapas de composición de un polímero de base con nano-talco y negro conductor.

12.- El método de la reivindicación 11, en donde el polímero de base se selecciona de entre el grupo que consiste en copolímeros de etileno y acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona de Hidrocarburos de C1 a C6, copolimeros de metacrilato de alquiletileno en donde se selecciona el grupo alquilo de hidrocarburos de C1 a C6 y copolimeros ternarios de etileno, acrilatos de alquilo y metacrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona independientemente del hidrocarburos de C1 a C6.

13.- El método de la reivindicación 11, en donde el negro de carbono es suficiente para dar a la composición una resistencia por debajo de aproximadamente menos de 550 ohm-metro.

14.- El método de la reivindicación 11, en donde el polímero de base está presente de aproximadamente 48% a aproximadamente 60% en peso de la composición.

15.- El método de la reivindicación 11, en donde el nano-talco está presente en presente de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 10% en peso de la composición.

16.- El método de la reivindicación 11, en donde el negro de carbono está presente en aproximadamente 30% a aproximadamente 44% en peso de la composición.

17.- La composición de la reivindicación 11, que comprende además una auxiliar de proceso, un antioxidante, una carga, y/o un agente de entrelazamiento.

18.- Un cable que comprende un núcleo conductor; una capa aislante; una protección semiconductora desprendióle que contiene un polímero de base, nano-talco, y negro de carbono; un alambre de metal con conexión a tierra de la cinta; y una camisa.

19.- El cable de la reivindicación 18, en donde el polímero de base se selecciona de entre el grupo que consiste de copolímeros de etileno y acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona de hidrocarburos de C1 a C6, copolímeros de metacrilato de alquiletileno en donde se selecciona el grupo alquilo de hidrocarburos de C1 a C6 y copolímeros ternarios de etileno, acrilatos de alquilo y metacrilato de alquilo en donde el grupo alquilo se selecciona independientemente del hidrocarburos de C1 a C6.

20.- El cable de la reivindicación 18, en donde las protecciones semiconductoras desprendióles contienen además un auxiliar de proceso, un antioxidante, una carga, y/o un agente de entrelazamiento. RESUMEN La invención se refiere a composiciones de protecciones semiconductoras para cables de energía eléctrica que tiene un sistema de base de polímero, nano-talco, y negro de carbono. La invención también se refiere a tales composiciones de protecciones semiconductoras y al uso de estas composiciones de protecciones semiconductoras para la fabricación de protecciones semiconductoras para usarse en cables eléctricos, cables eléctricos elaborados a partir de estas composiciones y métodos de fabricación de cables eléctricos a partir de estas composiciones de protecciones semiconductoras. Las composiciones de protecciones semiconductoras de la invención pueden ser usadas como protecciones dieléctricas "semiconductores" separables (también conocidas como las protecciones de núcleo, protecciones dieléctricas y materiales de protecciones de núcleo) en los cables de potencia con aislamiento polimérico entrelazado, principalmente con cables de voltaje medio que tiene un voltaje de aproximadamente 5 kV a aproximadamente 100 kV, preferiblemente hasta aproximadamente 35 kV.