PT1623436E

PT1623436E - Composições melhoradas de protectores de cabos removíveis

Info

Publication number: PT1623436E
Application number: PT04751148T
Authority: PT
Inventors: Mark R Easter
Original assignee: Gen Cable Technologies Corp
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2009-02-23
Also published as: EP1623436A4; WO2004100178A3; ATE417350T1; MXPA05011627A; EP1623436A2; US20040217329A1; DE602004018308D1; ES2319123T3; EP1623436B1; CA2524252C; WO2004100178A2; US6972099B2; CN1813315B; CA2524252A1; CN1813315A; DK1623436T3

Description

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DESCRIÇÃO "COMPOSIÇÕES MELHORADAS DE PROTECTORES DE CABOS REMOVÍVEIS"

CAMPO DA INVENÇÃO A invenção refere-se a composições de resina semicondutora para cabos eléctricos tendo um sistema de polímero de base com dois componentes e um aditivo de ajustamento da aderência. Estas composições de resina semicondutora podem ser usadas para fabricar protectores semicondutores para uso em cabos eléctricos. A invenção também se refere a cabos eléctricos compreendendo estes protectores semicondutores. As composições de resina semicondutora da invenção podem ser usadas como protectores dieléctricos "semicondutores" removíveis (também referidos como protectores do núcleo, blindagem dieléctrica e materiais de blindagem do núcleo) em cabos eléctricos com isolamento polimérico reticulado, primariamente com cabos de média voltagem tendo uma voltagem de cerca de 5 kV até cerca de 100 kV.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Cabos eléctricos típicos têm geralmente um ou mais condutores num núcleo que está rodeado por várias camadas que podem incluir: uma primeira camada de protector 2 ΡΕ1623436 semicondutor polimérico, uma camada de isolamento polimé-rico, uma segunda camada de protector semicondutor polimérico, uma fita metálica de protecção e uma bainha polimérica.

Em geral, os protectores dieléctricos semicondutores podem ser classificados em dois tipos distintos, o primeiro tipo sendo um tipo em que o protector dieléctrico está firmemente ligado ao isolamento polimérico, pelo que retirar o protector dieléctrico apenas é possível usando uma ferramenta de corte que remove o protector dieléctrico sozinho com algum do isolamento do cabo. Este tipo de protectores dieléctricos é o preferido pelas empresas que acreditam que esta aderência minimiza o rico de avaria eléctrica na superfície de contacto do protector com o isolamento. 0 segundo tipo de protector dieléctrico é o protector dieléctrico "removível", em que o protector dieléctrico tem uma aderência ao isolamento definida e limitada, de modo a que o protector removível possa ser completamente separado do isolamento sem remover qualquer isolamento. Composições actuais de protectores removíveis para uso sobre isolamento seleccionadas a partir de polietileno, polietilenos reticulados, ou uma das borrachas de copolímeros de etileno, tais como borracha de etileno-propileno (EPR) ou terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), são habitualmente baseadas numa resina com base de copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA) tornada condutora com um tipo e uma quantidade apropriados de negro de fumo. 3 ΡΕ1623436

Formulações de protectores removíveis de EVA e borrachas de nitrilo foram descritas por Ongchin, Pat. U.S. nos 4.286.023 e 4.246.142; Bums et al, Pedido EP n° 0.420.271B, Kakizaki et al, Pat. U.S. n° 4.412.938 e Janssun, Pat. U.S. n° 4.226.823, cada referência sendo aqui incorporada por referência neste pedido. Um problema com estas formulações de protectores removíveis de EVA e borracha de nitrilo é que os EVAs necessários para esta formulação têm um conteúdo de acetato de vinilo relativamente elevado para atingirem o nível de aderência desejado, donde resulta as formulações terem mais textura de borracha do que é desejado para a extrusão a alta velocidade de um cabo eléctrico comercial.

Aditivos de ajustamento da aderência alternativos também já têm sido propostospara uso com EVA, por exemplo hidrocarbonetos alifáticos cerosos (Watanabe et al, Pat. U.S. n° 4.933.107, aqui incorporada por referência); polietileno de baixo peso molecular (Bums Jr., Pat. U.S. n° 4.150.193, aqui incorporada por referência); óleos de silicone, borrachas e copolímeros em bloco que são líquidos à temperatura ambiente (Taniguchi et al, Pat. U.S. n° 4.493.787, aqui incorporada por referência); polietileno clorossulfonatado, borrachas de etileno-propileno, policlo-ropreno, borracha de estireno-butadieno, borracha natural (todos em Janssun), mas as únicas que parecem ter encontrado aceitação comercial foram as ceras de parafina. 4 ΡΕ1623436 A Patente U.S. n° 6.284.374 de Yamazaki et al divulga uma composição polimérica multicomponente para uso em protectores semicondutores removíveis apropriados para cabo e fio isolados com poliolefina e reticulados por enxerto com silano/reticulação por água. 0 principal componente polímero da composição é composto principalmente por um copolímero de etileno/acetato de vinilo tendo um peso molecular ponderado médio não inferior a 300.000. A Patente U.S. n° 6.274.066 de Easter divulga um protector semicondutor removível feito a partir de um polímero de base e um sistema aditivo modificador de aderência, em que a aderência entre o isolamento e o protector semicondutor é de entre 3 e 26 libras por Vê polegada.

Seria desejável melhorar mais os níveis de aderência em composições de protectores semicondutores removíveis, especialmente para uso com camadas de isolamento reticuladas com sistemas à base de peróxido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A invenção proporciona níveis de aderência notavelmente melhorados em composições de protectores semicondutores removíveis com menos de 3 libras por Vs polegada, com camadas de isolamento reticuladas com sistemas à base de peróxido. Em modelos de realização da invenção preferenciais, níveis de aderência em composições de protectores 5 ΡΕ1623436 semicondutores removíveis com menos de 2 libras por Vi polegada, e até mesmo cerca de 1 libra por Vs polegada, são conseguidos com composições de protectores semicondutores em conformidade com a invenção que estão em contacto com camadas de isolamento reticuladas com sistemas à base de peróxido. A invenção proporciona uma composição de resina semicondutora para uso como camada semicondutora em contacto com uma camada reticulada de isolamento de fio e de cabo, onde a camada de isolamento é reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido. A composição de resina compreende entre 15 e 85 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um polímero de base compreendendo pelo menos dois componentes, um primeiro componente tendo um peso molecular ponderado médio não superior a 200.000 e seleccionado entre o grupo constituído por copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, e terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-meta-crilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado independentemente entre os hidrocarbonetos Cl a C6; um segundo componente seleccionado entre o grupo constituído por polímeros tendo um ponto de fusão entre 110°C e 130°C e borrachas de nitrilo, em que o segundo componente tem entre cerca de 1 e 40 por cento em peso do polímero de base, e 6 ΡΕ1623436 entre 0,1 e 20 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um composto modificador de aderência compreendendo um copolimero de etileno-acetato de vinilo tendo um peso molecular ponderado médio maior do que cerca de 10.000; e entre 15 e 45 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um negro de fumo condutor numa quantidade suficiente para dar à composição de resina semicondutora uma resistência abaixo dos 550 ohms-metro. A invenção também proporciona um método para fazer a composição de resina semicondutora em contacto com uma camada reticulada de isolamento de fio e de cabo, onde a camada de isolamento é reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido. O método compreende os passos de (a) combinar de 15 a 85 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um polimero de base compreendendo pelo menos dois componentes, um primeiro componente tendo um peso molecular ponderado médio não superior a 200.000 e seleccionado entre o grupo constituído por copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, e terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-meta-crilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado independentemente entre os hidrocarbonetos Cl a C6; um 7 ΡΕ1623436 segundo componente seleccionado entre o grupo constituído por polímeros tendo um ponto de fusão entre 110°C e 130°C e borrachas de nitrilo, em que o segundo componente tem entre cerca de 1 e 40 por cento em peso do polímero de base, com entre 0,1 e 20 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um composto modificador de aderência compreendendo um copolímero de etileno-acetato de vinilo tendo um peso molecular ponderado médio maior do que cerca de 10.000; e de 15 a 45 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um negro de fumo condutor em quantidade suficiente para dar à composição de resina semicondutora uma resistência abaixo dos 550 ohms-metro. Juntos numa misturadora para formarem uma mistura. A mistura é então extrudida para formar a composição de resina semicondutora, onde a composição de resina semicondutora está em contacto com uma camada reticulada de isolamento de fio e de cabo e a camada de isolamento é ou foi reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido. A invenção também proporciona um cabo eléctrico de média voltagem compreendendo um núcleo condutor, uma camada de isolamento reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido, um protector semicondutor removível formado a partir da composição de resina semicondutora da invenção e uma fita ou fio metálico com ligação à terra e uma bainha. ΡΕ1623436

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Esta invenção inclui composições de protectores semicondutores removíveis apropriados para uso com iso-lantes eléctricos convencionais reticulados por peróxidos, protectores feitos a partir destas composições, cabos eléctricos empregando estes protectores dieléctricos semicondutores removíveis e métodos para fazer os protectores semicondutores e os cabos eléctricos que empregam estes protectores.

Isolantes eléctricos convencionais usados em cabos de média voltagem incluem polietilenos, polietilenos reticulados (XLPE), borrachas de etileno-propileno e borrachas de etileno-propileno-dieno (borrachas EPDM) . 0 termo polietileno destina-se a incluir polímeros e copolímeros em que o etileno é o componente principal, o que inclui, por exemplo, metaloceno ou etilenos catalizados num único sítio que são copolimerizados com olefinas superiores.

Os polímeros utilizados nas camadas de bainha protectora, isolamento, condutoras ou semicondutoras dos cabos da invenção podem ser feitos por qualquer processo adequado que permita a obtenção do polímero desejado com as desejadas propriedades de resistência física, propriedades eléctricas, retardância de árvore, e temperatura de fusão para processabilidade. 9 ΡΕ1623436

Os protectores semicondutores removíveis da invenção compreendem um polímero de base com dois componentes, compostos modificadores de aderência e negros de fumo condutores. Os negros de fumo condutores são adicionados em quantidade suficiente para diminuir a resisti-vidade eléctrica até abaixo de 500 ohms-metro. Preferencialmente, a resistividade do protector semicondutor é menor do que cerca de 250 ohms-metro e ainda mais preferencialmente menor do que cerca de 100 ohms-metro.

POLÍMEROS PROTECTORES A invenção proporciona uma composição de resina semicondutora para uso como camada semicondutora em contacto com uma camada reticulada de isolamento de fio e de cabo, em que a camada de isolamento é reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido. A composição de resina compreende entre 15 e 85 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um polímero de base compreendendo pelo menos dois componentes. O primeiro componente tem um peso molecular ponderado médio não superior a 200.000, preferencialmente não superior a 150.000 e mais preferencialmente não superior a 100.000. O primeiro componente é seleccionado entre copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é 10 ΡΕ1623436 seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, e terpo-límeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado independentemente entre os hidrocarbonetos Cl a C6. A resina de base é seleccionada entre quaisquer membros adequados do grupo constituído por copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, e copolímeros ternários de etileno, acrilatos de alquilo e metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado independentemente entre os hidrocarbonetos Cl a C6 . O copolímero de etileno-acetato de vinilo usado no primeiro componente pode ser qualquer copolímero EVA com as seguintes propriedades: a capacidade de aceitar grandes cargas de material de enchimento de carbono condutor, alongamento de 150 a 250 por cento e resistência à fusão suficiente para manter a sua forma após a extrusão. São conhecidos copolímeros EVA com níveis de acetato de vinilo acima de cerca de 25 por cento e abaixo de cerca de 45 por cento possuindo estas propriedades. Os copolímeros EVA podem ter uma amplitude percentual de acetato de vinilo de cerca de 25 a 45 por cento. Um copolímero EVA preferencial terá uma amplitude percentual de acetato de vinilo de cerca de 25 a 35 por cento e um copolímero EVA ainda mais preferencial terá uma percentagem de acetato de vinilo de 11 ΡΕ1623436 cerca de 28 a 33 por cento. 0 copolímero de etileno-acetato de vinilo usado no primeiro componente tem um peso molecular ponderado médio não superior a 200.000, preferencialmente não superior a 150.000 e ainda mais preferencialmente não superior a 100.000.

Os copolimeros de etileno-acrilato de alquilo usados no primeiro componente podem ser quaisquer copolimeros de etileno-acrilato de alquilo adequados com as seguintes propriedades: a capacidade de aceitar grandes cargas de material de enchimento de carbono condutor, alongamento de 150 a 250 por cento e resistência à fusão suficiente para manter a sua forma após a extrusão. O grupo alquilo pode ser qualquer grupo alquilo seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, preferencialmente os hidrocarbonetos Cl a C4 e ainda mais preferencialmente metilo. Alguns copolimeros de etileno-acrilato de alquilo com níveis de acrilato de alquilo acima de cerca de 25 por cento e abaixo de cerca de 45 por cento possuem estas propriedades. Os copolimeros de etileno-acrilato de alquilo podem ter uma amplitude percentual de acrilato de alquilo de cerca de 25 a 45 por cento. Um copolímero de etileno-acrilato de alquilo preferencial terá uma amplitude percentual de acrilato de alquilo de cerca de 28 a 40 por cento e um copolímero de etileno-acrilato de alquilo ainda mais preferencial terá uma percentagem de acriclato de alquilo de cerca de 28 a 33 por cento. O copolímero de etileno-acrilato de alquilo usado no primeiro componente tem um peso molecular ponderado médio não superior a 12 ΡΕ1623436 200.000, preferencialmente não superior a 150.000 e ainda mais preferencialmente não superior a 100.000.

Os copolimeros de etileno-metacrilato de alquilo usados no primeiro componente podem ser quaisquer copolimeros de etileno-metacrilato de alquilo adequados com as seguintes propriedades: a capacidade de aceitar grandes cargas de material de enchimento de carbono condutor, alongamento de 150 a 250 por cento e resistência à fusão suficiente para manter a sua forma após a extrusão. O grupo alquilo pode ser qualquer grupo alquilo seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, preferencialmente entre os hidrocarbonetos Cl a C4 e ainda mais preferencialmente metilo. Alguns copolimeros de etileno-metacrilato de alquilo com níveis de metacrilato de alquilo acima de cerca de 25 por cento e abaixo de cerca de 45 por cento possuem estas propriedades. Os copolimeros de etileno-metacrilato de alquilo podem ter uma amplitude percentual de metacrilato de alquilo de cerca de 25 a 45 por cento. Um copolímero de etileno-metacrilato de alquilo preferencial terá uma amplitude percentual de metacrilato de alquilo de cerca de 28 a 40 por cento e um copolímero de etileno-metacrilato de alquilo ainda mais preferencial terá uma percentagem de cerca de 28 a 33 por cento. 0 copolímero de etileno-metacrilato de alquilo usado no primeiro componente tem um peso molecular ponderado médio não superior a 200.000, preferencialmente não superior a 150.000 e ainda mais preferencialmente não superior a 100.000. 13 ΡΕ1623436

Os copolímeros ternários de etileno com acrilatos de alquilo e metacrilatos de alquilo usados no primeiro componente podem ser quaisquer copolímeros ternários adequados com as seguintes propriedades: a capacidade de suportar grandes cargas de material de enchimento de carbono condutor, alongamento de 150 a 250 por cento e resistência à fusão suficiente para manter a sua forma após a extrusão. O grupo alquilo pode ser qualquer grupo alquilo seleccionado independentemente entre os hidrocarbonetos Cl a C6, preferencialmente os hidrocarbonetos Cl a C4, e ainda mais preferencialmente metilo. Usualmente, um copolímero ternário será predominantemente ou um acrilato de alquilo com uma pequena porção de um metacrilato de alquilo, ou um metacrilato de alquilo com uma pequena porção de um acrilato de alquilo. As proporções de acrilato de alquilo e metacrilato de alquilo para etileno serão mais ou menos as mesmas que as proporções descritas para os copolímeros de etileno-acrilato de alquilo ou para os copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo, bem como as amplitudes de peso molecular descritas para etileno-acrilato de alquilo e etileno-metacrilato de alquilo. Os copolímeros ternários de etileno com acrilatos de alquilo e metacrilatos de alquilo usados no primeiro componente têm um peso molecular ponderado médio não superior a 200.000, preferencialmente não superior a 150.000 e ainda mais preferencialmente não superior a 100.000. O segundo componente é seleccionado entre polímeros com um ponto de fusão entre 110°C e 130°C e 14 ΡΕ1623436 borrachas de nitrilo. 0 segundo componente tem cerca de 1 a 40 por cento em peso do polímero de base, preferencialmente de cerca de 10 por cento em peso a cerca de 25 por cento em peso do polímero de base. Em certos modelos de realização preferenciais, o segundo componente do polímero de base é seleccionado entre polímeros de polietileno, polipropileno, poliestireno, etileno-buteno e etileno-octeno tendo um ponto de fusão entre 110°C e 130°C. Noutros modelos de realização preferenciais, o segundo componente é uma borracha de nitrilo. As borrachas de nitrilo em conformidade com a invenção podem conter entre cerca de 25 e cerca de 55 por cento em peso de acrilonitrilo, preferencialmente entre cerca de 30 e 45 por cento em peso de acrilonitrilo. Copolimeros de acrilonitrilo-butadieno e/ou os seus métodos de preparação são bem conhecidos na técnica e adquiriram a designação, ou seja, são referidos como borrachas de nitrilo ou NBR. Em conformidade, em modelos de realização da invenção, copolimeros de acrilonitrilo-butadieno podem ser usados como borracha de nitrilo. Polímeros de nitrilo hidrogenados e isopreno-acrilo-nitrilo são também adequados como segundo componente da invenção e, no contexto da invenção, são também considerados borrachas de nitrilo. Misturas de quaisquer das borrachas de nitrilo supracitadas são também consideradas como abrangidas pelo significado de borrachas de nitrilo tal como aqui expresso. Estes polímeros de borracha de nitrilo são disponibilizados comercialmente por Zeon Chemical, Goodyear, Polysar e outros fornecedores. 15 ΡΕ1623436

COMPONENTE MODIFICADOR DE ADERÊNCIA

Os compostos modificadores de aderência são diferentes do polímero de base e são quaisquer copolímeros de etileno-acetato de vinilo adequados com um peso molecular ponderado médio superior a cerca de 10.000, preferencialmente superior a cerca de 12.000, e mais preferencialmente superior a cerca de 15.000. Um copolímero de etileno-acetato de vinilo preferencial terá um peso molecular ponderado médio de cerca de 22.500 a cerca de 50.000 e um copolímero EVA ainda mais preferencial terá um peso molecular ponderado médio de cerca de 25.000 a cerca de 40.000. Os copolímeros de etileno-acetato de vinilo modificadores de aderência da invenção terão uma polidis-persividade superior a cerca de 2,5, preferencialmente uma polidispersividade superior a 4 e ainda mais preferencialmente uma polidispersividade superior a 5. Polidis-persividade é Mw dividida por MN (massa molecular média numérica) e é uma medida da distribuição das massas moleculares das cadeias poliméricas. A proporção de acetato de vinilo nos copolímeros de etileno-acetato de vinilo modificadores de aderência da invenção deverá ser de cerca de 10 a 28 por cento, preferencialmente cerca de 12 a 25, e ainda mais preferencialmente cerca de 12 a 20 por cento de acetato de vinilo. Materiais adequados disponíveis comercialmente incluem AC415, uma cera com 15 por cento de acetato de vinilo disponibilizada pela Honeywell Inc. de Morristown, N.J. 16 ΡΕ1623436

Os compostos modificadores de aderência podem também incluir qualquer copolimero de etileno-acrilato de alquilo ou etileno-metacrilato de alquilo adequado, em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6 e com um peso molecular ponderado médio superior a cerca de 10.000, preferencialmente superior a cerca de 12.000, e mais preferencialmente superior a cerca de 15.000. Um copolimero preferencial de etileno-acrilato de alquilo ou etileno-metacrilato de alquilo terá um peso molecular ponderado médio de cerca de 22.500 a cerca de 50.000 e um ainda mais preferencial copolimero de etileno-acrilato de alquilo ou etileno-metacrilato de alquilo terá um peso molecular ponderado médio de cerca de 25.000 a cerca de 40.000. Os copolimeros de etileno-acrilato de alquilo ou etileno-metacrilato de alquilo modificadores de aderência da invenção terão uma polidispersividade superior a cerca de 2,5, preferencialmente uma polidispersividade superior a 4 e ainda mais preferencialmente uma polidispersividade superior a 5. Polidispersividade, tal como definido anteriormente, é Mw dividida por MN e é uma medida da distribuição das massas moleculares das cadeias polimé-ricas. A proporção de acrilato de alquilo ou metacrilato de alquilo nos copolimeros de etileno-acrilato de alquilo ou etileno-metacrilato de alquilo modificadores de aderência da invenção devem ser cerca de 10 a 28 por cento, preferencialmente cerca de 12 a 25, e ainda mais preferencialmente cerca de 12 a 20 por cento de acetato de alquilo. 17 ΡΕ1623436 0 grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, preferencialmente entre os hidrocarbonetos Cl a C4 e ainda mais preferencialmente metilo. 0 negro de fumo condutor pode ser qualquer negro de fumo condutor em quantidade suficiente para diminuir a resistividade eléctrica até abaixo dos 550 ohms-metro. Preferencialmente a resistividade do protector semicondutor será inferior a cerca de 250 ohms-metro e ainda mais preferencialmente inferior a cerca de 100 ohms-metro. Negros de fumo adequados incluem os negros de fumo N351 e os negros de fumo N550 vendidos pela Cabot Corp. de Boston Mass.

As formulações de protectores semicondutores removíveis da invenção podem ser combinadas por meio de uma misturadora comercial, tal como uma misturadora Banbury, uma extrusora com duplo fuso, uma Buss Ko Kneader ou outras misturadoras contínuas. A proporção entre o composto modificador de aderência e os outros compostos no protector semicondutor removível irá variar dependendo do polímero de base, do isolamento que está por baixo, do peso molecular do composto modificador de aderência e da polidisper-sividade do composto modificador de aderência. Uma formulação de protector removível pode ser feita combinando 35 a 45 por cento em peso de negro de fumo com 0,5 a 10 por cento em peso de composto modificador de aderência, e ao restante polímero de base pode ser opcionalmente adicionado qualquer um dos seguintes componentes: entre 0,05 e 3,0 por cento em peso de adjuvante tecnológico, entre 0,05 e 3,0 18 ΡΕ1623436 por cento em peso de antioxidante, entre 0,1 e 3,0 por cento em peso de agente de reticulação. Outra formulação de protector removível pode ter entre 33 e 42 por cento em peso de negro de fumo, entre 1,0 e 7,5 por cento em peso de composto modificador de aderência, e ao restante polímero de base pode ser opcionalmente adicionado qualquer um dos seguintes componentes: entre 0,1 e 2,0 por cento em peso de adjuvante tecnológico, entre 0,1 e 2,0 por cento em peso de antioxidante, entre 0,5 e 2,0 por cento em peso de agente de reticulação. Ainda outra formulação de protector removível pode ter entre 35 e 40 por cento em peso de negro de fumo, entre 2,0 e 7,0 por cento em peso de composto modificador de aderência, e ao restante polímero de base pode ser opcionalmente adicionado qualquer um dos seguintes componentes: entre 0,25 e 1,5 por cento em peso de adjuvante tecnológico, entre 0,25 e 1,5 por cento em peso de antioxidante, entre 1,0 e 2,0 por cento em peso de agente de reticulação. A formulação de protector removível pode ser composta misturando o negro de fumo, o composto modificador de aderência, o adjuvante tecnológico, o antioxidante e o polímero de base com dois componentes juntos numa misturadora contínua até que estejam bem misturados. Se for adicionado um agente de reticulação, o mesmo pode ser adicionado num segundo passo de mistura ou absorvido para dentro da massa polimérica após a mistura. Após adição do agente de reticulação, a formulação está pronta para ser extrudida para cima do isolamento e reticulada para formar o protector semicondutor removível. 19 ΡΕ1623436

COMPOSIÇÃO DE ISOLAMENTO

Isoladores eléctricos convencionais usados em cabos de média voltagem incluem polietilenos, polietilenos reticulados (XLPE), borrachas de etileno-propileno e borrachas de etileno-propileno-dieno (borrachas EPDM). 0 termo polietileno destina-se a incluir tanto polímeros como copo-límeros em que o etileno é o componente maioritário, o que inclui, por exemplo, metaloceno ou etilenos catalisados num único sítio que são polimerizados com olefinas superiores.

As composições de isolamento para uso com a composição de resina semicondutora da invenção são reticuladas usando um sistema de endurecimento por peróxido. 0 agente de reticulação pode ser escolhido entre quaisquer dos bem conhecidos agentes de reticulação por peróxido conhecidos da técnica, incluindo os que formam radicais livres e reticulam por um mecanismo por radicais livres. A composição de isolamento da invenção pode ou não ser preenchida. Um exemplo ilustrativo de um material de enchimento adequado pode ser argila, talco (silicato de alumínio ou silicato de magnésio), silicato de magnésio e alumínio, silicato de magnésio e cálcio, carbonato de cálcio, carbonato de magnésio e cálcio, sílica, ATH, hidróxido de magnésio, borato de sódio, borato de cálcio, caulim, fibras de vidro, partículas de vidro, ou misturas dos mesmos. Em conformidade com a invenção, a amplitude percentual em peso para materiais de enchimento vai de 20 ΡΕ1623436 cerca de 10 por cento a cerca de 60 por cento, preferencialmente de cerca de 20 a cerca de 50 por cento em peso de material de enchimento.

Outros aditivos habitualmente empregues nas composições de poliolefina utilizadas na invenção podem incluir, por exemplo, agentes de reticulação, antioxidan-tes, adjuvantes tecnológicos, pigmentos, corantes, coloran-tes, desactivadores de metais, óleos de diluição, estabilizadores e lubrificantes.

Todos os componentes das composições utilizadas na invenção são habitualmente misturados ou combinados antes da sua introdução para dentro do dispositivo de extrusão, a partir do qual são extrudidos para cima de um condutor eléctrico. O polímero e os outros aditivos e materiais de enchimento podem ser misturados em conjunto por meio de qualquer uma das técnicas usadas na técnica para misturar e combinar essas misturas até se obterem massas homogéneas. Por exemplo, podem fazer-se fluir os componentes numa variedade de aparelhos, incluindo moinhos de múltiplos cilindros, moinhos de fuso, misturadoras contínuas, extrusoras de misturas e misturadoras Banbury.

Após os vários componentes da composição estarem uniforme e conjuntamente ligados e misturados, são mais uma vez processados para se fabricarem os cabos da invenção. Métodos da técnica anterior para o fabrico de fio e cabo isolado com polímeros são bem conhecidos, e o fabrico dos 21 ΡΕ1623436 cabos da invenção pode geralmente ser conseguido por meio de qualquer um dos vários métodos de extrusão.

Num método de produção típico para uma camada de isolamento de um cabo reticulada por peróxido, um núcleo condutor (opcionalmente) aquecido que vai ser revestido é puxado através de uma matriz de extrusão aquecida, geralmente uma matriz de cruzeta, na qual uma camada de polímero fundido é aplicada ao núcleo condutor. Ao sair da matriz, o núcleo condutor com a camada de polímero aplicada é passado através de uma secção vulcanizada aquecida, ou secção vulcanizadora contínua, onde são completamente reticulados num curto espaço de tempo, e depois por uma secção de arrefecimento, geralmente um banho de arrefecimento alongado, para arrefecerem. Múltiplas camadas de polímero podem ser aplicadas por passos consecutivos de extrusão, nos quais uma camada adicional é acrescentada em cada passo ou, com o tipo apropriado de matriz, múltiplas camadas de polímero podem ser aplicadas simultaneamente. 0 protector semicondutor, a camada de isolamento e o protector semicondutor removível são então passados através de uma secção vulcanizadora aquecida, ou secção vulcanizadora contínua, onde todas as três camadas são reticuladas simultaneamente, e depois por uma secção de arrefecimento, geralmente um banho de arrefecimento alongado, para arrefecer. A secção vulcanizadora é aquecida até ficar tão quente quanto possível sem que haja decomposição térmica das camadas de polímero do cabo. 22 ΡΕ1623436

Noutros métodos produtivos para a produção da camada de isolamento de um cabo reticulada por peróxido, as camadas de polímero e núcleo extrudidas são passadas através de um banho de sal aquecido ou uma secção de feixe de electrões, onde todas as três camadas são reticuladas simultaneamente. Ainda num outro método, as camadas de polímero e núcleo extrudidas são passadas através de um banho aquecido de chumbo ou chumbo aquecido é extrudido sobre o núcleo e a energia calorífera do chumbo endurece o cabo num curto período de tempo.

Em contraste, cabos reticulados por humidificação são habitualmente extrudidos directamente para dentro de uma cuba de arrefecimento alongada e arrefecidos num estado não-reticulado. 0 processo usado é o mesmo que para a produção de um cabo termoplástico que não seja reticulado. 0 cabo a ser reticulado por humidificação é então colocado num banho de água quente ou numa fonte de vapor, por vezes referido como "sauna", onde é endurecido lentamente ao longo do tempo. A velocidade de endurecimento está dependente da espessura e da permeabilidade à humidificação das camadas do cabo e do tipo de catalisador usado, e pode ir de várias horas a vários dias. Conquanto o calor aumente ligeiramente a velocidade à qual a água permeia o cabo, a temperatura tem de ser mantida abaixo do ponto de fusão da camada exterior do cabo, para evitar que a mesma amoleça e se cole a si própria. Por causa disto, o endurecimento por humidificação não é desejável para cabos de alta voltagem, que requerem camadas de isolamento mais espessas. 0 número 23 ΡΕ1623436 de tanques de água ou saunas necessários torna-se demasiado elevado. 0 condutor da invenção pode geralmente compreender qualquer material condutor de corrente eléctrica adequado, embora geralmente sejam utilizados metais condutores de energia. Preferencialmente, os metais utilizados são cobre ou alumínio. Para transmissão de corrente eléctrica, é geralmente preferencial cabo com condutor de alumínio/reforço de aço (ACSR), cabo com condutor de alumínio/reforço de alumínio (ACAR), ou cabo de alumínio. 0 peso molecular ponderado médio pode ser medido por difusão de luz ou por outros meios convencionais. 0 peso molecular numérico médio pode ser medido por osmo-metria ou por outros meios convencionais. 0 ponto de fusão pode ser medido com base no ponto de fusão determinado a partir de um pico de fusão do cristal, obtido usando um calorímetro diferencial de varrimento, ou por outros meios convencionais.

EXPERIMENTAÇÃO

As composições descritas nos exemplos foram feitas pelo procedimento indicado abaixo, e formadas em placas moldadas medindo 150 mm quadrados por 2 mm de espessura, uma face sendo placas medindo 150 mm quadrados por 2 mm de espessura, uma face estando ligada a um bloco XLPE com as mesmas dimensões, e as duas composições 24 ΡΕ1623436 endurecidas conjuntamente na prensa durante 20 minutos a 180°C. Em cada caso, a aderência foi medida pelos testes de resistência à remoção descritos abaixo. Segue-se também a identificação dos ingredientes.

Lotes de cerca de 1350 g (3,3 lb) de cada composição foram feitos usando uma misturadora BR Banbury modelo Farrell com uma capacidade de 1,57 1. Todos os ingredientes foram adicionados na misturadora Banbury e o braço foi descido. Foram então misturados por dois minutos na regulação de velocidade média. A mistura foi descarregada, trabalhada até se obter uma folha achatada e rapidamente moldada.

Amostras das placas foram testadas cortando completamente através da espessura da camada da composição de protecção experimental em linhas paralelas, para definir uma banda com 12,5 m (½ polegada) de largura; um extremo foi levantado e voltado 180° para trás, para ficar colocado ao longo da superfície da porção ainda em aderência, e foi medida a força necessária para efectuar a remoção a uma velocidade de 0,0085 m/s (20 polegadas/min) ; a resistência à remoção foi calculada em N/m e libras por Vs polegada.

INGREDIENTES AC415 é uma cera de etileno-acetato de vinilo com 14-16 por cento de acetato de vinilo, um peso molecular de 22.500-50.000 daltons e uma polidispersividade de 2,5-10. 25 ΡΕ1623436 A Resina Dow 0693 é uma formulação proprietária manufacturada pela Dow Chemical, Midland, Michigan, que contém cerca de 36% de negro de fumo, um polímero que funde a entre 110°C e 130°C, cerca de 1% de peróxido orgânico, e os restantes 32% do conteúdo de acetato de vinilo, etileno-acetato de vinilo. A Resina Borealis LE310MS é uma formulação proprietária manufacturada pela Borealis Compounds LLC, Rockport, NJ, que contém cerca de 36% de negro de fumo, cerca de 15% de borracha de nitrilo, 1% de peróxido orgânico, e os restantes 32% do conteúdo de acetato de vinilo, etileno-acetato de vinilo. A Resina General Cable LS567A é uma formulação proprietária manufacturada pela General Cable Corporation de Indianapolis, Indiana, que contém cerca de 36% de negro de fumo, 4% de AC415, 1% de peróxido orgânico, menos de 1% de antioxidantes e adjuvantes tecnológicos, e os restantes 32% do conteúdo de acetato de vinilo, etileno-acetato de vinilo.

Os exemplos 1-4 são exemplos comparativos mostrando resultados de aderência para um sistema de polímero de base com um componente usando um composto modificador de aderência (exemplos 1 e 2) e resultados de aderência para um sistema de polímero de base com dois componentes sem composto modificador de aderência (exemplos 26 ΡΕ1623436 3 e 4). 0 exemplo 5 e o exemplo 6 estão em conformidade com a invenção, embora não se destinem a limitar o âmbito da invenção ou das reivindicações em anexo.

No exemplo 1, usou-se 100 por cento em peso de Resina General Cable LS567A, manufacturada pela General Cable Corporation de Indianapolis, Indiana, para serem gerados dados de aderência em conformidade com o procedimento experimental explicado acima. A Resina General Cable LS567A contém 36% de negro de fumo, aproximadamente 4% de composto modificador de aderência AC415, 1% de peró-xido orgânico, menos de 1% de antioxidantes e adjuvantes tecnológicos, e os restantes 32% do conteúdo de acetato de vinilo, etileno-acetato de vinilo. Os resultados de aderência obtidos foram de 10,0 libras por k> polegada.

No exemplo 2, a 97 por cento em peso de Resina General Cable LS567A foram adicionados 3 por cento em peso de AC415, para serem gerados dados de aderência em conformidade com o procedimento experimental explicado acima. Isto aumentou o nivel de AC415 para aproximadamente 7 por cento em peso. Os resultados de aderência obtidos foram de 11,0 libras por Vs polegada.

No exemplo 3, foi usado 100 por cento em peso de Resina Borealis LE310MS, uma formulação proprietária manufacturada pela Borealis Compounds LLC, Rockport, NJ, para serem gerados dados de aderência em conformidade com o 27 ΡΕ1623436 procedimento experimental explicado acima. Os resultados de aderência obtidos foram de 3,1 libras por Vs polegada.

No exemplo 4, foi usado 100 por cento em peso de Resina Dow 0693, uma formulação proprietária manufacturada pela Dow Chemical, Midland, Michigan, para serem gerados dados de aderência em conformidade com o procedimento experimental explicado acima. Os resultados de aderência obtidos foram de 7,3 libras por V2 polegada.

No exemplo 5 em conformidade com a invenção, a 97 por cento em peso de Resina Borealis LE310MS foram adicionados 3 por cento em peso de AC415 para serem gerados dados de aderência em conformidade com o procedimento experimental explicado acima. Os resultados de aderência obtidos foram de 1,1 libras por Vs polegada.

No exemplo 6 em conformidade com a invenção, a 97 por cento em peso de Resina Dow 0693 foram adicionados 3 por cento em peso de AC415 para serem gerados dados de aderência em conformidade com o procedimento experimental explicado acima. Os resultados de aderência obtidos foram de 1,6 libras por Vs polegada.

Como pode ser visto a partir dos dados, a adição de 3% de AC415 diminui notavelmente o nível de aderência por um factor de pelo menos três com borracha de nitrilo (Borealis LE310MS 3,1/1,1) e numa outra instância uma 28 ΡΕ1623436 redução superior a quatro vezes o nível de aderência (Dow 0693 7,3/1,6) .

Estes dados experimentais não são de todo exaustivos das possíveis formulações ou resultados abrangidos pela invenção. Assim, por esta razão, para o propósito de determinar o verdadeiro alcance desta invenção apenas deve ser feita referência às reivindicações anexas.

Lisboa, 13 de Fevereiro de 2009

Claims

ΡΕ1623436 1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma composição de resina semicondutora para uso como camada semicondutora em contacto com uma camada reticulada de isolamento de fio e de cabo, em que a referida camada de isolamento é reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido, a referida composição de resina compreendendo: 15 a 85% em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um polímero de base compreendendo pelo menos dois componentes, um primeiro componente tendo um peso molecular ponderado médio não superior a 200.000 e seleccionado entre o grupo constituído por copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, e terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado independentemente entre os hidrocarbonetos Cl a C6; um segundo componente seleccionado entre o grupo constituído por polímeros tendo um ponto de fusão entre 110°C e 130°C e borrachas de nitrilo, em que o referido segundo componente tem entre cerca de 1 e 40 por cento em peso do polímero de base, e entre 0,1 e 20 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um composto modificador de aderência compreendendo um copolímero de etileno-acetato de vinilo tendo um peso molecular ponderado médio 2 ΡΕ1623436 maior do que cerca de 10.000; e entre 15 e 45 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicon-dutora, de um negro de fumo condutor.
2. A composição de resina semicondutora da reivindicação 1, em que o primeiro componente do polímero de base compreende um copolímero de etileno-acetato de vinilo.
3. A composição de resina semicondutora da reivindicação 2, em que o referido etileno-acetato de vinilo tem entre cerca de 25% e cerca de 35% de acetato de vinilo.
4. A composição de resina semicondutora de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o segundo componente do polímero de base é uma borracha de nitrilo e é entre cerca de 10 e cerca de 20 por cento em peso do polímero de base.
5. A composição de resina semicondutora de qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que o segundo componente do polímero de base é seleccionado entre os polímeros polietileno, polipropileno, poliestireno, eti-leno-buteno e etileno-octeno tendo um ponto de fusão entre 110°C e 130°C.
6. A composição de resina semicondutora de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o composto modificador de aderência compreende uma cera de 3 ΡΕ1623436 etileno-acetato de vinilo com 14-16 por cento de acetato de vinilo, um peso molecular de 22.500-50.000 e uma polidis-persividade de 2,5-10.
7. A composição de resina semicondutora de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o negro de fumo é seleccionado entre os negros de fumo de tipo N550 e N351.
8. A composição de resina semicondutora de qualquer uma das reivindicações precedentes compreendendo ainda um agente de reticulação.
9. A composição de resina semicondutora de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o composto modificador de aderência compreende uma cera de etileno-acetato de vinilo tendo um peso molecular ponderado médio superior a 12.000.
10. A composição de resina semicondutora de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o composto modificador de aderência compreende uma cera de etileno-acetato de vinilo tendo um peso molecular ponderado médio superior a 15.000.
11. A composição de resina semicondutora da reivindicação 1 tendo entre 30 e 45 por cento em peso de negro de fumo e entre 0,5 e 10 por cento em peso de um agente modificador de aderência. 4 ΡΕ1623436
12. A composição de resina semicondutora da reivindicação 11 tendo entre 33 e 42 por cento em peso de negro de fumo e entre 1,0 e 7,5 por cento em peso de um agente modificador de aderência.
13. A composição de resina semicondutora da reivindicação 1, em que o referido segundo componente compreende uma borracha de nitrilo contendo entre cerca de 30 e 45 por cento em peso de acrilonitrilo.
14. A composição de resina semicondutora da reivindicação 1, em que o segundo componente compreende uma borracha de nitrilo seleccionada entre os copolimeros acrilonitrilo-butadieno, os polímeros de nitrilo hidrogena-dos, os polímeros de isopreno-acrilonitrilo e misturas ou combinações dos mesmos.
15. Um método para fabricar uma composição de resina semicondutora em contacto com uma camada reticulada de isolamento de fio e de cabo, em que a referida camada de isolamento é reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido, o método compreendendo os passos de: (a) combinar entre 15 e 85 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um polímero de base compreendendo pelo menos dois componentes, um primeiro componente tendo um peso molecular ponderado médio não ΡΕ1623436 5 superior a 200.000 e seleccionado entre o grupo constituído por copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado entre os hidrocarbonetos Cl a C6, e terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-meta-crilato de alquilo em que o grupo alquilo é seleccionado independentemente entre os hidrocarbonetos Cl a C6; um segundo componente seleccionado entre o grupo constituído por polímeros tendo um ponto de fusão entre 110°C e 130°C e borrachas de nitrilo, em que o referido segundo componente tem entre cerca de 1 e 40 por cento em peso do polímero de base, com; entre 0,1 e 20 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um composto modificador de aderência compreendendo um copolímero de etileno-acetato de vinilo tendo um peso molecular ponderado médio maior do que cerca de 10.000; e entre 15 e 45 por cento em peso, com base no peso da composição de resina semicondutora, de um negro de fumo condutor, juntos numa misturadora para formarem uma mistura, (b) extrudir a mistura para formar a composição de resina semicondutora, em que a referida composição de resina semicondutora está em contacto 6 ΡΕ1623436 com uma camada reticulada de isolamento de fio e de cabo, em que a referida camada de isolamento é reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido.
16 . 0 método para fazer a composição de resina semicondutora da reivindicação 15, em que a referida composição de resina semicondutora é tal como definida em qualquer uma das reivindicações 2 a 7 e 9 a 14.
17. 0 método para fazer a composição de resina semicondutora da reivindicação 15 compreendendo ainda a adição de um agente de reticulação à composição de resina semicondutora.
18. Um cabo eléctrico de média voltagem compreendendo um núcleo condutor, uma camada de isolamento reticulada usando um sistema de endurecimento por peróxido, um protector semicondutor removível formado a partir de uma composição de resina semicondutora, uma fita ou fio metálico com ligação à terra e uma bainha; em que a referida composição de resina semicondutora é tal como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 14. Lisboa, 13 de Fevereiro de 2009 1 ΡΕ1623436 REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para conveniência do leitor. A mesma não faz parte do documento da patente Europeia. Ainda que tenha sido tomado o devido cuidado ao compilar as referências, podem não estar excluídos erros ou omissões e o IEP declina quaisquer responsabilidades a esse respeito. Documentos de patentes citadas na Descrição EP 0420271: B, Burns. US 42.96023 A, Orsgchin US 4246142 A US 4412838 A. Kakizaki US 4226823 A. Janssun US 4833107 A, Waianabe US 4150193 A. Bums Jr. US 4483787 A, Tanigucbs US 6284374 B„ Yamszaki US 6274066 B, Easter