Materiales de envuelta pirorretardantes para cables, que incluyen fosfato de vanadio.

Un material de envuelta para cables pirorretardante, que comprende:

al menos 40 por ciento en peso de un material poliolefínico; y

de 5 por ciento en peso a 60 por ciento en peso de un material de fosfato de vanadio.

Materiales de envuelta pirorretardantes para cables, que incluyen fosfato de vanadio SOLICITUD DE PRIORIDAD

Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la Solicitud Provisional de EE. UU. nº 61/416.782, presentada el 24 de noviembre de 2010, cuyo contenido es de confianza y se incorpora en la presente mediante referencia en su totalidad.

ANTECEDENTES

Esta divulgación se dirige a una serie de vidrios de fosfato de vanadio que son un pirorretardante eficaz y, más específicamente, cuando se combinan con una poliolefina, los vidrios retardan la combustión y pueden reducir la combustión hasta el punto de la autoextinción de la poliolefina. El compuesto es útil para fabricar cables pirorretardantes para cámaras plenas.

La reciente tendencia hacia el uso de materiales "ecológicos" ha promovido más investigación en la industria de los pirorretardantes sobre materiales no halogenados para el uso en cables para cámaras plenas. Los pirorretardantes halogenados, aunque son extremadamente eficaces, se pueden descomponer durante el procesamiento y corroer el equipo de procesamiento. Los pirorretardantes halogenados también pueden producir cloruro de hidrógeno, bromuro y hidrógeno o fluoruro de hidrógeno gaseosos durante la combustión, que son dañinos para el medio ambiente. En la actualidad, los materiales basados en poli (cloruro de vinilo) (PVC) o Teflon® pasarán las rigurosas pruebas usadas para homologar un cable para aplicaciones a cámaras plenas en la industria de los cables de fibra óptica, pero a un coste relativamente alto.

Los llamados polímeros "de consumo", tales como poliolefinas, son alternativas de materiales de bajo coste para envueltas de cables para cámaras plenas. Desgraciadamente, la familia de polímeros poliolefínicos arde muy bien, de modo que es sumamente difícil desarrollar pirorretardantes para polímeros de consumo que pasen las rigurosas pruebas requeridas para aplicaciones a cables. Actualmente, la mayoría de los polietilenos pirorretardantes contienen altos niveles de dihidróxido de magnesio (MDH, por sus siglas en inglés) o trihidrato de aluminio (ATH, por sus siglas en inglés) . Aunque son eficaces para aplicaciones menos exigentes, estos materiales no pasarán las pruebas para envueltas de cables para cámaras plenas. Además, el ATH se empieza a descomponer a 190°C, lo que limita su uso a polímeros con bajas temperaturas de procesamiento.

WO 03/094176 A divulga un cable que comprende un conductor metálico que tiene un revestimiento ignífugo. El revestimiento incluye un polímero orgánico, una frita de vidrio y al menos un compuesto inerte.

JP 2005-042060 A describe una composición de resina basada en poliolefina no basada en halógeno que exhibe un notable efecto pirorretardante con una pequeña cantidad de combinación. La resina comprende resina sintética basada en poliolefina, pirorretardante basado en fósforo que contiene nitrógeno y varios óxidos metálicos, sulfatos y/o componentes salinos.

JP 60-124311 A divulga un hilo eléctrico a prueba de incendios.

COMPENDIO

Según un aspecto, un material pirorretardante es adecuado para el uso como una envuelta pirorretardante para un cable. La envuelta pirorretardante está comprendida por al menos 40 por ciento en peso de un material poliolefínico y de aproximadamente 5 por ciento en peso a aproximadamente 60 por ciento en peso de un material de fosfato de vanadio. El material de fosfato de vanadio está comprendido por óxido de vanadio, óxido de fósforo y óxido de antimonio. El óxido de vanadio varía de aproximadamente 40 por ciento en peso a aproximadamente 75 por ciento en peso. El óxido de fósforo varía de aproximadamente 10 por ciento en peso a aproximadamente 35 por ciento en peso y el óxido de antimonio varía de aproximadamente 2 por ciento en peso a aproximadamente 30 por ciento en peso.

Según otro aspecto, un método para elaborar un material pirorretardante para el uso como una envuelta de un cable comprende: (a) preparar una mezcla que comprende una cantidad predeterminada de óxido de vanadio, una cantidad predeterminada de óxido de antimonio y una cantidad predeterminada de óxido de fósforo; (b) calentar la mezcla hasta una temperatura de aproximadamente 850°C a aproximadamente 1.000°C que es suficiente para fundir la mezcla; (c) templar la masa fundida para formar un vidrio; (d) moler el vidrio para producir partículas de vidrio; y (e) combinar las partículas de vidrio con un material polimérico para producir el material pirorretardante de modo que el compuesto resultante tenga de aproximadamente 5 por ciento en peso a aproximadamente 60 por ciento en peso de partículas de vidrio.

Características y ventajas adicionales se indican en la descripción detallada que sigue, y en parte serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica a partir de esa descripción o serán identificadas al poner en práctica las realizaciones descritas en la presente memoria.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Los diseños convencionales de cables de fibra óptica pueden tener un material de envuelta que proporcione una baja propagación del humo y las llamas. Ejemplos de materiales de envuelta incluyen formulaciones de PVC cargadas y materiales fluoropoliméricos. Típicamente, la envuelta rodea un núcleo de pares de conductores trenzados y/o cables de transporte de datos con cada cable aislado individualmente con un material que tiene una baja constante dieléctrica y un bajo factor de disipación.

Las envueltas para cables de fibra óptica deben exhibir un alto nivel de comportamiento pirorretardante (FR, del inglés "flame retardant") . Muchos de tales cables se usan en espacios cerrados, tales como el espacio libre por encima de techos suspendidos en edificios de oficinas, en los que la excesiva propagación de humo o fuego podría plantear un peligro significativo. El comportamiento FR de un cable de fibra óptica puede depender en parte del diseño global del cable y especialmente de los materiales seleccionados para la envuelta, los conductores aislados y cualesquiera cintas para el núcleo o componentes separadores. Las envueltas para cables destinadas a tales aplicaciones se requieren específicamente para pasar una prueba a la llama, UL-94, especificada por Underwriters Laboratories Inc. (UL) , y se desea que el compuesto tenga una valoración V-0. Adicionalmente, la envuelta para cables debe tener una velocidad de liberación de calor (HRR, por sus siglas en inglés) mínima. La HRR se determina probando el material de la envuelta usando una técnica microcalorimétrica y es una medida de cuán rápidamente arderá el material. La microcalorimetría es una técnica versátil para estudiar la actividad térmica de procesos químicos y/o físicos en lo que respecta al calor, el flujo térmico y la capacidad térmica. Generalmente, un material que tiene una HRR de menos de aproximadamente 400 julios por gramo por grado Kelvin (J/ (g-K) ) es indicativo de una ignición lenta, y una HRR de menos de aproximadamente 200 J/g-K es necesaria para que un material se autoextinga.

La prueba de UL UL-94 se realiza según un procedimiento estándar de Underwriter’s Lab y, descrito brevemente, las muestras se valoran basándose en criterios esbozados en el procedimiento incluyendo el tiempo de ignición después de la aplicación de la llama, el goteo y el humo. Según los procedimientos de prueba UL-94, un espécimen se soporta en una posición vertical y se aplica una llama a la parte inferior del espécimen. La llama se aplica durante diez segundos y a continuación se retira hasta que la llama se detiene, momento en el cual la llama se vuelve a aplicar durante otros diez segundos y a continuación se retira. A fin de que un espécimen alcance una valoración de V-0, se deben cumplir los siguientes criterios: los especímenes no deben arder con combustión con llama durante más de 10 segundos después de cualquier aplicación de la llama de prueba; el tiempo de combustión con llama total no debe superar 50 segundos para cada grupo de 5 especímenes; los especímenes no deben arder con combustión con llama o incandescencia hasta la pinza de sujeción del espécimen; los especímenes no deben gotear partículas en llamas que prendan el algodón; y el espécimen no puede tener combustión con incandescencia que permanezca durante más de 30 segundos después de la retirada de la llama de prueba.

La presente divulgación se dirige a una serie de vidrios de fosfato de vanadio que están combinados con un material polimérico, o base, para producir un material que tiene propiedades pirorretardantes mejoradas. El material tiene una aplicación particular en el campo de las envueltas de polímero para el uso en configuraciones de cables de... [Seguir leyendo]

1. Un material de envuelta para cables pirorretardante, que comprende:

al menos 40 por ciento en peso de un material poliolefínico; y

de 5 por ciento en peso a 60 por ciento en peso de un material de fosfato de vanadio.

2. El material según la reivindicación 1, en el que el material de fosfato de vanadio comprende de 40 por ciento en peso a 75 por ciento en peso de óxido de vanadio y de 10 por ciento en peso a 35 por ciento en peso de óxido de fósforo.

3. El material según la reivindicación 2, en el que el material de fosfato de vanadio comprende además al menos un material seleccionado del grupo de materiales que consiste en: de 2 por ciento en peso a 27 por ciento en peso de óxido de antimonio, de 1 a aproximadamente 10 por ciento en peso de un óxido de metal de transición, de 1 por ciento en peso a 10 por ciento en peso de óxido de metal alcalino y de aproximadamente 1 por ciento en peso a aproximadamente 20 por ciento en peso de óxido de cinc.

4. El material según la reivindicación 3, en el que el óxido de metal de transición se selecciona del grupo de óxidos de metales de transición que consiste en: titanio, cromo, manganeso, cobalto, níquel, cobre, niobio, hierro, molibdeno y volframio.

5. El material según la reivindicación 3, en el que el óxido de metal alcalino se selecciona del grupo de óxidos de metales alcalinos que consiste en: litio, sodio, potasio, rubidio y cesio.

6. El material según la reivindicación 2, en el que el material de fosfato de vanadio está comprendido por de 55 por ciento en peso a 75 por ciento en peso de óxido de vanadio, de 10 por ciento en peso a 30 por ciento en peso de óxido de fósforo y de 2 por ciento en peso a 20 por ciento en peso de óxido de antimonio.

7. El material según la reivindicación 2, en el que el material de fosfato de vanadio está comprendido por de 65 por ciento en peso a 70 por ciento en peso de óxido de vanadio, de 20 por ciento en peso a 30 por ciento en peso de óxido de fósforo y de 6 por ciento en peso a 10 por ciento en peso de óxido de antimonio.

8. El material según la reivindicación 2, en el que el material de envuelta para cables comprende entre 90 y 95 por ciento en peso del material poliolefínico y entre 5 y 10 por ciento en peso del material de fosfato de vanadio.

9. El material según cualquiera de las reivindicaciones 2-8, en el que el material poliolefínico es un material polietilénico y en el que la velocidad de liberación de calor del material de envuelta para cables es menor de 300 J/g-

K.

10. Un método para elaborar un material pirorretardante para el uso como una envuelta de un cable, comprendiendo el método:

(a) preparar una mezcla que comprende una cantidad predeterminada de óxido de vanadio, una cantidad predeterminada de óxido de antimonio y una cantidad predeterminada de óxido de fósforo;

(b) calentar la mezcla hasta una temperatura de 850°C a 1.000°C para formar una masa fundida homogénea;

(c) templar la masa fundida para formar un vidrio;

(d) moler el vidrio para producir partículas de vidrio; y

(e) combinar las partículas de vidrio con un material polimérico de modo que el compuesto resultante comprenda de 5 por ciento en peso a 60 por ciento en peso de partículas de vidrio.

11. El método según la reivindicación 10, en el que la mezcla está comprendida por de 40 por ciento en peso a 75 por ciento en peso de óxido de vanadio, de 10 por ciento en peso a 35 por ciento en peso de óxido de fósforo y de 2 por ciento en peso a 30 por ciento en peso de óxido de antimonio.

12. El método según la reivindicación 10, en el que la mezcla está comprendida por de 55 por ciento en peso a 75 por ciento en peso de óxido de vanadio, de 10 por ciento en peso a 30 por ciento en peso de óxido de fósforo y de 2 por ciento en peso a 20 por ciento en peso de óxido de antimonio.

13. El método según la reivindicación 10, en el que la mezcla está comprendida por de 65 por ciento en peso a 75 por ciento en peso de óxido de vanadio, de 20 por ciento en peso a 30 por ciento en peso de óxido de fósforo y de 6 por ciento en peso a 10 por ciento en peso de óxido de antimonio.

14. El método según la reivindicación 10, en el que aproximadamente 95 por ciento en peso del material polimérico se combina con aproximadamente 5 por ciento en peso del material de fosfato de vanadio para formar el material pirorretardante.

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones 11-14, en el que el material polimérico es un material polietilénico.