BR112017012623B1

BR112017012623B1 - cabo de energia

Info

Publication number: BR112017012623B1
Application number: BR112017012623-0A
Authority: BR
Inventors: Luigi Caimi; Vincenzo Crisci; Alberto Bareggi
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2021-05-18
Also published as: ES2713195T3; EP3234013B1; US10217544B2; CN107108988A; EP3234013A1; AU2014414346B2; US20170330646A1; CN107108988B; WO2016097819A1; CA2971145A1; DK3234013T3; BR112017012623A2; AU2014414346A1; CA2971145C

Abstract

Cabo de energia que compreende, do interior para o exterior, um condutor elétrico, uma camada semicondutora interna, uma camada eletricamente isolante feita a partir de um material termoplástico misturado com um fluido dielétrico, e uma camada semicondutora externa, em que a camada semicondutora externa compreende: (i) de 55% em peso até 90% em peso de um copolímero de etileno com pelo menos um comonômero de éster que possui uma insaturação etilênica; (ii) de 10% em peso até 45% em peso de um copolímero de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma a- olefina diferente de propileno, dito copolímero tendo um ponto de fusão de 145°C até 170°C e uma entalpia de fusão de 40 J/g até 80 J/g; (iii) pelo menos um enchimento condutor; (iv) pelo menos um fluido dielétrico; as quantidades de (i) e (ii) sendo expressas em relação ao peso total dos componentes poliméricos da camada. A camada semicondutora externa é removível a frio, tendo uma adesão com a camada isolante termoplástica subjacente que pode ser sintonizada de modo a obter um equilíbrio adequado entre capacidade de remoção a uma temperatura que se situa de cerca de 0°C até cerca de 40°C sem aplicar calor, e (...).

Description

DESCRIÇÃO Fundamento da invenção

[001] A presente invenção refere-se a um cabo de energia que tem uma camada semicondutora removível a frio. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um cabo de energia que tem uma camada isolante termoplástica em contato com uma camada externa semicondutora removível a frio.

[002] Cabos para transportar energia elétrica geralmente incluem pelo menos um núcleo de cabo. O núcleo do cabo é normalmente formado por pelo menos um condutor, sequencialmente coberto por uma camada polimérica interna que tem propriedades semicondutoras, uma camada polimérica intermediária que tem propriedades eletricamente isolantes, uma camada polimérica externa que tem propriedades semicondutoras. Cabos para transportar energia elétrica de média ou alta tensão incluem geralmente, pelo menos um núcleo de cabo rodeado por pelo menos uma camada de tela, tipicamente feita de metal ou de metal e material polimérico. A camada de tela pode ser feita sob a forma de fios (tranças), de uma fita enrolada helicoidalmente em torno do núcleo de cabo, ou de uma folha enrolada longitudinalmente em torno do núcleo de cabo.

[003] As camadas poliméricas que rodeiam o(s) condutor(es) são normalmente feitas a partir de um polímero reticulado à base de poliolefina, em particular polietileno reticulado (XLPE), ou copolímeros elastoméricos de etileno/propileno (EPR) ou etileno/propileno/dieno (EPDM), também reticulados, como descrito, por exemplo, no WO 98/52197. A etapa de reticulação, realizada após a extrusão do material polimérico sobre o condutor, confere ao material propriedades mecânicas e elétricas satisfatórias, mesmo sob altas temperaturas, tanto durante a utilização contínua como com sobrecarga de corrente.

[004] Por vários motivos, que incluem a necessidade de materiais que não deveriam ser nocivos para o ambiente, tanto durante a produção como durante a utilização, e que deveriam ser recicláveis no fim da vida útil do cabo, foram desenvolvidos recentemente cabos de energia tendo um núcleo de cabo feito de materiais termoplásticos, isto é, materiais poliméricos que não são reticulados e, portanto, podem ser reciclados ao final da vida do cabo.

[005] Com relação a isto, cabos elétricos que compreendem pelo menos uma camada de revestimento, por exemplo, a camada isolante, com base em uma matriz de polipropileno intimamente misturada com um fluido dielétrico, são conhecidos e descritos nos WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066317, WO 04/066318, WO 07/048422, WO2011/092533 e WO 08/058572. A matriz de polipropileno útil para este tipo de cabos compreende um homopolímero ou copolímero de polipropileno, ou ambos, caracterizada por uma cristalinidade relativamente baixa, para proporcionar ao cabo a flexibilidade adequada, mas sem comprometer as propriedades mecânicas e a resistência à termopressão nas temperaturas operacionais e de sobrecarga do cabo. O desempenho do revestimento do cabo, especialmente da camada isolante do cabo, é também afetado pela presença do fluido dielétrico intimamente misturado com dita matriz de polipropileno. O fluido dielétrico não deveria afetar as propriedades mecânicas mencionadas e a resistência à termopressão, e deveria ser tal que seja intimamente e homogeneamente misturado com a matriz polimérica.

[006] Além disso, para algumas aplicações é necessário fornecer cabos de energia na faixa de média e alta tensão, tendo uma camada semicondutora removível a frio, isto é, uma camada semicondutora externa que pode ser removida durante a instalação e a junção do cabo, sem aplicar calor (o processo de aquecimento requer a presença de outros aparelhos IN SITU e pode causar danos ao cabo) e sem desafiar a integridade da camada subjacente, ou deixar resíduos nela.

[007] A capacidade de ser removível a frio não deve ser prejudicial à adesão entre a camada semicondutora e a camada isolante, uma vez que uma ligação estreita e estável entre essas camadas durante a vida útil do cabo impede a delaminação parcial das camadas, com possível formação de microvazios, o que poderia causar o aparecimento de fenômenos de descarga parcial.

[008] A US 2006/0182961 (Dow Chemical) refere-se a uma composição semicondutora de cabo de energia que compreende uma mistura de (a) um polímero de alta temperatura e um polímero macio, e (b) um enchimento condutor, em que uma camada de cabo semicondutora, preparada a partir da composição, adere de modo removível a uma segunda camada de cabo. Polímeros adequados de alta temperatura incluem polipropilenos. O polímero de alta temperatura está preferencialmente na composição em uma quantidade inferior a 50 por cento em peso. Polímeros macios adequados incluem polietilenos e polipropilenos. Os polietilenos incluem copolímero de etileno e um éster insaturado tal como um éster de vinil (por exemplo, acetato de vinil). Polipropilenos adequados incluem copolímeros de propileno e outras olefinas. Um agente de cura pode estar presente na composição semicondutora. O material de base polímero semicondutor não contém um fluido dielétrico.

[009] O WO 2013/120582 ensina que o conceito comum para fazer uma camada semicondutora removível é aumentar a polaridade da camada semicondutora. Este documento é relativo a uma camada de blindagem semicondutora de um fio ou cabo que compreende: (A) um copolímero de etileno compreendendo unidades de comonômeros polares; (B) um copolímero de olefina; e (C) um enchimento condutor; em que o homo ou copolímero de olefina (B) tem um grau de cristalinidade inferior a 20%. O copolímero de olefina (B) pode ser um copolímero de etileno-propileno. O copolímero (B) está preferencialmente presente na composição em uma quantidade entre 5 e 25% com base no peso total da composição do polímero. Os comonômeros polares são selecionados do grupo que consiste em ácidos acrílicos, ácidos metacrílicos, acrilatos, metacrilatos e ésteres vinílicos. A quantidade de copolímero de etileno que compreende unidades de comonômero polar, é de 30 até 75% em peso da composição de polímero total. O material de base de polímero semicondutor não contém um fluido dielétrico.

Sumário da invenção

[0010] O Requerente enfrentou o problema de fornecer cabos de energia na faixa de média e alta tensão, tendo como camada eletricamente isolante um revestimento termoplástico, com base em um polímero ou copolímero de propileno, ou misturas destes, intimamente misturados com um fluido dielétrico, e uma camada semicondutora removível a frio. Mais especificamente, o problema técnico enfrentado pelo Requerente é aquele de fornecer uma camada semicondutora removível a frio possuindo uma adesão com a camada isolante termoplástica subjacente, que pode ser sintonizada de modo a obter um equilíbrio adequado entre capacidade de remoção a uma temperatura que se situa de cerca de 0°C até cerca de 40°C sem aplicar calor, e adesão estável com a camada isolante durante a vida útil do cabo.

[0011] O equilíbrio de propriedades acima deveria levar em consideração a presença do fluido dielétrico que pode originar da camada isolante. A presença de fluido intimamente misturado na camada isolante pode afetar a adesão entre a camada semicondutora e a camada isolante.

[0012] Para limitar a migração de fluido dielétrico a partir da camada isolante, algo do mesmo, ou de fluido dielétrico semelhante, também pode ser misturado com a composição da camada semicondutora. A adição de fluido dielétrico ao material polimérico que forma a camada semicondutora, também exercendo um efeito plastificante, deveria ser cuidadosamente considerada, uma vez que pode influenciar negativamente a interação do enchimento semicondutor, geralmente negro de fumo condutor, com a matriz de polímero, causando assim uma dispersão desigual do próprio enchimento.

[0013] O Requerente verificou que o problema técnico acima, e outros, podem ser resolvidos fornecendo um cabo de energia que tem uma camada isolante feita a partir de um material termoplástico misturado com um fluido dielétrico, e uma camada semicondutora externa que compreende um enchimento condutor e um fluido dielétrico feito de uma mistura de polímero baseada em um polímero polar como componente principal e, como componente menor, um copolímero de propileno que tem uma cristalinidade como definida pela entalpia de fusão do mesmo.

[0014] Portanto, de acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se a um cabo de energia que compreende, do interior para o exterior, um condutor elétrico, uma camada semicondutora interna, uma camada eletricamente isolante feita a partir de um material termoplástico misturado com um fluido dielétrico, e uma camada semicondutora externa, em que a camada semicondutora externa compreende:(i) de 55% em peso até 90% em peso de um copolímero de etileno com pelo menos um comonômero de éster que possui uma insaturação etilênica;(ii) de 10% em peso até 45% em peso de um copolímero de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado de etileno e uma α-olefina diferente de propileno, dito copolímero tendo um ponto de fusão de 145°C até 170°C e uma entalpia de fusão de 40 J/g até 80 J/g;(iii) pelo menos um enchimento condutor, (iv) pelo menos um fluido dielétrico;as quantidades de (i) e (ii) sendo expressas em relação ao peso total dos componentes poliméricos da camada.

[0015] Para a finalidade da presente descrição e das reivindicações que seguem, exceto onde indicado de outra forma, todos os números que expressam somas, quantidades, percentagens, e assim por diante, devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo "cerca de". Além disso, todas as faixas incluem qualquer combinação dos pontos máximo e mínimo descritos, e incluem quaisquer faixas intermediárias nelas contidas, as quais podem ou não ser aqui enumeradas especificamente.

[0016] Na presente descrição e nas reivindicações subsequentes, como "condutor" entende-se um elemento eletricamente condutor normalmente feito a partir de um material metálico, de preferência alumínio, cobre ou ligas deles, ou compostos de alumínio/cobre, quer como uma haste ou como um fio múltiplo trançado.

[0017] Para as finalidades da invenção, o termo "tensão média" significa geralmente uma tensão de entre 1 kV e 35 kV, enquanto que "alta tensão" significa tensões superiores a 35 kV.

[0018] Como "camada eletricamente isolante" entende-se uma camada de cobertura feita de um material que tem propriedades isolantes, a saber, com uma rigidez dielétrica (resistência à ruptura dielétrica) de pelo menos 5 kV/mm, preferencialmente superior a 10 kV/mm.

[0019] Como "camada semicondutora" entende-se uma camada de cobertura feita de um material que tem um valor de resistividade volumétrica, à temperatura ambiente, inferior a 500 Q.m, de preferência inferior a 20 Q.m; tipicamente, uma camada semicondutora é feita de uma matriz polimérica adicionada com, por exemplo, negro de fumo condutor.

[0020] Como "ponto de fusão" do copolímero de propileno (ii) entende-se a temperatura a mais elevada atribuível às sequências de propileno, determinada por calorimetria de varredura diferencial (DSC).

[0021] Como "entalpia de fusão" do copolímero de propileno (ii) entende-se a energia térmica (expressa em J/g) necessária para a fusão (quebra) da estrutura cristalina. Ela é calculada a partir das curvas DSC integrando a área definida pelo pico de fusão e a linha de base, antes e depois do pico de fusão.

[0022] Como "cristalinidade" entende-se a quantidade de fase ou de região cristalina em um polímero em relação ao conteúdo amorfo. A cristalinidade do polímero é determinada por análise DSC quantificando o calor associado à fusão do polímero. Este calor é reportado como percentagem de cristalinidade normalizando a entalpia de fusão observada até àquela de uma amostra cristalina de 100% do mesmo polímero, como descrito, por exemplo, na publicação de TA Instruments "Thermal Analysis Application Brief - Determination of Polymer Crystallinity by DSC - Number TA-123” (disponível na web em http://www.tainstruments.co.jp/ application/pdf/ Thermal_Library /Applications_Briefs/TA123.PDF).

[0023] Com relação ao copolímero de etileno (i), que é um polímero polar, é preferencialmente selecionado a partir de copolímeros de etileno com pelo menos um comonômero de éster selecionado a partir de: acrilatos de alquil C1-C8 (preferencialmente C1-C4), metacrilatos de alquil C1-C8 (preferencialmente C1-C4) e carboxilatos de vinil C2-C8. O comonômero de éster pode estar presente no copolímero (i) em uma quantidade de 10% em peso até 50% em peso, preferencialmente de 15% em peso até 40% em peso. Exemplos de acrilatos e metacrilatos de alquil C1-C8 são: acrilato de etil, acrilato de metil, metacrilato de metil, acrilato de tércio-butil, acrilato de n- butil, metacrilato de n-butil, acrilato de 2-etil-exil e semelhantes. Exemplos de carboxilatos de vinil C2-C8 são: acetato de vinil, propionato de vinil, vinilbutanoato e semelhantes. São particularmente preferidos como copolímeros de etileno (i): copolímeros de etileno-vinil-acetato (EVA) e copolímeros de etileno-n-butil-acrilato (EBA).

[0024] Preferencialmente, o copolímero de etileno (i) está presente na camada semicondutora externa em uma quantidade de60% até 80% em peso.

[0025] Preferencialmente, o copolímero de etileno (i) tem uma vazão de fusão (MFR) de 0,5 até 10 g/10 min (190°C, 2,16 kg de acordo com ASTM D1238 ou ISO 1133).

[0026] Preferencialmente, o copolímero de propileno (ii) está presente na camada semicondutora externa em uma quantidade de 20% até 40% em peso.

[0027] O copolímero de propileno (ii) pode ser uma mistura de copolímeros de propileno.

[0028] Preferencialmente, o copolímero de propileno (ii) tem um ponto de fusão de 145°C até 160°C.

[0029] Vantajosamente, o copolímero de propileno (ii) tem uma entalpia de fusão de 50 até 70 J/g.

[0030] Vantajosamente, o copolímero de propileno (ii) contém uma cristalinidade (ou fase cristalina) em uma quantidade de 80% em peso até 95% em peso em relação ao peso do copolímero de propileno (ii).

[0031] Preferencialmente, o copolímero de propileno (ii) é selecionado a partir de copolímeros de propileno heterofásicos, a saber, a partir de copolímeros em que domínios elastoméricos, por exemplo, de elastômero de etileno-propileno (EPR), são dispersados em uma matriz de homopolímero ou copolímero de propileno.

[0032] Deveria ser observado que os valores acima de ponto de fusão e entalpia de fusão são referidos ao copolímero de propileno (ii) tanto quando feito de um único copolímero, como também quando é feito de uma mistura de diferentes copolímeros de propileno. Os valores acima são determinados por análise DSC (Differential Scanning Calorimetry - Calorimetria de Varredura Diferencial) do copolímero de propileno único ou da mistura de diferentes copolímeros de propileno, sem separar a contribuição de cada polímero que forma a mistura.

[0033] Mais preferencialmente, o copolímero de propileno (ii) é uma mistura de: (iia) um copolímero de propileno, de preferência um copolímero randômico de propileno, tendo uma entalpia de fusão de 50 até 90 J/g e(iib) um copolímero de propileno heterofásico tendo uma entalpia de fusão de até 35 J/g e compreendendo uma fase elastomérica em uma quantidade igual ou superior a 30% em peso em relação ao peso total do copolímero (iib).

[0034] Preferencialmente, a mistura de (iia) e (iib) contém de 35 até 85% em peso, mais preferencialmente de 40 até 80% em peso do copolímero de propileno (iia) e de 15 até 65% em peso, mais preferencialmente de 20 até 60% em peso do copolímero de propileno heterofásico (iib), sendo as percentagens expressas em relação ao peso total de (iia) e (iib).

[0035] A mistura acima de (iia) e (iib) é preferida, uma vez que permite modular de maneira adequada as características do material polimérico que forma a camada semicondutora, de modo a alcançar o equilíbrio desejado de propriedades em termos de adesão com a camada isolante subjacente e de remoção a frio. Sem estar limitado a qualquer interpretação científica da presente invenção, acredita-se que o equilíbrio de propriedades acima é principalmente influenciado pela cristalinidade (quantidade de fase cristalina) presente no copolímero de propileno (ii), que pode ser mais facilmente controlada combinando dois diferentes copolímeros de propileno (iia) e (iib), como descrito acima.

[0036] Com relação ao enchimento condutor (iii), ele é preferencialmente um enchimento de negro de fumo. Preferencialmente, o enchimento de negro de fumo tem uma área de superfície BET superior a 20 m2/g, por exemplo, de 40 e 500 m2/g.

[0037] De preferência, o enchimento condutor (iii) está presente em uma quantidade de modo a obter uma camada semicondutora que tem um valor de resistividade volumétrica, à temperatura ambiente, inferior a 500 Q.m, de preferência inferior a 20 Q.m. Tipicamente, a quantidade de negro de fumo varia de 1 até 50% em peso, de preferência de 3 até 30% em peso, em relação ao peso da base polimérica.

[0038] Em relação ao fluido dielétrico (iv), ele é geralmente compatível com os materiais poliméricos que formam a camada semicondutora. "Compatível" significa que a composição química do fluido e do material polimérico é tal, a resultar em uma dispersão substancialmente homogênea do fluido dielétrico no material polimérico ao misturar o fluido no polímero, de forma semelhante a um plastificante.

[0039] Vantajosamente, a relação em peso entre o pelo menos um fluido dielétrico (iv) e o peso total dos copolímeros (i) e (ii) pode ser de 1:99 até 25:75, de preferência de 2:98 até 15:85.

[0040] De acordo com uma modalidade preferida, o fluido dielétrico tem um ponto de fusão ou um ponto de fluidez de -130°C até + 80°C. O ponto de fusão pode ser determinado por técnicas conhecidas, tais como, por exemplo, por análise Differential Scanning Calorimetry (DSC -Calorimetria de Varredura Diferencial).

[0041] Também deve ser observado que a utilização de um fluido dielétrico com um ponto de fusão relativamente baixo, ou ponto de fluidez baixo - tal que o fluido dielétrico é líquido à temperatura ambiente ou pode ser fundido por um aquecimento suave, por exemplo a 80°C - permite um manuseio fácil do fluido dielétrico, que pode ser fundido sem necessidade de etapas de fabricação adicionais e complexas (por exemplo, uma etapa de fusão do fluido dielétrico) e/ou aparelhos para misturar o líquido com o material polimérico.

[0042] De acordo com uma outra modalidade preferida, o fluido dielétrico tem uma viscosidade predeterminada para impedir difusão rápida do líquido dentro da camada isolante, e daí, a sua migração para fora, assim como para permitir que o fluido dielétrico seja facilmente alimentado e misturado no material polímero termoplástico. Geralmente, o fluido dielétrico da invenção tem uma viscosidade, a 40°C, de 5 cSt até 500 cSt, de preferência de 10 cSt até 100 cSt (medida de acordo com ASTM D445-03).

[0043] Por exemplo, o fluido dielétrico é selecionado dentre óleos minerais, por exemplo, óleos naftênicos, óleos aromáticos, óleos parafínicos, ditos óleos minerais contendo, opcionalmente, pelo menos um hetero-átomo selecionado dentre oxigênio, nitrogênio ou enxofre; parafinas líquidas; óleos vegetais, por exemplo, óleo de soja, óleo de linhaça, óleo de rícino; poliolefinas aromáticas oligoméricas; ceras parafínicas, por exemplo, ceras de polietileno, ceras de polipropileno; óleos sintéticos, por exemplo, óleos de silicone, alquilbenzenos (por exemplo, dodecilbenzeno, di(octilbenzil) tolueno), ésteres alifáticos (por exemplo, tetraésteres de pentaeritritol, ésteres de ácido sebácico, ésteres ftálicos), oligômeros de olefina (por exemplo, opcionalmente polibutenos hidrogenados ou poliisobutenos); e suas misturas. Óleos parafínicos e óleos naftênicos são particularmente preferidos.

[0044] Óleos poliaromáticos também poderiam ser empregados, embora seu uso seja questionável como potencialmente perigosos para a saúde e meio ambiente.

[0045] Óleos minerais como fluido dielétrico podem compreender composto(s) polar(es). A quantidade de composto(s) polar(es) é vantajosamente inferior a 5% em peso. Tal quantidade baixa de compostos polares permite obter baixas perdas dielétricas. A quantidade de compostos polares do fluido dielétrico pode ser determinada de acordo com ASTM D2007-02.

[0046] Em alternativa, o fluido dielétrico pode compreender pelo menos um hidrocarboneto de alquilaril com a fórmula estrutural (I):

em que:R1, R2, R3 e R4, iguais ou diferentes, são hidrogênio ou metil;n1 e n2, iguais ou diferentes, são zero, 1 ou 2, com a condição de que a soma n1 + n2 seja menor ou igual a 3.

[0047] Fluidos dielétricos adequados são descritos, por exemplo, nos WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066318 e WO 08/058572, todas no nome do Requerente.

[0048] Preferencialmente, a camada eletricamente isolante do cabo de energia de acordo com a presente invenção compreende um material termoplástico em mistura com um fluido dielétrico, em que o material termoplástico é selecionado a partir de:- pelo menos um copolímero (a1) de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado entre etileno e uma α-olefina diferente de propileno, dito copolímero tendo um ponto de fusão maior ou igual a 130°C e uma entalpia de fusão de 20 J/g até 90 J/g;- uma mistura de pelo menos um copolímero (a1) com pelo menos um copolímero (a2) de etileno com pelo menos uma α-olefina, dito copolímero (a2) tendo uma entalpia de fusão de 0 J/g até 70 J/g;- uma mistura de pelo menos um homopolímero de propileno com pelo menos um copolímero (a1) ou copolímero (a2);pelo menos um do copolímero (a1) e do copolímero (a2) sendo um copolímero heterofásico.

[0049] Materiais adequados para a camada eletricamente isolante são descritos, por exemplo, nos WO 02/03398, WO 04/066318, WO 07/048422, WO2011/092533 e WO2013/171550, todos no nome do Requerente.

[0050] O fluido dielétrico na camada eletricamente isolante pode ser selecionado a partir dos produtos descritos acima para a camada semicondutora externa.

[0051] Com relação à camada semicondutora interna do cabo de energia de acordo com a presente invenção, ela pode ter a mesma composição da camada semicondutora externa como descrito acima. No entanto, uma vez que para a camada semicondutora interna não é necessária a capacidade de remoção a frio, pode ser utilizada uma composição semelhante ou idêntica à camada isolante, naturalmente adicionada com um enchimento condutor para torná-la semicondutora como descrito acima.

[0052] A camada semicondutora externa do cabo da invenção pode ainda compreender aditivos tais como um auxiliar de processamento e um antioxidante, selecionados entre aqueles conhecidos da pessoa versada na técnica.

Breve descrição do desenho

[0053] Outras características serão evidentes a partir da descrição detalhada dada a seguir com referência aos desenhos anexos, nos quais:a Figura 1 é uma vista em perspectiva de um cabo de energia, particularmente adequado para média ou alta tensão, de acordo com a invenção; ea Figura 2 mostra variação da entalpia de fusão e temperatura de fusão de uma mistura de copolímeros (iia) e (iib) utilizados nos exemplos, em relação à percentagem em peso de copolímero (iia) na mistura.Descrição detalhada das modalidades preferidas

[0054] Na Figura 1, o cabo (1) compreende um condutor (2), uma camada interna com propriedades semicondutoras (3), uma camada intermediária com propriedades isolantes (4), uma camada externa com propriedades semicondutoras (5) feita de acordo com a presente invenção, uma camada de tela metálica (6) e uma bainha (7).

[0055] O condutor (2) consiste geralmente de fios metálicos, de preferência de cobre ou alumínio ou suas ligas, trançados em conjunto por métodos convencionais, ou de uma haste sólida de alumínio ou cobre. A camada isolante (4) e as camadas semicondutoras (3) e (5) têm as composições como descritas acima.

[0056] Em torno da camada semicondutora externa (5), uma camada de tela metálica (6) é normalmente posicionada, feita de fios ou tiras eletricamente condutoras, enroladas helicoidalmente em torno do núcleo do cabo ou de uma fita eletricamente condutora longitudinalmente enrolada e sobreposta (preferencialmente colada) sobre a camada subjacente. O material eletricamente condutor de ditos fios, tiras ou fita é usualmente cobre ou alumínio, ou suas ligas.

[0057] A camada de tela (6) pode ser coberta por uma bainha (7), geralmente feita de uma poliolefina, usualmente polietileno.

[0058] O cabo pode ser também dotado de uma estrutura de proteção (não mostrado na Figura 1) cuja principal finalidade é proteger mecanicamente o cabo contra impactos ou compressões. Esta estrutura protetora pode ser, por exemplo, um reforço metálico ou uma camada de polímero expandido, como descrito no WO 98/52197 em nome do Requerente.

[0059] O cabo de acordo com a presente invenção pode ser fabricado de acordo com métodos conhecidos, por exemplo, por extrusão das várias camadas em torno do condutor central. A extrusão de duas ou mais camadas é realizada, de maneira vantajosa, em uma única etapa, por exemplo pelo método “tandem” em que extrusoras individuais são dispostas em série, ou por coextrusão com uma cabeça de extrusão múltipla. A camada de tela é então aplicada ao redor do núcleo de cabo assim produzido. Finalmente, a bainha de acordo com a presente invenção é aplicada, usualmente por uma outra etapa de extrusão.

[0060] Em relação à camada semicondutora em particular, a etapa de extrusão é precedida por uma etapa de mistura efetuada por uma máquina de amassar ou por um equipamento de mistura de parafuso duplo, de acordo com a tecnologia conhecida para processar materiais termoplásticos carregados com negro de fumo.

[0061] A Figura 1 mostra apenas uma modalidade de um cabo de acordo com a invenção. Modificações adequadas podem ser feitas a esta modalidade de acordo com necessidades técnicas específicas e requisitos de aplicação, sem se afastarem do escopo da invenção.

[0062] Os seguintes exemplos são fornecidos para ilustrar adicionalmente a invenção.

EXEMPLOS 1-3.

[0063] Composições semicondutoras de acordo com a presente invenção foram produzidas por mistura contínua dos componentes nas quantidades conforme relatadas na Tabela 1 utilizando uma máquina de amassar.

[0064] Foram produzidas seis amostras de cabos com a composição de camada semicondutora externa indicada na Tabela 1. As amostras consistiram de condutores trançados com dimensões de 185 mm2 (Exemplos 1, 4, 5, 6) ou 240 mm2 (Exemplos 3, 4), cobertas com as seguintes camadas extrudadas: uma camada semicondutora interna (versão ligada) tendo uma espessura de 0,5 mm; uma camada isolante tendo uma espessura de 4,3 mm; uma camada semicondutora externa tendo uma espessura de 0,6 mm.

[0065] A camada isolante utilizada para todas as amostras foi feita de acordo com a seguinte receita (% em peso em relação ao peso total da mistura): 71% em peso de PP heterofásico (o mesmo da Tabela 1); 23% em peso de PP randômico (o mesmo da Tabela 1); 5,4% em peso de fluido dielétrico (o mesmo da Tabela 1); 0,6% de um antioxidante.

[0066] As amostras foram produzidas extrudando as três camadas com três extrusoras de parafuso simples separadas, conectadas a uma cruzeta de extrusão tripla, capazes de proporcionar aplicação simultânea das três camadas em torno do condutor. Após a extrusão das três camadas termoplásticas, o cabo foi resfriado por uma calha de resfriamento, com água mantida à temperatura ambiente e subsequentemente recolhido em um tambor para ensaio.

[0067] Para cada amostra de cabo, a força de remoção para a camada semicondutora externa foi medida de acordo com o padrão UNI HD 605, S2 (2008), página 33-37, a diferentes temperaturas (0°C, 25°C e 40°C). Osresultados estão apresentados na Tabela 1.

[0068] As quantidades na Tabela são expressas como % em peso em relação ao peso total dos materiais poliméricos (equivalente a phr).

[0069] EVA: copolímero de etileno/acetato de vinil, contendo 28% em peso de acetato de vinil, tendo: densidade = 0,951 g/cm3 - ISO 1183; Índice de fusão (190°C/2,16 kg) = 3 g/10 min - ISO 1133; ponto de fusão (DSC) = 73°C - ISO 3146; ponto de amolecimento Vicat = 49°C - ISO 306;

[0070] PP randômico: copolímero de propileno-etileno, tendo: entalpia de fusão (ΔHm) = 84 J/g; ponto de fusão (Tm) = 146°C, MFR (230°C/2,16 Kg) = 1,8 g/10 min-ISO 1133;

[0071] PP heterofásico: copolímero heterofásico de propileno-etileno, tendo: entalpia de fusão (AHm) = 30 J/g; ponto de fusão (Tm) = 167°C, MFR (230°C/2,16 Kg-ISO 1133) = 0,8 g/10 min;

[0072] Negro de fumo condutor, tendo: BET 65 m2/g; DBP 190 ml/ 100 g;

[0073] Fluido dielétrico: óleo naftênico, tendo: 3% em peso de átomos de carbono aromático, 41% em peso de átomos de carbono naftênico, 56% em peso de átomos de carbono parafínico, 0,1% em peso de compostos polares;

[0074] Outros aditivos: antioxidantes, auxiliares de processamento;

[0075] A Figura 2 mostra a variação da entalpia de fusão (ΔHmPP) e da temperatura de fusão (TmPP) da mistura de PP adicionando quantidades crescentes de PP randômico (iia) ao PP heterofásico (iib) utilizado nos exemplos acima.

[0076] Com relação aos Exemplos 1-3 de acordo com a invenção, deve ser observado que a força de remoção da camada semicondutora externa está dentro da faixa de 5 até 30 N/10 mm em todas as temperaturas de teste (de 0°C até 40°C), o que é comumente considerado como cumprindo os requisitos de padrão de cabos (como aqueles do padrão UNI HD 605, S2 acima mencionada) para uma camada semicondutora removível a frio.

[0077] Inversamente, os Exemplos comparativos 4 e 5 - onde a entalpia de fusão do copolímero de propileno é maior do que a faixa reivindicada - não são aceitáveis em termos de capacidade de remoção a frio: de um lado o Exemplo 4 tinha uma força de remoção que é muito baixa, mostrando uma adesão escassa à camada isolante especialmente a 40°C, enquanto que no outro lado o Exemplo 5 não era removível a frio, estando firmemente ligado à camada isolante.

[0078] Como para o exemplo comparativo 6 - onde a entalpia de fusão do copolímero de propileno é inferior à faixa reivindicada - não são aceitáveis, uma vez que a camada semicondutora externa está firmemente ligada à camada isolante à temperatura ambiente.

[0079] O comportamento da camada semicondutora externa dos cabos de amostra depende não apenas da entalpia de fusão do copolímero de propileno (ii) mas também da quantidade do copolímero de etileno (i).

Claims

1. Cabo de energia, caracterizado pelo fato de que compreende, do interior para o exterior, um condutor elétrico, uma camada semicondutora interna, uma camada eletricamente isolante feita de um material termoplástico em mistura com um fluido dielétrico, e uma camada semicondutora externa, em que a camada semicondutora externa compreende:(i) de 55% em peso até 90% em peso de pelo menos um copolímero de etileno com pelo menos um comonômero de éster tendo uma insaturação etilênica;(ii) de 10% em peso até 45% em peso de copolímero de propileno com pelo menos um comonômero de olefina selecionado a partir de etileno e uma α-olefina diferente de propileno, dito copolímero tendo um ponto de fusão de 145°C até 170°C e uma entalpia de fusão de40 J/g até 80 J/g;(iii) pelo menos um enchimento condutor;(iv) pelo menos um fluido dielétrico;as quantidades de (i) e (ii) sendo expressas em relação ao peso total dos componentes poliméricos da camada.

2. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o copolímero de etileno (i) ser selecionado a partir de copolímeros de etileno com pelo menos um comonômero de éster selecionado de: acrilatos de alquil C1-C8, metacrilatos de alquil C1-C8 e carboxilatos de vinil C2-C8.

3. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o comonômero de éster estar presente no copolímero (i) em uma quantidade de 10% em peso até 50% em peso.

4. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o copolímero de etileno (i) ser selecionado a partir de: copolímeros de etileno-acetato de vinil e copolímeros de etileno-n- butilacrilato.

5. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de etileno (i) está presente em uma quantidade de 60% até 80% em peso.

6. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o copolímero de etileno (i) ter uma vazão de fusão (MFR) de 0,5 até 10 g/10 min (190°C, 2,16 kg, de acordo com ASTM D1238 ou ISO 1133).

7. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno (ii) está presente na camada semicondutora externa em uma quantidade de 20% em peso até 40% em peso.

8. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno (ii) tem um ponto de fusão de 145°C até 160°C.

9. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno (ii) tem uma entalpia de fusão de 50 até 70 J/g.

10. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno (ii) contém uma fase cristalina em uma quantidade de 80% em peso até 95% em peso, em relação ao peso do copolímero de propileno (ii).

11. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o copolímero de propileno (ii) ser uma mistura de:(iia) um copolímero de propileno tendo uma entalpia de fusão de 50 até 90 J/g; e(iib) um copolímero heterofásico de propileno tendo uma entalpia de fusão até 35 J/g e compreendendo uma fase elastomérica em uma quantidade igual ou superior a 30% em peso em relação ao peso total do copolímero (iib).

12. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o copolímero de propileno (iia) é um copolímero aleatório de propileno.

13. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a mistura de (iia) e (iib) contém de 35 até 85% em peso do copolímero de propileno (iia), e de 15 até 65% em peso do copolímero de propileno heterofásico (iib), as percentagens sendo expressas em relação ao peso total de (iia) e (iib).

14. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a mistura de (iia) e (iib) contém de 40 até 80% em peso do copolímero de propileno (iia) e de 20 até 60% em peso do copolímero de propileno heterofásico (iib), as percentagens sendo expressas em relação ao peso total de (iia) e (iib).

15. Cabo de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a relação em peso entre o pelo menos um fluido dielétrico (iv) e o peso total dos copolímeros (i) e (ii) poder ser de 2:98 até 15:85.