ES2318384T3 - Capa exterior de funda para cables de potencia o de comuniccion. - Google Patents

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Abstract

Cable de potencia o de comunicación que comprende una capa exterior de funda fabricada con una composición de polietileno que comprende una resina base que comprende: (A) una primera fracción de etileno homo- o copolímero, (B) una segunda fracción de etileno homo- o copolímero, y (C) una tercera fracción de etileno homo- o copolímero, en una cantidad de hasta el 20% en peso de la resina base total, en la que la fracción (A) tiene un peso molecular menor que la fracción (B), y la resina base tiene una distribución de pesos moleculares MW/Mn superior a 14, y la fracción (C) tiene un MFR2 de 0,1 g/10 min o menor.

Description

Capa exterior de funda para cables de potencia o de comunicación.
La presente invención se refiere a un cable de potencia o de comunicación que comprende una capa exterior de funda, fabricada de una composición de polietileno que comprende una resina base que se compone de dos fracciones de etileno homo- o copolímero. Además, la presente invención se refiere a la utilización de dicha composición para la fabricación de la capa exterior de funda de un cable.
Los cables, tales como los cables de potencia o de comunicación, comprenden habitualmente un núcleo interior que comprende un elemento conductor, tal como un hilo de metal o de fibra de vidrio, y una o varias capas exteriores con los objetivos de blindaje y protección. La más exterior de estas capas, que tiene principalmente el objetivo de protección, se denomina habitualmente funda o camisa exterior.
Se conoce como producir las capas exteriores de la funda de protección a partir de composiciones de polímeros que comprenden principalmente poliolefinas, en particular polietilenos. Los variados campos de aplicación para los diversos tipos de cables, hacen necesario que las camisas exteriores cumplan con un cierto número de requisitos que, por lo menos en parte, son contradictorios entre sí.
Entre las propiedades importantes de la camisa de un cable y del material utilizado para la fabricación de la camisa del mismo, están la correcta capacidad de procesado que incluye buenas propiedades de extrusión con una amplia gama de temperaturas de procesado y buenas propiedades mecánicas, tales como buena resistencia al agrietamiento debido a las tensiones ambientales, ESCR, elevada resistencia mecánica, elevado acabado superficial y reducida contracción de la camisa final del cable.
De acuerdo con un objetivo de la presente invención el proporcionar una camisa para un cable fabricada con un compuesto de polietileno que tenga de forma simultánea las propiedades mencionadas anteriormente junto con una flexibilidad elevada, combinado con todas las propiedades mencionadas anteriormente. En particular, la composición utilizada para la camisa debe mostrar una capacidad de procesado mejorada de manera que pueda conseguirse una elevada velocidad de producción, proporcionando una camisa para cables con buenas propiedades superficiales.
La presente invención se basa en el descubrimiento de que se puede proporcionar una camisa de este tipo si se utiliza para su fabricación una composición de polietileno que tenga una amplia distribución del peso molecular, superior a 14.
La presente invención proporciona de este modo un cable de potencia o de comunicación que comprende una capa exterior de funda fabricada con una composición de polietileno que comprende una resina base que comprende:
(A) una primera fracción de etileno homo- o copolímero, y
(B) una segunda fracción de etileno homo- o copolímero,
en la que la fracción (A) tiene un peso molecular menor que la fracción (B), y la resina base tiene una distribución del peso molecular M_{w}/M_{n} superior a 14.
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La capa más exterior de la funda del cable de la invención puede ser procesada más fácilmente en comparación con los materiales de la técnica anterior, pero conservando al mismo tiempo unas buenas propiedades mecánicas, en particular un buen aspecto superficial.
La expresión "peso molecular" tal como se utiliza en esta descripción indica el promedio de peso del peso molecular medio M_{W}. El índice de fluidez en caliente MFR de un polímero, puede servir como medición del promedio de peso del peso molecular.
La expresión "resina base" significa la totalidad de componentes poliméricos en la composición de polietileno utilizada para la capa exterior de la funda del cable según la invención, que llega habitualmente hasta el 90% en peso, por lo menos, del total de la composición.
Habitualmente, una composición de polietileno que comprende por lo menos, dos fracciones de polietileno que han sido fabricadas en condiciones de polimerización diferentes, dando como resultado diferentes pesos moleculares (peso promedio) de las fracciones, se denomina "multimodal". El prefijo "multi" se refiere al número de diferentes fracciones de polímero de que se compone la composición. De este modo, por ejemplo, una composición que se compone solamente de dos fracciones se denomina "bimodal".
La forma de la curva de distribución del peso molecular, es decir, el aspecto del gráfico del peso de la fracción del polímero en función del peso molecular de dicho polietileno multimodal, mostrará dos o más máximos o, por lo menos estará ensanchada de manera distintiva en comparación con las curvas de las fracciones individuales.
Por ejemplo, si un polímero ha sido producido en un proceso secuencial multietapa utilizando reactores acoplados en serie y utilizando condiciones diferentes en cada reactor, o cuando un polímero ha sido producido en un proceso que comprende una etapa única en la cual se utilizan dos o más catalizadores, las fracciones del polímero producidas en los diferentes reactores o mediante los diferentes catalizadores, respectivamente, tendrán cada una ellas su propia distribución de peso molecular y de promedio de peso del peso molecular. Cuando se imprime la curva de distribución del peso molecular de dicho polímero, las curvas individuales de estas fracciones están superpuestas en la curva de distribución del peso molecular para el producto del polímero total resultante, obteniéndose habitualmente una curva con dos o más máximos diferenciados.
En una realización preferente, la resina base tiene una distribución del peso molecular M_{w}/M_{n} de 23 o superior, más preferentemente de 25 o superior, incluso más preferentemente de 30 o superior.
La resina base tiene preferentemente un MFR_{2} de 0,05 a 5 g/10 min, más preferentemente de 0,1 a 4 g/10 min, todavía más preferentemente de 0,2 a 3,5 g/10 min y muy preferentemente de 0,5 a 1,5 g/10 min.
Además, la resina base tiene preferentemente un MFR_{21} de 50 a 150 g/10 min, más preferentemente de 70 a 130 g/10 min. En una realización preferente, la resina base tiene un MFR_{21} por lo menos de 90 g/10 min.
La densidad de la resina base es preferentemente de 0,915 a 0,960 g/cm^{3}, más preferentemente de 0,918 a 0,950 g/cm^{3}, todavía más preferentemente de 0,918 a 0,935 g/cm^{3} y muy preferentemente de 0,918 a 0,928 g/cm^{3}.
La resina base tiene una proporción del índice de fluidez FRR de 50 a 150, más preferentemente de 80 a 130.
La fracción (A) de la resina base tiene preferentemente un MFR_{2} de 50 a 5.000 g/10 min, más preferentemente de 100 a 1.000 g/10 min y muy preferentemente de 200 a 700 g/10 min.
Además, la fracción (A) tiene preferentemente una densidad de 0,930 a 0,975 g/cm^{3}, más preferentemente de 0,935 a 0,955 g/cm^{3}.
Todavía más, la fracción (A) es preferentemente un copolímero de etileno, por lo menos, con una alfa-olefina adicional.
Preferentemente, el comonómero de alfa-olefina de la fracción (B) tiene de 3 a 20 átomos de carbono, más preferentemente de 4 a 10 átomos de carbono, y muy preferentemente ha sido seleccionado entre 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-octeno y 1-decadeno.
Además, es preferente que el peso promedio del peso molecular de la fracción (A) esté comprendido de 5.000 g/mol a 100.000 g/mol, más preferentemente de 7.000 a 90.000 g/mol y muy preferentemente desde 10.000 a
80.000 g/mol.
La fracción (B) de la resina base tiene preferentemente un MFR_{2} de 0,01 a 1 g/10 min, más preferentemente de 0,05 a 0,3 g/10 min.
Además, la fracción (B) tiene preferentemente una densidad de 0,880 a 0,930 g/cm^{3}, y más preferentemente tiene una densidad de 0,890 a 0,920 g/cm^{3}.
Todavía más, la fracción (B) es un copolímero de etileno, que tiene por lo menos una alfa-olefina adicional.
Preferentemente, el comonómero de alfa-olefina de la fracción (B) tiene de 3 a 12 átomos de carbono, más preferentemente de 4 a 8 átomos de carbono y muy preferentemente ha sido seleccionado entre 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno y 1-octeno.
En una realización particularmente preferente, la resina base comprende además:
(C) una tercera fracción de un homo- o copolímero de etileno,
en una proporción de hasta el 20% en peso de la resina base total con un MFR_{2} de 0,1 g/10 min o menor.
Preferentemente, la proporción de la fracción (C) es de hasta un 15% en peso, más preferentemente de hasta un 10% en peso de la resina base total. En una realización preferente, la fracción (C) está presente en la resina base en una cantidad desde 1% en peso hasta 5% en peso.
Además, preferentemente la fracción (C) está presente en la resina base en una proporción, por lo menos del 2% en peso, más preferentemente, por lo menos de un 3% en peso.
Preferentemente, la fracción (C) tiene un MFR_{21} inferior a 1 g/10 min.
La fracción (C) es preferentemente un homopolímero de etileno.
La fracción (C) está fabricada preferentemente en una etapa previa, a partir de (A) y (B) y la fracción (C) tiene un MW mayor que el de la fracción (B).
La proporción en peso de las fracciones (A):(B) en la resina base es preferentemente de 30:70 a 70:30, más preferentemente de 40:60 a 60:40, incluso más preferentemente de 45:55 a 55:45.
La resina base tiene preferentemente una densidad inferior a 960 kg/m^{3}.
El peso promedio del peso molecular de la resina base está comprendido preferentemente de 100.000 g/mol a 2.000.000 g/mol.
En una realización preferente, la resina base se compone de la fracción (A), (B) y (C).
Además de la resina base, pueden estar presentes en la composición de polietileno los aditivos habituales para ser utilizados con poliolefinas, tales como pigmentos (por ejemplo, negro de carbón), estabilizadores (agentes antioxidantes), antiácidos y/o anti-UV, agentes antiestáticos y agentes de utilización (tales como agentes de ayuda al proceso). Los aditivos pueden ser añadidos como una mezcla madre de poliolefinas. Preferentemente, la cantidad de estos aditivos es del 10% en peso o inferior, más preferentemente del 8% en peso o inferior, del total de la composición.
La composición del polietileno del cable según la invención tiene preferentemente un índice de adelgazamiento por cizallado SHI_{(2,7/210)}, por lo menos de 5, más preferentemente, por lo menos de 10, todavía más preferentemente, por lo menos de 20 y muy preferentemente, por lo menos de 40.
Además, la composición de polietileno tiene preferentemente un índice de adelgazamiento por cizallado SHI_{(2,7/210)}, de 300 o inferior, más preferentemente de 290 o inferior, todavía más preferentemente de 220 o inferior y muy preferentemente de 200 o inferior.
El SHI es la proporción de la viscosidad de la composición de polietileno a diferentes tensiones de cizallado. En la presente invención se utilizan las tensiones de cizallado a 2,7 kPa y a 210 kPa para calcular el SHI_{2,7/210}, las cuales pueden servir como una medida de la amplitud de la distribución del peso molecular.
Además, la composición de polietileno tiene preferentemente una viscosidad a una tensión de cizallado de 2,7 kPa \eta_{(2,7)} de 10.000 a 500.000 Pas, más preferentemente de 50.000 a 400.000 Pas y muy preferentemente de 75.000 a 350.000 Pas.
La resina base de la composición del polímero utilizado para la fabricación de la capa de la funda de la parte exterior del cable de la invención puede ser producida mediante cualquier proceso conocido en la técnica.
No obstante, es preferente que la resina base sea una resina denominada de mezcla "in situ" de sus componentes. Por "mezcla in-situ" se entiende un polímero multimodal cuyas fracciones son producidas, bien en una única etapa de reacción de manera simultánea (por ejemplo, utilizando dos o más catalizadores distintos), y/o producidas en un proceso multietapa. Un proceso multietapa se define como un proceso de polimerización en el cual un polímero que comprende dos o más fracciones es producido mediante la fabricación, de cada fracción de polímero o por lo menos, de dos fracciones del mismo, en una etapa de reacción separada, habitualmente con condiciones de reacción diferentes en cada etapa, en presencia del producto de reacción de la etapa anterior que comprende un catalizador de polimerización. El polímero puede ser recirculado a cualquier etapa o reactor.
Cuando se facilitan en esta descripción las características preferentes de las fracciones (A) y/o (B) de la composición de la presente invención, estos valores son generalmente válidos en los casos en que pueden ser medidos directamente en la fracción respectiva, por ejemplo, cuando la fracción es producida por separado o es producida en la primera etapa de un proceso multietapa.
No obstante, la resina base puede ser producida asimismo y preferentemente lo es, en un proceso multietapa en el cual, por ejemplo, se producen las fracciones (A) y (B) en etapas consecutivas. En dicho caso, las propiedades de las fracciones producidas en la segunda y en la tercera etapa (o en etapas adicionales) del proceso multietapa pueden ser deducidas de los polímeros que son producidos por separado en una etapa única mediante la aplicación de condiciones de polimerización idénticas (por ejemplo, idénticos temperatura, presiones parciales de los reactivos/diluyentes, medios de suspensión y tiempos de reacción) con respecto a la etapa del proceso multietapa en el cual ha sido producida la fracción, y mediante la utilización de un catalizador en el cual no está presente ningún polímero producido previamente. Como alternativa, las propiedades de las fracciones producidas en una etapa anterior del proceso pueden ser calculadas asimismo, por ejemplo, según B. Hagström, Conferencia sobre Procesado de Polímeros (Sociedad de Procesado de Polímeros), Resúmenes extensos y programa final, Gothenburg, 19 al 21 de Agosto, 1997, 4:13.
De este modo, aunque no sean medibles directamente en los productos de proceso multietapa, las propiedades de las fracciones producidas en las etapas anteriores de dicho proceso multietapa pueden ser determinadas mediante la aplicación de uno o ambos de los métodos anteriores. Un técnico en la materia será capaz de seleccionar el método apropiado.
La resina base del cable según la invención está producida de tal modo que, por lo menos una de las fracciones (A) y (B), preferentemente (B) sea producida en una reacción de fase gas.
Adicionalmente, es preferente que una de las fracciones (A) y (B) de la composición de polietileno, preferentemente la fracción (A) sea producida en una reacción de emulsión, preferentemente en un rector de bucle, y una de las fracciones (A) y (B), preferentemente la fracción (B) sea producida en una reacción de fase gas.
Es además preferente que las fracciones (A) y (B) de la composición de polietileno sean producidas en diferentes fases de un proceso multietapa.
Preferentemente, el proceso multietapa comprende, por lo menos una etapa de fase gas en la cual se produce preferentemente, la fracción (B).
Adicionalmente es preferente que la fracción (B) sea producida en una etapa posterior, en presencia de la fracción (A) que ha sido producida en una etapa anterior.
Se conocía previamente cómo producir polímeros de olefinas multimodales, en particular bimodales, tales como polietileno multimodal en un proceso multietapa que comprende dos o más reactores conectados en serie. Como ejemplo de esta técnica anterior puede mencionarse el documento EP 517 868 el cual se incorpora a esta descripción en su totalidad a modo de referencia, incluyendo todas las realizaciones preferentes tal como están descritas en el mismo, como un proceso multietapa preferente para la producción de la composición de polietileno del cable según la invención.
Preferentemente, las etapas principales de la polimerización del proceso multietapa son tales como las descritas en el documento EP 517 868, es decir, la producción de las fracciones (A) y (B) es llevada a cabo como una combinación de polimerización en emulsión en el caso de la fracción (A)/polimerización de fase gas en el caso de la fracción (B). La polimerización en emulsión es llevada a cabo de manera preferente en un reactor denominado de bucle. Además es preferente que la polimerización en emulsión sea anterior a la etapa de la fase gas.
En una realización preferente, la fracción (C) es producida asimismo en el proceso multietapa en el cual se producen las fracciones (A) y (B). Preferentemente, la fracción (C) se produce en una etapa denominada de pre-polimerización, que precede a la producción de fracciones adicionales de la resina base. Tal como se ha mencionado, el pre-polímero es preferentemente un homopolímero de etileno (HDPE).
Preferentemente, en la etapa de pre-polimerización, se carga la totalidad del catalizador en un reactor de bucle y la pre-polimerización se lleva a cabo como una polimerización en emulsión. Dicha pre-polimerización conduce a la producción de partículas menos finas en los reactores siguientes y finalmente a la obtención de un producto más homogéneo.
En la producción de la resina base, se utilizan preferentemente catalizadores Ziegler-Natta (ZN) o de metaloceno, más preferentemente catalizadores Ziegler-Natta.
El catalizador puede estar soportado, por ejemplo con soportes convencionales, incluyendo soportes de sílice que contienen Al y soportes basados en dicloruro de magnesio. Preferentemente el catalizador es un catalizador ZN, más preferentemente el catalizador es un catalizador ZN de soporte sin sílice, y más preferentemente un catalizador ZN basado en MgCl_{2}.
El catalizador Ziegler-Natta comprende además preferentemente un compuesto metálico del grupo 4 (numeración de grupos según el nuevo sistema IUPAC), preferentemente titanio, bicloruro de magnesio, y aluminio.
El catalizador puede ser un catalizador disponible comercialmente o estar fabricado de acuerdo o de una manera análoga a la citada en la literatura. En el caso de la preparación del catalizador preferente para ser utilizado en la invención, se hace referencia al documento WO 2004055068 y al documento WO 2004055069 de Borealis y al documento EP 0 810 235. El contenido de estos documentos está incorporado en su totalidad en esta descripción como referencia, en particular en lo que se refiere a las realizaciones generales y a todas las realizaciones preferentes de los catalizadores descritos en esta descripción, así como a los métodos para la producción de los catalizadores.
Preferentemente, las condiciones de polimerización en el método multietapa preferente han sido escogidas de tal modo que debido a un elevado contenido del agente de transferencia en cadena (gas hidrógeno) se produce un polímero de un peso molecular comparativamente bajo en una etapa anterior a la etapa en la cual se produce el polímero de alto peso molecular. No obstante, puede invertirse el orden de estas etapas.
En la realización preferente de la polimerización de la fracción (A) en un reactor de bucle, seguida por la producción de la fracción (B) en un reactor de fase gas, la temperatura de polimerización en el reactor de bucle es preferentemente de 85 a 115ºC, más preferentemente de 90 a 105ºC y muy preferentemente de 92 a 100ºC, y la temperatura en el reactor de fase gas es preferentemente de 70 a 105ºC, más preferentemente de 75 a 100ºC y muy preferentemente de 82 a 97ºC.
Según se requiera, se añade a los reactores un agente de transferencia en cadena, preferentemente hidrógeno, y de manera preferente se añaden al reactor de 200 a 800 moles de H_{2}/kmoles de etileno cuando se produce en este reactor la fracción LMW, y se añaden de 0 a 50 moles de H_{2}/kmoles de etileno al reactor de fase gas cuando este reactor está produciendo la fracción HMW.
Si se utiliza una etapa de pre-polimerización en la cual se produce la fracción (C), es preferente que no se introduzca nada de hidrógeno en el reactor durante esta etapa. Para permitir una pequeña adición de hidrógeno es necesario abrirlo.
La composición de la capa exterior de la funda del cable de la invención está producida preferentemente en un proceso que comprende una etapa de formación del compuesto en la que la composición de la resina base, es decir, la mezcla que se obtiene típicamente en forma de polvo de resina base en el reactor, es extrusionada en una extrusionadora y a continuación es convertida en gránulos de polímero de una manera conocida en la técnica.
De manera opcional, pueden añadirse a la composición aditivos u otros componentes de los polímeros durante la etapa de formación del compuesto en las cantidades descritas anteriormente. Preferentemente, la composición de la invención obtenida en el reactor forma un compuesto en la extrusionadora junto con los aditivos de una manera conocida en la técnica.
La extrusionadora puede ser, por ejemplo, cualquier extrusionadora utilizada de manera convencional. Como ejemplo de una extrusionadora para la etapa actual de formación del compuesto puede ser la suministrada por la acerería japonesa Kobe Steel, o Farrel-Pomini, por ejemplo, JSW 460P.
Los cables de la invención, además de la capa de funda de la parte más exterior comprenden, por lo menos, uno o varios elementos conductores de información. El cable que comprende la capa de la funda exterior puede se pro-
ducido ...
Tal como se ha indicado en lo que antecede, la composición de la funda para cables puede ser utilizada para producir capas exteriores de funda para cables, incluyendo cables de energía así como cables de comunicación. Entre los cables de energía, pueden mencionarse cables de alta tensión, cables de media tensión y cables de baja tensión. Entre los cables de comunicación pueden mencionarse cables paralelos, cables coaxiales y cables de fibra óptica.
Ejemplos Métodos de medición a) Peso molecular/distribución de peso molecular
El promedio de peso del peso molecular M_{W} y la distribución del peso molecular (MWD = M_{W}/M_{n} en que M_{n} es la cifra promedio del peso molecular y M_{W} es el promedio de peso del peso molecular) se mide mediante un método basado en ISO 16014-4:2003. Se utilizó un instrumento Waters 150CV plus con la columna 3 x HT&E styragel de Waters (divinil-benceno) y triclorobenceno (TCB) como disolvente a 140ºC. El conjunto de la columna fue calibrado utilizando calibración universal con normas MWD PS estrictas (la constante Mark Howings K: 9,54*10^{-5} y un: 0,725 para PS, y K:3,92*10^{-4} y un: 0,725 para PE). La proporción entre M_{W} y M_{n} es una medida de la amplitud de la distribución, dado que cada una de ellas está influenciada por el extremo opuesto de la "población".
b) Densidad
La densidad se mide de acuerdo con ISO 1872, Anexo A.
c) Índice de fluidez en caliente/proporción del índice de fluidez
El índice de fluidez en caliente (MFR) se determina de acuerdo con ISO 1133 y se indica en g/10 min. El MFR es una indicación de la fluidez y por tanto de la capacidad de procesado del polímero. Cuanto más elevado sea el índice de fluidez menor será la viscosidad del polímero. El MFR se determina a 190ºC y puede ser determinado con cargas distintas tales como 2,16 kg (MFR_{2}), 5 kg (MFR_{5}) o 21,6 kg (MFR_{21}).
La cantidad FRR (proporción del índice de fluidez) es una indicación de la distribución del peso molecular e indica la proporción del índice de fluidez con cargas diferentes. Así, FRR_{21/2} indica el valor de MFR_{21}/MFR_{2}.
d) Parámetros reológicos
Los parámetros reológicos tales como el Índice de adelgazamiento por cizallado SHI y la Viscosidad, se determinan utilizando un reómetro, preferentemente un Reómetro Rheometrics Phisica MCR 300. La definición y las condiciones de medición están descritas en detalle desde la página 8, línea 29 hasta la página 11 línea 25 del documento WO 00/22040.
e) Resistencia al agrietamiento por tensiones ambientales (ESCR)
Se evaluó ESCR según CTL:ISO 6259 con una entalla aplicada según ASTM F1473 utilizando CTL con diferentes constantes de tensión de 2, 3 y 4 MPa. Como medio se utilizó una solución al 10% de lgepal.
f) Las muestras de cables para la evaluación fueron extrusionadas de acuerdo con lo siguiente.
1
g) Contracción
Se mide la contracción en porcentaje después de 24 horas a temperatura constante (+ 23ºC), así como después de 24 horas a una temperatura de +100ºC. Se miden muestras de cable de unos 40 cm aproximadamente. Las muestras están marcadas de manera conveniente, de tal forma que puede llevarse a cabo la medición después del acondicionamiento en el mismo punto del cable de muestra.
Si se hallara que la muestra se ha contraído durante la medición, deben realizarse previamente marcas de unos 40 cm. A continuación se corta a la longitud y se mide de nuevo. De cada cable que debe ser analizado se toman muestras por duplicado. Las muestras son colocadas en una habitación a temperatura constante durante 24 horas, después de lo cual son medidas y se calcula el valor de la contracción en porcentaje. Todas las muestras son colocadas a continuación en un lecho de talco a 100ºC durante 24 h. Se miden las muestras y se calcula la contracción total en porcentaje en base a la longitud inicial.
h) Absorción de cargas
La absorción de cargas fue medida según BTM22511 en placas enfriadas en agua fría.
i) Propiedades mecánicas
El alargamiento a la rotura y la resistencia a la tracción a la rotura fueron medidas de acuerdo con 22542/ISO 527-2/1A,B, tanto en placas como en cables que tienen una camisa de 1 mm de espesor aplicada a un conductor de aluminio de 3 mm de diámetro.
j) Deformación por calor
Esta deformación fue ensayada de acuerdo con EN 60811-3-1:1995. Se ensayó en cables con un núcleo de 3 mm con una capa encamisada de 1 mm extrusionada directamente sobre el conductor. Esta propiedad es directamente proporcional a la densidad. En este ensayo se ha utilizado un baño de agua fría durante la extrusión, reproduciendo por consiguiente, el peor de los casos. Cuando el plástico fundido encuentra el agua fría la densidad es menor que si la cristalización tiene lugar durante un enfriamiento lento, consultar la tabla para los resultados. Se anotó la muesca a 115ºC después de 4 horas y se informó del porcentaje de penetración del huevo en el grueso de la muestra.
Composiciones ensayadas
Ejemplos 1 a 5
Se prepararon dos composiciones comparativas de polietileno (EjºComp. 9 y EjºComp 10) y tres composiciones comparativas de polietileno (EjºComp 1-3). Todas las composiciones eran bimodales. A continuación se facilita información adicional sobre cada composición:
TABLA 1 Propiedades de EjºComp 9, 10 y EjºComp 1-2
2
Como aditivos se utilizaron 2.400 ppm de Irganox B225 y 1.500 ppm de estearato cálcico. El catalizador utilizado en EjºComp 9, 10 y en EjºComp 1-2 es un catalizador tipo Ziegler-Natta que corresponde al utilizado en el documento EP 6887794, Ejemplo 3.
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TABLA 2 Peso molecular y distribución del peso molecular de EjºComp 9, 10
3
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En EjºComp 9, 10 el índice de fluidez en caliente MFR_{21,6 \ kg/190^{o}C} es significativamente mayor que en los ejemplos comparativos. Además, tal como se indica por medio de los valores de FRR21/2 y MWD, los ejemplos de la invención tienen una amplia distribución del peso molecular.
EjºComp 3 es un polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) que incluye un 15% en peso de polietileno de baja densidad para mejorar la capacidad de procesado. En la Tabla 3 figuran las propiedades de la mezcla:
TABLA 3 Propiedades de EjºComp 3
4
A continuación se facilitan y se comentan las propiedades importantes del procesado y las propiedades mecánicas de estas composiciones.
Capacidad de procesado
Tal como se ha comentado ya anteriormente, la capacidad de procesado del material de la camisa incluye diversos parámetros, por ejemplo, acabado superficial, rendimiento, presión de fusión y potencia del motor de la extrusionadora. Es importante que el margen de procesado sea amplio dado que existen muchas aplicaciones diferentes para el material de encamisado.
Para evaluar la capacidad de procesado, las composiciones fueron extrusionadas en una línea de cable. Se aplicó una camisa de 1 mm de espesor sobre un conductor de aluminio de 3 mm de diámetro. Para someter a tensión el material en lo que se refiere a comportamiento a la contracción, la determinación de la temperatura no era la óptima. El conductor no fue precalentado, la temperatura de fusión era de 210ºC y la temperatura del baño de enfriamiento era de 23ºC. La velocidad de la línea era de 75 m/min.
Acabado superficial
El acabado superficial se evaluó mediante inspección visual y táctil.
La experiencia previa es que cuanto menor es el MFR mejor es el acabado superficial. Sin embargo, todos los cables producidos mostraron un acabado superficial muy liso lo cual es bastante sorprendente si se consideran los elevados valores del MFR21 escogidos para EjºComp 9, 10.
Rendimiento y presión de fusión
En la Tabla 4 se muestran los datos del ensayo de la extrusión de la línea de cable.
TABLA 4 Ensayo de extrusión de la línea de cable
5
Los resultados de la Tabla 4 indican claramente que las composiciones pueden ser extrusionadas con una presión menor y una potencia menor de la extrusionadora.
En la figura 1 se muestra asimismo el efecto de MFR_{21,6 \ kg/190^{o}C} en la presión de la extrusionadora. Debido al menor MFR21, EjºComp 1-2 necesita una presión de extrusión mucho más elevada para obtener la misma producción. Mediante la mezcla de LDPE y LLDPE (es decir, EjºComp 3), es posible tener una presión en la extrusionadora comparable a la de EjºComp 9, 10. Sin embargo, la adición de LDPE afecta negativamente a las propiedades mecánicas, a la deformación por calor y al comportamiento frente a la contracción, tal como se mostrará más adelante.
Resistencia al agrietamiento por tensiones ambientales (ESCR)
El agrietamiento por tensiones ambientales se evaluó utilizando CTL con diferentes tensiones constantes. Como medio se utilizó una solución al 10% de igepal. Los resultados se muestran en la Tabla 5.
TABLA 5 Resultados de ESCR
6
Propiedades mecánicas
El alargamiento a la rotura y la resistencia a la tracción se han resumido en la Tabla 6. Los resultados demuestran que los ejemplos de la invención tienen buenas propiedades mecánicas. En otras palabras, se ha mejorado la capacidad de procesado manteniendo las propiedades mecánicas a un nivel elevado.
TABLA 6 Datos sobre las propiedades mecánicas
7
Contracción
Los valores de la contracción aparecen listados en la Tabla 7.
TABLA 7 Comportamiento a la contracción
8
Los datos de la Tabla 7 indican que las composiciones presentan una contracción reducida. En particular, es evidente que la mejora en la capacidad de procesado de EjºComp 3 (por ejemplo, presión de extrusión reducida) afecta negativamente al comportamiento de la contracción.
Compatibilidad con compuestos de carga
La principal aplicación de las camisas LD y LLD es en cables de telecomunicación. En muchos cables de telecomunicación de cobre o de fibra óptica, se utilizan compuestos de carga para protegerlos contra la entrada de agua. Habitualmente, en cables de cobre se utiliza una gelatina basada en petróleo, Insojell 3332. Este compuesto de carga es normalmente el compuesto de carga que proporciona la absorción mayor.
Se han realizado dos ensayos, incremento de peso e influencia en las propiedades mecánicas.
Se sumergieron falsas campanas de 2 mm de espesor a partir de placas comprimidas, en Insojell 3332 durante 7 días. Las muestras se colocaron en varillas de aluminio para permitir el acceso libre de la gelatina de petróleo por todos los lados. El envejecimiento se realizó a 60ºC. Para los resultados ver la Tabla 9.
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TABLA 9 Influencia de la gelatina de petróleo
9
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Ejemplos 6 a 13
En estos ejemplos, se prepararon tres composiciones de polietileno según la presente invención (Ej. 3 a 5) y cinco materiales de referencia (EjºComp 4 a 8).
Los ejemplos de la invención fueron preparados en un proceso secuencial multietapa que incluye una etapa de prepolimerización, seguida de la polimerización en un reactor de bucle y a continuación en un reactor de fase gas. De este modo, la composición final incluía tres fracciones de polímero.
Como catalizador para los ejemplos 3 a 5, se utilizó un catalizador comercial Lynx 200^{TM} fabricado y suministrado por Engelhard Corporation.
Al igual que en los ejemplos de la invención, EjºComp 4 y 5 se prepararon en un proceso secuencial multietapa. Sin embargo, a diferencia de Ejº 3 a 5, no se incluyó la etapa de prepolimerización. De esta forma, EjºComp 4-5 son bimodales.
EjºComp 4 está basado en EjºComp 1. Sin embargo, se añadió polietileno de baja densidad.
EjºComp 5 corresponde a EjºComp 1.
EjºComp 6 y 7 están basados ambos en polietileno lineal de baja densidad al cual se ha añadido polietileno de baja densidad para mejorar la capacidad de procesado.
EjºComp 8 fue preparado en un proceso de dos etapas, siendo llevada a cabo la primera etapa en un reactor de bucle, seguida por una etapa de polimerización de fase gas.
\newpage
En la Tabla 10 se facilita información adicional sobre estas composiciones.
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TABLA 10 Condiciones del proceso y propiedades para Ejº 3 a 5
10
11
12
TABLA 11 Propiedades de los materiales de referencia
13
El ejemplo comparativo 4 es el mismo que el ejemplo comparativo 5 pero mezclado con un 15% de LDPE.
En la Tabla 12 se resumen los pesos moleculares y la distribución de pesos moleculares de Ejº 3-5 y de EjºComp 5 y 8. Por la Tabla 12 es evidente que la presencia de una tercera fracción en las composiciones de la invención amplía de forma significativa la distribución de pesos moleculares si se compara con los materiales de referencia.
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TABLA 12 Peso molecular y distribución de pesos moleculares
14
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En la Tabla 13, se muestra el índice de adelgazamiento por cizallado SHI (2,7/210) de Ejº 3-5 y de EjºComp 8.
TABLA 13 Índice de adelgazamiento por cizallado
15
Tal como se muestra en la Tabla 13, las composiciones de la invención tienen un índice de adelgazamiento por cizallado elevado, que supera de forma significativa los valores del material de referencia. Tal como se ha comentado anteriormente, unos valores elevados de SHI indican una distribución amplia del peso molecular
Las composiciones han sido sometidas a ensayos en lo que se refiere a capacidad de procesado y a propiedades mecánicas. Más adelante se muestran y se comentan los resultados.
Acabado superficial
El acabado superficial fue evaluado mediante inspección visual y táctil. Se observaron dos fenómenos diferentes, primero el acabado superficial como tal pero asimismo la forma del aislamiento. A velocidades elevadas de la línea se produjo una forma ondulada en algunos de los materiales. Lo anterior se debe a la resistencia a la fusión y lo segundo se debe más al bombeo de la extrusionadora y posiblemente podría ser corregido aumentando la temperatura de fusión. Sin embargo, indica un margen de procesado más estrecho. La experiencia anterior es que cuanto menor es MFR, mejor es el acabado superficial. Aunque las composiciones de la invención tienen un MFR mucho más elevado, proporcionan unos resultados excelentes a estas velocidades de la línea.
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TABLA 14 Evaluación de las propiedades superficiales
16
Presión de fusión
Al igual que en EjºComp 9, 10, los ejemplos 3 a 5 de la invención tienen una presión de fusión reducida a una velocidad de línea específica. Con EjºComp 6-7 (es decir, mezclas de LLDPE y LDPE) puede obtenerse asimismo una baja tensión de fusión. No obstante, tal como se mostrará más adelante, en estos materiales la baja tensión de fusión afecta negativamente al comportamiento de la resistencia a la tracción, de la deformación por calor y de la contracción.
En EjºComp 4, 5 y 8, la tensión de fusión es significativamente más elevada.
En la figura 2 se muestra la tensión de fusión en función de la velocidad de la línea.
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas han sido resumidas en las tablas 15 y 16.
TABLA 15 Propiedades mecánicas medidas sobre placas
17
Los datos de la Tabla 15 muestran que los ejemplos de la invención tienen buenas propiedades mecánicas. En particular, cuando se compara Ejº 3-5 con EjºComp 6, es evidente que solamente los ejemplos de la invención tienen un mejor equilibrio entre capacidad de procesado (por ejemplo, presión de fusión reducida) y propiedades mecánicas.
TABLA 16 Propiedades mecánicas medidas sobre cables
18
Contracción
Se midió la contracción a las 24 horas a 23ºC y a 100ºC. Los resultados están resumidos en la Tabla 17. Los ejemplos de la invención muestran buen comportamiento a la contracción.
TABLA 17 Comportamiento a la contracción
19
Compatibilidad con compuestos de carga
Se llevaron a cabo dos ensayos de compatibilidad: incremento de peso e influencia en las propiedades mecánicas.
Se colocaron falsas campanas de 2 mm de espesor obtenidas a partir de placas prensadas, en Insojell 3332 durante 7 días. Las muestras se colocaron en varillas de aluminio para permitir acceso libre a la gelatina de petróleo por todos los lados. El envejecimiento se realizó a 70ºC. En la Tabla 18 se muestran los resultados.
TABLA 18 Resultados de los ensayos de compatibilidad
20
Los materiales preparados en un proceso secuencial multietapa (es decir, Ejº 3-5 y EjºComp 4, 5 y 8) tienen un cambio más pronunciado en las propiedades mecánicas que la mezcla de LLDPE/LDPE. Con respecto al incremento de peso por absorción, los ejemplos de la invención tienen los valores más bajos. De este modo, considerando ambos efectos (es decir, cambio en las propiedades mecánicas así como cambio en peso), los materiales de la invención presentan el mejor equilibrio.
En la Tabla 19 se muestran los valores de la deformación por calor.
TABLA 19 Deformación por calor
21
Temperatura de cristalización
En la Tabla 20 están anotadas las temperaturas de cristalización de Ejº 3-5 y de EjºComp 5.
TABLA 20 Temperatura de cristalización
22
El incremento de la temperatura de cristalización es beneficioso para el procesado, por ejemplo, para aplicaciones en película, dado que la fracción de peso molecular elevado (iii) actúa como un agente nucleador, incrementando la cristalización. Esto es ventajoso para las propiedades de enfriamiento después de procesado el artículo.

Claims (21)

1. Cable de potencia o de comunicación que comprende una capa exterior de funda fabricada con una composición de polietileno que comprende una resina base que comprende:
(A)
una primera fracción de etileno homo- o copolímero,
(B)
una segunda fracción de etileno homo- o copolímero, y
(C)
una tercera fracción de etileno homo- o copolímero, en una cantidad de hasta el 20% en peso de la resina base total, en la que la fracción (A) tiene un peso molecular menor que la fracción (B), y la resina base tiene una distribución de pesos moleculares M_{W}/M_{n} superior a 14, y la fracción (C) tiene un MFR_{2} de 0,1 g/10 min o menor.
2. Cable, según la reivindicación 1, en el que la resina base tiene una distribución de pesos moleculares M_{W}/M_{n} de 23 o mayor.
3. Cable, según la reivindicación 1 ó 2, en el que la resina base tiene un MFR_{21}, por lo menos de 90 g/10 min.
4. Cable, según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina base tiene un MFR_{2} de 0,05 a 5 g/10 min.
5. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina base tiene un MFR_{2} de 0,5 a 1,2 g/10 min.
6. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina base tiene una densidad de 0,915 a 0,960 g/cm^{3}.
7. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina base tiene una densidad de 0,918 a 0,928 g/cm^{3}.
8. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina base tiene una proporción del índice de fluidez FRR de 50 a 150.
9. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina base tiene una proporción del índice de fluidez FRR de 80 a 130.
10. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (A) tiene un MFR_{2} de 50 a 5.000 g/10 min.
11. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (A) tiene una densidad de 0,930 a 0,975 g/cm^{3}.
12. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (A) es un copolímero de etileno, por lo menos con una alfa olefina adicional.
13. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (B) tiene un MFR_{2} de 0,01 a 1 g/10 min.
14. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (B) tiene una densidad de 0,880 a 0,930 g/cm^{3}.
15. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (B) es un copolímero de etileno, por lo menos con una alfa olefina adicional.
16. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (C) está presente en la resina base en una proporción de 1% en peso a 5% en peso.
17. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (C) tiene un MFR_{21} inferior a 1 g/10 min.
18. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción de pesos de las fracciones (A):(B) en la resina base es de 40:60 hasta 60:40.
19. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición tiene un SHI_{(2,7/210)} de 5 a 300.
\newpage
20. Cable, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina base es una mezcla realizada "in situ".
21. Utilización de una composición de polietileno que comprende una resina base según la reivindicación 1 para la producción de una capa exterior de funda de un cable de potencia o de comunicación.
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