IT202100032810A1 - Cavo ritardante di fiamma con strato autoestinguente - Google Patents

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phr
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Elena Roda
Cristian Gambarotti
Ada Truscello
Franco Galletti
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Prysmian Spa
Milano Politecnico
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Description

DESCRIZIONE
Campo di applicazione
La presente divulgazione riguarda un cavo ritardante di fiamma, quale un cavo elettrico, ottico o ibrido (sia elettrico sia ottico).
In particolare, la presente divulgazione riguarda un cavo ritardante di fiamma avente uno strato autoestinguente senza alogeni a bassa emissione di fumi (LS0H) che non presenta sostanzialmente alcun gocciolamento (occorrenza di goccioline incandescenti) quando esposto ad alte temperature, per es. in caso di incendio.
Arte nota
Come noto, un requisito importante per i cavi elettrici, ottici o ibridi, specialmente per un?applicazione di costruzione o trasporto, ? un comportamento adatto in caso di incendio per evitare una propagazione di fiamma e una generazione di fumo in un ambiente popolato.
A questo proposito, standard di qualifica internazionali richiedono che, in caso di incendio, i cavi elettrici abbiano una produzione e diffusione di fiamma e fumi tossici limitate, e una produzione bassa o nulla di goccioline incandescenti. Tali standard sono sempre pi? stringenti riguardo alle prestazioni richieste a un cavo ritardante di fiamma al fine di migliorare la sicurezza nelle costruzioni e nei trasporti in caso di incendio.
Le prestazioni antincendio possono essere garantite mediante uno o pi? rivestimenti di cavo, quali l?isolamento elettrico o una guaina di cavo, dotati di determinate propriet? quando combusti.
A questo proposito, ? noto produrre un rivestimento di cavo con propriet? ritardanti di fiamma e nessuna emissione di fumi tossici da una composizione polimerica senza alogeni a bassa emissione di fumi (LS0H) comprendente un materiale di base polimerico caricato con cariche di idrossido inorganico, quale idrossido di magnesio e/o idrossido di alluminio, che conferiscono propriet? ritardanti di fiamma a uno strato di rivestimento di cavo.
Tuttavia, questa soluzione ha lo svantaggio di richiedere grandi quantit? di carica per ottenere un livello soddisfacente di efficacia in termini di propriet? di ritardo di propagazione di fiamma o autoestinguenti. L?uso di tali quantit? pu? portare a un aumento considerevole della viscosit? del materiale e di conseguenza a una significativa diminuzione della velocit? di estrusione e a un calo della produttivit?. Un?aggiunta di alte quantit? di cariche ritardanti di fiamma pu? anche portare a un sostanziale deterioramento delle propriet? meccaniche del cavo risultante.
Inoltre, l?uso di cariche ritardanti di fiamma, quale idrossido di magnesio e/o idrossido di alluminio, per il materiale di base polimerico del cavo non impedisce completamente la formazione di goccioline incandescenti quando il cavo ? esposto ad alte temperature, per es. in caso di incendio. La Richiedente ha sperimentato che, durante un incendio, il materiale caricato si ? rotto in grandi pezzi che hanno continuato a bruciare dopo la caduta.
US20210233683 divulga un cavo elettrico comprendente almeno un conduttore avente un isolamento primario e un rivestimento esterno che copre almeno una porzione dell?almeno un conduttore, il rivestimento esterno comprendendo almeno un ritardante di fiamma comprendente, da solo o in combinazione con un composto di zinco, cellulosa, acido gallico (3,4,5-acido triidrossibenzoico), monomero di tannino condensato, monomero di tannino condensato modificato chimicamente, acido tannico, idrossido di alluminio, triidrato di allumina, idrossido di magnesio. Il rivestimento esterno pu? essere costruito con cloruro di polivinile (PVC).
C. E. Hobbs, ?Recent Advances in Bio-based flame retardant additives for synthetic polymeric materials? Polymers 2019, 11, 224 divulga che l?uso di acido tannico e tannini come additivi per i polimeri sintetici ? relativamente limitato. Ci? ? probabilmente dovuto al colore o all?incompatibilit? con i polimeri idrofobi. I tannini potrebbero essere usati per instillare nei polimeri sintetici livelli pi? elevati di ritardo di fiamma. Quando miscelato con un polimero sintetico (acrilonitrilebutadiene-stirene) il tannino ha aumentato l?indice limite di ossigeno (LOI), ma non ? stato fornito alcun valore.
Devono essere considerati attentamente cavi aventi uno strato basato su composizioni polimeriche includenti una miscela di carica(che) ritardante(i) di fiamma e adiuvante(i) ritardante(i) di fiamma. La combinazione di cariche/additivi diversi o di loro quantit? diverse pu?, infatti, fornire risultati imprevedibili e indesiderati. In aggiunta, alcune delle cariche devono essere utilizzate in quantit? controllate poich? possono compromettere le propriet? meccaniche del materiale dello strato di rivestimento e/o aumentare sostanzialmente il costo del cavo e/o produrre fumi tossici.
Sommario della divulgazione
Alla luce di quanto sopra, un oggetto principale della presente divulgazione ? fornire un cavo ritardante di fiamma avente uno strato autoestinguente che non presenta sostanzialmente alcun gocciolamento (occorrenza di goccioline incandescenti) quando esposto ad alte temperature, per es. in caso di incendio, cos? da soddisfare i requisiti pi? stringenti di certificazione secondo gli attuali standard internazionali.
Un altro oggetto della presente divulgazione ? fornire un cavo ritardante di fiamma come sopra che, oltre a non presentare sostanzialmente alcun gocciolamento durante un incendio, mantenga buone propriet? meccaniche e sia facilmente lavorabile, particolarmente in processi di estrusione.
La Richiedente ha trovato che un cavo, elettrico o ottico o ibrido, ha propriet? ritardanti di fiamma e autoestinguenti senza produrre goccioline durante un incendio quando ? dotato di un nucleo circondato da uno strato protettivo realizzato con una composizione polimerica comprendente un materiale di base polimerico LS0H, almeno un idrossido metallico come carica ritardante di fiamma e un tannino come adiuvante ritardante di fiamma in intervalli di quantit? specifici.
Di conseguenza, la presente divulgazione riguarda un cavo ritardante di fiamma avente almeno un nucleo comprendente un conduttore e almeno uno strato protettivo che circonda il nucleo, in cui lo strato protettivo ? realizzato con una composizione polimerica ritardante di fiamma senza alogeni a bassa emissione di fumi (LS0H) comprendente almeno 70 phr di un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,90 g/cm<3 >come base polimerica priva di alogeni addizionata con
a) da 100 a 800 phr di almeno un idrossido metallico; e b) almeno 10 phr di un tannino.
Il cavo secondo la presente divulgazione ? adatto per trasportare corrente o dati o entrambi. Quindi, il cavo secondo la presente divulgazione pu? essere un cavo elettrico, un cavo ottico o un cavo ibrido.
Quando il cavo della presente divulgazione ? un cavo elettrico, pu? essere adatto per le telecomunicazioni o per trasportare corrente a bassa tensione (LV; fino a 1 kV) o media tensione (MV; da 1 a 30-35 kV).
Il cavo elettrico della divulgazione pu? essere un cavo a nucleo singolo elettrico o un cavo multi-nucleo, quale un cavo trifase avente tre nuclei elettrici. Ciascun nucleo elettrico comprende un conduttore elettrico realizzato, per esempio, con un metallo elettricamente conduttivo (per es. rame o alluminio o entrambi), circondato da uno strato elettricamente isolante o da un sistema elettricamente isolante comprendente uno strato semi-conduttivo interno disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al conduttore, uno strato isolante disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato semiconduttivo interno, e, facoltativamente, uno strato semi-conduttivo esterno disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato isolante. Lo strato o sistema isolante pu? essere realizzato con un materiale polimerico quali omopolimeri o copolimeri di polietilene, polimeri di polipropilene e loro miscele.
Quando il cavo della presente divulgazione ? un cavo ottico, esso pu? comprendere uno o pi? nuclei ottici. Ciascun nucleo ottico pu? comprendere una guida d?onda ottica circondata da uno o pi? rivestimenti polimerici e, facoltativamente, un tampone polimerico.
Quando il cavo della presente divulgazione ? un cavo ottico, esso pu? comprendere uno o pi? nuclei elettrici e ottici come sopra delineato.
Omopolimero o copolimero di polietilene, come il termine viene qui utilizzato, significa qualsiasi omopolimero o copolimero di etilene con una o pi? alfa-olefine aventi da 3 a 12 atomi di carbonio, per esempio da 4 a 8 atomi di carbonio. Esempi di omopolimero di polietilene sono polietilene a bassa densit? (LDPE), polietilene a media densit? (MDPE) o polietilene ad alta densit? (HDPE). Esempi di copolimero di polietilene sono gomma di etilene-propilene (EPR), gomma di etilene-propilene-diene (EPDM) o polietilene a bassa densit? lineare (LLDPE) fabbricato da Ziegler?Natta o catalizzatori metallocenici. Esempi di alfa-olefine sono propilene, 1-butene, 1-esene, 4-metil-1-pentene, e 1-ottene. L?omopolimero o copolimero di polietilene pu? essere termoplastico o reticolato, per esempio, tramite un agente di reticolazione di perossido o di silano.
Occorre notare che le designazioni di bassa, media e alta densit? e simili vengono date dallo specifico fabbricante di polimeri e nessuna nomenclatura chimica assegna a tali designazioni uno specifico intervallo di valori di densit?. Come conseguenza, nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, i termini ?bassa densit??, ?media densit?? e ?alta densit?? e simili sono puramente indicativi, mentre i polimeri di polietilene adatti sono definiti dal loro valore di densit? o intervallo di valori.
La base polimerica priva di alogeni della presente composizione LS0H ? un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,90 g/cm<3 >come misurata secondo ASTM D792-08 o ASTM D1505-03. Tale omopolimero o copolimero ? il componente principale della base polimerica priva di alogeni della composizione LS0H della presente divulgazione e pu? essere presente in una quantit? fino a 100 phr. In una forma di realizzazione, il polietilene avente una densit? inferiore a 0,90 g/cm<3 >? almeno uno tra LLDPE e EPR.
In una forma di realizzazione, la quantit? di idrossido metallico nella composizione LS0H della presente divulgazione ? da 150 phr a 400 phr.
In una forma di realizzazione, l?idrossido metallico ? selezionato tra idrossido di magnesio, idrossido di alluminio o una loro combinazione. Sia l?idrossido di magnesio sia l?idrossido di alluminio possono essere di origine naturale o sintetica. Per esempio, l?idrossido metallico adatto per il presente cavo ? l?idrossido di magnesio di origine naturale (brucite), facoltativamente trattato in superficie.
In una forma di realizzazione, la quantit? di tannino nella composizione LS0H della presente divulgazione ? da 10 phr a 60 phr.
Come riportato, per esempio, da C. E. Hobbs sopra citato, i tannini sono alcuni dei polifenoli naturali pi? abbondanti disponibili dalle piante e possono essere sia condensati sia idrolizzabili. Un tannino secondo la presente divulgazione pu? essere di origine naturale, per es. proveniente da un estratto vegetale, o pu? essere prodotto in modo sintetico. In una forma di realizzazione, il tannino ? l?acido tannico.
In una forma di realizzazione, la composizione polimerica LS0H pu? comprendere un polisilossano, quale il polidimetilsilossano.
Il polisilossano pu? essere qualsiasi composto comprendente una catena principale di unit? ?Si-O- ripetute e catene laterali scelte tra un gruppo alchile lineare o ramificato avente da 1 a 6 atomi di carbonio, un gruppo alcossi lineare o ramificato avente da 1 a 6 atomi di carbonio, un gruppo alchenile lineare o ramificato, per es. gruppo vinile, avente da 1 a 6 atomi di carbonio, un gruppo fenile, un gruppo fenossi e loro combinazioni.
In una forma di realizzazione, la quantit? di polisilossano nella composizione polimerica LS0H della presente divulgazione ? da 1,5 a 4 phr.
In una forma di realizzazione, la composizione polimerica LS0H pu? comprendere un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? da 0,90 a 0,92 g/cm<3>. In una forma di realizzazione il polietilene avente una densit? di 0,90-0,92 g/cm<3 >pu? essere LLDPE, VLDPE (polietilene a densit? molto bassa) o LDPE.
In una forma di realizzazione, la quantit? dell?omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? di 0,90-0,92 g/cm<3 >? fino a 25 phr, per esempio da 15 phr a 25 phr.
In una forma di realizzazione, la composizione polimerica LS0H pu? comprendere un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? superiore a 0,92 g/cm<3>. In una forma di realizzazione il polietilene avente una densit? superiore a 0,92 g/cm<3 >pu? essere un HDPE.
In una forma di realizzazione, la quantit? dell?omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? superiore a 0,92 g/cm<3 >? fino a 15 phr, per esempio da 5 phr a 15 phr.
In una forma di realizzazione, la composizione polimerica ritardante di fiamma comprende un omopolimero o copolimero di polietilene innestato con un compatibilizzante. Tale omopolimero o copolimero di polietilene pu? essere qualsiasi omopolimero o copolimero di polietilene per la presente composizione polimerica LS0H. Tale omopolimero o copolimero di polietilene ? innestato almeno parzialmente con il compatibilizzante. Il compatibilizzante pu? essere un?anidride, quale l?anidride maleica. Il compatibilizzante pu? essere presente in una quantit? da 5 phr a 15 phr. La presenza delle unit? di anidride innestate consente di migliorare le interazioni di accoppiamento con i gruppi idrossile della superficie della carica ritardante di fiamma (idrossido metallico) durante il processo di miscelazione, potenziando quindi la sua dispersione di fase all?interno della matrice polimerica e, a sua volta, le propriet? meccaniche del materiale polimerico formato con la composizione ritardante di fiamma della presente divulgazione.
In una forma di realizzazione, lo strato protettivo realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione ? lo strato pi? esterno del cavo, quale un guaina esterna di cavo o un rivestimento di cavo.
In una forma di realizzazione, lo strato protettivo come strato di cavo pi? esterno ? realizzato con una composizione polimerica LS0H ritardante di fiamma della presente divulgazione comprendente anche almeno uno tra:
- un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? di 0,90-0,92 g/cm<3 >in una quantit? fino a 25 phr;
- un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? superiore a 0,92 g/cm<3>; e
- un polisilossano, quale il polidimetilsilossano.
In una forma di realizzazione, lo strato pi? esterno ? realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione comprendente una quantit? di idrossido metallico da 100 phr a 250 phr, per esempio da 150 phr a 220 phr.
In una forma di realizzazione, lo strato pi? esterno realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione ? uno strato di pelle che copre un rivestimento o guaina di cavo. In una forma di realizzazione, lo strato di pelle ha uno spessore da 0,05 a 0,5 mm.
In una forma di realizzazione, il cavo ritardante di fiamma ha almeno due nuclei e l?almeno uno strato protettivo realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione ? uno strato di carica.
In una forma di realizzazione, lo strato di carica realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione comprende una quantit? di idrossido metallico da 300 phr a 800 phr, per esempio da 300 phr a 400 phr.
In una forma di realizzazione, il cavo comprende almeno due nuclei, ciascuno comprendente un conduttore circondato da uno strato elettricamente isolante o un sistema elettricamente isolante come sopra, uno strato esterno quale un rivestimento o una guaina che circonda i nuclei di cavo, e uno strato di carica che riempie gli spazi vuoti tra i nuclei e un altro(i) strato(i) che circonda(no) tali nuclei, in cui lo strato di carica ? realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione. In questo caso, lo strato esterno pu? essere ritardante di fiamma o non, per esempio pu? essere realizzato con un materiale polimerico includente un polimero di base quale il polietilene o una miscela di polietilene, facoltativamente caricato con cariche ritardanti di fiamma, quali idrossido di magnesio o di alluminio, ma non gli altri componenti della composizione polimerica secondo la presente divulgazione.
La Richiedente ha trovato che un cavo dotato di uno strato protettivo realizzato con una composizione come sopra specificato ha una reazione al fuoco migliorata in termini di propriet? estinguenti di fiamma con una sostanziale assenza di gocciolamento durante la combustione che consente al cavo di soddisfare i requisiti pi? stringenti di certificazione degli attuali standard internazionali.
In aggiunta, la Richiedente ha trovato che il fatto di prevedere lo strato protettivo come sopra specificato pu? consentire di proteggere il cavo durante un incendio impartendo propriet? ritardanti di fiamma adatte senza compromettere le sue propriet? meccaniche nonch? consentendo una lavorabilit? adatta del materiale polimerico formante lo strato protettivo, per esempio nella fase di estrusione della fabbricazione di cavi.
Descrizione dettagliata
Ai fini della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate, le parole "un" o "uno/una" devono essere lette come includenti uno o almeno uno e il singolare include anche il plurale, a meno che non sia ovvio che si intende diversamente. Ci? viene fatto soltanto per comodit? e per dare un senso generale della divulgazione.
Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni successive, se non diversamente indicato, tutti i numeri che esprimono quantit?, quantitativi, percentuali e cos? via, vanno intesi come modificati in tutti i casi dal termine ?circa?. In pi?, tutti gli intervalli includono qualsiasi combinazione dei punti massimo e minimo divulgati e includono qualsiasi intervallo intermedio al loro interno, che pu? essere qui specificamente indicato o meno.
Inoltre, nella presente descrizione, occorre comprendere che le caratteristiche tecniche specificamente descritte sopra e di seguito possono essere combinate tra loro in qualsiasi modo, costituendo ulteriori forme di realizzazione della presente divulgazione che possono non essere specificamente descritte per concisione, ma che rientrano nell?ambito della presente divulgazione.
Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, se non diversamente specificato, la quantit? dei componenti della composizione polimerica ritardante di fiamma ? data in phr in cui il termine "phr" ? usato per indicare parti in peso per 100 parti in peso del materiale polimerico di base.
Nella presente descrizione la quantit? dei componenti della composizione polimerica ritardante di fiamma pu? anche essere data in percentuale in peso (% in peso) in cui il termine "% in peso" ? usato per indicare la percentuale in peso rispetto alla quantit? totale della composizione.
Le caratteristiche e i vantaggi della presente divulgazione risulteranno chiaramente dalla seguente descrizione dettagliata di alcune sue forme di realizzazione esemplificative, fornite soltanto a titolo di esempi non limitativi, descrizione che verr? condotta anche facendo riferimento ai disegni allegati, in cui
- la FIG. 1 ? una vista in sezione trasversale di un cavo elettrico secondo la presente divulgazione;
- la FIG. 2 ? una vista in sezione trasversale di un altro cavo elettrico secondo la presente divulgazione;
- la FIG. 3 ? una vista in sezione trasversale di un cavo elettrico trifase secondo la presente divulgazione;
- la FIG. 4 ? una vista in sezione trasversale di un altro cavo elettrico trifase secondo la presente divulgazione; e
- la FIG. 5 ? una vista in sezione trasversale di un cavo ottico secondo la presente divulgazione.
La Figura 1 mostra un cavo elettrico a bassa tensione (LV) 10 secondo una forma di realizzazione non limitativa della divulgazione. Il cavo 10 ha un nucleo unico comprendente un conduttore elettrico 11 realizzato con un materiale elettricamente conduttivo, per es. almeno uno tra alluminio, rame o nanotubi di carbonio. Il conduttore 11 pu? essere sotto forma di una barra piena o di un fascio di fili, facoltativamente a trefoli.
Il conduttore 11 ? isolato elettricamente mediante uno strato elettricamente isolante 12 sotto forma di un rivestimento polimerico estruso avente facoltativamente propriet? ritardanti di fiamma. Per esempio, lo strato isolante 12 pu? essere realizzato con un materiale polimerico estruso quale polietilene o una miscela di polietilene, caricato facoltativamente con cariche ritardanti di fiamma, quale idrossido di magnesio o di alluminio, ma non gli altri componenti della composizione polimerica secondo la presente divulgazione.
Nella forma di realizzazione mostrata nella Figura 1, lo strato isolante 12 ? estruso a contatto diretto con il conduttore 11.
Il cavo 10 comprende un rivestimento 13a come strato pi? esterno, realizzato con un materiale polimerico avente facoltativamente propriet? ritardanti di fiamma. Il rivestimento 13a circonda lo strato isolante 12 e, facoltativamente, ? a contatto diretto con lo stesso. Il rivestimento 13a ? fabbricato mediante estrusione. Il rivestimento 13a ha uno spessore adatto a fornire al cavo una protezione meccanica.
Nel cavo 10, il rivestimento 13a pu? essere realizzato con una composizione polimerica LS0H secondo la presente divulgazione.
Le Figure 2-4 mostrano cavi elettrici secondo altre forme di realizzazione non limitative della divulgazione. In tali cavi, a quelle caratteristiche che sono strutturalmente e/o funzionalmente equivalenti a caratteristiche corrispondenti del cavo 10 descritto nella Figura 1 saranno assegnati gli stessi numeri di riferimento di queste ultime e non saranno descritte ulteriormente per concisione.
In dettaglio, la Figura 2 mostra un cavo elettrico a bassa tensione (LV) 20 secondo un?altra forma di realizzazione non limitativa della divulgazione. Il cavo 20 differisce dal cavo 10 sopra descritto in quanto lo strato pi? esterno ? uno strato di pelle 14, realizzato con la composizione polimerica LS0H secondo la presente divulgazione. Lo strato di pelle 14 circonda ed ? direttamente a contatto con un rivestimento 13b.
Lo strato di pelle 14 ? fabbricato mediante estrusione. Lo strato di pelle 14 ha uno spessore sostanzialmente inferiore a quello del rivestimento 13b, tale spessore essendo da 0,05 a 0,5 mm, per esempio da 0,1 a 0,2 mm, e non fornisce una protezione meccanica significativa al cavo 20.
In questa forma di realizzazione, il rivestimento 13b pu? essere realizzato con un materiale polimerico ritardante di fiamma estruso, per es. un materiale polimerico includente un polimero di base quale polietilene o una miscela di polietilene, caricato con cariche ritardanti di fiamma, quale idrossido di magnesio o di alluminio, ma non gli altri componenti della composizione polimerica secondo la presente divulgazione.
La Figura 3 mostra un cavo elettrico a bassa tensione (LV) 30 secondo un?altra forma di realizzazione non limitativa della divulgazione.
Il cavo 30 ? un cavo trifase comprendente tre nuclei elettrici 31. Ciascun nucleo 31 comprende un conduttore 11 circondato da uno strato elettricamente isolante 12, come quello descritto per il cavo 10 della Figura 1.
I tre nuclei 31 sono a trefoli e circondati da un rivestimento 13a come strato pi? esterno. Pu? essere previsto uno strato di carica (o letto) 15 realizzato con materiale polimerico che riempie gli spazi vuoti tra i nuclei a trefoli 31 e il rivestimento 13a.
In questa forma di realizzazione, almeno uno tra lo strato pi? esterno del cavo (rivestimento 13a) e lo strato di carica 15 ? uno strato protettivo realizzato con la composizione polimerica LS0H secondo la presente divulgazione. Quando solo lo strato di carica 15 ? realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione, il rivestimento 13b pu? essere realizzato con un materiale polimerico ritardante di fiamma estruso, per es. un materiale polimerico includente un polimero di base quale polietilene o una miscela di polietilene, caricato con cariche ritardanti di fiamma, quale idrossido di magnesio o di alluminio, ma non gli altri componenti della composizione polimerica secondo la presente divulgazione. In alternativa, lo strato pi? esterno del cavo (rivestimento 13a) ? realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione, e lo strato di carica 15 pu? essere realizzato con un materiale polimerico ritardante di fiamma estruso, per es. un materiale polimerico LS0H includente un polimero di base quale polietilene o una miscela di polietilene, caricato con cariche ritardanti di fiamma, quale idrossido di magnesio o di alluminio, ma non gli altri componenti della composizione polimerica secondo la presente divulgazione. Sia lo strato pi? esterno del cavo (rivestimento 13a) sia lo strato di carica 15 possono essere realizzati con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione.
La Figura 4 mostra un cavo elettrico a media tensione (MV) 40 secondo un?altra forma di realizzazione non limitativa della divulgazione. Il cavo 40 ? un cavo trifase comprendente tre nuclei elettrici 41. Ciascun nucleo 41 comprende un conduttore 11, uno strato semiconduttivo interno 42a disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al conduttore 11 e a contatto diretto con lo stesso, uno strato isolante 43 disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato semi-conduttivo interno 42a e a contatto diretto con lo stesso, e uno strato semi-conduttivo esterno 42b disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato isolante 43 e a contatto diretto con lo stesso.
Il cavo 40 include ulteriormente un rivestimento 13a disposto in una posizione esterna radialmente rispetto allo strato semiconduttivo esterno 42b e che circonda i nuclei di cavo 41. Uno strato di carica 15 pu? anche essere disposto tra il rivestimento 13a e i nuclei di cavo 41 per riempire gli spazi vuoti tra essi.
Secondo la divulgazione, almeno uno tra il rivestimento 13a e lo strato di carica 15 pu? essere realizzato con la composizione polimerica LS0H secondo la presente divulgazione. Quando solo lo strato di carica 15 ? realizzato con la composizione polimerica LS0H della presente divulgazione, il rivestimento 13a pu? essere realizzato con un materiale polimerico ritardante di fiamma estruso, per es. un materiale polimerico includente un polimero di base quale polietilene o una miscela di polietilene, caricato con cariche ritardanti di fiamma, quale idrossido di magnesio o di alluminio, ma non gli altri componenti della composizione polimerica secondo la presente divulgazione. Le alternative come sopra divulgate in relazione al cavo della Figura 3 sono applicabili.
La Figura 5 mostra un cavo ottico elettrico 50 secondo un?altra forma di realizzazione non limitativa della divulgazione. Il cavo 50 comprende una pluralit? di nuclei ottici 51. Ciascun nucleo 51 comprende una guida d?onda ottica circondata da uno o pi? rivestimenti polimerici e, facoltativamente, un tampone polimerico, non tutti mostrati nella figura per amor di chiarezza. I nuclei ottici 51 sono inglobati in un gel che assorbe acqua 52 circondato da un tubo polimerico di contenimento 53. Il cavo 50 include ulteriormente un rivestimento 13a disposto in una posizione esterna radialmente rispetto al tubo polimerico 53 e che circonda i nuclei di cavo 51. Secondo la divulgazione, il rivestimento 13a pu? essere realizzato con la composizione polimerica LS0H secondo la presente divulgazione.
La Richiedente ha sperimentato che la presenza di un tannino nella composizione polimerica LS0H della presente divulgazione usata per la fabbricazione di uno strato protettivo che circonda il(i) nucleo(i) di cavo consente di migliorare le propriet? ritardanti di fiamma del cavo in combinazione con l?almeno un idrossido metallico anche in termini di assenza di gocciolamento dal materiale polimerico formante tale strato.
In particolare, la Richiedente ha sperimentato che il tannino, quale l?acido tannico, favorisce la formazione di residui carboniosi coesi sostanzialmente compatti e omogenei ("char") nello strato protettivo quando ? esposto a una fiamma, per esempio nell?eventualit? di un incendio, il che porta a una sostanziale riduzione o assenza di gocciolamento del materiale polimerico formante tale strato o almeno a un aumento significativo del tempo di caduta di frammenti incandescenti del materiale polimerico, per es. durante il test di fiamma.
Senza voler essere legati a qualsiasi teoria scientifica, la capacit? di formare char del tannino, quale l?acido tannico, pu? essere dovuta alla formazione di una rete di strutture aromatiche reticolate durante la combustione.
I suddetti benefici possono essere ottenuti mantenendo nel contempo buone caratteristiche meccaniche e di lavorabilit? della composizione polimerica ritardante di fiamma.
La presenza di un polisilossano nella composizione polimerica LS0H secondo la presente divulgazione per l?uso nella fabbricazione di uno strato protettivo di un cavo pu? migliorare la dispersione delle cariche inorganiche nella matrice polimerica e aiuta a ridurre la viscosit? durante l?estrusione migliorando quindi la lavorabilit? della composizione polimerica ritardante di fiamma.
La composizione polimerica ritardante di fiamma pu? comprendere ulteriormente componenti convenzionali quali antiossidanti, adiuvanti di processo, stabilizzanti, pigmenti, agenti di accoppiamento, ecc.
Antiossidanti convenzionali che sono adatti a questo scopo sono a titolo esemplificativo: trimetildiidrochinolina polimerizzata, 4,4'-tiobis (3-metil -6-terz-butil) fenolo, pentaeritritolo tetrakis [3- (3,5-diterz- butil-4-idrossifenil) propionato], 2,2'-tio-dietilene-bis- [3- (3,5-diterz-butil-4-idrossifenil) propionato] e simili o loro miscele.
Adiuvanti di processo aggiunti solitamente al polimero di base sono, per esempio, stearato di calcio, stearato di zinco, acido stearico, cera di paraffina, gomme siliconiche e simili, e loro miscele.
I lubrificanti usati sono, per esempio, cere di paraffina a basso peso molecolare, acido stearico, stearammide, oleammide, erucammide.
Gli agenti di accoppiamento possono essere usati allo scopo di migliorare ulteriormente la compatibilit? tra cariche inorganiche ritardanti di fiamma e/o adiuvanti come sopra indicato e la base polimerica. Questo agente di accoppiamento pu? essere selezionato tra quelli noti nell?arte, per esempio: composti di silano saturi o composti di silano contenenti almeno un?insaturazione etilenica, come 3-amminopropiltrietossisilano. In alternativa, si possono usare acidi monocarbossilici o anidridi di acidi dicarbossilici, facoltativamente innestati sulla base polimerica.
In una forma di realizzazione, l?agente di accoppiamento (compatibilizzante) incluso nella composizione polimerica ritardante di fiamma della presente divulgazione ? un omopolimero o copolimero di polietilene modificato con anidride, per esempio una gomma di etilene propilene modificata con anidride o un polietilene ad alta densit? (HDPE) modificato con anidride. Quantit? adatte di agente di accoppiamento da usare nella composizione della presente divulgazione possono variare da 5 a 15 phr.
Il cavo elettrico secondo la presente divulgazione pu? essere prodotto mediante tecniche di fabbricazione di cavi note agli esperti del ramo. In particolare, lo strato protettivo realizzato con la composizione polimerica LS0H secondo la presente divulgazione pu? essere formato usando processi di estrusione convenzionali con uno spessore scelto per soddisfare requisiti e necessit? della particolare applicazione per il cavo.
Esempio 1
Composizioni comparative di base polimeriche ritardanti di fiamma e composizioni secondo la divulgazione sono state preparate miscelando, in un miscelatore aperto, polimeri, carica ritardante di fiamma (idrossido metallico), acido tannico e altri additivi come indicato nella seguente Tabella 1 in cui:
- PE-A? ? un LLDPE (copolimero di etilene-1-ottene) avente una densit? di 0,885 g/cm<3>;
- PE-B? ? un polimero di VLDPE avente una densit? di 0,911 g/cm<3>;
- PE-C ? un polimero di HDPE innestato con anidride maleica e avente una densit? di 0,93 g/cm<3>;
- MDH ? un idrossido di magnesio naturale (brucite) avente una dimensione di particelle di circa 3,3-4,3 micron; e - PDMS ? un polidimetilsilossano.
Nella Tabella 1 le quantit? dei componenti sono fornite come "phr", ossia parti in peso per 100 parti in peso dei polimeri di base.
Tabella 1
La composizione comparativa e le composizioni della divulgazione sono state poi estruse dal miscelatore in rispettivi campioni adatti ai test di resistenza al fuoco e alla valutazione delle propriet? meccaniche.
I campioni sono stati testati per determinare il loro comportamento di gocciolamento in condizioni di incendio e per le propriet? meccaniche.
I test di gocciolamento erano volti a rilevare il tempo medio di caduta del primo pezzo dei campioni (tempo medio di caduta).
Provini da piastre aventi dimensioni 100 x150 mm e uno spessore di 3,0 sono stati ottenuti da ciascun campione e usati per eseguire le suddette valutazioni.
Ciascun provino di un campione ? stato serrato verticalmente da una porzione d?estremit? superiore con un morsetto fissato su un supporto mentre l?estremit? inferiore era libera. Il provino ? stato poi bruciato sotto l?azione di una fiamma prodotta da un becco Bunsen alimentato ad aria ad una portata di 3,8 ml/min e a gas propano liquido (LPG) ad una portata di 0,65 ml/min, mantenendo il rapporto tra le portate massiche utilizzate.
La fiamma ? stata orientata a circa 90? rispetto al provino e diretta verso il bordo inferiore del provino in corrispondenza del suo lato pi? corto.
La fiamma ? stata tenuta in questa posizione per tutto il tempo del test ed ? stato registrato il tempo dall?avvicinamento della fiamma in corrispondenza del bordo inferiore del provino fino al momento in cui il primo pezzo dal provino cade (tempo di caduta).
Per quanto riguarda le propriet? meccaniche, ciascun provino di un campione ? stato valutato per la resistenza alla trazione (TS) e l?allungamento a rottura (EB) secondo IEC 60811-1-1 (1996).
Il test ? stato eseguito su almeno due provini per ciascun campione e i dati forniti nella suddetta Tabella 1 sono una media dei risultati.
La suddetta Tabella 1 riporta i risultati dei test di combustione e delle propriet? meccaniche eseguiti sui campioni comparativi e di test.
Per quanto riguarda il comportamento di gocciolamento, si pu? osservare che il campione comparativo A* aveva un tempo medio di caduta basso (il gocciolamento inizia dopo circa 1? minuti durante un incendio). L?aggiunta di 5 phr di acido tannico (Campione E) non ha fornito un miglioramento del tempo medio di caduta, al contrario si ? osservato un lieve peggioramento. L?aggiunta di acido tannico alla composizione polimerica in una quantit? di 20 phr (Campione B) ha portato a un sostanziale aumento del tempo medio di caduta che era superiore a 3 minuti durante un incendio. Nel campione B il pezzo caduto osservato non era una gocciolina incandescente, ma un frammento di char poich? il campione si ? estinto completamente in 67 secondi. Il campione C, comprendente 20 phr di acido tannico, ma privo di polisilossano ha mostrato un aumento maggiore del tempo medio di caduta (superiore a 4 minuti) ma anche una diminuzione dell?allungamento a rottura, sebbene ancora adatto per un materiale per la fabbricazione di cavi.
Perci?, uno strato di cavo realizzato con composizioni polimeriche secondo la presente divulgazione (Campioni B e C) migliora la prestazione antincendio del cavo, in termini di un migliore comportamento anti-gocciolamento, per soddisfare i pi? stringenti standard nazionali e/o internazionali.
Per quanto riguarda le propriet? meccaniche, quali resistenza alla trazione e allungamento a rottura, i campioni B e C testati hanno propriet? meccaniche accettabili per l?applicazione nei cavi elettrici, anche per la fabbricazione di una guaina esterna o un rivestimento di cavo.
La viscosit? dei campioni secondo la presente divulgazione, valutata per es. secondo ISO 289-1 (2015), ? stata trovata appropriata per un processo di estrusione a velocit? industrialmente vantaggiosa.
Esempio 2
Composizioni comparative di base polimeriche ritardanti di fiamma e composizioni secondo la divulgazione sono state preparate miscelando, in un miscelatore aperto, polimeri, carica ritardante di fiamma (idrossido metallico), acido tannico e altri additivi come indicato nella seguente Tabella 2 in cui:
- PE-A? ? un LLDPE (copolimero di etilene-1-ottene) avente una densit? di 0,870 g/cm<3>;
- PE-A?? ? un copolimero di etilene-propilene-diene avente una densit? di 0,860-0,880 g/cm<3>; e
- MDH ? un idrossido di magnesio naturale (brucite) avente una dimensione di particelle di circa 3,3-4,3 micron;
La composizione comparativa e le composizioni della divulgazione sono state poi estruse dal miscelatore in rispettivi campioni adatti ai test di resistenza al fuoco e alla valutazione delle propriet? meccaniche.
Nella Tabella 2 le quantit? sono fornite come "phr", ossia parti in peso per 100 parti in peso dei polimeri di base.
Tabella 2
I campioni sono stati testati come sopra descritto per determinare il loro comportamento di gocciolamento in condizioni di incendio e per le propriet? meccaniche.
I test di gocciolamento erano volti a rilevare il tempo medio di caduta del primo pezzo dei campioni (tempo medio di caduta) e sono stati eseguiti secondo il metodo di test divulgato nell?esempio 1.
La suddetta Tabella 2 riporta i risultati dei test di combustione e delle propriet? meccaniche eseguiti sui campioni comparativi e di test.
Per quanto riguarda il comportamento di gocciolamento, si pu? osservare che il campione comparativo D* aveva un tempo medio di caduta basso (il gocciolamento inizia dopo circa 1 minuto durante un incendio). Il campione comparativo L* ? addizionato con 5 phr di acido tannico e il tempo medio di caduta non migliora in modo significativo rispetto a quello del Campione comparativo D*. L?aggiunta di acido tannico alla composizione polimerica in una quantit? di 30 phr (Campione F) ha portato a un sostanziale aumento del tempo medio di caduta che era superiore a 3 minuti durante un incendio. L?aumento della quantit? di acido tannico aggiunto alla composizione polimerica a 40 phr (Campioni G e H) ha portato a un ulteriore aumento del tempo medio di caduta che era superiore a 4 minuti durante un incendio o non ? stato persino osservato alcun gocciolamento nel tempo del test.
Il Campione H ha migliori propriet? meccaniche rispetto ai Campioni F e G poich? contiene una quantit? inferiore di idrossido metallico come carica ritardante di fiamma. Ciononostante, il comportamento del Campione H durante un incendio ? sostanzialmente analogo e persino migliore di quelli dei Campioni G e F. Perci?, uno strato di cavo realizzato con composizioni polimeriche secondo la presente divulgazione (Campioni da F a H) migliora la prestazione antincendio del cavo, in termini di un migliore comportamento antigocciolamento, per soddisfare i pi? stringenti standard nazionali e/o internazionali.
La presenza di acido tannico nella composizione polimerica in quantit? secondo la presente divulgazione consente anche di ottenere un char pi? compatto e uniforme sui campioni bruciati ottenuti da tale composizione rispetto al campione ottenuto dalla composizione polimerica non includente acido tannico. Ci? pu? essere compreso dal lungo tempo di gocciolamento/assenza di gocciolamento dei campioni da F a H secondo la presente divulgazione. Di conseguenza, la presenza di acido tannico impartisce una buona prestazione di fiamma anche in termini di formazione di char e di conseguenza di effetto di resistenza al gocciolamento alla composizione polimerica della presente divulgazione.
Per quanto riguarda le propriet? meccaniche, quali resistenza alla trazione e allungamento a rottura, tutti i campioni da F a H testati hanno propriet? meccaniche accettabili per l?applicazione nei cavi elettrici, in particolare per la fabbricazione di uno strato di carica (o letto).
I suddetti test mostrano che la presenza di acido tannico nella composizione polimerica in quantit? secondo la presente divulgazione consente anche di ottenere un char pi? compatto e uniforme sui campioni bruciati ottenuti da tale composizione rispetto al campione ottenuto dalla composizione polimerica non includente acido tannico. Ci? pu? essere compreso dal lungo tempo di gocciolamento/assenza di gocciolamento dei campioni secondo la presente divulgazione. La presenza di acido tannico impartisce una buona prestazione di fiamma anche in termini di formazione di char e di conseguenza in termini di effetto di resistenza al gocciolamento alla composizione polimerica della presente divulgazione.

Claims (16)

RIVENDICAZIONI
1. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) avente almeno un nucleo (31;41;51) comprendente un conduttore (11), e almeno uno strato protettivo (13a; 13b; 14; 15; 47) che circonda il nucleo di cavo (31;41;51), in cui lo strato protettivo (13a; 13b; 14; 15; 47) ? realizzato con una composizione polimerica ritardante di fiamma senza alogeni a bassa emissione di fumi (LS0H) comprendente almeno 70 phr di un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,90 g/cm<3 >come base polimerica priva di alogeni addizionata con
a) da 100 a 800 phr di almeno un idrossido metallico; e b) almeno 10 phr di un tannino.
2. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1 che ? un cavo elettrico, un cavo ottico o un cavo ibrido.
3. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui la base polimerica ha un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? inferiore a 0,90 g/cm<3 >come componente principale.
4. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui la quantit? di idrossido metallico ? da 150 phr a 400 phr.
5. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui l?idrossido metallico ? scelto tra idrossido di magnesio, idrossido di alluminio o una loro combinazione.
6. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui la quantit? di tannino ? da 10 phr a 60 phr.
7. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui il tannino ? acido tannico.
8. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione polimerica ritardante di fiamma comprende ulteriormente un polisilossano.
9. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 8, in cui il polisilossano ? in una quantit? da 1,5 a 4 phr.
10. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione polimerica ritardante di fiamma comprende ulteriormente un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? di 0,90-0,92 g/cm<3>.
11. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 10, in cui la quantit? dell?omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? di 0,90-0,92 g/cm<3 >? fino a 25 phr.
12. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 11, in cui la quantit? dell?omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? di 0,90-0,92 g/cm<3 >? da 15 phr a 25 phr.
13. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione polimerica ritardante di fiamma comprende ulteriormente un omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? superiore a 0,92 g/cm<3>.
14. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40) secondo la rivendicazione 13, in cui l?omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? superiore a 0,92 g/cm<3 >? in una quantit? fino a 15 phr.
15. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 14, in cui la quantit? dell?omopolimero o copolimero di polietilene avente una densit? superiore a 0,92 g/cm<3 >? da 5 phr a 15 phr.
16. Cavo ritardante di fiamma (10;20;30;40;50) secondo la rivendicazione 1, in cui la composizione polimerica ritardante di fiamma comprende un omopolimero o copolimero di polietilene innestato con un compatibilizzante in una quantit? da 5 phr a 15 phr.
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