ES2636238T3

ES2636238T3 - Cable de energía que tiene una capa termoplástica eléctricamente aislante

Info

Publication number: ES2636238T3
Application number: ES11757943.3T
Authority: ES
Inventors: Gabriele Perego
Original assignee: Prysmian SpA
Current assignee: Prysmian SpA
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: WO2013017916A1; RU2014108050A; BR112014002550B1; AU2011374503B2; RU2576430C2; HUE034073T2; EP2739679B1; CN103797059A; AR087447A1; CA2843308C; CA2843308A1; US20140255692A1; AU2011374503A1; CN103797059B; KR20140053204A; BR112014002550A2; KR101810542B1; EP2739679A1

Abstract

Un cable que comprende al menos un conductor eléctrico y al menos una capa eléctricamente aislante que rodea a dicho conductor eléctrico, en el que la al menos una capa eléctricamente aislante comprende: (a) un material polimérico termoplástico seleccionado entre: - al menos un copolímero (i) de propileno con al menos un comonómero de olefina seleccionado entre etileno y una α-olefina distinta al propileno, teniendo dicho copolímero un punto de fusión determinado mediante DSC superior o igual a 130 °C y una entalpía de fusión de 20 J/g a 90 J/g; - una mezcla de al menos un copolímero (i) con al menos un copolímero (ii) de etileno con al menos una α- olefina, teniendo dicho copolímero (ii) una entalpía de fusión de 0 J/g a 120 J/g; - una mezcla de al menos un homopolímero de propileno con al menos un copolímero (i) o un copolímero (ii); siendo al menos uno del copolímero (i) y el copolímero (ii) un copolímero heterofásico; (b) al menos un fluido dieléctrico mezclado íntimamente con el material polimérico termoplástico; (c) al menos un agente de nucleación; en el que el al menos un agente de nucleación (c) se selecciona entre los acetales de sorbitol aromáticos de fórmula (III):**Fórmula** en la que: R1, R2, R3, R4, y R5, iguales o diferentes entre sí, se seleccionan entre: hidrógeno, alquilo C1-C4, alcoxi C1-C4, alquenilo C1-C4, o R1 y R2 o R3 y R4 forman conjuntamente un anillo carbocíclico que contiene hasta 6 átomos de carbono.

Description

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DESCRIPCION

Cable de energfa que tiene una capa termoplastica electricamente aislante Antecedentes de la invencion

La presente invencion se refiere a un cable de energfa. En particular, la presente invencion se refiere a un cable para transportar o distribuir energfa electrica, especialmente ene^a electrica de media tension o de alta tension, teniendo dicho cable al menos una capa termoplastica electricamente aislante.

Los cables para el transporte de energfa electrica en general incluyen al menos un nucleo de cable. El nucleo de cable esta formado normalmente por al menos un conductor cubierto secuencialmente por una capa polimerica interna que tiene propiedades semiconductoras, una capa polimerica intermedia que tiene propiedades de aislamiento electrico, y una capa polimerica externa que tiene propiedades semiconductoras. Los cables para el transporte de energfa electrica de media tension o de alta tension incluyen en general al menos un nucleo de cable rodeado por al menos una capa de apantallamiento, normalmente fabricada en metal o en metal y un material polimerico. La capa de apantallamiento puede estar fabricada en forma de hilos (trenzas), de una cinta tejida helicoidalmente en torno al nucleo del cable o de una lamina que rodea longitudinalmente el nucleo del cable. Las capas polimericas que rodean el al menos un conductor estan fabricadas normalmente a partir de un polfmero reticulado en base a una poliolefina, en particular polietileno reticulado (XLPE), o copolfmeros elastomericos de etileno/propileno (EPR) o de etileno/propileno/dieno (EPDM), tambien reticulados, tal como se desvela, por ejemplo, en el documento WO 98/52197. La etapa de reticulacion, llevada a cabo despues de la extrusion del material polimerico sobre el conductor, confiere al material propiedades mecanicas y electricas satisfactorias incluso a altas temperaturas tanto durante un uso continuo como con sobrecarga de corriente.

Para abordar los requerimientos de los materiales que no deben ser perjudiciales para el entorno tanto durante su produccion como durante su uso, y que deben ser reciclables al final de la vida util del cable, recientemente se han desarrollado cables de energfa que tienen un nucleo de cable fabricado a partir de materiales termoplasticos, es decir, materiales polimericos que no estan reticulados y que, por tanto, se pueden reciclar al final de la vida util del cable.

En este sentido, cables electricos que comprenden al menos una capa de recubrimiento, por ejemplo la capa de aislamiento, en base a una matriz de polipropileno mezclada mtimamente con un fluido electrico se conocen y se desvelan en los documentos WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066317, WO 04/066318, WO 07/048422, y WO 08/058572. La matriz de polipropileno util para este tipo de cables comprende un homopolfmero o un copolfmero de polipropileno o ambos, caracterizada por una cristalinidad relativamente baja de modo que confiere al cable la flexibilidad adecuada, pero que no perjudica las propiedades mecanicas y la resistencia a la termopresion a las temperaturas de operacion y de sobrecarga del cable. El rendimiento del recubrimiento del cable, en particular de la capa aislante del cable, tambien se ve afectada por la presencia del fluido dielectrico mezclado mtimamente con dicha matriz de polipropileno. El fluido dielectrico no debe influir en las propiedades mecanicas y a la resistencia a la termopresion mencionadas y debe ser tal que se mezcle de forma mtima y homogenea con la matriz polimerica.

Si bien los cables electricos anteriores que comprenden al menos una capa de aislamiento electrico en base a una matriz de polipropileno mezclada mtimamente con un fluido dielectrico estan dotados normalmente de excelentes propiedades electricas, resulta de interes una mejora en terminos de la resistencia a la ruptura dielectrica (DS), particularmente para aplicaciones de transmision de energfa de alta tension (HV).

El documento US 4 551 499 se refiere a dielectricos polimericos que tienen una resistencia a la ruptura mejorada, particularmente para aplicaciones de HV. Se puede conseguir una mejora de la resistencia a la ruptura del polietileno o el polipropileno incorporando en los mismos de aproximadamente un 0,01 a un 5 % en peso de un agente de nucleacion que comprende una cera esencialmente no polar, tal como la cera de ceresina. De modo alternativo, se pueden anadir materiales inorganicos inertes finamente divididos, tales como talco, sflice pirogena o sflice de diatomeas como agentes de nucleacion para mejorar la resistencia a la ruptura. No se proporcionan datos con respecto al polipropileno.

En el artmulo de Martin, C. P. y col., publicado en el Informe anual de 2003 de la Conferencia sobre fenomenos dielectricos y aislamiento electrico, pag. 309-312, se informa de un estudio sobre el comportamiento de ruptura dielectrica a corto plazo de un numero de sistemas polimericos modelo. Mas espedficamente, se proporciona una investigacion sobre el efecto de un aditivo de nucleacion sobre la morfologfa y el comportamiento de ruptura para un copolfmero de propileno/etileno. Particularmente, se compararon dos sistemas del copolfmero de propileno/etileno, que conteman aproximadamente un 3 % de etileno, concretamente los de calidad comercial Novolen® 3240NC y Novolen® 3200MC, basados ambos en el mismo polfmero pero estando modificado este ultimo por la adicion de 2000 ppm de un agente de clarificacion en base a sorbitol. De acuerdo con los resultados experimentales notificados por los autores, se encontro que lotes enfriados de Novolen®, clarificados y sin clarificar, posefan identicas resistencias a la ruptura medias de 163 ± 6 kV/mm, mientras que muestras cristalizadas, clarificadas y sin clarificar, posefan valores de 143 ± 8 kV/mm y 162 ± 11 kV/mm respectivamente. De los datos anteriores, parece que la adicion de un agente de nucleacion a un copolfmero de propileno/etileno no ejerce una influencia significativa sobre

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la resistencia a la ruptura del material. El documento US2004/0038030 A1 desvela un cable en base a un termoplastico que comprende un homopolimero o un copoKmero de propileno que tiene propiedades definidas de punto de fusion y de entalpfa de fusion en una mezcla con un fluido dielectrico.

Sumario de la invencion

El solicitante se ha enfrentado al problema de mejorar el rendimiento electrico, especialmente en terminos de la resistencia a la ruptura dielectrica, de cables de energfa que tienen, como capa electricamente aislante, un recubrimiento termoplastico en base a un polfmero o un copolfmero de propileno mezclado mtimamente con un fluido dielectrico. El problema anterior es particularmente evidente para cables de transmision de energfa de alta tension (HV), los cuales se caracterizan por un elevado espesor de la capa aislante, normalmente de 8 mm o superior. De hecho, el solicitante ha observado que, en este tipo de capas aislantes, la formacion de defectos morfologicos (tales como microhuecos y microfacturas) es mas probable que ocurra, lo que provoca una reduccion de la resistencia dielectrica. El solicitante cree que los fenomenos anteriores son debidos principalmente a la velocidad de enfriamiento de la capa aislante despues de la extrusion, que es notablemente reducida debido al elevado espesor de la capa. Un enfriamiento lento puede provocar la formacion de micelas de dimensiones mayores en el material termoplastico, las cuales es probable que causen defectos morfologicos.

Para resolver el problema anterior, el solicitante ha considerado la posibilidad de complementar la capa electricamente aislante con un aditivo que actue como agente de nucleacion para la fase de polipropileno de modo que se reduzca el tamano promedio de las micelas, sin influir en las demas propiedades del material aislante y, en particular, sin influir negativamente en el delicado equilibrio de propiedades conseguido por la combinacion del polfmero termoplastico con el fluido dielectrico.

El solicitante ha comprobado que la adicion de un agente de nucleacion, en particular un agente de nucleacion tal como se define mas adelante en el presente documento, a una capa electricamente aislante en base a un material polimerico termoplastico mezclado mtimamente con un fluido dielectrico puede reducir notablemente el riesgo de formacion de tales defectos morfologicos.

Por tanto, de acuerdo con un primer aspecto, la presente invencion se refiere a un cable que comprende al menos un conductor electrico y al menos una capa electricamente aislante que rodea a dicho conductor electrico, en el que la al menos una capa electricamente aislante comprende:

(a) un material polimerico termoplastico seleccionado entre:

- al menos un copolfmero (i) de propileno con al menos un comonomero de olefina seleccionado entre etileno y una a-olefina distinta al propileno, teniendo dicho copolfmero un punto de fusion superior o igual a 130 °C y una entalpfa de fusion de 20 J/g a 90 J/g;

- una mezcla de al menos un copolfmero (i) con al menos un copolfmero (ii) de etileno con al menos una a- olefina, teniendo dicho copolfmero (ii) una entalpfa de fusion de 0 J/g a 120 J/g;

- una mezcla de al menos un homopolimero de propileno con al menos un copolfmero (i) o un copolfmero (ii);

siendo al menos uno del copolfmero (i) y el copolfmero (ii) un copolfmero heterofasico;

(b) al menos un fluido dielectrico mezclado mtimamente con el material polimerico termoplastico;

(c) al menos un agente de nucleacion, seleccionandose el agente de nucleacion (c) entre los acetales de sorbitol aromaticos de formula (III) tal como se definen en el presente documento.

Para los fines de la presente descripcion y de las reivindicaciones siguientes, excepto cuando se indique lo contrario, todos los numeros que expresan valores, cantidades, porcentajes, etc., se debe entender que estan modificados en todos los casos por el termino "aproximadamente". Ademas, todos los intervalos incluyen cualquier combinacion de los puntos maximo y mmimo desvelados e incluyen cualquier intervalo intermedio contenido en ellos, que puede o no estar mencionado espedficamente en el presente documento.

En la presente descripcion y en las reivindicaciones siguientes, "conductor" significa un elemento electricamente conductor normalmente fabricado a partir de un material metalico, mas preferentemente aluminio, cobre o aleaciones de los mismos, bien en forma de cilindro o bien en forma de multi-hilo trenzado, o un elemento conductor tal como se ha descrito anteriormente recubierto con una capa semiconductora.

Para los fines de la invencion, el termino "tension media" en general significa una tension de entre 1 kV y 35 kV, mientras que "alta tension" significa tensiones superiores a 35 kV.

"Capa electricamente aislante" significa una capa de cobertura fabricada en un material que tiene propiedades aislantes, en concreto que tiene una rigidez dielectrica (resistencia a la ruptura dielectrica) de al menos 5 kV/mm, preferentemente superior a 10 kV/mm.

"Capa semiconductora" quiere decir una capa de cobertura fabricada en un material que tiene propiedades semiconductoras, tal como una matriz polimerica a la que se ha anadido, por ejemplo, negro de carbon de modo que se obtenga un valor de resistividad volumetrica, a temperatura ambiente, inferior a 500 Qm, preferentemente inferior

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a 20 Qm. Normalmente, la cantidad de negro de carbon puede variar entre un 1 y un 50% en peso, preferentemente entre un 3 y un 30 % en peso, con respecto al peso del poKmero.

Preferentemente, el al menos un agente de nucleacion se selecciona entre agentes de nucleacion organicos. Los agentes de nucleacion inorganicos podnan perjudicar el rendimiento dielectrico de una capa aislante para un cable de alta tension.

Mas preferentemente, el al menos un agente de nucleacion se selecciona entre derivados de sorbitol.

"Copolfmero heterofasico" significa un copolfmero en el que los dominios elastomericos, por ejemplo, de elastomero de etileno-propileno (EPR) estan dispersos en una matriz homopolimerica o copolimerica de propileno.

La al menos una capa electricamente aislante puede tener un espesor de al menos 8 mm, por ejemplo de al menos 12 mm. El espesor de la capa aislante depende de la tension que se quiere transportar por el cable y de la estructura global del cable (configuracion y composiciones conductoras, tipo de material empleado para las capas aislantes, etc.). Por ejemplo, un cable aislado de polietileno previsto para transportar 400 kV y que tiene un unico conductor fabricado de hilos de cobre trenzados puede tener una capa aislante de 27 mm de espesor.

Preferentemente, el material polimerico termoplastico (a) tiene un mdice de fluidez (MFI), medido a 230 °C con una carga de 21,6 N de acuerdo con la norma ASTM D1238-00, de 0,05 dg/min a10,0 dg/min, mas preferentemente de 0,4 dg/min a 5,0 dg/min.

El comonomero de olefina en el copolfmero (i) puede ser etileno o una a-olefina de formula CH2=CH-R, en la que R es un alquilo C2-C10, lineal o ramificado, seleccionado, por ejemplo, entre: 1-buteno, 1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1- hexeno, 1-octeno, 1-deceno, 1-dodeceno, o mezclas de los mismos. Son particularmente preferentes los copolfmeros de propileno/etileno.

El comonomero de olefina en el copolfmero (i) preferentemente esta presente en una cantidad igual o inferior al 15 % molar, mas preferentemente igual o inferior al 10 % molar.

El comonomero de olefina en el copolfmero (ii) puede ser una olefina de formula CH2=CHR, en la que R representa un grupo alquilo, lineal o ramificado, que contiene de 1 a 12 atomos de carbono. Preferentemente, dicha olefina se selecciona entre propileno, 1-buteno, isobutileno, 1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-dodeceno, o mezclas de los mismos. Son particularmente preferentes el 1-buteno, 1-hexeno y 1-octeno.

De acuerdo con una realizacion preferente, al menos un copolfmero (ii) es un copolfmero de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE). Preferentemente, el comonomero de olefina en el LLDPE esta presente en una cantidad del 2 al 12 % en peso.

De acuerdo con una realizacion preferente, el copolfmero (i) o el copolfmero (ii) o ambos son copolfmeros aleatorios. "Copolfmero aleatorio" significa un copolfmero en el que los comonomeros estan distribuidos de forma aleatoria a lo largo de la cadena polimerica.

De manera ventajosa, en el copolfmero (i) o en el copolfmero (ii) o en ambos, cuando son heterofasicos, hay presente una fase elastomerica en una cantidad igual o superior al 45 % en peso con respecto al peso total del copolfmero.

Copolfmeros (i) o (ii) heterofasicos particularmente preferentes son aquellos en los que la fase elastomerica consiste en un copolfmero elastomerico de etileno y propileno que comprende de un 15 % en peso a un 50 % en peso de etileno y de un 50 % en peso a un 85 % en peso de propileno con respecto al peso de la fase elastomerica.

Copolfmeros (ii) heterofasicos preferentes son copolfmeros de propileno, en particular:

(ii-a) copolfmeros que tienen la siguiente composicion de monomeros: 35 % molar-90 % molar de etileno; 10 % molar-65 % molar de una a-olefina alifatica, preferentemente propileno; 0% molar-10 % molar de un polieno, preferentemente un dieno, mas preferentemente, 1,4-hexadieno o 5-etilen-2-norborneno (los cauchos de EPR y EPDM pertenecen a esta clase);

(ii-b) copolfmeros que tienen la siguiente composicion de monomeros: 75 % molar-97 % molar, preferentemente 90 % molar-95 % molar, de etileno; 3 % molar-25 % molar, preferentemente 5 % molar-10 % molar, de una a- olefina alifatica; 0 % molar-5 % molar, preferentemente 0 % molar-2 % molar, de un polieno, preferentemente un dieno (por ejemplo copolfmeros de etileno/1-octeno).

Los copolfmeros heterofasicos se pueden obtener mediante copolimerizacion secuencial de: 1) propileno, que contiene posiblemente pequenas cantidades de al menos un comonomero de olefina seleccionado entre etileno y una a-olefina distinta al propileno; y a continuacion de: 2) una mezcla de etileno con una a-olefina, en particular propileno, opcionalmente con pequenas porciones de un polieno.

El termino "polieno" en general significa un dieno, trieno o tetraeno conjugado o no conjugado. Cuando hay presente un comonomero de dieno, este comonomero en general contiene de 4 a 20 atomos de carbono y se selecciona

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preferentemente entre: diolefinas lineales conjugadas o no conjugadas, tales como, por ejemplo, 1,3-butadieno, 1,4- hexadieno, 1,6-octadieno, y similares; dienos monodclicos o polidclicos tales como, por ejemplo, 1,4- ciclohexadieno, 5-etiliden-2-norborneno, 5-metilen-2-norborneno, vinilnorborneno, o mezclas de los mismos. Cuando hay presente un comonomero de trieno o tetraeno, este comonomero generalmente contiene de 9 a 30 9 atomos de carbono y se selecciona preferentemente entre trienos o tetraenos que contienen un grupo vinilo en la molecula o un grupo 5-norbornen-2-ilo en la molecula. Ejemplos espedficos de comonomeros de trieno o tetraeno que se pueden usar en la presente invencion son: 6,10-dimetil-1,5,9-undecatrieno, 5,9-dimetil-1,4,8-decatrieno, 6,9-dimetil- 1,5,8-decatrieno, 6,8,9-trimetil-1,6,8-decatrieno, 6,10,14-trimetil-1,5,9,13-pentadecatetraeno, o mezclas de los mismos. Preferentemente, el polieno es un dieno.

Preferentemente, el copolfmero (i) o el copolfmero (ii) o ambos tienen un punto de fusion de 140 °C a 180 °C. Preferentemente, el copolfmero (i) tiene una entalpfa de fusion de 25 J/g a 80 J/g.

Preferentemente, el copolfmero (ii) tiene una entalpfa de fusion de 10 J/g a 90 J/g cuando es heterofasico, y de 50 J/g a 100 J/g, cuando es homofasico (esencialmente sin fase heterofasica).

De manera ventajosa, cuando el material termoplastico de la capa aislante comprende una mezcla de copolfmero (i) y copolfmero (ii), la proporcion entre el copolfmero (i) y el copolfmero (ii) es de 1:9 a 8:2, preferentemente de 2:8 a 7:3.

De manera ventajosa, cuando el material termoplastico de la capa aislante comprende una mezcla de un homopolfmero de propileno y al menos uno del copolfmero (i) y el copolfmero (ii), la proporcion entre el homopolfmero de propileno y el copolfmero (i) o el copolfmero (ii) o ambos es de 0,5:9,5 a 5:5, preferentemente de 1:9 a 3:7.

Preferentemente, el material termoplastico de la capa aislante comprende una mezcla de un homopolfmero de propileno con un copolfmero (i) y dos copolfmeros (ii); en este caso, uno de los copolfmeros (ii) es un copolfmero heterofasico, mientras que el otro es homofasico.

En cuanto al fluido dielectrico (b), es necesaria una alta compatibilidad entre el fluido dielectrico y el material polimerico base para obtener una dispersion microscopicamente homogenea del fluido dielectrico en el material polimerico base. El fluido dielectrico adecuado para la formacion de la capa que cubre el cable de la presente invencion no debe comprender compuestos polares o unicamente una cantidad limitada de los mismos, para evitar un incremento significativo de perdidas dielectricas.

Preferentemente, la concentracion en peso de dicho al menos un fluido dielectrico en dicho material polimerico termoplastico es inferior a la concentracion de saturacion de dicho fluido dielectrico en dicho material polimerico termoplastico. La concentracion de saturacion del fluido dielectrico en el material polimerico termoplastico se puede determinar mediante un procedimiento de absorcion de fluido sobre muestras Dumbell tal como se describe, por ejemplo, en el documento WO 04/066317.

Al usar el fluido dielectrico en una cantidad tal como se ha definido anteriormente, se mantienen las propiedades termomecanicas de la capa aislante y se evita la exudacion del fluido dielectrico desde el material polimerico termoplastico.

El al menos un fluido dielectrico es generalmente compatible con el material polimerico termoplastico. "Compatible" significa que la composicion qmmica del fluido y del material polimerico termoplastico es tal que da lugar a una dispersion microscopicamente homogenea del fluido dielectrico en el material polimerico tras la mezcla del fluido en el polfmero, de forma similar a un plastificante.

En general, la relacion ponderal entre el al menos un fluido dielectrico (b) y el material polimerico termoplastico (a) puede ser de 1:99 a 25:75, preferentemente de 2:98 a 15:85.

Tambien se ha observado que el uso de un fluido dielectrico con un punto de fusion relativamente bajo o un punto de fluidez bajo (por ejemplo, un punto de fusion o un punto de fluidez no superior a 80 °C) permite una manipulacion sencilla del fluido dielectrico que se puede fundir sin necesidad de etapas de fabricacion adicionales y complejas (por ejemplo, una etapa de fusion del fluido dielectrico) y/o aparatos para la mezcla del lfquido con el material polimerico.

De acuerdo con una realizacion preferente adicional, el fluido dielectrico tiene un punto de fusion o un punto de fluidez de entre -130 °C y +80 °C.

El punto de fusion se puede determinar mediante tecnicas conocidas tales como, por ejemplo, mediante analisis de calorimetna diferencial de barrido (DSC).

Fluidos dielectricos adecuados para su uso en el cable de la invencion se describen, por ejemplo, en los documentos WO 02/03398, WO 02/27731, WO 04/066318, WO 07/048422 y WO 08/058572, todos ellos a nombre del solicitante.

De acuerdo con una realization preferente adicional, el fluido dielectrico tiene una viscosidad predeterminada para impedir la difusion rapida del Kquido dentro de la capa aislante y, por tanto, su migration hacia fuera, asi como para permitir que el fluido dielectrico se alimente y se mezcle facilmente con el material polimerico termoplastico. En general, el fluido dielectrico de la invention tiene una viscosidad, a 40 °C, de entre 1.10-5m2/s y 8.10-4m2/s, 5 preferentemente de entre 2.10-5 m2/s y 5.10-4 m2/s (medida de acuerdo con la norma ASTM D445-03).

Preferentemente, el fluido dielectrico de acuerdo con la invencion tiene una relation del numero de atomos de carbono aromaticos con respecto al numero total de atomos de carbono (denominada Car/Ctot en lo sucesivo en el presente documento) igual o superior a 0,3. Preferentemente, la relacion Car/Ctot es inferior a 1. Por ejemplo, la relacion Car/Ctot es de 0,4 a 0,9. El numero de atomos de carbono aromaticos se concibe como el numero de atomos 10 de carbono que forman parte de un anillo aromatico.

La relacion del numero de atomos de carbono aromaticos con respecto al numero total de atomos de carbono de los fluidos dielectricos de acuerdo con la invencion es un signo de aromaticidad.

La relacion del numero de atomos de carbono aromaticos con respecto al numero total de atomos de carbono se puede determinar de acuerdo con la norma ASTM D3238-95(2000)el.

15 Ejemplos de fluidos dielectricos adecuados son: aceites aromaticos, ya sea monociclicos, policiclicos (condensados o no condensados) o heteroticlicos (es decir, que contienen al menos un heteroatomo seleccionado entre oxigeno, nitrogeno o azufre, preferentemente oxigeno), en los que los restos aromaticos o heteroaromaticos estan sustituidos con al menos un grupo alquilo C1-C20, y mezclas de los mismos. Cuando haya presentes dos o mas restos ciclicos, dichos restos pueden estar unidos por un grupo alquenilo C1-C5.

20 Por ejemplo, el fluido dielectrico comprende al menos un hidrocarburo de alquilarilo que tiene la formula estructural

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en la que:

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

25 n1 y n2, iguales o diferentes, son cero, 1 o 2, con la condition de que la suma n1 + n2 sea inferior o igual a 3.

En otro ejemplo, el fluido dielectrico comprende al menos un difenil eter que tiene la siguiente formula estructural (II):

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en la que R5 y R6 son iguales o diferentes y representan hidrogeno, un grupo fenilo no sustituido o sustituido con al menos un grupo alquilo, o un grupo alquilo no sustituido o sustituido con al menos un fenilo. Por grupo alquilo se 30 entiende un radical hidrocarbonado C1-C24, lineal o ramificado, preferentemente C1-C20, con la condicion de que la relacion del numero de atomos de carbono aromaticos con respecto al numero total de atomos de carbono sea superior o igual a 0,3. Los agentes de nucleacion (c) de acuerdo con la presente invencion se seleccionan entre los acetales de sorbitol aromaticos de formula (III):

imagen3

en la que:

Ri, R2, R3, R4, y R5, iguales o diferentes entre si, se seleccionan entre: hidrogeno, alquilo C1-C4, alcoxi C1-C4, alquenilo C1-C4, o R1 y R2 o R3 y R4 forman conjuntamente un anillo carbodclico que contiene hasta 6 atomos de carbono.

5 Mas preferentemente, R1, R2, R3, R4, y R5, iguales o diferentes entre si, se seleccionan entre: hidrogeno, metilo, n- propilo, iso-propilo, n-butilo, iso-butilo, terc-butilo, alilo, con la condition de que al menos uno de R1, R2 y R3 sea diferente a hidrogeno.

Incluso mas preferentemente, el al menos un agente de nucleacion se selecciona entre los compuestos de formula (III) en los que:

10 R1 = R3 = metilo, R2 = R4 = metilo, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = metilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = etilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = iso-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = iso-butilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = hidrogeno;

15 R1 y R2 = grupo ciclohexilo condensado, R3 y R4 = grupo ciclohexilo condensado, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = n-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = alilo;

R1 = n-propiloxi, R3 = n-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = alilo;

R1 es n-propiloxi, R3 = n-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = n-propilo;

R1 = R3 = n-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = n-propilo.

20 Particularmente preferentes son los acetales de sorbitol aromaticos de formula:

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1,3:2,4-bis(3,4-dimetilbencilideno)sorbitol (producto comercial Millad® 3988 de Milliken & Co.); o de formula:

imagen5

25 bis(4-propilbencilideno)propilsorbitol (producto comercial Millad® NX8000 de Milliken & Co.);

Detalles adicionales sobre los acetales de sorbitol aromaticos para usar preferentemente como agentes de nucleacion de acuerdo con la presente invention se pueden encontrar, por ejemplo, en los documentos US 5 049 605 y US 7 662 978, y WO 2005/111134.

Preferentemente, dicho al menos un agente de nucleacion esta presente en la capa electricamente aislante en una 30 cantidad de un 0,05 a un 10 % en peso, mas preferentemente de un 0,1 a un 5 % en peso, con respecto al peso total de la capa aislante.

Se pueden anadir otros componentes en pequenas cantidades al material de polimero termoplastico de acuerdo con la presente invencion, que incluyen antioxidantes, adyuvantes de procesamiento, o mezclas de los mismos.

Antioxidantes convencionales adecuados para este fin son, por ejemplo, tiopropionato de diestearilo o dilaurilo y

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

tetraquis [3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)-propionato] de pentaeritritilo, o mezclas de los mismos.

Adyuvantes de procesamiento que se pueden anadir a la composicion polimerica incluyen, por ejemplo, estearato de calcio, estearato de zinc, acido estearico, o mezclas de los mismos.

De acuerdo con una realizacion preferente, el cable de acuerdo con la presente invencion incluye tambien al menos una capa semiconductora. La capa semiconductora esta formada preferentemente por un material semiconductor que comprende los componentes (a) y (b) tal como se ha descrito anteriormente, y al menos una carga conductora (d), preferentemente una carga de negro de carbon.

La al menos una carga conductora esta dispersa generalmente dentro del material polimerico termoplastico en una cantidad tal que confiera al material propiedades semiconductoras, en concreto para obtener un valor de resistividad volumetrica, a temperatura ambiente, inferior a 500 Q m, preferentemente inferior a 20 Q-m. Normalmente, la cantidad de negro de carbon puede variar entre un 1 y un 50 % en peso, preferentemente entre un 3 y un 30 % en peso, con respecto al peso del polfmero.

El uso de la misma composicion de polfmero base, tanto para la capa aislante como para las capas semiconductoras es particularmente ventajoso en la produccion de cables para media o alta tension, ya que esto asegura una excelente adhesion entre las capas adyacentes y, por tanto, un buen comportamiento electrico, en particular en la interfaz entre la capa aislante y la capa semiconductora interna, en la que el campo electrico y, por tanto, el riesgo de descargas parciales, son mas altos.

Las composiciones polimericas para el cable de acuerdo con la presente invencion se pueden producir mezclando conjuntamente el material de polfmero termoplastico, el fluido dielectrico, el agente de nucleacion y cualquier otro aditivo opcional, mediante el uso de procedimientos conocidos en la tecnica. La mezcla se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante un mezclador interno del tipo con rotores tangenciales (Banbury) o con rotores interpenetrantes; en un mezclador continuo de tipo Ko-Kneader (Buss), de tipo de doble tornillo en co- o contra-rotacion; o en un extrusor de un solo tornillo.

De acuerdo con una realizacion preferente, el fluido dielectrico se puede anadir al material polimerico termoplastico durante la etapa de extrusion mediante inyeccion directa en el cilindro del extrusor tal como se desvela, por ejemplo, en el documento WO 02/47092 a nombre del solicitante.

Un ejemplo de un procedimiento de fabricacion adecuado para fabricar un cable de acuerdo con la presente invencion se describe en el documento PCT/EP2010/070677, a nombre del solicitante.

Aunque la presente descripcion se centra principalmente en cables para el transporte y la distribucion de energfa de media o alta tension, la composicion polimerica de la invencion se puede usar para recubrir dispositivos electricos en general y cables de diferente tipo en particular, por ejemplo, cables de baja tension (es decir, cables para el transporte de una tension inferior a 1 kV), cables de telecomunicaciones o cables combinados para energfa/telecomunicaciones, o accesorios usados en lmeas electricas, tales como terminales, juntas, conectores y similares.

Breve descripcion de las figuras

Seran evidentes caractensticas adicionales a partir de la descripcion detallada proporcionada en lo sucesivo en el presente documento con referencia al dibujo adjunto, en el que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un cable de energfa, en particular adecuado para media o alta tension, de acuerdo con la invencion.

Descripcion detallada de las realizaciones preferentes

En la Figura 1, el cable (1) comprende un conductor (2), una capa interna con propiedades semiconductoras (3), una capa intermedia con propiedades aislantes (4), una capa externa con propiedades semiconductoras (5), una capa de apantallamiento metalica (6) y una vaina (7).

El conductor (2) en general consiste en hilos metalicos, preferentemente de cobre o aluminio o aleaciones de los mismos, trenzados conjuntamente mediante procedimientos convencionales, o de un cilindro solido de aluminio o cobre.

La capa aislante (4) se puede producir por extrusion, en torno al conductor (2), de una composicion de acuerdo con la presente invencion.

Las capas semiconductoras (3) y (5) tambien se fabrican extruyendo materiales polimericos normalmente en base a poliolefinas, preferentemente un material polimerico termoplastico de acuerdo con la presente invencion, fabricado para ser semiconductor mediante la adicion de al menos una carga conductora, normalmente negro de carbon.

En torno a la capa semiconductora externa (5), normalmente se coloca una capa de apantallamiento metalica (6),

fabricada de hilos o tiras electricamente conductoras trenzadas helicoidalmente en torno al nucleo del cable o de una cinta electricamente conductora envuelta longitudinalmente y superpuesta (preferentemente pegada) sobre la capa subyacente. El material electricamente conductor de dichos hilos, tiras o cinta normalmente es cobre o aluminio, o aleaciones de los mismos.

5 La capa de apantallamiento (6) puede estar cubierta de una vaina (7), generalmente fabricada a partir de una poliolefina, normalmente polietileno.

El cable tambien puede estar provisto de una estructura protectora (no mostrada en la Figura 1), cuyo fin principal es proteger mecanicamente al cable frente a impactos o compresiones. Esta estructura protectora puede ser, por ejemplo, un refuerzo metalico o una capa de polfmero expandido tal como se describe en el documento WO 10 98/52l97 a nombre del solicitante.

El cable de acuerdo con la presente invencion se puede fabricar de acuerdo con procedimientos conocidos, por ejemplo, mediante extrusion de varias capas en torno al conductor central. La extrusion de dos o mas capas se lleva a cabo de manera ventajosa en un solo paso, por ejemplo, mediante el procedimiento en tandem en el que se disponen extrusores individuales en serie, o mediante coextrusion con un cabezal de extrusion multiple. La capa de 15 apantallamiento se aplica despues en torno al nucleo de cable producido de esta manera. Por ultimo, se aplica la vaina de acuerdo con la presente invencion, normalmente mediante una etapa de extrusion adicional.

El cable de la presente invencion se usa preferentemente para la transmision de energfa de corriente alterna (AC).

La Figura 1 muestra unicamente una realizacion de un cable de acuerdo con la invencion. Se pueden introducir modificaciones adecuadas en esta realizacion de acuerdo con necesidades tecnicas y requerimientos de aplicacion 20 espedficos sin apartarse del ambito de la invencion.

Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar adicionalmente la invencion.

Ejemplos 1-2

Las siguientes composiciones se prepararon con las cantidades notificadas en la tabla 1 (expresadas en % en peso con respecto al peso total de la composicion).

25 En todos los ejemplos, el copolfmero de propileno se alimento directamente a la tolva del extrusor. Posteriormente, el fluido dielectrico, mezclado previamente con los antioxidantes y el agente de nucleacion (si lo hubiera), se inyecto a alta presion en el extrusor. Se uso un extrusor que tema un diametro de 80 mm y una relacion L/D de 25. La inyeccion se realizo durante la extrusion a aproximadamente 20 D desde el comienzo del tornillo del extrusor por medio de tres puntos de inyeccion.

30 TABLA 1

EJEMPLO: 1 (*) 2

Mezcla de polipropileno: 94,0 92,0

Marlotherm® SH: 5,7 5,7

Millad® NX 20: -- 2,0

Antioxidante: 0,3 0,3

(*) comparativo

Mezcla de polipropileno: mezcla 25/75 de un copolfmero aleatorio de propileno-etileno (entalpfa de fusion 65,1 J/g) y un copolfmero heterofasico de propileno (entalpfa de fusion 30 J/g);

Marlotherm® SH: dibenciltolueno (DBT), relacion de atomos de carbono aromaticos/atomos de carbono totales = 35 0,86 (Sasol Olefins & Surfactants GmbH);

Millad® NX 20: mezcla madre de polipropileno que contema un 80 % en peso de Millad® NX8000 (bis(4- propilbencilideno)propilsorbitol) (Milliken & Co.); la cantidad notificada en la tabla I se refiere a la cantidad de agente de nucleacion anadido realmente;

Antioxidante: 4,6-bis(octiltiometil)-o-cresol.

40 La resistencia a la ruptura dielectrica (DS) de cables de muestra (200 m de longitud) que tienen una capa aislante en base a la composicion de los Ejemplos 1 o 2 se evaluo en condiciones de corriente alterna. En cada cable, el conductor (70 mm2) se recubrio con una capa aislante que tema un espesor de 5,5 mm. Las mediciones de la DS se realizaron aplicando a estos cables de muestra una corriente alterna a 50 Hz partiendo de una tension de 50 kV e incrementandola en etapas de 10 kV cada 10 minutos hasta que se produjo la perforacion de la pieza de ensayo.

Cada medicion se repitio sobre 3 piezas de ensayo. Los valores proporcionados en la tabla 2 son la media aritmetica de los valores individuales medidos.

TABLA 2

EJEMPLO: Resistencia dielectrica (kV/mm)

1 (*): 45,6

2: 55,3

(*) comparativo

5 La DS del cable que tema como capa aislante la composicion de acuerdo con el ejemplo 2 (invencion) aumento en aproximadamente un 20 % con respecto a la del cable de acuerdo con el ejemplo 1 (comparativo), en el que el material aislante no tema ningun agente de nucleacion.

Una inspeccion visual mediante micrograffa de la muestra que contema un agente de nucleacion de acuerdo con la invencion mostraba un aspecto mucho mas uniforme que una muestra con la misma composicion y procedimiento 10 de fabricacion, pero sin agente de nucleacion.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Un cable que comprende al menos un conductor electrico y al menos una capa electricamente aislante que rodea a dicho conductor electrico, en el que la al menos una capa electricamente aislante comprende:

(a) un material polimerico termoplastico seleccionado entre:

- al menos un copolfmero (i) de propileno con al menos un comonomero de olefina seleccionado entre etileno y una a-olefina distinta al propileno, teniendo dicho copolfmero un punto de fusion determinado mediante DSC superior o igual a 130 °C y una entalpfa de fusion de 20 J/g a 90 J/g;

- una mezcla de al menos un copolfmero (i) con al menos un copolfmero (ii) de etileno con al menos una a- olefina, teniendo dicho copolfmero (ii) una entalpfa de fusion de 0 J/g a 120 J/g;

- una mezcla de al menos un homopolfmero de propileno con al menos un copolfmero (i) o un copolfmero (ii);

siendo al menos uno del copolfmero (i) y el copolfmero (ii) un copolfmero heterofasico;

(b) al menos un fluido dielectrico mezclado mtimamente con el material polimerico termoplastico;

(c) al menos un agente de nucleacion;

en el que el al menos un agente de nucleacion (c) se selecciona entre los acetales de sorbitol aromaticos de formula

(III):

imagen1

en la que:

R1, R2, R3, R4, y R5, iguales o diferentes entre sf, se seleccionan entre: hidrogeno, alquilo C1-C4, alcoxi C1-C4, alquenilo Ci-C4, o R1 y R2 o R3 y R4 forman conjuntamente un anillo carbodclico que contiene hasta 6 atomos de carbono.
2. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el copolfmero (i) es un copolfmero de propileno/etileno.
3. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que al menos un copolfmero (ii) es un copolfmero de polietileno lineal de baja densidad.
4. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que, en el copolfmero (i) o en el copolfmero (ii) o en ambos, cuando son heterofasicos, hay presente una fase elastomerica en una cantidad igual o superior al 45 % en peso con respecto al peso total del copolfmero.
5. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el copolfmero (i) tiene una entalpfa de fusion de 25 J/g a 80 J/g.
6. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el copolfmero (ii) tiene una entalpfa de fusion de 10 J/g a 90 J/g cuando es heterofasico, y de 50 J/g a 100 J/g, cuando es homofasico.
7. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el material termoplastico de la capa aislante comprende una mezcla de un homopolfmero de propileno con un copolfmero (i) y dos copolfmeros (ii).
8. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el al menos un fluido dielectrico (b) tiene una relacion del numero de atomos de carbono aromaticos con respecto al numero total de atomos de carbono (Car/Ctot) igual o superior a 0,3.
9. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el al menos un agente de nucleacion (c) se selecciona entre los acetales de sorbitol aromaticos de formula (III) en los que:

R1 = R3 = metilo, R2 = R4 = metilo, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = metilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = etilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = iso-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = iso-butilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = hidrogeno;

Ri y R2 = grupo ciclohexilo condensado, R3 y R4 = grupo ciclohexilo condensado, R5 = hidrogeno;

R1 = R3 = n-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = alilo;

Ri = n-propiloxi, R3 = n-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = alilo;

Ri = n-propiloxi, R3 = n-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = n-propilo;

5 Ri = R3 = n-propilo, R2 = R4 = hidrogeno, R5 = n-propilo.
10. El cable de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que el al menos un agente de nucleacion (c) se selecciona entre:

1,3:2,4-bis(3,4-dimetilbencilideno)sorbitol,

bis(4-propilbencilideno)propilsorbitol;

10 o mezclas de los mismos.
11. El cable de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el al menos un agente de nucleacion (c) esta presente en una cantidad de un 0,05 a un 10 % en peso, preferentemente de un 0,1 a un 5 % en peso, con respecto al peso total de la capa aislante.