MXPA98010419A - Cable resistente a ramificacion - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un cable que comprende uno o más conductores eléctricos o un núcleo de uno o más conductores eléctricos, cada conductor o núcleo estárodeado mediante una capa de aislamiento que comprende un copolímero de etileno multimodal y una o más alfa-olefinas, cada alfa-olefina tiene de 3 a 8ïtomos de carbono, el copolímero tiene una distribución de comonómero amplia como se mide medianñte TREF, con un valor para el porcentaje del copolímero, que se aluye hacia afuera a una temperatura mayor de 90§C, mayor de aproximadamente 5 por ciento;un valor de WTGR de menos de aproximadamente 20 por ciento;uníndice de fusión dentro de la escala de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 gramos por 10 minutos;y una densidad dentro de la es cala de 0.880 a 0.950 gramos por centímetro cúbico y que se prepara mediante el proceso de baja presión.

Description

"CABLE RESISTENTE A RAMIFICACIÓN" 'J CAMPO TÉCNICO Esta invención se relaciona con un cable de energia eléctrica aislado con una composición de polietileno que tiene una resistencia mejorada para ramificacaciones de agua.

INFORMACIÓN DE ANTECEDENTES Un cable de energia eléctrica típico por lo general comprende uno o más conductores, que forman un núcleo de cable que está rodeado mediante varias capas de material polimérico incluyendo una primera capa protectora semiconductora, una capa de aislamiento, una segunda capa protectora semiconductora, una cinta o protector de alambre metálico y una camisa. Estos cables aislados se conoce que adolecen de duración acortada cuando se instalan en un medio ambiente en donde el aislamiento se expone al agua, v.g. subterránea o ubicaciones de gran humedad. La duración acortada se ha atribuido a la formación de ramificaciones de agua, que ocurren cuando un material polimérico orgánico se somete a un campo eléctrico a través de un periodo de tiempo - - prolongado, en presencia de agua en forma liquida o vapor. El resultado neto es una reducción en la resistencia dieléctrica del aislamiento. Se han propuesto muchas soluciones para aumentar la resistencia de los materiales de aislamiento orgánicos a degradación, mediante ramificaciones de agua. Las soluciones más recientes involucran la adición de polietilenglicol, como un inhibidor de crecimiento de ramificaciones de agua, a un polietileno de baja densidad heterogéneo tal como se describe en las Patentes Norteamericanas Números 4, 305,849; 4,612,139; y 4,812,505. Otra solución es el uso de un polietileno homogéneo per se, como el material de aislamiento orgánico, es decir, sin la adición de un inhibidor de crecimiento de ramificaciones de agua. Véase la Patente Norteamericana Número 5,246,783. Ambas de estas soluciones parece ser que son los pasos en la dirección correcta, pero hay una demanda industrial continua para mejora parcialmente debido a que el cable de energia se expone crecientemente a medios ambientes y más duros, y parcialmente debido a que los consumidores están más preocupados con la longevidad del cable, v.g. una duración de servicio de 30 a 40 años.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN - Un objeto de esta invención, por lo tanto, es proporcionar un cable aislado que exhibe una resistencia mucho más mejorada a las ramificaciones de agua. Otros objetos y ventajas se harán evidentes a continuación. De conformidad con la invención, se ha descubierto un cable aislado que llena el objeto anteriormente citado. El cable comprende uno o más conductores eléctricos o un núcleo de uno o más conductores eléctricos, estando rodeado cada conductor o núcleo mediante una capa de aislamiento que comprende un copolímero de etileno multimodal y una o más alfa-olefinas, cada alfa-olefina tiene de 3 a 8 _ átomos de carbono, el copolímero tiene una distribución de comonómero amplia como se mide mediante TREF con un valor para el porcentaje del copolímero, que eluye hacia afuera a una temperatura de más de 90°C, de una cantidad mayor que de aproximadamente 5 por ciento, un valor de WTGR de menos de aproximadamente 20 por ciento; un índice de fusión dentro de la escala de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 gramos por 10 minutos; y una densidad dentro de la escala de 0.880 a 0.950 gramo por centímetro cúbico, y que se prepara mediante un proceso de baja presión.

DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD (ES ) PREFERIDA - - Los polietilenos de interés aquí son copolímeros de etileno y una o más alfa-olefinas, que tienen una distribución de peso molecular amplia y una distribución de comonómero amplia. Tienen también un número de otras características definidas. Los copolímeros pueden ser multi odales, pero de preferencia con bimodales o trimodales. Un copolímero es un polímero formado de la polimerización de dos o más monómeros e incluye terpolímeros, tetrámeros, etc. En esta especificación, el término "copolímero multimodal (o bimodal, trimodal, etc.)" se considera como dando a entender un solo copolímero o una mezcla de copolímeros siempre y cuando el solo copolimero y la mezcla sean multimodales y tengan una distribución de comonómero amplia así como otros atributos . Las alfa-olefinas tienen de 3 a 8 átomos de carbono. Los Ejemplos de las alfa-olefinas son propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-l-penteno y 1-octeno. Como se menciona en lo que antecede, los copolímeros pueden tener_ una densidad dentro de la escala de 0.8~80 a 0.950 gramo por centímetro cúbico, y de preferencia tienen una densidad dentro de la escala de 0.880 a aproximadamente 0.930 gramo por centímetro cúbico . ambién pueden tener un índice de fusión dentro de la escala de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 gramos por 10 minutos, y de preferencia tienen un índice de - - fusión dentro de la escala de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10 gramos por 10 minutos. El índice de fusión se determina de acuerdo con el método D-1238, Condición E de la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales y medido a 190 grados centígrados. Los copolímeros tienen distribución de comonómero amplia como se mide mediante TREF con un valor para el porcentaje del copolímero, que se eluye hacia afuera a temperatura de más de 90 grados centígrados, de más de aproximadamente 5 por ciento, y de preferencia más de aproximadamente 10 por ciento. Los copolímeros también pueden tener un valor de WTGR de menos de aproximadamente 20 por ciento, de preferencia menos de aproximadamente 10 por ciento, y de manera especialmente preferida menos de aproximadamente 5 por ciento. TREF y WTGR se discutirán a continuación. Los polietilenos usados en la presente invención de preferencia se producen en la fase de gas mediante varios procesos de baja presión. Pueden también producirse en la fase líquida en soluciones o suspensiones espesas, mediante técnicas convencionales. Los procesos de baja presión típicamente funcionan a presiones menores de 70.30 kilogramos por centímetro cuadrado, mientras que los procesos de alta presión típicamente funcionan a presiones mayores de 1,054.50 kilogramos por centímetro cuadrado. Los sistemas catalizadores típicos, que pueden usarse para - - preparar estos polietilenos, son sistema catalizadores a base de magnesio/titanio, que se pueden ejemplificar mediane el sistema catalizador descrito en la Patente Norteamericana Número 4,302,565 y un sistema catalizador secado por rociadura descrito en la Patente Norteamericana Número 5,290,745; sistemas catalizadores a base de vanadio tales como aquellos descritos en las Patentes Norteamericanas Números 4,508,842 y 4,919,038; un sistema catalizador a base de cromo tal como aquel descrito en la Patente Norteamericana Número 4,101,445; sistemas de catalizador de metaloceno como aquellos descritos en las Patentes Norteamericanas Números 5,272,236 y 5,317,036; u otros sistemas catalizadores de metal de transición. Muchos de estos sistemas caalizadoes se denominan frecuentemente como sistemas catalizadores de Ziegler-Natta. Los sistemas catalizadores, que usan óxidos de cromo o molibdeno en soportes de sílice-alúmina, son asimismo útiles. Los procesos típicos para preparar los polietilenos también se describen en las Patentes anteriormente mencionadas. Típicos de las mezclas y procesos de polietileno y sistemas catalizadores para proporcionar las mismas, se describen en las Patentes Norteamericanas Números 5,371,145 y 5,405,901. Siempre y cuando la mezcla, ya sea que se forme in situ o por medios mecánicos, sea multimodal y tenga una distribución de comonómero amplia, los polímeros se pueden - - mezclar en cantidades variables dentro de la escala de aproximadamente 1 por ciento a 99 por ciento en peso. Los aditivos convencionales, que se pueden introducir en la formulación de polietileno, se ejemplifican mediante antioxidantes, agentes de acoplamiento, absorbedores o estabilizadores de luz ultravioleta, agentes antiestáticos, pigmentos colorantes, agentes de nucleación, materiales de relleno o carga de refuerzo o aditivos de polímero, agentes de deslizamiento, plastificantes, auxiliares de procesamiento, lubricantes, agentes de control de viscosidad, agentes de pegajosidad, agentes de antibloqueo, agentes tensioactivos, aceites diluyentes, desactivadores de metal, estabilizadores de voltaje, materiales de relleno o carga y aditivos pirorretardantes, agentes de reticulación, reforzadores y catalizadores y supresores de humo. Los materiales de relleno o carga y aditivos se pueden añadir en cantidades que varían desde menos de 0.1 a más de aproximadamente 200 partes en peso por cada 100 partes en peso de la resina de base como en este caso, el polietileno. Los ejemplos de antioxidanes son: fenoles impedidos tales como tetrakis [metilen (3, 5-di-ter-butil-4-hidroxihidrocinamato) ] -metano, bis [ (beta- (3, 5-diter-butil-4-hidroxibencil) -metilcarboboxietil] sulfuro, 4,4' -tiobis (2-metil-6-ter-butifenol) , 4, 4 ' -tiobis (2-ter-butil-5-metilfenol) , 2, 2 ' -tiobis (4-metil-6-ter-butilfenol) , y bis (3, 5-di-ter-butil-4-hidroxi) hidroxinamato; de tiodietileno; los fosfitos y fosfonitos tales como tris (2, 4-di-ter-butilfenil) fosfito y di-ter-butilfenilfosfonito; los compuestos de tio tales como dilauriltiodifopropionato, dimiristiltiodipropionato, y diesteariltiodipropionato; varios siloxanos; y varias aminas tales como 2, 2, 4-trimetil-l, 2-dihidroquinolina polimerizada. Pueden usarse antioxidantes en cantidades de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 5 partes en peso por 100 partes en peso de polietileno. Las resinas en la formulación pueden retirarse añadiendo un agente de reticulación a la composición, o haciendo la resina hidrolizable, lo cual se logra añadiendo grupos hidrolizables tales como -Si (OR) 3 en donde R es un radical de hidrocarbilo con respecto a la estructura de la resina a través de copolimerización o injerto. Los agentes de reticulación apropados son los peróxidos orgánicos tales como peróxido de dicumilo; 2,5-dimetil-2, 5-di (t-butilperoxi) hexano; peróxido de cumilo de butilo terciario; y 2, 5-dimetil-2, 5-di (t-butilperoxi) hexano-3. Se prefiere el peróxido de dicumilo. Se pueden añadir grupos hidrolizables, por ejemplo, copolimerizando (en el caso del polietileno homogéneo) el etileno y el comonómero (s) con un compuesto - etilénicamente insaturado que tiene uno o más grupos de -Si (OR) 3, tal como viniltri etoxi-silano, viniltrietoxisilano, y gamma-metacriloxipropiltrimetoxisilano o injertando estos compuestos de silano ya sea la resina en presencia de los peróxidos orgánicos anteriormente mencionados . Las resinas hidrolizables luego se reticulan mediante humedad en presencia de un catalizador de condensación de silanol tal como dilaurato de dibutilestaño, maleato de dioctilestaño, diacetato de dibutilestaño, acetato estanoso, naftenato de plomo y caprilato de zinc. Se prefiere el dilaurato de dibutilestaño . Los ejemplos de copolímeros hidrolizables y copolímeros injertados hidrolizables son copolímero de etileno/comonómero/viniltrimetoxisilano, copolímero de etileno/comonómero/gamma-metacriloxipropi1trimetoxisilano, copolímero de viniltrimetoxisilano injertado con etileno/ comonómero, copolímero de viniltrimetoxisilano injertado con un copolímero de etileno de baja densidad lineal/ 1- buteno, y viniltrimetoxisilano injertado con un polímero de polietileno o etileno de baja densidad. El cable de la invención se puede preparar en varios tipos de aparatos de extrusión, v.g. de tipos de un solo tornillo o tornillos gemelos. El mezclado se puede efectuar en el aparato de extrusión o antes de la extrusión, en un mezclador convencional tal como un mezclador Brabender™; un mezclador Banbury™; o un aparato de extrusión de tornillos gemelos. Puede encontrarse una descripción de un aparato de extrusión convencional en la Patente Norteamericana Número 4,857,600. Un aparato de extrusión típico tiene una tolva en su extremo en aguas arriba y una matriz en su extremo en aguas abajo. La tolva desemboca hacia un cilindro que contiene un tornillo. En extremo en aguas bajo, entre el extremo del tornillo y la matriz, hay un empaque de tamiz y una placa rompedora. La porción de tornillo del aparato de extrusión se considera como estando dividida en tres secciones, la sección de alimentación, la sección de compresión y la sección de suministro regulado, y dos zonas, la zona de calor posterior y la zona de calor frontal, corriendo las secciones y la zonas desde la corriente en aguas arriba hacia la corriente en aguas abajo. En la alternativa, pueden haber zonas de calentamiento múltiples (más de dos) a lo largo del eje que corre desde la corriente en aguas arriba a la corriente de aguas abajo. Si tiene más de un cilindro, los cilindros se conectan en serie. La relación de cilindro a diámetro de cada cilindro queda dentro de la escala de aproximadamente 15:1 a aproximadamente 30:1. En el revestimiento de alambre, en donde el material se retícula después de la extrusión, la matriz de la cabeza - transversal desemboca directamente hacia una zona de calentamiento, y esta zona puede mantenerse a una temperatura dentro de la escala de aproximadamente 130°C a aproximadamente 260°C, y de preferencia dentro de la escala de aproximadamente 170°C a aproximadamente 220°C. Las ventajas de la invención estriban en el régimen de crecimiento de ramificaciones de agua grandemtne mejorado; de que los aditivos usados para mejorar la resistencia a la ramificación del agua puede evitarse; de que "toda" la composición de polietileno aproveche completamente la ventaja de las características eléctricas deseables del polietileno, por ejemplo, su factor de disipación bajo y su resistencia a la desintegración de corriente alterna excelente; siendo la composición útil en aplicaciones de voltaje bajo, mediano y elevado. Las patentes mencionadas en estaa especificación se incorporan en la presente por referencia. La invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos .

Ejemplos 1 a 11 La resistencia a la ramificación de agua de las composiciones de aislamiento se determina mediante el método descrito en la Patente Norteamericana Número - 4,144,202. Esta medición conduce a un valor para resistencia a la ramificación de agua con relación a un material de aislamiento de polietileno normal. El término usado para el valor es "régimen de crecimiento de ramificación de agua" (WTGR) . Tanto más bajo son los valores de WTGR, mejor será la resistencia a las ramificaciones de agua. Los valores de WTGR se manifiestan en porcentaje. Se mide también el TREF. La medida es una técnica, bien reconocida por aquellas personas expertas en la técnica. El acrónimo representa Fraccionación de Elución de Elevación de Temperatura. Cuando más del 5 (de preferencia más del 10) por ciento en peso de la resina tiene una temperatura de elución mayor de 90 grados centígrados, se indican una distribución de comonómero amplia y un WTGR más bajo. Por lo general, cuanto más elevado sea el valor de TREF, menor será el WTGR. Los valores de TREF se manifiestan en porcentaje de la resina, que se eluye hacia afuera a más de 50 grados centígrados. 100 partes en peso de cada uno de los tres copolímeros de etileno descritos en lo que antecede se mezclan con un aparato de extrusión BRABENDER™ de tornillos gemelos con 0.35 parte en peso de la antioxidante primario, bis (3, 5-di-ter-butil-4-hidroxi) idro-cinamato de tiodietileno, y 0.35 parte en peso del antioxidante - secundario, el tiodipropionato de diestearilo. El aparato de extrusión se hace funcionar a 60 revoluciones por minuto (rpm) a una temperatura de fusión de 155 grados centígrados. Se lleva a cabo una segunda pasada en el mismo equipo bajo las mismas condiciones para homogenizar mejor la mezcla. A esta mezcla (mantenida al 75 grados centígrados) se añaden 1.7 partes de peróxido de dicumilo a través de una adición de fundente de 125 grados a 130 grados centígrados en un molino de dos cilindros para proporcionar un reómetro de disco de oscilación (arco de 5 grados a 182 grados centígrados) en lectura de .378 kilográmetro de par de torsión (C0P0LIMER0 A), .389 kilográmetro de par de torsión (COPOLIMERO B) , y .389 kilográmetro de par de torsión (COPOLIMERO C) , respectivamente. Cada composición luego se quita del molino de dos cilindros como un crepé y se corta y se moldea en discos de 2.54 centímetros que son un espesor de 6.35 milímetros en una prensa en dos etapas: paso inicial paso final presión (kg/cm^) baja elevada temperatura (°C) 120 175 tiempo de permanencia (minutos) 9 de 15 a 20 - - COPOLIMERO A: Este copolímero es una mezcla in situ de un copolímero de etileno y 1-hexeno como un componente de alto peso molecular _y un copolímero de etileno y 1-buteno como el componente de bajo peso molecular. El Copolímero A es bimodal; tiene una densidad de 0.923 gramo por centímetro cúbico, un índice de fusión de 0.6 gramo por 10 minutos; un índice de flujo de 77 gramos por 10 minutos. El índice de flujo se determina bajo el Método D-1238, Condición F, de la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales, a 190 grados centígrados y 21.6 kilogramos. COPOLIMERO B: Este copolímero es una mezcla mecánica al 50:50 por ciento en peso de un copolímero de etileno y 1-hexano com el componente de alto peso molecular y un copolímero de etileno y 1-hexeno, como el componente de bajo peso molecular. El componente de alto peso molecular tiene una densidad de 0.895 gramo por centímetro cúbico, y un índice de flujo de 4.5 gramos por 10 minutos. El componente de bajo peso molecular tiene una densidad de 0.924 gramo por centímetro cúbico y un índice de fusión de 500 gramos por 10 minutos. La mezcla es bimodal. COPOLIMERO C: Este copolímero es un copolímero heterogéneo de etileno y 1-hexeno que se elabora con un proceso de baja presión usando un sistema catalizador de magnesio/titanio. Es monomodal y tiene una densidad de 0.905 gramo por centímetro cúbico y un índice de fusión de 4 gramos por 10 minutos. COPOLIMERO D: Este copolímero es un copolímero heterogéneo de etileno y 1-buteno elaborado en un proceso de baja presión usando un sistema catalizador de magnesio/titanio. Es monomodal y tiene una densidad de 0.905 gramo por centímetro cúbico y un índice de fusión de 4 gramos por 10 minutos. COPOLIMERO E: Este copolímero es bimodal. El componente de bajo peso molecular es un copolímero de etileno y 1-buteno y el componente de alto peso molecular es un copolímero de etileno y 1-hexeno. El copolímero bimodal tiene una densidad de 0.913 gramo por centímetro cúbico; un índice de fusión de 0.6 gramo por 10 minutos; y un índice de flujo de 50 gramos por 10 minutos. Este copolímero se trata de la misma manera que los copolímeros anteriormente citados con la excepción del antioxidante primario es 0.4 parte en peso de polidimetilsiloxano modificado con vinilo; el antioxidante secundario es 0.75 parte en peso de difenilamina estirenada p-orientada; y el copolímero bimodal tiene un reómetro de disco oscilatorio (5 grados hasta 360°C) de lectura de .552 kilográmetro de par de torsión. Los COPOLIMEROS F a l son copolímeros monomodales de etileno y alfa-olefina (1-octeno) elaborados mediante la polimerización de los comonómeros en presencia de sistemas catalizadores de un solo sitio de metaloceno. Los sitios de fusión y las densidades de muestran el Cuadro. COPOLIMEROS J y K son copolímeros monomodales de etileno y 1-hexeno elaborados mediante la polimerización de los comonómeros en presencia de los sistemas catalizadores de un solo sitio de metaloceno. COPOLIMEROS D y F a K se formulan de una manera semejante a los otros copolímeros mencionados anteriormente. Cada formulación de resina se prueba para WTGR y los resultados se comparan con un homopolímero de polietileno de control, que exhibe 100 por ciento de WTGR. Cada formulación de resina también se prueba para TREF. Las variables y los resultados se señalan en el siguiente Cuadro : Cuadro Ejemplo C0P0LIMER0 MI Densidad TREF WTGR (g/io (g/cc) (%) (%) min) 1 A 0.6 0.923 25.1 3.6 2 B 1.0 0.910 26.2 0.7 3 C 4.0 0.905 12.2 5 4 D 4.0 0.905 23.2 10 E 0.6 0.913 14.9 2.3 - - 6 F 5.0 0.870 1.2 68 7 G 3.5 0.910 menor que 40 0.1 H 1.0 0.902 menor que 81 0.1 9 I 1.0 0.870 1.1 179 J 1.7 0.923 2.1 258 11 K 2.5 0.908 1.8 172 En la prueba del COPOLIMERO E para (i) resistencia de desintegración de corriente alterna y (ii) factor de disipación, respectivamente, los resultados son (i) 83 por ciento de resistencia de desintegración de corriente alterna retenida después de 21 días a 6 kilovolts a 1 kiloHertz para un espécimen de espesor de 1.270 milímetros y (ii) es un factor de disipación muy plano de menos de 200 microradians a través de toda la escala de temperatura de 23°C a 95 grados centígrados. Los resultados anteriormente citados se confirman mediante el revestimiento de extrusión de las formulaciones de la resina anteriormente citadas en alambres de cobre de 14 AWG (Calibre de Alambre Americano) y prueba apropiada de los alambres revestidos. El espesor de los revestimientos es de 1.270 milímetros.

Claims (6)

- REIVINDICACIONES :

1. Un cable que comprende uno o más conductores eléctricos o un núcleo de uno o más conductores eléctricos, cada conductor o núcleo está rodeado mediante una capa de aislamiento que comprende un copolímero de etileno multimodal y una o más alfa-olefinas, cada alfa-olefina tiene de 3 a 8 átomos de carbono, el copolímero tiene una distribución de comonómero amplia como se mide mediante TREF con un valor para el porcentaje del copolímero, que se eluye hacia afuera a temperatura mayor de 90 grados centígrados, mayor de aproximadamente 5 por ciento; un valor de WTGR de menos de aproximadamente 20 por ciento; un índice de fusión dentro de la escala de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 gramos por 10 minutos; y una densidad dentro de la escala de 0.880 a 0.950 gramo por centímetro cúbico, y que se prepara mediante un proceso de baja presión.

2. El cable de conformidad con la reivindicación 1, en donde la alfa-olefina es 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil- 1-penteno o 2-octeno.

3. El cable de conformidad con la reivindicación 1, en donde el copolímero tiene un valor de TREF mayor de aproximadamente 10 por ciento. - 1 -

4. El cable de conformidad con la reivindicación 1, en donde el copolímero tiene un valor de WTGR menor de aproximadamente 10 por ciento.

5. El cable definido en la reivindicación 1, en donde el copolímero tiene una densidad dentro de la escala de aproximadamente 0.880 a aproximadamente 0.930 gramo por centímetro cúbico.

6. El cable de conformidad con la reivindicación 1, en donde el copolímero tiene un índice de fusión dentro de la escala de aproxiamdamente 0.5 a aproximadamente 10 gramos por centímetro cúbico.