Cable que comprende al menos un conductor eléctrico y por lo menos una capa de recubrimiento extrudida que incluye un material de polímero termoplástico en mezcla con un líquido dieléctrico,

en el que dicho material de polímero termoplástico comprende

(a) al menos un 75% en peso, respecto al peso total del material de polímero termoplástico, de al menos un copolímero de al menos dos comonómeros de a-olefina, teniendo dicho copolímero una entalpía de fusión inferior a 25 J/g; y

(b) una cantidad igual o inferior al 25% en peso respecto al peso total del material de polímero termoplástico de al menos un homopolímero de propileno o un copolímero de propileno con al menos una a-olefina, teniendo dicho al menos un homopolímero de propileno o copolímero de propileno una entalpía de fusión superior a 25 J/g y un punto de fusión superior a 130ºC; y en el que

- dicha capa de recubrimiento tiene una entalpía de fusión igual o inferior a 40 J/g, y

- la concentración en peso de dicho líquido dieléctrico en dicho material de polímero termoplástico es más baja que la concentración de saturación de dicho líquido dieléctrico en dicho material de polímero termoplástico

Cable de energía que comprende un fluido dieléctrico un fluido diléctrico y una mezcla de polímeros.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un cable de energía. En particular, la invención se refiere a un cable para el transporte o la distribución de energía eléctrica de media o alta tensión, en el cual está presente una capa de recubrimiento extrudida basada en un material de polímero termoplástico en mezcla con un líquido dieléctrico, lo que permite, en particular, el uso de altas temperaturas operativas, y proporcionar al cable una mayor flexibilidad.

Dicho cable se puede utilizar para la transmisión o la distribución de corriente continua (CC) o corriente alterna (CA).

El requisito para los productos de alta compatibilidad ambiental, compuestos de materiales que, además de no ser nocivos para el medio ambiente durante la producción o utilización, pueden ser fácilmente reciclados al final de su vida, está ahora plenamente aceptado en el campo de los cables eléctricos y de telecomunicaciones.

Sin embargo, el uso de materiales compatibles con el medio ambiente está condicionada por la necesidad de limitar los costes, mientras que para usos más comunes, proporcionan un rendimiento igual o mejor que el de los materiales convencionales.

En el caso de los cables para el transporte de energía de media y alta tensión, las diferentes cubiertas que rodean el conductor comúnmente consisten en polímero reticulado basado en poliolefina, en particular, polietileno reticulado (XLPE) o etileno/propileno elastomérico (EPR) o copolímeros de etileno/propileno/dieno (EPDM), también reticulado. La reticulación, realizada después de la etapa de extrusión del material polimérico en el conductor, proporciona al material propiedades mecánicas y eléctricas satisfactorias, incluso a altas temperaturas, durante un uso continuo y con sobrecarga de corriente.

Es bien sabido, sin embargo, que los materiales reticulados no se pueden reciclar, por lo que los desechos de fabricación y el material de revestimiento de los cables al final de su vida se pueden eliminar exclusivamente mediante incineración.

Técnica relacionada

Los documentos WO 02/03398 y WO 02/27731, ambos a nombre del solicitante, describen cables que comprenden al menos un conductor eléctrico y al menos una capa de recubrimiento extrudida basada en material de polímero termoplástico en mezcla con un líquido dieléctrico, en donde dicho material termoplástico comprende un homopolímero de propileno o un copolímero de propileno con al menos un comonómero de olefina seleccionado de etileno y una a-olefina diferente del propileno, teniendo dicho homopolímero o copolímero un punto de fusión superior o igual a 140ºC y una entalpía de fusión de entre 30 J/g y 100 J/g. Alternativamente, como material de base termoplástico, se puede utilizar un homopolímero o copolímero de propileno según se ha definido anteriormente en mezcla mecánica con un polímero de baja cristalinidad, generalmente con una entalpía de fusión inferior a 30 J/g, que actúa principalmente para aumentar la flexibilidad del material. La cantidad de polímero de baja cristalinidad es generalmente inferior al 70% en peso, y preferiblemente del 20 al 60% en peso, en el peso total del material termoplástico.

El documento WO 04/066318 a nombre del solicitante se refiere a un cable que comprende al menos un conductor eléctrico y por lo menos una capa de recubrimiento extrudida basada en un material de polímero termoplástico en mezcla con un líquido dieléctrico, en el que dicho material de polímero termoplástico se selecciona entre:

(a) al menos un homopolímero de propileno o por lo menos un copolímero de propileno con por lo menos un comonómero de olefina seleccionado de etileno y una a-olefina diferente del propileno, teniendo dicho homopolímero o copolímero un punto de fusión superior o igual a 130ºC y una entalpía de fusión de entre 20 J/g y 100 J/g;

(b) una mezcla mecánica que comprende al menos un homopolímero o copolímero de propileno (a) y (c), al menos un copolímero elastomérico de etileno con por lo menos una a-olefina alifática y, opcionalmente, un polieno. El copolímero elastomérico de etileno (c) tiene una entalpía de fusión inferior a 30 J/g. La cantidad de dicho copolímero elastomérico (c) es generalmente inferior al 70% en peso, preferentemente de entre el 20% en peso y el 60% en peso, respecto al peso total del material de base termoplástico.

La patente US 6.562.907, a nombre de Sumitomo Chemical Co. Ltd., se refiere a una composición de resina, que consiste esencialmente en 70 partes en peso de un polímero de olefina y 30 partes en peso de una resina de polipropileno seleccionada del grupo que consiste en los siguientes polímeros (A) y (B), es decir, (A) un copolímero de propileno-etileno, que tiene una caloría de fusión de cristal de 87pm5 J/g medida según JIS K7122 con un calorímetro de escaneado diferencial (DSC), y (B) un copolímero de propileno-etileno, que tiene una caloría de fusión de cristal de 60pm5 J/g medido según JIS K7122 con un calorímetro de escaneado diferencial (DSC). La resina termoplástica puede añadirse con ablandadores de aceite mineral tal como aceito de nafteno y aceite mineral de parafina. La resina se puede aplicar para usos tales como cables eléctricos, por ejemplo, cables de plástico, cables de aislamiento y materiales de protección de los cables.

El solicitante se dio cuenta que los cables de energía con una capa de recubrimiento según la técnica anterior muestra buenas propiedades térmicas y mecánicas, pero una flexibilidad relativamente baja debido, entre otros a la rigidez de los materiales poliméricos para la/s capa/s de recubrimiento del cable. La flexibilidad es particularmente apreciada durante las operaciones de colocar los cables o de instalación de equipos conectados a los mismos. Esta característica está relacionada con la cristalinidad del material, ya que al aumentar la fracción de polímeros amorfos, el material se vuelve más suave y más flexible. Sin embargo, el módulo elástico de un material poliolefínico disminuye con la temperatura, por lo que una disminución de la cristalinidad también está acompañada por una disminución de las propiedades mecánicas a altas temperaturas. Esto puede ser un problema bajo condiciones severas de trabajo, tales como una sobrecarga. Se esperaba pues que valores de entalpía de fusión inferiores a los valores mínimos reportados en el estado de la técnica fueran insuficientes para garantizar la adecuada resistencia de termopresión necesaria.

Descripción de la invención

El solicitante ha encontrado ahora que es posible mejorar la flexibilidad de un cable sin perjudicar sus características térmicas y mecánicas, proporcionando al cable al menos una capa de recubrimiento que comprende como material de base de polímero principal un primer copolímero termoplástico que muestra una baja cristalinidad (expresada como entalpía de fusión), y, como material de polímero menor, un segundo polímero termoplástico o copolímero que muestra una cristalinidad mayor que la del primer copolímero y una temperatura de fusión superior a 130ºC.

La capa de recubrimiento resultante proporciona al cable una flexibilidad superior, sin perjudicar a las características térmicas y mecánicas y el rendimiento eléctrico, como para que sea especialmente adecuado para su uso en un cable de energía, por ejemplo como capa eléctricamente aislante de un cable de media o alta tensión de alta temperatura operativa, de al menos 90ºC y más, en particular, a una temperatura operativa de hasta 110ºC para un uso continuo y de hasta por lo menos 130ºC en caso de sobrecarga de corriente.

Según un primer aspecto, la presente invención se refiere a un cable de energía que comprende al menos un conductor eléctrico y por lo menos una capa de recubrimiento extrudida que incluye un material de polímero termoplástico en mezcla con un líquido dieléctrico, en donde dicho material de polímero termoplástico comprende

(a) al menos un 75% en peso, respecto al peso total del material de polímero termoplástico, de al menos un copolímero de al menos dos comonómeros de a-olefina, teniendo dicho copolímero una entalpía de fusión inferior a 25 J/g; y

(b) una cantidad igual o inferior al 25% en peso respecto al peso total del material de polímero termoplástico de al menos un homopolímero de propileno o un copolímero de propileno con al menos una a-olefina, teniendo dicho al menos...

1. Cable que comprende al menos un conductor eléctrico y por lo menos una capa de recubrimiento extrudida que incluye un material de polímero termoplástico en mezcla con un líquido dieléctrico, en el que dicho material de polímero termoplástico comprende

(a) al menos un 75% en peso, respecto al peso total del material de polímero termoplástico, de al menos un copolímero de al menos dos comonómeros de a-olefina, teniendo dicho copolímero una entalpía de fusión inferior a 25 J/g; y

(b) una cantidad igual o inferior al 25% en peso respecto al peso total del material de polímero termoplástico de al menos un homopolímero de propileno o un copolímero de propileno con al menos una a-olefina, teniendo dicho al menos un homopolímero de propileno o copolímero de propileno una entalpía de fusión superior a 25 J/g y un punto de fusión superior a 130ºC; y en el que

- dicha capa de recubrimiento tiene una entalpía de fusión igual o inferior a 40 J/g, y

- la concentración en peso de dicho líquido dieléctrico en dicho material de polímero termoplástico es más baja que la concentración de saturación de dicho líquido dieléctrico en dicho material de polímero termoplástico.

2. Cable según la reivindicación 1, en el que la capa de recubrimiento extrudida basada en dicho material de polímero termoplástico en mezcla con dicho líquido dieléctrico es una capa eléctricamente aislante.

3. Cable según la reivindicación 1, en el que la capa de recubrimiento extrudida basada en dicho material de polímero termoplástico en mezcla con dicho líquido dieléctrico es una capa semiconductora.

4. Cable según la reivindicación 1, en el que el copolímero (a) está presente en una cantidad entre el 80% en peso y el 95% en peso respecto al peso total del material de polímero termoplástico.

5. Cable según la reivindicación 1, en el que el copolímero (a) tiene una entalpía de fusión de 15 J/g a 10 J/g.

6. Cable según la reivindicación 1, en el que el copolímero (a) tiene un módulo de flexión de 80 MPa a 10 MPa.

7. Cable según la reivindicación 6, en el que el copolímero (a) tiene un módulo de flexión de 40 MPa a 20 MPa.

8. Cable según la reivindicación 1, en el que los al menos dos comonómeros de a-olefina del al menos un copolímero (a) se seleccionan entre etileno o una a-olefina de fórmula CH₂=CH-R, donde R es un alquilo C₁-C₁₀ lineal o ramificado.

9. Cable según la reivindicación 1, en el que el copolímero (a) es un copolímero de propileno/etileno.

10. Cable según la reivindicación 1, en el que al menos uno de los al menos dos comonómeros de a-olefina es propileno.

11. Cable según la reivindicación 1, en el que el copolímero (a) es un copolímero aleatorio o un copolímero heterofase.

12. Cable según la reivindicación 1, en el que el copolímero (a) es un copolímero aleatorio (a₁) de propileno con al menos un comonómero seleccionado de etileno y una a-olefina, diferente del propileno.

13. Cable según la reivindicación 1, en el que el copolímero (a) es un copolímero heterofase (a₂) que comprende una fase termoplástica basada en propileno y una fase elastomérica basada en etileno copolimerizado con una a-olefina.

14. Cable según la reivindicación 13, en el que la a-olefina es propileno.

15. Cable según la reivindicación 13, en el que la fase elastomérica está presente en una cantidad de al menos un 45% en peso respecto al peso total del copolímero heterofase.

16. Cable según la reivindicación 12, en el que (a₁) es un copolímero de propileno con al menos un comonómero de olefina seleccionado entre etileno y una a-olefina, diferente del propileno, teniendo dicho copolímero:

- un punto de fusión de entre 130ºC y 170ºC; y

- una entalpía de fusión inferior a 20 J/g.

17. Cable según la reivindicación 13, en el que (a₂) es un copolímero heterofase en el que la fase elastomérica consiste en un copolímero elastomérico de etileno y propileno compuesto de entre un 15% y un 50% en peso de etileno y entre un 50% en peso y un 85% en peso de propileno respecto al peso de la fase elastomérica.

18. Cable según la reivindicación 1, en el que el homopolímero de propileno o copolímero de propileno con al menos una a-olefina (b) tiene una entalpía de fusión superior a 30 J/g.

19. Cable según la reivindicación 18, en el que el homopolímero de propileno o copolímero de propileno con al menos una a-olefina (b) tiene una entalpía de fusión de 50 a 80 J/g.

20. Cable según la reivindicación 1, en el que el copolímero (b) tiene un punto de fusión de entre 140ºC y 170ºC.

21. Cable según la reivindicación 1, en el que la cantidad de dicho homopolímero de propileno o copolímero de propileno (b) es entre el 5% en peso y el 20% en peso respecto al peso total del material de polímero termoplástico.

22. Cable según la reivindicación 1, en el que la por lo menos una a-olefina de (b) se selecciona entre etileno o una olefina de fórmula CH₂=CH-R', donde R' es un alquilo lineal o ramificado que contiene 2 a 10 átomos de carbono.

23. Cable según la reivindicación 22, en el que la a-olefina es etileno.

24. Cable según la reivindicación 1, en el que la cantidad de a-olefina (b) es inferior al 10% molar respecto al número total de moles de la fase termoplástica.

25. Cable según la reivindicación 1, en el que un dieno está presente en (b).

26. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico tiene una resistencia a la ruptura de al menos 3 kV/mm.

27. Cable según la reivindicación 26, en el que el líquido dieléctrico tiene una rigidez a la ruptura superior a 9 kV/mm.

28. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico tiene un punto de ebullición superior a 130ºC.

29. Cable según la reivindicación 28, en el que el líquido dieléctrico tiene un punto de ebullición superior a 250ºC.

30. Cable según la reivindicación 1, en donde el líquido dieléctrico tiene un punto de fusión o un punto de vertido de entre -130ºC y +80ºC.

31. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico tiene una constante dieléctrica, a 25ºC, inferior o igual a 3,5.

32. Cable según la reivindicación 31, en el que el líquido dieléctrico tiene una constante dieléctrica, a 25ºC, inferior a 3.

33. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico tiene una viscosidad, a 40ºC, de entre 10 cSt y 800 cSt.

34. Cable según la reivindicación 33, en el que el líquido dieléctrico tiene una viscosidad, a 40ºC, de entre 20 cSt y 500 cSt.

35. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico es un aceite mineral que comprende hasta un 2,3% en peso de compuestos polares.

36. Cable según la reivindicación 1, en donde el líquido dieléctrico se selecciona entre aceites parafínicos y aceites nafténicos.

37. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico comprende al menos un hidrocarburo alquilaril que tiene la fórmula estructural:

en donde:

R1, R2, R3 y R4, iguales o diferentes, son hidrógeno o metilo;

N1 y N2, iguales o diferentes, son iguales a cero, 1 ó 2, con la salvedad de que la suma n1 + n2 es menor o igual a 3.

38. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico comprende al menos un difenil éter con la siguiente fórmula estructural:

donde R₅ y R₆ son iguales o diferentes y representan hidrógeno, un grupo fenilo sustituido o no sustituido por al menos un grupo alquilo, o un grupo alquilo sustituido o no sustituido por al menos un fenilo, en donde un grupo alquilo es C₁-C₂₄ lineal o ramificado, preferentemente C₁-C₂₀, radical hidrocarbonado.

39. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico está presente en una proporción en peso de material de polímero termoplástico de 1:99 a 25:75.

40. Cable según la reivindicación 1, en el que el líquido dieléctrico está presente en una proporción de peso de material de polímero termoplástico de 2:98 a 20:80.

41. Cable según la reivindicación 1, en el que la capa de recubrimiento tiene una entalpía de fusión igual o inferior a 35 J/g.

42. Cable según la reivindicación 41, en el que la capa de recubrimiento tiene una entalpía de fusión de 30 a 5 J/g.

43. Cable según la reivindicación 1, en el que la capa de recubrimiento tiene una índice de fluidez (MFI), medido a 230ºC con una carga de 21,6 N según el estándar ASTM D1238-00, de entre 0,05 dg/min y 10,0 dg/min.

44. Cable según la reivindicación 43, en el que la capa de recubrimiento tiene un índice de fluidez (MFI), medido a 230ºC con una carga de 21,6 N según el estándar ASTM D1238-00, de entre 0,4 dg/min y 5,0 dg/min.

45. Cable según la reivindicación 1, en el que la al menos una capa de recubrimiento extrudida tiene propiedades de aislamiento eléctrico.

46. Cable según la reivindicación 1, en el que se selecciona entre un cable de alta tensión o media tensión.

47. Composición de polímero que comprende un material de polímero termoplástico en mezcla con un líquido dieléctrico, en el que dicho material de polímero termoplástico comprende

(a) al menos un 75% en peso, respecto al peso total del material de polímero termoplástico, de al menos un copolímero de al menos dos comonómeros de a-olefina, teniendo dicho copolímero una entalpía de fusión inferior a 25 J/g; y

(b) una cantidad igual o inferior al 25% en peso respecto al peso total del material de polímero termoplástico de al menos un homopolímero de propileno o copolímero de propileno con al menos una a-olefina alifática, teniendo dicho al menos un homopolímero de propileno o copolímero de propileno una entalpía de fusión superior a 25 J/g y un punto de fusión superior a 130ºC;

- y teniendo una entalpía de fusión igual o inferior a 40 J/g, y

- la concentración en peso de dicho líquido dieléctrico en dicho material de polímero termoplástico es más baja que la concentración de saturación de dicho líquido dieléctrico en dicho material de polímero termoplástico.

48. Utilización de una composición de polímero, según la reivindicación 47, como material de polímero de base para la preparación de una capa de recubrimiento de un cable con propiedades de aislamiento eléctrico.