CABLE ELÉCTRICO
Descripción de la invención La invención se refiere a un cable eléctrico con un aislamiento que por una parte es resistente frente a los medios liquidos y por otra parte tiene una gran capacidad de resistencia contra esfuerzos mecánicos. El cable eléctrico de conformidad con la invención está destinado en particular para la industrias vehicular, ferroviaria asi como también para la aviación y la navegación espacial. Los cables eléctricos de este tipo deben poseer asislamientos del conductor con requisitos especiales, asi deben ser resistentes al aceite y resistentes contra diversos productos químicos, ignifugos y ecológicos, y resistentes a la temperatura y a la abrasión. Para la fabricación de conductores eléctricos aislados que en el caso de incendio liberen el minimo posible de cantidades de humo asi como nada y/o cantidades mínimas de gases tóxicos, hoy en dia ya se emplean materiales aislantes exentos de halógenos, como por ejemplo copolimeros de polietileno y etileno. También se sabe que la resistencia a los solventes y a la temperatura se puede mejorar mediante la reticulación de los polímeros que
forman el aislamiento de material sintético. La propiedad ignifuga de los materiales aislantes exentos de halógeno se obtiene - como también es sabido -mediante la adición de trihidrato de aluminio (ATH) y/o hidroxido de magnesio. Sin embargo, los cables eléctricos con aislamientos exentos de halógeno que contienen este tipo de hidratos presentan por regla general la desventaja de una resistencia reducida frente a los medios liquidos, como por ejemplo gasolina, aceites minerales y solventes orgánicos. Para superar esta desventaja ya se desarrollaron cables eléctricos con un aislamiento bicapa del conductor. Asi por ejemplo, por el escrito de patente suiza 664 230 se conoce un conductor aislado que tiene una capa aislante interna exenta de halógeno hecha a base de un copolimero reticulado de poliolefina libre de halógeno ignífugamente estabilizado, y una capa de protección externa de una poliamida, un elastómero de poliester termoplástico exento de halógeno o un poliéter aromático exento de halógeno. O sea que para la fabricación de estos cables eléctricos se eligen para la capa externa resistente a los productos químicos polímeros polares con caracteristias repelentes al aceite. Para la capa interior se dispone en cambio de materiales sintéticos con una buena capacidad de absorción de agentes ignífugos. Como se sabe, los polímeros de ambas capas aislantes no son bien compatibles entre si, lo cual
tiene por consecuencia que las dos capas del aislamiento del conductor no se adhieren una sobre la otra, o solo de manera insuficiente, de modo que debido a ello se le ponen límites indeseables a la resistencia mecánica, en particular a la resistencia a la abrasión. Además, los aislamientos para conductores de los cables eléctricos conocidos por el escrito de patente suiza 664 230 no se fabrican en una sola etapa de extrusión. Estos mas bien se aplican sobre el conductor metálico en dos etapas de proceso independientes una de otra, lo cual tiene por consecuencia considerables desventajas en lo referente a la economía de la producción. La tarea de la presente invención es la de proponer a partir del conductor aislado conocido por el escrito de patente suiza 664 230, un cable eléctrico del tipo bajo consideración cuyo aislamiento bicapa del conductor no presente las desventajas previamente mencionadas. De conformidad con la invención este problema se soluciona mediante un cable eléctrico con las características de la reivindicación 1. Las formas de realización ventajosas del cable eléctrico de conformidad con la invención se derivan de las reivindicaciones subordinadas. El aislamiento del conductor del cable eléctrico
según la invención es una coextrusión que esta constituida por una capa polímerica interna reticulada ignífuga, exenta de halógeno, y una capa polimérica externa repelente al aceite, resistente a los productos químicos, compatible con aquella, en particular que se adhiera a ella o bien este ligada con ella, la cual eventualmente puede contener además adicionalmente agentes ignífugos. De conformidad con la invención la capa interna comprende al menos una poliolefina o mezcla de poliolefinas, y la capa externa un elastómero de poliester y/o un polímero mecánicamente robusto, como por ejemplo polibutilentereftalato (PBTP) y/o un polietileno de alta densidad (HDPE) . Un cable eléctrico del tipo de conformidad con la inveición se puede fabricar como sigue. Sobre una tira de cobre que por su parte esta constituida por una multitud de cables individuales con una sección circular total de 0.13 mm2 a 70 mm2 se calan mediante coextrusión ambas capas aislantes del conductor, para lo cual se proporcionan dos materiales de partida destinados a la formación de las capas interna y externa y que comprenden los polímeros que pertenecen a las clases de compuestos previamente mencionados. Durante la extrusión o después de ella se reticula cuando menos la capa interna del aislamiento del conductor mediante la acción de rayos de electrones de abundante energía.
La capa interna se fabrica convenientemente con un grosor de 0.1 a 2 mm, preferiblemente 0.2 a 1.5 mm, en tanto que el grosor de capa de la capa externa puede ser comparativamente delgado y por lo general es de aproximadamente 0.05 a 0.5 mm. En el caso de que la capa externa no contenga un agente ignífugo, entonces la propiedad ignífuga de todo el aislamiento del conductor recae sobre la capa interna. En consecuencia es importante ajustar una contra otra la relación volumétrica o bien la proporción de los espesores de capa de ambas capas. Ambas capas tienen propiedades mecánicas robustas. Asi en particular la capa interna tiene una alta resistencia a la tracción y una elevada dilatación, en tanto que la capa externa posee una elevada resistencia a la abrasión. En tanto que la capa externa comprende al menos un elastómero de poliester y/o un polímero mecánicamente robusto, la capa interna esta configurada de manera que posee una buena capacidad de absorción para agentes ignífugos. De acuerdo a la invención, los polímeros de las capas interna y externa se eligen de manera que en el estado calado y coextruido sobre el conductor se adhieren uno sobre, otro o están unidos uno con otro, mediante lo cual incrementan la resistencia mecánica a la abrasión del
aislamiento del conductor. Para incrementar aún mas la adherencia entre ambas capas es posible entremezclar adicionalmente con el al menos un polímero de la capa interna y/o con el al menos un polímero de la capa externa, un intermediario de la compatibilidad (por ejemplo un copolímero de bloque) o un terpolímero reactivo que permiten una combinación de los grupos funcionales entre las capas. La totalidad del perfil característico del aislamiento del conductor de acuerdo a la invención se realiza mediante una división de las tareas de ambas capas. La capa externa cumple la función de proteger al conductor eléctrico contra los influjos químicos (aceite, diesel, protección contra las heladas, ácidos de baterias, etc.) y mecánicos (abrasión, resistencia al agrietamiento) . La capa interna cumple la función de asegurar las características ignífugas y eléctricas del aislamiento del conductor. Ambas capas son responsables en la misma medida de la buena estabilidad térmica a largo plazo (propiedades de envejecimiento) del aislamiento. Como poliolefinas para la formación de la capa interna en el sentido de la invención entran en consideración los siguientes grupos de polímeros: copolímeros de polietileno, como por ejemplo etilenvinilacetato (EVA), etilenmetilacrilato (EMA),
etilenbutilacrilato (EBA), etilenetilacrilato (EEA) , goma de etileno-propileno (EPR) , etilen-propilen-dieno
(EPDM) ; homopolímeros de polietileno, como por ejemplo polietileno de muy baja densidad (VLDPE) con una densidad de < 0.920 g/cm2; terpolimeros del anhidrido del ácido maléico (MAH) a base de EVA, EMA, EBA, EEA, EPR, EPDM o de PE; así como - terpolímeros de metacrilato de glicidilo (GMA) a base de EVA, EMA, EEA, EPR, EPDM O PE. Como copolímeros de polietileno son especialmente adecuados: los polímeros EVA de las marcas Elvax (Du Pont), Levapren (Bayer) y Greenflex (Enichem); los polímeros EMA de las marcas Borflex (Borealis),
Lotryl (Atcchem) y Vamac (Du Pont); los polímeros EBA de las marcas Borflex (Borealis) y
Lotryl (Atcchem) ; - el polímero EEA de la marca Borflex (Borealis); el polímero EPR de las marcas Dutral (Enichem) y
Keltan (DSM), y los polímeros EPDM de las marcas Nordel (Du Pont/Dow) y Keltan (DSM) . Como homopolímeros de polietileno entran en
consideración las marcas Engage (Du Pont/Dow) y Exact
(EXXON) , como terpolímeros del anídrido del ácido maléico
(MAH) las marcas Polybond (Uniroyal), Fusabond (Du Pont),
Admer (Mitsui) asi como Exxelor (EXXON), y como terpolímeros de metacrilato de glicidilo (GMA) Lorader GMA
(Atocchem) y Evaloy AM. El material de partida que sirve para formar la capa interna posee como componente esencial uno de los polímeros precedentemente mencionados o una mezcla que consiste de al menos dos polímeros de esta clase. Las mezclas de polímeros que también se denominan "polymer blends" sirven en el caso aquí presente en particular para aumentar la adherencia de la capa externa a la capa interna. Además del al menos un polímero, el material de partida de la capa interna tiene grandes cantidades de agentes ignífugos libres de halógeno, como por ejemplo hidroxido de aluminio o hidroxido de magnesio, asi como cantidades menores de aditivos como antioxidantes, agentes protectores contra la hidrólisis, agentes auxiliares de la elaboración, agentes auxiliares de la reticulación y agentes de acoplamiento. En el caso de que el conductor eléctrico esté constituido por un alambre de cobre, la capa interna se puede estabilizar adicionalmente contra una desintegración
termo-oxidante (envejecimiento) mediante desactivadores del cobre . Una receta guía para el material de partida de la capa interna se puede definir como sigue: 30-40% en peso de mezcla de polímero 40-70% en peso de hidróxido de aluminio (ATH) 00-10% en peso de aditivos Como materiales particularmente adecuados para la formación de la capa externa en el sentido de la invención resultaron ser: elastómeros de poliester como poliester poliéter, asi por ejemplo la marca Hytrel (Du Pont); polímeros polares mecánicamente robustos como los polibutilentereftalatos (PBTP), sus copolímeros y las mezclas formadas con ellos, asi por ejemplo las marcas Vestodur, Celanex y Vandar; y los polietilenos de alta densidad (HDPE) . El material de partida que sirve para formar la capa externa posee como componente esencial un polímero seleccionado de uno de estos tres grupos. Sin embargo, el material de partida de la capa externa también puede ser una mezcla de al menos dos polímeros seleccionados de estos grupos. Además, la capa externa puede contener cantidades menores de aditivos como antioxidantes, agentes de
protección contra la hidrólisis, agentes auxiliares de la elaboración y agentes auxiliares de la reticulación o -según sea la dimensión del cable eléctrico - y adicionalmente agentes ignífugos. De conformidad con la invención el cuando menos un polímero de la capa interna esta reticulado por radiación. Si dentro del marco de la invención también se quiere reticular el cuando menos un polímero de la capa externa, entonces al material de partida de la capa externa habrá que entremezclarle adicionalmente agentes auxiliares de la reticulación de bajo peso molecular. Y es que en comparación a los polímeros de la capa interna, todos los polímeros de la capa externa son de difícil reticulación. Solamente mediante la incorporación de los agentes auxiliares de la reticulación resulta posible reticular los polímeros de la capa externa en una dosis razonable, por ejemplo en una dosis de 10-25 mrads. Una receta guía para el material de partida de la capa externa se puede definir como sigue: 35-80% en peso de polímero de la capa externa 00-30% en peso de agentes auxiliares de la reticulación 00-20% en peso de agentes de protección contra la hidrólisis 00-05% en peso de antioxidantes
00-10% en peso de agentes auxiliares de la elaboración 00-40% en peso de agentes ignífugos En lo referente al empleo de polietileno (PE) como material de partida para la capa externa queremos hacer aqui la siguiente observación. Una capa externa de PE es una capa que no forma una barrera contra el aceite en el sentido mas estricto. Asi, con el transcurso del tiempo el aceite penetrará sin obstrucción por difusión. Las fases cristalinas del PE solo pueden hacer mas lento este proceso de difusión, mas no lo pueden impedir. Sin embargo, entre mayor es la densidad del PE tanto mas duro (rígido) será el material, y por consiguiente tanto mejor su resistencia a la abrasión y su estabilidad respecto a los productos químicos. Esto también es valido en lo referente a la resistencia contra el aceite. Y es que el aceite únicamente ataca la fase amorfa inconsistente y provoca que esta se hinche. Por estos motivos, de conformidad con la invención para la capa externa solamente entran en consideración polietilenos de alta densidad reticulados como materiales de partida, los cuales presentan una elevada densidad, un buen comportamiento de flujo para una extrusión de pared delgada y un bajo IMF para una buena reticulación. Los ejemplos de polietilenos de alta densidad son los siguientes:
Los cables eléctricos de conformidad con la invención presentan las siguientes características físicas: tienen una alta resistencia mecánica, lo cual entre otras cosas se debe a las propiedades viscoelásticas de la capa externa de polímero. Ante todo es posible emplearlos sin problemas en la industria automotriz, y muestran una excelente resistencia a la abrasión asi como una elevada resistencia al agrietamiento y a la tracción; el aislamiento bicapa del conductor satisfizo excelentemente bien las pruebas de verificación de la no inflamabilidad; la estabilidad térmica a largo plazo de los cables eléctricos de acuerdo a la invención es de aproximadamente 3000 horas de operación de 125°C a 150°C. La temperatura mas baja aplicación es de al menos -40°C;
los cables eléctricos de conformidad con la invención no solamente son resistentes al aceite. También son resistentes contra otros productos químicos como por ejemplo agentes de protección contra las heladas, líquidos de baterías, agentes para lavar limpiaparabrisas, líquidos de frenos, detergentes, líquidos para el motor, la transmisión e hidráulicos, y gasolina. En las siguientes tablas 1 y 2 se indican ahora ejemplos para la composición de la capa interna y la capa externa que dentro del marco de la invención se pueden combinar una con otra sin limitaciones.
Tabla 1: Recetas para la capa interna
Tabla 2: Recetas para la capa externa
En este punto queremos hacer la observación de que las recetas precedentemente nombradas solo representan una elección entre varias formas de realización posibles para el aislamiento del conductor de acuerdo a la invención, y que dentro del marco de la invención se pueden modificar de diversas maneras.