Blindajes eléctricos semiconductores de baja adhesión.

Un blindaje semiconductor desprendible que comprende,

un polímero de base seleccionado del grupo que consiste en copolímeros de etileno-acetato de vinilo

,

copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado independientemente de hidrocarburos de C1 a C6, en los que el contenido en VA del polímero de base es aproximadamente del 28 al 40 por ciento;

un compuesto modificador de la adhesión que comprende un etileno-acetato de vinilo con un peso molecular mayor de aproximadamente 20.000 daltons y una polidispersividad mayor de aproximadamente 2,5, en el que el contenido en VA del compuesto modificador de la adhesión es aproximadamente del 12 al 25 por ciento;

un negro de carbón conductor en una cantidad suficiente para dar al blindaje semiconductor una resistencia por debajo de aproximadamente 550 ohm-metro.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2001/031791.

Solicitante: GENERAL CABLE TECHNOLOGIES CORPORATION.

Inventor/es: EASTER, MARK, R..

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > UTILIZACION DE SUSTANCIAS INORGANICAS U ORGANICAS... > Utilización de ingredientes inorgánicos > C08K3/04 (Carbono)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones... > Composiciones de homopolímeros o copolímeros de... > C08L33/08 (Homopolímeros o copolímeros de ésteres de ácido acrílico)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones... > Composiciones de homopolímeros o copolímeros de... > C08L33/10 (Homopolímeros o copolímeros de ésteres de ácido metacrílico)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Aisladores o cuerpos aislantes caracterizados por... > H01B3/44 (resinas vinílicas; resinas acrílicas (siliconas H01B 3/46))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Aisladores o cuerpos aislantes caracterizados por... > H01B3/42 (poliésteres; poliéteres; poliacetales)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Conductores o cuerpos conductores caracterizados... > H01B1/24 (el material conductor contiene composiciones a base de carbono-silicio, de carbono o de silicio)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones... > Composiciones de homopolímeros o copolímeros de... > C08L31/04 (Homopolímeros o copolímeros de acetato de vinilo)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Aisladores o cuerpos aislantes caracterizados por... > H01B3/18 (compuestos principalmente de sustancias orgánicas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Cables de transporte de energía > H01B9/02 (con pantallas o capas conductoras, p. ej. para evitar gradientes de potencial elevados)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES... > Conductores o cuerpos conductores caracterizados... > H01B1/06 (compuestos principalmente de otras sustancias no metálicas)

PDF original: ES-2457018_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Blindajes eléctricos semiconductores de baja adhesión Campo de la invención La invención se refiere a composiciones poliméricas y al uso de estas composiciones poliméricas para fabricar blindajes semiconductores para su uso en cables eléctricos, cables eléctricos fabricados a partir de estas composiciones y procedimientos de fabricación de cables eléctricos a partir de estas composiciones. Más en particular, la invención se refiere a una composición para su uso como blindajes dieléctricos "semiconductores" desprendibles (también denominados blindajes de núcleo, materiales de pantalla dieléctrica o de pantalla de núcleo en cables de alimentación con aislante polimérico reticulado, principalmente con cables de alimentación medio que tienen un voltaje de aproximadamente 5 kV a aproximadamente 100 kV.

Antecedentes de la invención En general, los blindajes dieléctricos semiconductores se pueden clasificar en dos tipos distintos, siendo el primer tipo un tipo en el que el blindaje dieléctrico está unido firmemente al aislante polimérico de forma que sólo se puede desprender el blindaje dieléctrico usando una herramienta de corte que retire el blindaje dieléctrico solo con parte del aislante del cable. Este tipo de blindaje dieléctrico lo prefieren las empresas que creen que esta adhesión reduce al mínimo el riesgo de avería eléctrica en la interfaz del blindaje y el aislante. El segundo tipo de blindaje dieléctrico es el blindaje dieléctrico "desprendible" en el que el blindaje dieléctrico tiene una adhesión definida limitada al aislante de forma que el blindaje desprendible se pueda separar despegándolo de forma limpia del aislante sin eliminar nada de aislante. Las composiciones de blindaje desprendible actuales para su uso sobre aislante seleccionado de polietileno, polietilenos reticulados o una de las gomas de copolímero de etileno tales como goma de etilenopropileno (EPR) o terpolímero de etileno-propilendieno (EPDM) se basan habitualmente en una resina de base de copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA) que se hace conductora con una cantidad y tipo adecuados de negro de carbón. La caracterización de separado del blindaje desprendible se puede obtener mediante la selección apropiada del EVA con un contenido en acetato de vinilo suficiente, normalmente acetato de vinilo aproximadamente en un 32-40 %, y normalmente con una goma de nitrilo como aditivo de ajuste de la adhesión.

Las formulaciones de blindaje desprendible de EVA y las gomas de nitrilo se han descrito por Ongchin, patentes de EE. UU. N.º 4.286.023 y 4.246.142; Burns et al., solicitud EP N.º 0.420.271B, Kakizaki et al., patente de EE. UU. N.º

4.412.938 y Janssun, patente de EE. UU. N.º 4.226.823, estando incorporada cada referencia en el presente documento por referencia en esta solicitud. Un problema con estas formulaciones de blindaje desprendible de EVA y goma de nitrilo es que los EVA necesarios para esta formulación tienen un contenido en acetato de vinilo relativamente alto para conseguir el nivel de adhesión deseado con la consecuencia de que las formulaciones son más gomosas de lo deseado para una extrusión a alta velocidad de un cable eléctrico comercial.

También se han propuesto aditivos de ajuste de la adhesión alternativos para su uso con EVA, por ejemplo, hidrocarburos alifáticos cerosos (Watanabe et al., patente de EE. UU. N.º 4.933.107, incorporada en el presente documento por referencia) ; polietileno de bajo peso molecular (Burns Jr., la patente de EE. UU. N.º 4.150.193, incorporada en el presente documento por referencia) ; aceites de silicona, gomas y copolímeros de bloque que son líquidos a temperatura ambiente (Taniguchi et al., patente de EE. UU. N.º 4.493.787, incorporada en el presente documento por referencia) ; polietileno clorosulfonado, gomas de etileno-propileno, policloropreno, gorma de estirenobutadieno, goma natural (todos en Janssun) pero las únicas que parecen haber encontrado una aceptación comercial fueron las ceras de parafina.

Breve descripción de las figuras

La Fig. 1 es una representación en sección transversal del cable eléctrico de la invención.

La Fig. 2 es una vista en perspectiva del cable eléctrico de la invención.

Breve descripción de la invención La presente invención se basa en el descubrimiento inesperado de que las ceras de EVA, ceras de copolímeros de etileno-acrilatos de alquilo o de etileno metacrilato de alquilo con un peso molecular mayor de 20.000 and una polidispersidad mayor de 2 eran buenos modificadores de la adhesión cuando se usaban con una resina de base de blindaje semiconductor desprendible y un aislante convencional. La resina de base de blindaje semiconductor desprendible puede incluir copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6 y copolímeros ternarios de etileno con acrilatos de alquilo y metacrilatos de alquilo. El blindaje semiconductor desprendible puede incluir cualquier negro de carbón conductor adecuado en una cantidad para dar al blindaje semiconductor una resistencia eléctrica menor de aproximadamente 550 ohm-metro.

La invención incluye cables eléctricos fabricados usando el blindaje semiconductor desprendible de la invención así

como procedimientos de fabricación de estos cables eléctricos. El cable eléctrico de la invención incluye un núcleo conductor rodeado por una capa semiconductora que está rodeada por una capa aislante, el aislante de la capa aislante está seleccionado de polietileno, polietileno reticulado (XLPE) , gomas de etileno-propileno and gomas de etileno-propileno-dieno (gomas EPDM) . La capa aislante está cubierta por el blindaje dieléctrico semiconductor de la invención y el blindaje semiconductor puede estar cubierto por alambres o tiras metálicas que a continuación se conectan a tierra tras la instalación del cable y encamisado.

Descripción detallada de la invención La presente invención incluye blindajes semiconductores desprendibles adecuados para su uso con aislantes eléctricos convencionales, cables de potencia eléctricos que emplean estos blindajes dieléctricos semiconductores desprendibles y procedimientos de fabricación tanto de blindajes semiconductores como de cables de potencia eléctricos que emplean estos blindajes.

Los aislantes eléctricos convencionales usados en cables de alimentación media incluyen polietilenos, polietilenos reticulados (XLPE) , gomas de etileno-propileno y gomas de etileno-propileno-dieno (gomas EPDM) . Se pretende que el término polietileno incluya tanto polímeros como copolímeros en los que el etileno sea el componente principal, lo que incluiría, por ejemplo, metaloceno o etilenos catalizados en un solo sitio que están copolimerizados con olefinas superiores.

Los blindajes semiconductores desprendibles de la invención comprenden resinas de base, compuestos modificadores de la adhesión y negros de carbón conductores. Los negros de carbón conductores se añaden en una cantidad suficiente para hacer disminuir la resistividad eléctrica hasta menos de 550 ohmios-metro. Preferentemente la resistividad del blindaje semiconductor es de menos de aproximadamente 250 ohmios-metro e incluso más preferentemente de menos de aproximadamente 100 ohmios-metro.

La resina de base está seleccionada de cualquier miembro adecuado del grupo que consiste en copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un blindaje semiconductor desprendible que comprende,

un polímero de base seleccionado del grupo que consiste en copolímeros de etileno-acetato de vinilo,

copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado independientemente de hidrocarburos de C1 a C6, en los que el contenido en VA del polímero de base es aproximadamente del 28 al 40 por ciento;

un compuesto modificador de la adhesión que comprende un etileno-acetato de vinilo con un peso molecular mayor de aproximadamente 20.000 daltons y una polidispersividad mayor de aproximadamente 2, 5, en el que el contenido en VA del compuesto modificador de la adhesión es aproximadamente del 12 al 25 por ciento;

un negro de carbón conductor en una cantidad suficiente para dar al blindaje semiconductor una resistencia por debajo de aproximadamente 550 ohm-metro.

2. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el polímero de base es copolímeros de etileno-acetato de vinilo.

3. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el polímero de base es copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6.

4. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el polímero de base es copolímeros de 20 etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6.

5. El blindaje semiconductor desprendible, de la reivindicación 1, en el que el polímero de base es terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está independientemente seleccionado de hidrocarburos C1 a C6.

6. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el compuesto modificador de la

adhesión comprende un etileno-acetato de vinilo con un peso molecular de aproximadamente 22.500 a aproximadamente 50.000 daltons.

7. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 6, en el que el etileno-acetato de vinilo modificador de la adhesión tiene un peso molecular de aproximadamente 25.000 a aproximadamente 40.000 daltons.

8. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el compuesto modificador de la 30 adhesión comprende un etileno-acetato de vinilo con una polidispersividad mayor de 4.

9. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el compuesto modificador de la adhesión comprende un etileno-acetato de vinilo con una polidispersividad mayor de 5.

10. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el negro de carbón está seleccionado de los negros de carbón de tipo N550 y N351.

11. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el blindaje semiconductor incluye además un agente de reticulación.

12. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el blindaje semiconductor comprende del 30 al 45 por ciento en peso de negro de carbón y del 0, 5 al 10 por ciento en peso de modificador de la adhesión.

13. El blindaje semiconductor desprendible de la reivindicación 1, en el que el blindaje semiconductor comprende del 33 al 42 por ciento en peso de negro de carbón y del 1, 0 al 7, 5 por ciento en peso de compuesto modificador de la adhesión.

14. Un procedimiento para fabricar un blindaje semiconductor desprendible que comprende las etapas de (a) combinar (i) un polímero de base seleccionado del grupo que consiste en copolímeros de etileno-acetato de 45 vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado independientemente de hidrocarburos de C1 a C6, el contenido en VA del polímero de base es aproximadamente del 28 al 40 por ciento;

(ii) un compuesto modificador de la adhesión que comprende un etileno-acetato de vinilo con un peso molecular mayor de aproximadamente 20.000 daltons y una polidispersividad mayor de aproximadamente 2, 5, en el que el contenido en VA del compuesto modificador de la adhesión es aproximadamente del 12 al 25 por ciento; y

(iii) un negro de carbón conductor en una cantidad suficiente para dar al blindaje semiconductor una resistencia por debajo de aproximadamente 550 ohm-metro juntos en un mezclador para formar una mezcla; y

(b) extrudir la mezcla para formar el blindaje semiconductor desprendible.

15. El procedimiento de la reivindicación 14, que comprende además la etapa de añadir un agente de reticulación a la mezcla.

16. El procedimiento de la reivindicación 15, que comprende además la etapa de reticular el blindaje semiconductor desprendible.

17. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que el blindaje semiconductor desprendible comprende del 30 al 45 por ciento en peso de negro de carbón y del 0, 5 al 10 por ciento en peso de modificador de la adhesión.

18. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que el blindaje semiconductor desprendible comprende del 33 al 15 42 por ciento en peso de negro de carbón y del 1, 0 al 7, 5 por ciento en peso de modificador de la adhesión.

19. Un cable de alimentación eléctrico de voltaje medio que comprende un núcleo conductor, y una capa aislante, un blindaje semiconductor desprendible, un alambre o tira metálica conectada a tierra y una camisa; en el que dicho blindaje semiconductor desprendible comprende,

un polímero de base seleccionado del grupo que consiste en copolímeros de etileno-acetato de vinilo,

copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado independientemente de hidrocarburos de C1 a C6, en los que el contenido en VA del polímero de base es aproximadamente del 28 al 40 por ciento;

un compuesto modificador de la adhesión que comprende un etileno-acetato de vinilo con un peso molecular mayor de aproximadamente 20.000 daltons y una polidispersividad mayor de aproximadamente 2, 5,

en el que el contenido en VA del compuesto modificador de la adhesión es aproximadamente del 12 al 25 por ciento;

un negro de carbón conductor en una cantidad suficiente para dar al blindaje semiconductor una resistencia por 30 debajo de aproximadamente 550 ohm-metro.

20. El cable de alimentación de la reivindicación 19, en el que el polímero de base es copolímeros de etilenoacetato de vinilo.

21. El cable de alimentación de la reivindicación 19, en el que el polímero de base es copolímeros de etilenoacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6.

22. El cable de alimentación de la reivindicación 19, en el que el polímero de base es copolímeros de etilenometacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6.

23. El cable de alimentación de la reivindicación 19, en el que el polímero de base es terpolímeros de etilenoacrilato de alquilo-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está independientemente seleccionado de hidrocarburos C1 a C6.

24. El cable de alimentación de la reivindicación 19, en el que el compuesto modificador de la adhesión comprende un etileno-acetato de vinilo con un peso molecular de aproximadamente 22.500 a aproximadamente 50.000 daltons.

25. El cable de alimentación de la reivindicación 24, en el que el etileno-acetato de vinilo tiene un peso molecular mayor de aproximadamente 25.000 a aproximadamente 40.000 daltons.

26. El cable de alimentación de la reivindicación 19, en el que el compuesto modificador de la adhesión comprende un etileno-acetato de vinilo con una polidispersividad mayor de 4.

27. El cable de alimentación de la reivindicación 19, en el que el compuesto modificador de la adhesión comprende un etileno-acetato de vinilo con una polidispersividad mayor de 5.

28. El cable de alimentación de la reivindicación 19, en el que el negro de carbón está seleccionado de los negros 50 de carbón de tipo N550 y N351.

29. Un procedimiento de fabricación de un cable de alimentación eléctrica de voltaje medio que tiene un blindaje semiconductor desprendible que comprende las etapas de extrudir simultáneamente por medio de una cruceta de triple extrusión una capa semiconductora que reviste un conductor metálico, una capa aislante que reviste la capa semiconductora y una capa semiconductora desprendible que reviste la capa aislante, envolviendo la capa semiconductora desprendible con alambre metálico o tiras metálicas y colocando una camisa sobre el alambre o tiras metálicas, en el que dicho blindaje semiconductor desprendible comprende un polímero de base seleccionado del grupo que consiste en copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado independientemente de hidrocarburos de C1 a C6, en los que el contenido en VA del polímero de base es aproximadamente del 28 al 40 por ciento;

un compuesto modificador de la adhesión que comprende un etileno-acetato de vinilo con un peso molecular mayor de aproximadamente 20.000 daltons y una polidispersividad mayor de aproximadamente 2, 5, en el que el

contenido en VA del compuesto modificador de la adhesión es aproximadamente del 12 al 25 por ciento;

un negro de carbón conductor en una cantidad suficiente para dar al blindaje semiconductor una resistencia por debajo de aproximadamente 550 ohm-metro.

30. El procedimiento de la reivindicación 29, en el que la capa aislante se reticula después de la extrusión.

31. El procedimiento de la reivindicación 30, en el que el blindaje semiconductor se reticula después de la extrusión.

32. Un procedimiento de fabricación de un cable de alimentación eléctrica de voltaje medio que tiene un blindaje semiconductor desprendible que comprende las etapas de extrudir simultáneamente por medio de una cruceta de doble extrusión en una capa semiconductora que reviste un conductor metálico, una capa aislante que reviste la capa semiconductora y una capa semiconductora desprendible que reviste la capa aislante, envolviendo la capa semiconductora desprendible con alambre metálico o tiras metálicas y colocando una camisa sobre el alambre o tiras metálicas, en el que dicho semiconductor desprendible comprende un polímero de base seleccionado del grupo que consiste en copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-acrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6, copolímeros de etileno-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está seleccionado de hidrocarburos C1 a C6 y terpolímeros de etileno-acrilato de alquilo-metacrilato de alquilo en los que el grupo alquilo está

seleccionado independientemente de hidrocarburos de C1 a C6, en los que el contenido en VA del polímero de base es aproximadamente del 28 al 40 por ciento;

un compuesto modificador de la adhesión que comprende un etileno-acetato de vinilo con un peso molecular mayor de aproximadamente 20.000 daltons y una polidispersividad mayor de aproximadamente 2, 5, en el que el contenido en VA del compuesto modificador de la adhesión es aproximadamente del 12 al 25 por ciento;

un negro de carbón conductor en una cantidad suficiente para dar al blindaje semiconductor una resistencia por debajo de aproximadamente 550 ohm-metro.

33. El procedimiento de la reivindicación 32, en el que la capa aislante se reticula después de la extrusión.

34. El procedimiento de la reivindicación 32, en el que el blindaje semiconductor se reticula después de la extrusión.