ES2311515T3 - Cable autoextinguible resistente al impacto. - Google Patents
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Abstract
Cable autoextinguible (20, 30, 40) que comprende al menos un conductor (1) y al menos un revestimiento retardante de la llama (21, 31, 41) en una posición radialmente externa a dicho al menos un conductor (1), caracterizado por el hecho de que dicho al menos un revestimiento retardante de la llama (21, 31, 41) comprende un material polimérico expandido que incorpora al menos un agente ignífugo.
Description
Cable autoextinguible resistente al impacto.
La presente inversión se refiere a un cable
autoextinguible, en particular a un cable para una transmisión o
distribución de energía de baja tensión o de media tensión, así como
a un cable para la transmisión de datos o para telecomunicaciones,
por ejemplo un cable de teléfono.
Más en particular, la presente invención se
refiere a un cable autoextinguible que tiene, en una posición
radialmente externa al menos un elemento conductor, un revestimiento
de polímero que poseen propiedades autoextinguibles con un bajo
nivel de producción de humo, así como propiedades mecánicas capaces
de brindar a este cable una excelente protección contra impactos
accidentales.
En la presente descripción, la expresión "baja
tensión" significa un voltaje de menos de aproximadamente 1kV,
mientras que la expresión "media tensión" significa un voltaje
de entre aproximadamente 1 kV y aproximadamente 30 kV.
Además, el término "núcleo" del cable
significa una estructura semi terminada que consiste en un elemento
conductor revestido externamente con al menos una capa de material
aislante eléctrico. En el caso en el cual el cable tiene solamente
un "núcleo", se define como unipolar, cuando lo existen dos
núcleos el cable se define como bipolar y así sucesivamente.
En general, un cable eléctrico a autoextinguible
se produce mediante la extrusión sobre el núcleo antes mencionado o
aún directamente sobre el conductor en sí, por ejemplo sobre el
conductor sin aislamiento, un revestimiento retardante de la llama
obtenido a partir de una composición de polímero a la que se han
dado propiedades de resistencia a la llama mediante la adición de
un aditivo adecuado.
Es una práctica conocida, por ejemplo, añadir a
dicha composición de polímero, por ejemplo una composición basada
en poliolefina (tales como polietileno o con polímeros etileno/vinil
acetato), un aditivo retardante de la llama del tipo halogenados,
por ejemplo un haluro orgánico combinado con trióxido de
antimonio.
Sin embargo, los aditivos retardantes de la
llama del tipo halogenados tiene numerosas desventajas dado que,
durante el procesamiento del polímero, lo mismo se descomponen
parcialmente, generando gases halogenados que son tóxicos para los
operarios y corrosivos para las partes metálicas de las máquinas de
procesamiento del polímero. Además, cuando se someten a la acción
directa de la llama, la combustión de dichos aditivos quien era
cantidades muy grandes de humos que contienen gases tóxicos.
Desventajas similares se encuentran también cuando se emplea
cloruro de polivinilo (PVC) como base polimérica con trióxido de
antimonio añadido.
Por lo tanto, en años recientes, la producción
de cables a autoextinguibles ha girado hacia el uso de
composiciones libres de halógeno, en las cuales una base polimérica,
generalmente de tipo de poliolefina, se mezcla con rellenos
inorgánicos retardantes de la llama, generalmente hidróxidos, óxido
hidratos o sales hidratadas de metales, en particular de aluminio o
magnesio, tales como hidróxido de magnesio o trihidrato de aluminio
o mezcla de los mismos (ver, por ejemplo, las patentes
US-4 145 404, US-4 673 620,
EP-328 051 y EP-530 940). El
hidróxido de magnesio es particularmente preferido, debido a que
poseen una temperatura de descomposición relativamente alta
(aproximadamente 340ºC) y una estabilidad térmica satisfactoria
(ver, por ejemplo, la solicitud de patente WO 99/05688 a nombre del
mismo solicitante).
Sin embargo, el uso de estos rellenos
inorgánicos retardantes de la llama tiene un número de desventajas,
la primera de las cuales es el hecho de que, para obtener una acción
retardante de la llama eficiente, es necesario añadir cantidades
muy grandes del relleno retardante de la llama al material
polimérico, el general aproximadamente 120-250
partes en peso relativo a 100 partes en peso de material
polimérico.
Dichas grandes cantidades de relleno conducen a
una disminución en la capacidad de procesamiento y en las
propiedades mecánicas y elásticas del compuesto resultante, en
particular en lo que refiere a su elongación al quiebre y su carga
de rotura.
A diferencia de los compuestos antes
mencionados, otras sustancias inorgánicas (tales como, por ejemplo,
fibras de vidrio, caolín calcinado, carbonato de calcio) no
experimentan reacciones de descomposición a las temperaturas
usuales de combustión que pueden conducir a productos capaces de
interferir activamente con el proceso de combustión (por ejemplo,
el carbonato de calcio se descompone a aproximadamente 825ºC).
Estas sustancias son utilizadas como rellenos inertes para producir
un "efecto dilución" en el material polimérico (ver, por
ejemplo, el volumen "Compounding Materials for the Polymer
Industries", J.S. Dick. 1987, Noyes publ., en particular las
páginas 63 y 144), con el resultado de que la combustibilidad de los
compuestos se reduce como consecuencia del hecho de que hay menos
material polimérico que puede quemarse por unidad de volumen.
Otro grupo de aditivos capaces de producir un
efecto retardante de la llama son los retardantes de fuego con base
fósforo (ver, por ejemplo, "The chemistry and uses of Fire
Retardants", capítulo 2, J.W. Lyons, publicado por
Wiley-Interscience, 1970). Los compuestos típico que
contiene el cobro que son adecuados para el uso como aditivos
retardantes de la llama pueden ser sales de fósforo o ácido
fosfórico (fosfito, fosfatos o polifosfatos), ésteres orgánicos o
poliésteres de ácido fosfórico (mono-, di- o
tri-alquil fosfatos o polifosfatos), fosfitos
(mono-, di- o tri-alquil o -aril fosfitos),
fosfonatos o polifosfonatos (mono- o di-alquil o
-aril fosfonatos o polifosfonatos).
Además de los compuestos que contienen fósforo,
los aditivos retardantes de la llama para composiciones poliméricas
que pueden también ser utilizados son mezclas de compuestos que
contienen fósforo y que contiene nitrógeno, siendo dichas mezclas
generalmente referidas como "mezclas P-N" (ver
"The chemistry and uses of Fire Retardants", J.W. Lyons,
Wiley-Interscience, (1970), página 20 y capítulo 2).
Los compuestos que contienen nitrógeno pueden incluir, por ejemplo,
sales inorgánicas tales como sales de amonio, o compuestos orgánicos
y sales de los mismos, tales como, por ejemplo, guanidina, melanina
y derivados de los mismos, por ejemplo melanina cianurato o
guanidilurea, y las sales de los mismos. En lo que refiere al uso de
dichos compuestos que contienen fósforo y que contienen nitrógeno
en mezclas ("mezclas P-N"), ver, ejemplo, la
patente EP-831 120 a nombre del mismo
solicitante.
Durante las fases de transporte o instalación de
un cable, este cable puede sufrir impactos accidentales que pueden
causar daño, más aún daño considerable, a su estructura (por ejemplo
deformaciones de la capa aislante, desprendimiento entre las capas
que constituyen el cable), resultando este daño posiblemente en
variaciones en el gradiente eléctrico del revestimiento aislante,
con una consecuente reducción en la capacidad aislante que este
revestimiento.
En los cables actualmente disponibles
comercialmente, por ejemplo en cables eléctricos para la transmisión
o la distribución de energía, para proteger estos cables del daño
causado por posibles impactos accidentales, generalmente se hace
uso de un blindaje metálico capaz de impartir adecuada resistencia
mecánica. Este blindaje puede ser en forma de bandas o cables de
metal (generalmente hechos de acero) o en la forma de una vaina de
metal (generalmente hecha de plomo o aluminio) y, usualmente, este
blindaje es a su vez revertido con una vaina exterior polimérica.
Un ejemplo de esta estructura de cable se describe en la patente US
5.153.381. Este blindaje también puede ser considerado para cables
del tipo autoextinguible, es decir cables que tienen un
revestimiento retardante de la llama como se ha descrito con
anterioridad.
El documento WO 98/52197, a nombre del
solicitante, ilustra de forma similar la estructura de un cable
eléctrico para la transmisión de energía, que comprende, en
reemplazo del blindaje de metal, un revestimiento hecho de material
polimérico expandido de grosor adecuado capaz de otorgar al cable
una alta resistencia a los impactos accidentales. Este
revestimiento polimérico expandido preferentemente está ubicado en
una posición inmediatamente subyacente a la vaina polimérica
exterior.
El solicitante ha percibido la necesidad de
preparar un cable autoextinguible el cual, además de garantizar las
propiedades retardantes de llama requeridas, Este y dotada con una
alta resistencia al impacto, es decir una resistencia al impacto al
menos igual a que esa de los cables provistos de un blindaje de
metal.
Específicamente, es conocido que en un número
siempre creciente e aplicaciones y frente a estándares cada vez más
estrictos, es de fundamental importancia instalar cables que sean
capaces de asegurar altos niveles de seguridad, tanto en términos
de resistencia a la llama en el caso de un incendio, y en términos
de resistencia mecánica de cara a posibles impactos accidentales a
los cuales el cable puede ser sometido durante del transporte o la
instalación, o durante la utilización.
Por ejemplo, siempre que necesiten instalarse
cables, a la vista o en adecuadas ubicaciones de túnel, en
ambientes altamente frecuentados que son extremadamente críticos en
el caso de un incendio (tales como, por ejemplo, ambientes
subterráneos cerrados tales como el metro, túneles de ferrocarriles
y similares) debe asegurarse que, en primer lugar, estos cables son
autoextinguibles, producen un bajo nivel de humos y no emiten gases
tóxicos o corrosivos, y, en segundo lugar, deben tener una
pluralidad de propiedades mecánicas y de resistencia a los agentes
externos (temperatura, aceites), haciéndolos fáciles de instalar y
asegurando que tienen cualidades de buen rendimiento y que son
duraderos.
En consideración a estos aspectos, ha surgido la
necesidad, especialmente con referencia a las aplicaciones
particulares antes mencionadas, de tener disponible en el mercado un
cable autoextinguible de tipo blindado. Sin embargo, colocar un
blindaje de metal dentro de un cable tiene considerables
desventajas. Por ejemplo, el necesario para este propósito
introducir una o más etapas adicionales en el proceso de producción
del cable, volviéndose en consecuencia dicho proceso más complejo
también desde el punto de vista de la ingeniería de planta, y más
caro, no sólo en términos económicos sino también en términos de
tiempo. Además, la presencia de un blindaje de metal dentro de un
cable conlleva un incremento significativo en el peso de este cable,
lo que resulta en un inevitable incremento en los costes, no sólo
para la etapa de instalación, sino también para la etapa de
transporte.
El solicitante, por lo tanto, ha percibido la
necesidad de producir un nuevo tipo de cable autoextinguible y es
capaz de combinar hasta propiedades mecánicas con las propiedades
retardantes de llama requeridas, a la vez que asegura, al mismo
tiempo, un proceso de producción barato, simple y rápido.
Sobre la base de los resultados obtenidos en
cables de tipo no autoextinguibles, tal como se describió en el
documento WO 98/52197 antes mencionado, el solicitante inicialmente
consideró insertar dentro de un cable autoextinguible un
revestimiento polimérico expandido en reemplazo del blindaje
metálico de refuerzo, para preparar un cable que tenía mayor
resistencia mecánica, es particularmente liviano y es, por otra
parte, rápido y simple de preparar.
Sin embargo, a pesar de las indudables ventajas
mencionadas con anterioridad, el solicitante se encontró enfrentado
con un problema que no era fácil de resolver debido a que, a pesar
de ser particularmente ventajoso en términos de su resistencia
mecánica a los impactos y su ligereza, un revestimiento polimérico
expandido no tenía los requerimientos retardantes de llama
deseados. Por el contrario, debido a que dicho revestimiento es
expandido y por lo tanto contiene aire oxidante en su interior, se
encontró que estaba particularmente sometido a una rápida
propagación de la
llama.
llama.
La siguiente aproximación explorada por el
solicitante puede intentar realizar el revestimiento polimérico
expandido antes mencionado resistente a la llama mediante la
inclusión en el mismo de un relleno retardante de la llama de tipo
inorgánico (por ejemplo hidróxido de magnesio). Sin embargo, los
esfuerzos realizados en esta dirección no fueron exitosos. De
hecho, para obtener un revestimiento que asegure las propiedades
retardantes de la llama deseadas, se encontró que era necesario,
como sea indicado con anterioridad, utilizar una gran cantidad de
relleno retardante de la llama el cual, por otra parte, no permitía
la expansión de la composición de base polimérica.
El solicitante encontró ahora que era posible
obtener cables a autoextinguibles libres de halógeno los cuales, en
el caso de un incendio, no generaban gases tóxicos o corrosivos,
producían un bajo nivel de humos y estaban dotados con una alta
resistencia a la llama y una excelente resistencia al impacto, al
proporcionar a estos cables una capa de revestimiento producida a
partir de una composición polimérica expandida que incorpora al
menos un agente hinchable como se define a continuación.
El solicitante ha encontrado además que la capa
de revestimiento expandida retardante de las llamas de acuerdo con
la presente inversión es capaz en ciertos casos de dar al cable
resistencia mecánica a los impactos que puede ser aún mayor que
aquella de un cable similar de tipo blindado.
La presente inversión, tal como se desprenderá
más claramente a partir de la descripción que sigue a continuación,
proporciona una excelente solución a los problemas mencionado con
anterioridad para las soluciones de la técnica anterior ilustrada
previamente en el curso de la presente detección.
Por ejemplo, un cable autoextinguible que tiene
un revestimiento polimérico expandido con propiedades retardantes
de las llamas que no requiere, como se ha mencionado con
anterioridad, un blindaje metálico para protegerlo contra los
impactos accidentales.
Esto representa un aspecto particularmente
ventajoso debido a que, en primer lugar, el cable de acuerdo con la
presente invención es significativamente más ligero que los cables
blindados convencionales, para una resistencia mecánica de igual
valor y ocasionalmente mayor que aquella de dichos cables blindados.
Como ya se ha recordado, la posibilidad de utilizar un cable más
ligero hace que su instalación y transportes se han más fáciles y
en consecuencia reduce sus costes.
En segundo lugar, la capa realizada de material
expandido con propiedades retardantes de la llama de acuerdo con la
presente mención se extrude directamente sobre el cable de forma
continua, opcionalmente en coextrusión con otra capa de
revestimiento del cable, tal como el relleno y/o la vaina polimérica
exterior. Este aspecto hace por lo tanto posible proporcionar un
proceso de producción que está muy simplificado en términos de la
ingeniería de planta, así como que es más rápido y menos caro que
los procesos para producir los cables blindados en la técnica
anterior.
De hecho, proporcionar un blindaje metálico de
refuerzo dentro de un cable requiere una secuencia predeterminada
de etapas, así como el uso de aparatos específicamente dedicados a
este tipo de operación. Más específicamente, si se desea obtener un
cable blindado de la técnica anterior, por ejemplo de tipo unipolar,
el proceso de producción necesariamente comprende:
- una primera línea dedicada a la extrusión de
la capa aislante y la formación del núcleo del cable el cual, una
vez obtenido, se enrolla sobre una bobina recolectora;
- una segunda línea, separada de la primera y
alimentada con un núcleo desenrollado de este una primera bobina
antes mencionada, siendo ese trabajo para posicionar el blindaje
metálico; el producto semiacabado así obtenido se enrolla entonces
sobré una segunda bobina recolectora;
- una tercera línea alimentada con dicho
producto semiacabado, siendo su trabajo extrudir la vaina polimérica
exterior retardante de la llama que cubre el blindaje de metal y
completa el proceso de producción del cable.
La presente invención, tal como se ha destacado
con anterioridad y como se explicará con mayor detalle en la
descripción a continuación, en virtud de la exclusión de la etapa
del blindaje de la técnica anterior, permite llevar a cabo un
proceso de producción más simple, basado en un procedimiento
operativo del tipo contiguo. De hecho, la etapa de blindaje
inevitablemente introduce una discontinuidad en el proceso de
producción del cable, cuyo efecto se siente tanto en términos de
una reducción en la eficiencia de producción y en términos de un
incremento de los costes de ingeniería de planta. En contraste, el
revestimiento retardante de la llama realizado de material
polimérico expandido de acuerdo con la invención consiste en una
capa continua distribuida uniformemente a lo largo de la totalidad
de la longitud del cable.
Además, el cable autoextinguible de acuerdo con
la presente invención es también particularmente ventajoso en la
etapa de producir una junta entre dos cables o si se desea para
realizar una conexión entre un cable y un dispositivo eléctrico. El
revestimiento polimérico expandido que reemplaza el blindaje de
metal permite que esta junta o conexión se produzca de forma más
simple y rápida debido a que es menos dificultoso y exigente
retirar una porción de revestimiento expandido (es decir la porción
de revestimiento que cubre la longitud del cable a ser unido o
conectado) que retirar una porción de blindaje.
La presente invención puede ser aplicada
ventajosamente no sólo a cables eléctricos para la transmisión o
distribución de energía, sino también a cables para la transmisión
de datos o a cables de telecomunicación, así como a cables de tipo
mixto energía/telecomunicaciones. A este respecto, por lo tanto, a
continuación en la presente descripción y en las reivindicaciones
que siguen el término "conductor" significa un conductor de
tipo metálico, de configuración circular o en forma de sector, o una
fibra óptica, o una fibra óptica o de tipo mixto
eléctrico/óptico.
Por lo tanto, en un primer aspecto, la presente
invención se refiere a un cable autoextinguible que comprende al
menos un conductor y al menos un revestimiento retardante de la
llama en una posición radialmente externa ha dicho al menos un
conductor, caracterizado por el hecho de que dicho al menos un
revestimiento retardante de la llama comprende un material
polimérico expandido que incluye al menos un agente ignífugo como
se define a continuación en la presente descripción.
De acuerdo con una realización particular, el
cable autoextinguible de la presente invención comprende una vaina
polimérica en una posición radialmente externa ha dicho
revestimiento retardante de la llama.
De acuerdo con la invención, dicho agente
ignífugo comprende al menos un compuesto que contiene fósforo y/o
al menos un compuesto que contiene nitrógeno o uno o más compuestos
que contienen tanto fósforo como nitrógeno.
De acuerdo con una realización adicional, el
material polimérico expandido del revestimiento retardante de las
llamas del cable autoextinguible de la presente invención incluye,
junto con el agente ignífugo, al menos un relleno mineral
preferentemente un relleno mineral retardante de la llama.
En un segundo aspecto, la presente invención se
refiere a un procedimiento para otorgar a un cable propiedades
retardantes de la llama y de resistencia al impacto, incluyendo
dicho procedimiento una etapa para dar dicho cable al menos un
revestimiento que comprende un material polimérico Sandino e incluye
al menos un agente ignífugo.
En la presente descripción y en las
reivindicaciones que siguen, el término "agente ignífugo"
significa un compuesto que comprende fósforo y/o nitrógeno, el
cual, una vez combinado con un material polimérico base, en el caso
de exposición a altas temperaturas o a la acción directa de la
llama, es capaz de llevar a cabo la formación de un residuo
expandido de base carbono (carbón) que inhibe la propagación de la
combustión.
Se cree que, durante la combustión, el
nitrógeno, por una parte, genera gas nitrógeno que expande el
material polimérico, y el fósforo, por otra parte, contribuye en
hacia el incremento de la cantidad de residuo de base carbono
("carbón") de la combustión (es decir la ceniza de combustión)
y para dar este residuo una alta tenacidad. De esta forma, se
produce una capa sólida entre el material polimérico y el ambiente
externo que lo rodea, inhibiendo de esta forma la propagación de la
combustión. Específicamente, dicha capa, al actuar como una barrera
física colocada entre el material polimérico aún por quemar y la
llama, protege dicho material y evita el oxígeno fresco alcance el
material y alimente adicionalmente las llamas. Además, la expansión
debida a la acción del hidrógeno genera un aislamiento térmico para
las capas de material que todavía están intactas, es decir no
afectadas por la acción de la llama, en virtud del hecho de que la
conductividad térmica del material expandido es considerablemente
menor que la conductividad térmica del material no expandido. Se
producen esta forma una acción sinérgica entre el fósforo y
el
nitrógeno.
nitrógeno.
De acuerdo con una realización particular, si la
composición de base polimérica intrínsecamente da contiene
nitrógeno (por ejemplo si se emplea una composición polimérica
basada en poliamidas o poliuretano), el agente ignífugo puede
consistir únicamente en un compuesto del tipo que contiene fósforo
debido a que, durante la combustión, el nitrógeno requerido para la
acción ignífugo es suministrado por la composición de base
polimérica.
Esta descripción, que se brinda a continuación,
es en referencia los dibujos o puntos, que se proporcionan
únicamente con propósitos ilustrativos y que no implica ninguna
limitación, y en los cuales:
- la figura 1 muestra un cable eléctrico para la
transmisión de energía de acuerdo con el estado de la técnica, del
tipo tripolar con blindaje de metal;
- la figura 2 muestra una primera realización de
un cable tripolar de acuerdo con la invención,
- la figura 3 muestra una segunda realización de
un cable tripolar de acuerdo con la invención, y
- la figura 4 muestra una realización adicional
de un cable unipolar de acuerdo con la invención.
\newpage
En lo sucesivo a la presente descripción, la
expresión "material polimérico expandido" significa un
material polimérico con un determinado porcentaje de espacio
"libre" dentro del material, es decir un espacio ocupado por
el material polimérico, sino más bien por gas o por aire.
En general, este porcentaje espacio libre en un
polímero expandido se expresa mediante el "grado de expansión"
(G), como se define a continuación:
G = (d_{o} /
d_{e} - 1) *
100
en donde d_{o} indica la densidad
del polímero no expandido y d_{e} indica la densidad aparente
medida para el polímero
expandido.
El revestimiento polimérico expandido con
propiedades retardantes de la llama de acuerdo con la presente
invención se obtiene a partir de un polímero expandible
opcionalmente sometido a reticulación, después a expansión, como se
indica con mayor detalle a continuación en la presente
descripción.
El que polímero expandible puede ser
seleccionado a partir del grupo que comprende: poliolefinas,
copolímeros de varias olefinas, copolímeros olefina/éster insaturado
poliésteres, policarbonatos, polisulfonas, resinas fenólicas,
resinas uréicas, y mezcla de las mismas ejemplos de polímeros
adecuados son: polietileno (PE), en particular PE de baja densidad
(LDPE), PE de densidad media (MDPE), PE de densidad alta (HDPE) y
PE lineal de baja densidad (LLDPE); polipropileno (PP); copolímeros
elastoméricos etileno/propileno (EPM) o terpolímeros
etileno/propileno/dieno (EPDM); caucho natural; caucho butil;
copolímeros etileno/vinil éster, por ejemplo etileno/vinil acetato
(EVA); copolímeros etileno/acrilato, en particular etileno/metil
acrilato (EMA), etileno/etil acrilato (EEA), etileno/butil acrilato
(EBA); copolímeros termoplásticos
etileno/\alpha-olefina; poliestireno; resinas
acrilonitrilo/butadieno/estireno (ABS); polímeros halogenados, en
particular polivinil cloruro (PVC); poliuretano (PUR); poliamidas;
poliésteres aromáticos, tales como polietileno tereftalato (PET) o
polibutileno tereftalato (PBT); y copolímeros o mezclas mecánicas de
los mismos.
Preferentemente, el material polimérico es un
polímero poliolifénico o un copolímero basado en etileno y/o
propileno, y en particular elegido a partir de:
(a) copolímeros de etileno con un éster
etilénicamente insaturado, por ejemplo vinil acetato o butil
acetato, en el cual la cantidad de éster insaturado está
generalmente entre 5% y 80% en peso, preferentemente entre 10% y
50% en peso;
(b) copolímeros elastoméricos de etileno con al
menos una C_{3}-C_{12}
\alpha-olefina, y opcionalmente un dieno,
preferentemente copolímeros etileno/propileno (EPR) o copolímeros
etileno/propileno/dieno (EPDM), que preferentemente tienen la
siguiente composición: 35 mol% - 90 mol% de etileno, 10 mol% - 65
mol% de \alpha-olefina, 0 mol% - 10 mol% de dieno
(por ejemplo 1,4-hexadieno o
5-etildieno-2-norborneno);
(c) copolímeros de etileno con al menos una
C_{4}-C_{12} \alpha-olefina,
preferentemente 1-hexeno, 1-octeno
y similares y opcionalmente un dieno, que generalmente tiene una
densidad de entre 0,86 g/cm^{3} y 0,90 g/cm^{3} y la siguiente
composición:
75 mol%
- 97 mol% de etileno, 3 mol% -
25 mol% de \alpha-olefina, 0 mol%
- 5 mol% de
dieno;
(d) propileno modificado con copolímeros
etileno/C_{3}-C_{12}
\alpha-olefina, en los cuales la relación entre
el propileno y el copolímero
etileno/C_{3}-C_{12}
\alpha-olefina se encuentra entre 90/10 y 30/70,
preferentemente entre 50/50 y 30/70.
Por ejemplo, productos que caen dentro la clase
(a) sólo productos comerciales Elvax® (Du Pont), Levapren® (Bayer)
y Lotryl® (Elf-Atochem), aquellos que caen dentro de
la clase (b) son los productos Dutral® (Enichem) y Nordel®
(Dow-Du Pont) y aquello que caen dentro de la clase
(c) son los productos Engage® (Dow-Du Pont) y
Exact® (Exxon), mientras que el polipropileno modificado con
copolímeros etileno/\alpha-olefina puede ser
encontrado en el mercado bajo los nombres comerciales de Moplen® o
Hifax® (Montell), o Fina-Pro® (Fina), y
similares.
Los productos de clase (d) que son
particularmente preferidos son elastómeros termoplásticos que
comprenden una matriz continua de polímero termoplástico, por
ejemplo polipropileno, y pequeñas partículas (generalmente con un
diámetro de aproximadamente 1menos un0 \mum) del polímero
elastomérico vulcanizado, por ejemplo EPR o EPDM reticulado,
disperso en la matriz termoplástica. El polímero elastomérico puede
ser incorporado en la matriz termoplástica en forma no vulcanizada
y luego reticulado de forma dinámica durante el procedimiento por
medio de la adición de una cantidad adecuada de un agente
reticulante. Alternativamente, el polímero elastomérico puede ser
vulcanizado separadamente y luego dispersado en la matriz
termoplástica en forma de pequeñas partículas. Los elastómeros
termoplásticos de este tipo son descritos, por ejemplo, en los
documentos US-4 104 210 y EP-324
430.
De los materiales poliméricos, se ha dado
particular preferencia al polipropileno con alta resistencia
mecánica en el estado fundido (polipropileno de alta resistencia
fundida), como se describe, por ejemplo, en la patente US 4 915
198, que se encuentra comercialmente disponible bajo la marca
comercial Profax® (Montell S.p.A.). Dicho documento explica un
procedimiento para producir dicho polipropileno a través de una
etapa de irradiación de un polipropileno lineal, llevada a cabo
utilizando radiación ionizante de alta energía durante un período
de tiempo que es suficiente para resultar en la formación de una
gran cantidad de ramificaciones largas de la cadena, estando
previsto por otra parte un tratamiento adecuado al final de dicha
etapa para desactivar esencialmente todos los radicales libres
presentes en el material irradiado.
Aún más preferentemente, entre el material
polimérico se da particular preferencia a una composición
polimérica que comprende el polipropileno altamente ramificado antes
mencionado, en una cantidad generalmente de entre 30% y 70% en
peso, mezclado con un elastómero termoplástico del tipo
perteneciente a la clase (d) anterior, en una cantidad generalmente
de entre 30% y 70% en peso, estando dichos porcentajes expresados
con relación al peso total de la composición polimérica. Esta
composición polimérica es particularmente ventajosa debido a que el
agente ignífugo puede ser fácil y eficientemente incorporado en
dicha composición, la cual una vez que dicho agente se ha añadido,
no presenta problemas durante el proceso de expansión previsto para
la formación del revestimiento retardante de llama de la presente
invención. El uso de este revestimiento polimérico por otra parte
hace posible preparar un revestimiento retardante de la llama
continuó y uniforme a lo largo de la longitud del cable.
De acuerdo con la invención, la composición
polimérica expandida incorpora un agente ignífugo como se definió
con anterioridad en la presente descripción. Entre los compuestos
que contienen fósforo que constituyen dicho agente ignífugo que
pueden ser mencionados están, por ejemplo, fósforo o ácido fosfórico
(fosfitos, fosfatos o polifosfatos), ésteres orgánicos o
poliésteres de ácido fosfórico (mono-, di- o
tri-alquil o -aril fosfatos o polifosfatos),
fosfitos (mono-, di- o tri-alquil o -aril fosfitos),
fosfonatos o polifosfonatos (mono- o di-alquil o
-aril fosfonatos o polifosfonatos) en los cuales los grupos alquilo
son preferentemente grupos
(C_{2}-C_{12})alquil mientras que los
grupos aril son preferentemente fenil, fenil mono-, di- o
trisustituido, en el cual en sus oyentes se elige,
independientemente, a partir de (C_{1}-C_{4})
alquil e hidroxil.
En general, debido a que el uso de aditivos en
forma de sales solubles en agua puede resultar en variaciones no
deseadas en la capacidad de aislamiento eléctrico de la capa
aislante, donde este presente, se prefiere evitar el uso de
aditivos que contienen fósforo en forma de sales solubles en
agua.
En particular, se prefiere utilizar compuestos
organofosforados que tienen propiedades plastificantes, tales como,
por ejemplo, los esteres de ácido fosfórico antes mencionados; entre
los mismos, los esteres preferidos son dialquil, diaril,
alquilaril, trialquil, triaril, dialquilaril o alquildiaril
fosfatos, en los cuales los grupos alquil son preferentemente
grupos (C_{2}-C_{12})alquil mientras que
en los grupos aril son preferentemente fenil o fenil mono-, di- o
trisustituidos, en los cuales el sustituyente se elige,
independientemente, entre
(C_{1}-C_{4})alquil y hidroxilo; siendo
particularmente preferidos fosfatos triaril o alquildiaril. Ejemplos
de estos compuestos son isopropil difenil fosfato,
t-butil difenil fosfato, 2-etilhexil
difenil fosfato, isodecil difenil fosfato, trifenil fosfato,
trixilil fosfato o tricresil fosfato. El trifenil fosfato es
preferentemente utilizado.
Entre los compuestos que contienen nitrógeno, en
caso de ser empleados, aquellos que pueden preferentemente ser
usados son los capaces de otorgar el efecto sinérgico deseado con
los compuestos que contienen fósforo descritos con anterioridad.
Ejemplos de dichos compuestos son: sales inorgánicas, por ejemplo
sales de amonio, o compuestos orgánicos y las sales orgánicas de
los mismos, tales como guanidina, melamina y derivado de los
mismos, por ejemplo melamina cianurato o guanidilurea, y sale de las
mismas. También en el caso de compuestos que contienen nitrógeno,
siempre que sea necesario revestir el conductor con un revestimiento
que asegure una adecuada aislación eléctrica, es preferible evitar
el uso de derivados que contienen nitrógeno en la forma de sales
solubles en agua. En particular, se prefiere utilizar compuestos
orgánicos simples con un alto contenido de nitrógeno, tales como,
por ejemplo, melamina, guanidina, urea y derivado de los mismos
(melamina cianurato o guanidilurea), siendo particularmente
preferido el uso de melamina. Debido a los problemas de toxicidad
que pueden producirse con los productos de la degradación de
compuestos que contienen nitrógeno, es preferible que la cantidad
de dichos compuestos deba ser mantenida en el nivel más bajo que sea
compatible con el efecto sinérgico deseado.
El agente ignífugo de acuerdo con la presente
invención también puede consistir en compuestos que contienen tanto
fósforo como nitrógeno, tales como, por ejemplo: fosfatos,
polifosfatos o pirofosfatos de amonio, de guanidina, de melamina o
de piperacina, o los correspondientes fosfatos mezclados; así como
fósforoaminas, fósforilamidas, amidofosfonatos y compuestos
fosfonitrilos, o mezclas de los mismos.
De acuerdo con la presente invención, la
cantidad en peso de agente ignífugo, con relación al peso total de
la composición base, generalmente está entre el 1% y el 60%,
preferentemente entre el 2% y el 50% y aún más preferentemente
entre el 5% y el 30%.
Tal como se anticipó con anterioridad, de
acuerdo con una realización adicional, además del agente ignífugo
mencionado con anterioridad, el material polimérico expandido para
realizar el revestimiento retardante de la llama de acuerdo con la
presente invención también incorpora uno o más rellenos minerales de
tipo conocido, siendo dichos rellenos ventajosamente de tipo
retardante de la llama. Preferentemente, estos rellenos minerales
acoplados con el agente ignífugo se introducen en una cantidad de lo
más de 60 phr (partes en peso por 100 partes en peso de caucho)
para no tener un efecto en detrimento del grado deseado de
expansión. Preferentemente, dichos rellenos minerales consisten en
hidróxido de magnesio y/o carbonato de calcio.
Un cable eléctrico (10) para transmisión de
energía de voltaje medio de acuerdo con la técnica anterior se
ilustra en sesión transversal en la figura 1.
Este cable (10) es del tipo tripolar y comprende
tres conductores (1), cada uno revestido con una capa (2) que
funciona como un aislamiento eléctrico. Como se mencionó
anteriormente, esta estructura semiacabada (1, 2) ha sido definida
mediante el término "núcleo".
Dicha capa aislante (2) puede consistir en una
composición polimérica libre de halógeno, reticulada o no
reticulada con propiedades aislantes eléctricas, que es conocido en
la técnica, elegido, por ejemplo, a partir de: poliolefinas
(homopolímeros o copolímeros de varias olefinas), copolímeros
olefina etilénicamente insaturada/éster, poliésteres, poliéteres,
copolímeros poliéter/poliéster, y mezcla de los mismos. Ejemplos de
dichos polímeros son: polietileno (PE), en particular PE lineal de
baja densidad (LLDPE); polipropileno (PP); copolímeros
termoplásticos propileno/etileno; cauchos etileno/propileno (EPR) o
cauchos etileno/propileno/dieno (EPDM); cauchos naturales; cauchos
butil; copolímeros etileno/vinil acetato (EVA); copolímeros
etileno/metil acrilato (EMA); copolímeros etileno/etil acrilato
(EEA); copolímeros etileno/butil acrilato (EBA); copolímeros
etileno/\alpha-olefina, y similares.
Con referencia a la figura 1, los tres núcleos
están cordados juntos y las áreas en forma de estrella así
obtenidas entre dichos núcleos son rellenadas con una composición
retardante de la llama de tipo conocido (que comprende generalmente
una base polimérica a la cual se añade un relleno retardante de la
llama de tipo mineral) para definir una capa de relleno (3) que
tiene una estructura de sección transversal esencialmente
circular.
En una posición radialmente externa a dicha capa
de relleno (3) se coloca un blindaje metálico convencional (4) el
cual, como se mencionó con anterioridad, puede consistir en cables
de metal, por ejemplo cables de acero, una pantalla de metal en
forma de un tubo continuo, hecho de aluminio, plomo o cobre, o una
banda de metal en forma de un tubo y soldada o sellada con un
adhesivo adecuado para asegurar la estanqueidad a las fugas. En
general, dicho blindaje de metal (4) se obtiene mediante un aparato
de blindaje con cables o bandas de tipo conocido.
Finalmente; dicho blindaje de metal (4) es
revestido con una vaina polimérica exterior (5) producida a partir
de una composición retardante de la llama de tipo conocido.
La figura 2 ilustra, en sección transversal, una
primera realización de un cable eléctrico autoextinguible (20) de
acuerdo con la presente invención, de tipo tripolar, para la
transmisión de energía de baja tensión.
Para la simplicidad de la descripción, en las
figuras adjuntas, los componentes similares o idénticos son
etiquetados con los mismos signos de referencia.
En una forma similar a la representada en la
figura 1 con referencia a un cable autoextinguible (10) de la
técnica anterior, el cable (20) de la intención comprende tres
conductores (1), cada uno revestido con un revestimiento aislante
(2) para formar tres "núcleos" separados cordados juntos. Las
áreas en forma de estrella obtenidas entre dichos núcleos son
rellenadas con una composición retardante de la llama de tipo
conocido para constituir una capa de relleno aislante (3), fuera del
cual se coloca un revestimiento retardante de la llama hecho de
material polimérico expandido (21) de acuerdo con la invención. Esto
último es, a su vez, revestido con una vaina polimérica exterior
(5) producida a partir de una composición retardante de la llama de
tipo conocido que comprende una base polimérica y un relleno
inorgánico retardante de la llama.
Los rellenos inorgánicos retardantes de la llama
que pueden ser utilizados son hidróxidos, óxidos hidratados, sales
o sales hidratadas de metales, en particular de calcio, aluminio o
magnesio, tales como: hidróxidos de magnesio, trihidrato de
aluminio, carbonato hidratado de magnesio, o mezclas de los mismos.
El relleno retardante de la llama generalmente se usa en forma de
partículas que son no tratadas o tratadas en superficie con ácido
grasos saturados o insaturados que contienen desde 8 a 24 átomos de
carbono, o sales metálicas de los mismos, tales como, ejemplo:
ácido oleico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido isosteárico,
ácido láurico; estearato u oleato de magnesio o de zinc; y
similares. Para incrementar la compatibilidad con la matriz
polimérica, el relleno retardante de la llama también puede ser
tratado en superficie con agentes de acoplamiento adecuados, por
ejemplo silanos o titanatos orgánicos tales como
viniltrietoxisilano, viniltriacetilsilano, tetraisopropil titanato,
tetra-n-butil titanato, y similares.
La cantidad de relleno retardante de la llama para obtener un cable
que es capaz de satisfacer las pruebas típicas de resistencia a la
llama, por ejemplo la prueba según los estándares IEC 332 menos un
y IEC 332.3 A, B, C. En general, esta cantidad se encuentra entre
10% y 90% en peso, preferentemente entre 30% y 80% en peso, en
relación con el peso total de la composición retardante de la
llama.
Además, como es conocido, son ejemplos de la
base polimérica, con la cual dicho relleno retardante de la llama
está acoplado: polietileno de baja densidad (LDPE) (d=
0,910-0,926 g/cm^{3}); copolímeros de etileno con
\alpha-olefinas; polipropileno (PP); cauchos
etileno/\alpha-olefinas, en particular cauchos
etileno/propileno (EPR), cauchos etileno/propileno/dieno (EPDM);
caucho natural; cauchos butil; y mezcla de los mismos. Son
particularmente preferidos los copolímeros que pueden ser obtenidos
mediante copo liberalización de etileno con al menos un
\alpha-olefina conteniendo desde 3 hasta 12 átomos
de carbono, y opcionalmente con un dieno, en presencia de un
catalizador "de sitio único", en particular un catalizador
metaloceno o un catalizador de geometría forzada.
\newpage
Con el propósito de promover la compatibilidad
entre el relleno retardante de la chamba y la matriz polimérica,
como es sabido, puede añadirse al compuesto un agente de
acoplamiento capaz de incrementar la interacción entre los grupos
activos del relleno retardante de la llama y las cadenas
poliméricas. Este agente de acoplamiento puede elegirse a partir de
aquellos conocidos en la técnica anterior, por ejemplo: compuestos
silanos que están saturados o que contienen al menos un insaturación
etilénica; epóxidos que contienen una insaturación etilénica
porque, ácidos monocarboxílicos o, preferentemente, dicarboxílicos
que contienen al menos un insaturación etilénica, o derivado del
mismo, en particular anhídridos o ésteres, por ejemplo anhídrido
maleico.
La cantidad de agente de acoplamiento a añadir
al compuesto puede variar principalmente como una función del tipo
de agente de acoplamiento utilizado y de la cantidad de relleno
retardante de la llama añadido, y generalmente se encuentra entre
0,01% y 5%, preferentemente entre 0,05% y 2%, en peso relativo al
peso total de la mezcla de base polimérica.
Otros componentes convencionales, tales como
antioxidantes, coadyuvantes del proceso, lubricantes, pigmentos,
otros rellenos y similares, pueden ser añadidos a las composiciones
retardantes enlazaba antes mencionadas (base polimérica + relleno
retardante de la llama). Los antioxidantes convencionales que son
adecuados para este propósito son, por ejemplo:
trimetildihidroquinolina polimerizada, 4,4'-tiobis
(3-metil-6-tert-butil)fenol;
pentaeritritil tetra
[3-(3,5-di-tert-butil-4-hidroxifenil)propionato],
2,2'-tiodietilenebis[3-(3,5-di-tert-butil-4-hidroxifenil)propionato],y
similares, o mezclas de los mismos.
La figura 3 ilustra, en sección transversal, una
segunda realización de un cable eléctrico autoextinguible (30)
según la presente invención, en el cual el revestimiento retardante
de la llama hecho de material expandido (31) representa la capa
radialmente más externa de dicho cable (30). En contraste con el
cable (20) mostrado en la figura 2, el cable (30) de esta segunda
realización no está provisto de una vaina polimérica exterior (5),
y, en virtud de sus propiedades retardantes de lanza y de
resistencia mecánica, el revestimiento retardante de la llama (31)
representa la interfaz entre este cable (30) y el ambiente externo
que lo rodea.
Finalmente, la figura 4 ilustra, en sección
transversal, una realización adicional de un cable eléctrico
autoextinguible (40) de acuerdo con la presente invención, de tipo
unipolar, por ejemplo un cable de telecomunicación o un cable de
transmisión de datos. Este cable (40) consiste en un único conductor
(1), fuera del cual se ubica un revestimiento polimérico expandido
retardante de la llama (41) de acuerdo con la invención. De acuerdo
con esta realización, el cable autoextinguible (40) no tiene una
capa aislante entre el conductor (1) y el revestimiento retardante
de la llama realizado de material polimérico expandido (41), y de
esta forma, de una manera similar a la ilustrada en la figura 3, no
está provisto de una vaina protectora exterior (5). De esta forma,
el revestimiento retardante de la llama (41) proporciona, además de
la acción retardante de la llama deseada, tanto la función de
aislamiento eléctrico como la función de protección contra el
exterior, en particular con respecto a impactos accidentales.
En una realización que no se ha ilustrado, dicho
revestimiento retardante de la llama (11) puede estar revestido
externamente con una vaina protectora que tiene una formulación
retardante de la llama del tipo conocido.
Las figuras mencionadas con anterioridad sólo
muestran algunas de las posibles realizaciones de cables en los
cuales la presente invención puede utilizarse ventajosamente.
Está claro que modificaciones adecuadas pueden
realizarse a las realizaciones mencionadas con anterioridad, aunque
esto no implica ninguna limitación a la aplicación de la presente
invención. Por ejemplo, pueden considerarse núcleos con sección
transversal sectorial, de forma tal que cuando éstos núcleos se
combinan con todos se forma un cable con una sección transversal
aproximadamente circular, si la necesidad de proporcionar una capa
de relleno (3); el revestimiento retardante de la llama de acuerdo
con la intención se extrude a continuación directamente sobre éstos
núcleos conminados puntos como se indicó con anterioridad, seguido
por la extrusión de la vaina polimérica exterior (5).
Aproximaciones adicionales son conocidas para
aquellos entendidos en la técnica, que son capaces de evaluar la
solución más conveniente como una función, por ejemplo, de los
costes, donde el cable colocado (aéreo, insertado en tuberías,
enterrado directamente en el terreno, dentro de construcciones, bajo
el mar, etc.) y de la temperatura de trabajo verificable
(temperaturas máxima y mínima, cambios de la temperatura
ambiente).
En lo que se refiere a los procesos de
producción de un cable de acuerdo con la presente invención, las
etapas principales que caracterizan dicho proceso cuando debe
prepararse un cable unipolar a la continuación. Cuando se desea
producir un cable multipolar, por ejemplo de tipo tripolar, el
proceso descrito para un cable unipolar puede ser adecuadamente
modificado sobre la base de los indicadores dados y del conocimiento
técnico de la persona entendida en la técnica.
La capa aislante (2), preferentemente obtenida a
partir de una poliolefina elegida a partir de aquellas mencionadas
con anterioridad, en particular polietileno, polipropileno,
copolímeros etileno/propileno y similares, se aplica mediante
extrusión sobre un elemento conductor (1) desenrollado a partir de
una bobina adecuada. Al final de la etapa de extrusión, el material
es preferentemente reticulado acuerdo con técnicas conocidas, por
ejemplo utilizando peróxido o vía silanos.
De acuerdo con la presente invención, se prepara
entonces el revestimiento retardante de la llama hecho de material
polimérico expandido. Dicho material polimérico es premezclado con
el agente ignífugo, y con aditivos opcionales (por ejemplo
antioxidantes y coadyuvantes para el procesamiento del material
polimérico), de acuerdo con procedimientos conocidos en la técnica.
Por ejemplo, la mezcla se puede llevar a cabo en un mezclador
interno del tipo con rotores tangenciales (mezclador Banbury) o con
rotores interpenetrantes, o alternativamente en mezcladores
continuos tales como hechos del tipo Ko-kneader
(mezclador Buss) o del tipo con sinfines dobles
co-rotativos o contra
rotativos.
rotativos.
Por lo tanto, una vez que la mezcla sea llevada
a cabo, se realiza la operación de extrusión del revestimiento
retardante de la llama directamente sobre la capa aislante (2)
mencionada con anterioridad, y le tapa de la expansión de material
polimérico se lleva a cabo durante dicha operación de extrusión.
Esta expansión puede tener lugar ya sea químicamente, mediante la
adición de un agente de expansión adecuado, es decir una gente
capaz de generar un gas bajo determinadas condiciones de presión y
temperatura, o físicamente, mediante la inyección de un gas a alta
presión directamente dentro del cilindro extrusor. Ejemplos de
agentes de expansión adecuados son: azodicarbamida,
para-toluenesulfonil hidrazida, mezclas de ácidos
orgánicos (por ejemplo ácido cítrico) con carbonatos y/o
bicarbonatos (por ejemplo bicarbonato de sodio), y similares.
Ejemplos de gases que pueden ser inyectados a alta presión dentro
del cilindro extrusor son: nitrógeno, dióxido de carbono, aire,
hidrocarburos de bajo punto de ebullición, por ejemplo propano o
butano, hidrocarburos halogenados, por ejemplo cloruro de metileno,
triclorofluorometano,
1-cloro-1,1-difluoroetano,
y similares, o mezclas de los mismos.
Preferentemente, la abertura de la cabeza del
extrusor tiene un diámetro que es menor que diámetro final del
cable provisto del revestimiento retardante de la llama deseado, de
forma tal que la expansión del polímero fuera del extrusor resulta
en que se alcanza el diámetro deseado.
Se ha observado que, bajo condiciones
equivalentes de extrusión (tales como velocidad de rotación del
sinfín, velocidad de la línea de extrusión, diámetro de la cabeza
del extrusor), una de las variables del proceso que tiene la mayor
influencia sobre el grado de expansión es la temperatura de
extrusión. En general, es difícil obtener el suficiente grado de
expansión para temperaturas de extrusión por debajo de 130ºC; la
temperatura de extrusión es preferentemente al menos 140ºC, en
particular aproximadamente 180ºC. Normalmente, incrementar la
temperatura de extrusión resulta en un grado mayor de expansión.
Además, es posible controlar el grado de
expansión del polímero hasta un cierto punto mediante la
modificación de la tasa de enfriamiento. Específicamente, frenando o
acelerando apropiadamente el enfriamiento del polímero que forma el
revestimiento expandido en la salida del extrusor, el grado de
expansión de dicho material polimérico puede ser incrementado o
disminuido.
De acuerdo con la presente invención, el grado
de expansión puede oscilar desde el 5% hasta el 500%,
preferentemente desde el 10% hasta el 200%, y aún más
preferentemente desde el 20% hasta el 150%.
El material polimérico expandido puede ser
reticulado o no reticulado. El reticulado se lleva a cabo, después
de la etapa de extrusión y expansión, de acuerdo con técnicas
conocidas, en particular mediante el calentamiento en presencia de
un iniciador radical, por ejemplo un peróxido orgánico tal como
dicumil peróxido, opcionalmente en la presencia de un
co-agente de reticulación tal como, por ejemplo,
1,2-polibutadieno, triallil cianurato o triallil
isocianurato.
Típicamente, para un cable eléctrico de
transmisión o distribución de energía de baja tensión, el grosor
del revestimiento retardante de la llama de acuerdo con la presente
invención está preferentemente entre 0,5 mm y 6 mm, más
preferentemente entre 1 mm y 4 mm.
Tal como se indicó, el procedimiento de
producción de escrito con anterioridad considera diversas etapas
sucesivas de extrusión. Ventajosamente, este procedimiento puede
llevarse a cabo en un único paso, por ejemplo mediante la técnica
de "tándem", en la cual se utilizan tres extrusores separados
dispuestos en serie. Preferentemente, dicho proceso se lleva a cabo
mediante coextrusión utilizando sólo una cabeza de extrusión.
Se darán ahora algunos ejemplos ilustrativos
para describir la invención con mayor detalle.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
Se preparó un compuesto capaz de producir un
revestimiento retardante de la llama de acuerdo con la presente
invención, es decir una capa de material polimérico expandido que
incorpora dentro de sí un agente ignífugo como se definió con
anterioridad. La composición de dicho compuesto se brinda en la
tabla 1 (expresado en partes en peso por 100 partes en peso de
polímero base, es decir en phr).
Los componentes del compuesto se mezclaron en un
mezclador cerrado Werner (volumen de trabajo 6 l), mientras se
cargaban simultáneamente el 1º polímero base y el agente ignífugo
(usualmente, como se indicó previamente, también se añadieron otros
aditivos tales como antioxidantes y coadyuvantes para el
procesamiento de las poliolefinas); se llevó a cabo el mezclado
durante aproximadamente 5 minutos. Al final de esta operación, el
compuesto, descargado a una temperatura de aproximadamente 210ºC -
220ºC, se mezcló adicionalmente entonces en un mezclador abierto.
Las bandas de compuesto obtenidas a continuación de dichos mezclador
abierto fueron finalmente sometidas a una operación de
granulado.
\vskip1.000000\baselineskip
HIGRAN SD 817® (Montell): polipropileno de alta
resistencia a la fusión;
SPINFLAM MF 83® (Montell): pirofosfato mezclado
de melamina y piperazina, que contiene 22% en peso de nitrógeno y
19% en peso de fósforo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
Se preparó un cable de baja tensión de acuerdo
con un esquema de construcción similar al dado en la figura 2,
siendo la única diferencia que el cable preparado fue de tipo
bipolar (más que de tipo tripolar como el ilustrado en dicha figura
2).
Cada uno de los dos núcleos procesados por dicho
cable consistía en un conductor de cobre (de sección transversal
igual a 2,5 mm^{2}) revestido en la línea de extrusión con una
capa aislante de 0,7 mm de grosor de base polietileno silano
reticulado.
Una capa de relleno que tiene una composición
retardante de la llama de tipo conocido se depositó, mediante
extrusión, sobre dichos núcleos (teniendo cada uno un diámetro
exterior de aproximadamente 3,3 mm). Más específicamente, se
utilizaron en este ejemplo la composición retardante de la llama que
comprendía Engage 8452® (copolímero etileno/octeno a partir de
catálisis metalloseno), Hydrofy G5® (hidróxido de magnesio natural)
y estearato de zinc. El grosor de dicha capa de relleno fue igual a
aproximadamente 0,6 mm en la porción radialmente externa a dichos
núcleos, es decir sobre las regiones extradós de esos núcleos. Un
extrusor de sinfín único Bandera de 80 mm en configuración 25 D SE
utilizó para depositar la capa de relleno.
En una etapa sucesiva, un revestimiento
retardante de la llama que tiene la composición dada en la tabla 1
del ejemplo 1 se depositó sobre la capa de relleno así obtenida.
Dicha capa de revestimiento tenía un grosor igual a 1 mm, y la
extrusión se llevó a cabo utilizando el mismo extrusor mencionado
con anterioridad.
La expansión del revestimiento retardante de la
llama se obtuvo químicamente, mediante la adición dentro de una
tolva del 2% en peso (relativo al peso total) del agente de
expansión Hydrocerol® CF 70 (ácido carboxílico/bicarbonato de
sodio), producido por Boehringer Ingelheim.
El material constituyente del revestimiento
retardante de la llama tuvo una densidad final igual a 0,55
kg/dm^{2} y un grado de expansión de aproximadamente 80%.
En una etapa sucesiva, una vaina protectora
exterior que tenía una composición retardante de la llama de tipo
conocido se depositó sobre el revestimiento retardante de la llama.
Más específicamente, se utilizó una composición retardante de la
llama que comprendía Engage 8003® (copolímero etileno/octeno a
partir de catálisis metaloceno), Hydrofy GS 2.5® (hidróxido de
magnesio natural) y ácido esteárico. El grosor de dicha vaina fue
igual a aproximadamente 1,4 mm y, también en este caso, la extrusión
se llevó a cabo utilizando el mismo extrusor mencionado con
anterioridad. Las tablas 2 y 3 dan el perfil de temperatura y los
parámetros operativos del extrusor utilizado para obtener la capa
de relleno, el revestimiento retardante de la llama y la vaina
exterior, respectivamente.
El cable se enfrió entonces en agua y se enrolló
sobre una bobina.
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El cable autoextinguible del ejemplo 2 se
sometió a la prueba de resistencia a la llama de acuerdo con el
estándar IEC 332/3C (segunda edición, 1992-03) y
satisfizo la prueba antes mencionada demostrando que tenía las
propiedades retardantes de la llama requeridas.
Una pluralidad de análisis fueron también
llevados a cabo sobre los humos desarrollados en la combustión de
un cable autoextinguible del ejemplo 2. Estos análisis se realizaron
para evaluar el riesgo (ver, por ejemplo, el índice de toxicidad)
de un cable especialmente en el caso de un incendio que se
desarrolle en un ambiente cerrado o subterráneo, como se mencionó
previamente. Los resultados de las pruebas se dan en la tabla 4 y
muestran que el cable de acuerdo con la invención satisface los
estándares en vigor.
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Para evaluar la resistencia al impacto en una
muestra de cables de acuerdo con la invención, se llevaron a cabo
pruebas de impacto seguidas por la evaluación del daño. Esta
evaluación se llevó a cabo mediante una inspección visual del cable
en el punto de impacto.
Esta prueba de impacto se llevó a cabo mediante
la imposición de una energía de impacto de aproximadamente 9,3
Julios (J) sobre el cable dejando caer, desde una altura de 35 mm,
una cuña de impacto de 27 kg cuyo extremo en forma de V tenía una
forma levemente redondeada (radio de curvatura igual a 1 mm). Para
los propósitos de la presente invención, la evaluación de la
resistencia al impacto se llevó a cabo en un único impacto.
Al final de la prueba, la vaina polimérica
exterior, el revestimiento retardante de la llama de la invención y
la capa de relleno se retiraron de la zona del impacto para evaluar
la deformación residual del aislante, que atestiguó el hecho de que
el revestimiento retardante de la llama hecho de material polimérico
expandido según la invención absorbía el impacto en una forma
excelente.
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Ejemplo
3
(Comparativa)
Se preparó un cable autoextinguible similar al
del ejemplo 2, pero que carecía de revestimiento retardante de la
llama según la invención.
Se llevó entonces a cabo una prueba de
resistencia al impacto tal como se describió con anterioridad sobre
este tipo de cable. Mediante inspección visual de la muestra, al
final de dicha prueba, se encontró que el revestimiento aislante
del cable estaba apreciablemente dañado.
Este ejemplo comparativo demuestra por lo tanto
que el uso del revestimiento retardante de la llama realizado de
material polimérico expandido según la invención (ejemplo 2)
contribuye a incrementar sustancialmente la resistencia al impacto
del cable autoextinguible. Dicho revestimiento retardante de la
llama es por lo tanto particularmente ventajoso para cables
autoextinguibles de tipo no blindado.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
Un cable de baja tensión de tipo cuadripolar se
preparó mediante un procedimiento de producción similar al descrito
en el ejemplo 2.
Cada uno de los cuatro núcleos poseídos por
dicho cable consistían en un conductor de cobre (de una sección
transversal igual a 120 mm^{2}) revestido de una línea de
extrusión con una capa aislante de 1,2 mm de grosor con base
polietileno silano reticulado.
Una capa de relleno con una composición
retardante de la llama similar a la del ejemplo 2 y un grosor igual
a 1,4 mm se depositó, mediante extrusión, sobre dichos núcleos.
En una etapa sucesiva, un revestimiento
retardante de la llama que tiene la composición dada en la tabla 1
y un grosor igual al revestimiento retardante de la llama se obtuvo
mediante la adición en una tolva de 2% en peso (respecto al peso
total) del agente de expansión Hydrocerol® CF70 y produciendo 1º de
expansión igual a aproximadamente 60%.
En una extrusión posterior, se depositó una
vaina protectora exterior que tenía una composición retardante de
la llama igual a la descrita en el ejemplo 2 y un grosor igual a
aproximadamente 2,5 mm sobre el revestimiento retardante de la
llama así obtenido.
El cable se enfrió entonces en agua y se enrolló
sobre una bobina.
\vskip1.000000\baselineskip
En una forma similar a la del ejemplo 2, el
cable autoextinguible se sometió a la prueba de resistencia a la
llama según el estándar IEC 332/3C, y satisfizo la prueba.
\vskip1.000000\baselineskip
Para evaluar la resistencia al impacto sobre una
muestra de cable según la invención, se llevaron a cabo pruebas de
impacto de acuerdo con la metodología descrita en el ejemplo 2. Esta
prueba de impacto se llevó a cabo mediante la imposición sobre el
cable de tres valores diferentes de energía de impacto, que se
incrementaban gradualmente, obtenidos parcialmente mediante la
variación del peso de la cuña de impacto y parcialmente mediante la
variación de la altura de caída de esta cuña. Los resultados de esta
prueba, dados en la tabla 5, fueron nuevamente obtenidos llevando a
cabo una inspección visual, y demostraron que el cable
autoextinguible de la invención es capaz de soportar energías de
impacto aún de alto valor con daño mínimo a la capa aislante.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
5
(Comparativa)
Se preparó un cable autoextinguible similar al
del ejemplo 4, pero carente del revestimiento retardante de la
llama según la invención.
Más específicamente, a la luz de los resultados
negativos obtenidos con referencia al cable no blindado y también
no provisto del revestimiento retardante de la llama de la invención
(ver la prueba de impacto del ejemplo 3), para asegurar una mayor
protección mecánica, se dio al cable del ejemplo 4 un blindaje
metálico igual a 2,5 mm de grosor. Dicho blindaje se obtuvo
mediante el engrosado helicoidal de cables de acero juntos de 2,5
mm de diámetro.
Por debajo de dicho blindaje, en una forma
similar a la del cable del ejemplo 3, se dio a este cable una capa
de relleno de 1,4 mm de grosor, mientras que se proveyó de una vaina
polimérica exterior igual a 2,3 mm de grosor en una posición
radialmente exterior a dicho blindaje.
El cable del ejemplo 5 se sometió a las mismas
pruebas de impacto que el cable del ejemplo 4 mediante la
utilización de los mismos valores de energía en ambos casos.
Los resultados de esta prueba, dados en la tabla
5 y comparados con aquellos obtenidos a partir de las pruebas de
impacto sobre el cable del ejemplo 4 de acuerdo con la presente
invención, demostraron que, para una energía de impacto equivalente
aplicada, el cable autoextinguible según le invención es de alta
resistencia mecánica. Más específicamente, esta resistencia
mecánica se encuentra que es aún más alta que la del cable provisto
de blindaje metálico.
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\vskip1.000000\baselineskip
La invención presenta una pluralidad de
importantes ventajas sobre la técnica anterior.
En primer lugar, mediante la comparación de los
procedimientos para producir el cable de la invención con el
procedimiento para producir un cable autoextinguible blindado de la
técnica anterior, el primero es, como ya se ha sugerido,
considerablemente más simple que el segundo, especialmente cuando el
cable de la invención se produce mediante coextrusión. La razón de
esto es que, debido a que el cable de la invención no requiere un
revestimiento protector blindado, siendo este reemplazado, como se
mencionó, por el revestimiento retardante de la llama hecho de
material polimérico expandido, la etapa adicional independiente
requerida para la producción del blindaje antes mencionado no es
necesaria. Específicamente, esta etapa introduce una discontinuidad
en el procedimiento de producción, ocasionando necesariamente esta
forma mayores inversiones en términos de ingeniería de planta,
mayores costes de mantenimiento, mayor complejidad de las logísticas
de planta, así como una considerable reducción en la eficiencia de
producción de este procedimiento. Esto no se encuentra, sin embargo,
en el procedimiento según le invención, que permite la producción
continua de un cable a autoextinguible mediante diversas etapas
sucesivas de extrusión o, preferentemente, a través de una única
etapa de coextrusión ventajosamente llevada a cabo sobre la línea
de producción, sin que señalan etapas adicionales. Esto por lo tanto
significa que es posible proporcionar un procedimiento de tipo
continuo con ventajas apreciables tanto en términos de costes de
planta y en términos de mayor eficiencia de producción en virtud de
la mayor simplicidad del procedimiento y del ahorro en tiempo y
recursos, en comparación con los procesos de la técnica anterior.
Además, el cable autoextinguible según la presente invención es
ventajosamente más ligero que el cable brindado de la técnica
anterior y el revestimiento expandido retardante de la llama tiene
propiedades de rendimiento mecánico (especialmente en lo que se
refiere a la resistencia impacto) que son mejores que aquellas de un
cable conocido y tiene un revestimiento retardante de la llama
convencional. Además, el solicitante ha encontrado que, en ciertos
tipos de cable, el cable según le invención tiene una resistencia
al impacto que es aún mayor que aquella de un cable similar
provisto de un blindaje metálico protector.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se proporciona únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el
máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores y
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este
respecto.
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\bullet US4673620A [0008]
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Claims (30)
1. Cable autoextinguible (20, 30, 40) que
comprende al menos un conductor (1) y al menos un revestimiento
retardante de la llama (21, 31, 41) en una posición radialmente
externa a dicho al menos un conductor (1), caracterizado por
el hecho de que dicho al menos un revestimiento retardante de la
llama (21, 31, 41) comprende un material polimérico expandido que
incorpora al menos un agente ignífugo.
2. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho
cable (20, 30, 40) comprende una vaina polimérica (5) en una
posición radialmente externa a dicho al menos un revestimiento
retardante de la llama (21, 31, 41).
3. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho
agente ignífugo comprende al menos un compuesto que contiene
fósforo.
4. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que dicho al
menos un compuesto que contiene fósforo se elige a partir del grupo:
sales ácidas de fósforo, sales ácidas fosfóricas, ésteres orgánicos
de ácido fosfórico, poliésteres orgánicos de ácido fosfórico, o
mezclas de los mismos.
5. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho
agente ignífugo comprende al menos un compuesto que contiene
nitrógeno.
6. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que dicho al
menos un compuesto que contiene nitrógeno se elige a partir del
grupo: sales de amonio, melamina, guanidina, melamina cianurato,
guanidilurea, urea o mezclas de las mismas.
7. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dicho
agente ignífugo comprende compuestos que contienen ambos fósforo y
nitrógeno.
8. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que dichos
compuestos son elegidos a partir de: fosfatos, polifosfatos o
pirofosfatos de amonio, de guanidina, de melamina o de piperazina;
compuestos fosforamidas, fosforilamidas, amidofosfonatos,
fosfonitrilos, o mezclas de los mismos.
9. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que dicho material polimérico es un polímero
poliolefínico o un copolímero basado en etileno y/o propileno.
10. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que dicho
material polimérico se elige a partir de:
a) copolímeros de etileno con un éster
etilénicamente insaturado, en el cual la cantidad de éste insaturado
está entre 5% y 80% en peso, preferentemente entre 10% y 50% en
peso;
b) copolímeros elastoméricos de etileno con al
menos una C_{3}-C_{12}
\alpha-olefina, y opcionalmente un dieno,
teniendo la siguiente composición: 35 mol%-90 mol% de etileno, 10
mol%-65 mol% de \alpha-olefina, 0 mol%-10 mol% de
dieno;
c) copolímeros de etileno con al menos una
C_{4}-C_{12} \alpha-olefina, y
opcionalmente un dieno, generalmente teniendo una densidad de entre
0,86 y 0,90 g/cm^{3};
d) polipropileno modificado con copolímeros
etileno/C_{3}-C_{12}
\alpha-olefina, en los cuales la relación de peso
entre el propileno y el copolímero
etileno/C_{3}-C_{12}
\alpha-olefina está entre 90/10 y 30/70,
preferentemente entre 50/50 y 30/70.
11. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que el grado de expansión de dicho revestimiento
retardante de la llama (21, 31, 41) está entre el 5% y 500%.
12. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que dicho
grado de expansión está entre 10% y 200%.
13. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que dicho
grado de expansión está entre 20% y 150%.
14. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que el grosor de dicho revestimiento retardante de
la llama (21, 31, 41) está entre 0,5 mm y 6 mm.
15. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 14, caracterizado por el hecho de que dicho
grosor está entre 1 mm y 4 mm.
16. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que la
cantidad de dicho agente ignífugo está entre 1% y 60% en peso
respecto al peso total de la composición base.
17. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que dicha
cantidad está entre 2% y 50% en peso.
18. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 17, caracterizado por el hecho de que dicha
cantidad está entre 5% y 30% en peso.
19. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que dicho
material polimérico expandido incorpora al menos un relleno
mineral.
20. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 19, caracterizado por el hecho de que la
cantidad de dicho relleno mineral es no mayor al 60 phr.
21. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 19, caracterizado por el hecho de que dicho
relleno mineral es un relleno retardante de la llama.
22. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 21, caracterizado por el hecho de que dicho
relleno retardante de la llama se elige a partir del grupo:
hidróxido de magnesio, trihidrato de aluminio, carbonato hidratado
de magnesio, carbonato de magnesio, mezcla de carbonato hidratado de
magnesio y de calcio, mezcla de carbonato de magnesio y de calcio,
y mezclas de los mismos.
23. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 19, caracterizado por el hecho de que dicho
relleno mineral es una sustancia inorgánica elegida a partir de:
fibras de vidrio, caolín calcinado, carbonato de calcio o mezclas
de los mismos.
24. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que dicho revestimiento retardante de la llama (21,
31, 41) satisface las características retardantes de la llama de
acuerdo con el estándar IEC 332/3C.
25. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que dicho revestimiento retardante de la llama (21,
31, 41) se obtiene mediante extrusión.
26. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 25, caracterizado por el hecho de que la etapa
de expansión de dicho revestimiento retardante de la llama (21, 31,
41) se lleva a cabo durante dicha extrusión mediante la adición de
un agente de expansión.
27. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según la
reivindicación 26, caracterizado por el hecho de que dicha
expansión se obtiene mediante la inyección de un gas a alta
presión.
28. Cable autoextinguible (20, 30, 40) según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
por el hecho de que, después de la expansión, dicho material
polimérico se somete a una etapa de reticulación.
29. Procedimiento para dar a un cable (20, 30,
40) propiedades retardantes de la llama y de resistencia al
impacto, caracterizado por el hecho de que se da a dicho
cable (20, 30, 40) al menos un revestimiento retardante de la llama
(21, 31, 41) que comprende un material polimérico expandido que
incorpora al menos un agente ignífugo.
30. Procedimiento según la reivindicación 29,
caracterizado por el hecho de que dicho revestimiento
retardante de la llama (21, 31, 41) se obtiene mediante
extrusión.
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