EoW May 2008

español Elastómeros olefínicos para aplicaciones de alambre y cable Por Day-Chyuan Lee, Ray Laakso, Larry Gross y Jack Muskopf, The Dow Chemical Company

1. Estructura de los elastómeros

Resumen Los materiales poliméricos de aislamiento y revestimiento representan un medio fiable y rentable para proteger cables, alambres y fibras de alimentación y datos. La selección de un revestimiento polimérico para uso específico depende de numerosos factores, como las propiedades eléctricas, ambientales y físicas requeridas por el cable. Los compuestos plásticos y elastoméricos son dos de los grupos más comunes de materiales utilizados en la mayoría de las estructuras de alambres y cables. Gracias a sus buenas prestaciones y a su coste relativamente bajo, el polietileno es uno de los materiales plásticos más usados en la industria del alambre y cable, por lo que posee una gran cuota de mercado. Como para los plásticos, los cables realizados con compuestos elastoméricos poseen características de prestaciones específicas que dependen de su estructura polimérica especial. Los elastómeros son polímeros que poseen una extrema extensibilidad elástica y flexibilidad cuando se someten a esfuerzos mecánicos relativamente bajos. La comparación entre la estructura polimérica del polietileno y tres elastómeros comercializados actualmente (etileno octeno (EO) (o etileno buteno (EB)), polietileno clorado (CM), y EPDM (terpolímero de etileno propileno dieno) revela las similitudes y las diferencias de estas clases de materiales, y ofrece un análisis de sus prestaciones. Todos estos polímeros presentan una estructura de esqueleto saturado, pero la flexibilidad, la naturaleza táctil y las prestaciones de los compuestos son muy diferentes. Los materiales elastoméricos EO/EB, CM, o EPDM más amorfos tienden a producir compuestos más flexibles que los compuestos de polietileno. En este estudio se dará una visión general del papel que juegan estos polímeros elastoméricos en las aplicaciones de alambre y cable, y se ilustrarán las similitudes y diferencias de los materiales debidas a su estructura polimérica. Se analizarán en particular las resinas elastoméricas. Se resaltarán las relaciones existentes entre estructura y propiedades para explicar más claramente los beneficios y desventajas principales que ofrece cada tipo de polímero para la industria del alambre y del cable. Los elastómeros pueden ser usados en una amplia gama de aplicaciones, incluidos los sistemas termoplásticos y termoendurecibles, como los sistemas de revestimiento, aislamiento, relleno, baja emisión de humo sin halógenos, y aislamiento de baja tensión. Como ejemplo, se presentarán los datos técnicos pertinentes al uso de estos polímeros en las aplicaciones típicas de alambre y cable.

Los elastómeros de poliolefina comerciales son copolímeros de etileno con una o más altas alfa oleofinas como el etileno-octeno (EO), etileno-hexeno (EH), etileno-buteno (EB), como se ilustra en la Figura 1 . Los cauchos de etileno-propileno (EPR) son copolímeros de etileno y propileno organizados aleatoriamente para producir polímeros gomosos y estables. Para mantener el esqueleto saturado y poner la insaturación reactiva a un lado de la cadena se puede usar un tercer monómero dieno no conjugado obteniendo de manera controlada un terpolímero. La designación ASTM para el EPR es EPM para los copolímeros y EPDM para los terpolímeros, donde “E” indica “etileno”, “P” indica “propileno”, “D” indica “dieno” y “M” indica una cadena saturada tipo polimetileno. En la Figura 2 se ilustra una estructura polimérica EPDM con etilideno norboneno (ENB) como monómero dieno. El polietileno clorado (CPE) es un elastómero sintético producido por cloración controlada de la materia prima de alimentación de polietileno [1] con átomos de cloro distribuidos aleatoriamente en el esqueleto del polímero. En la Figura 3 se ilustra una estructura química generalizada del CPE. La designación ASTM para el CPE es CM o cloropolietileno, donde “C” indica “cloro” y “M” indica una cadena saturada tipo polimetileno. Gracias a la estructura estable y saturada del esqueleto del polímero, los compuestos obtenidos a partir de elastómeros de etileno son muy preciados por su excelente combinación de resistencia al calor y al aceite, como se indica y clasifica en la especificación ASTM D2000/SAE J200 [2,3] y se ilustra en la Figura 4 . Además de la durabilidad en ambientes difíciles, la flexibilidad de estos compuestos facilita la instalación de los cables y permite obtener empalmes y terminaciones fiables, especialmente a bajas temperaturas. Gracias a estas características, son especialmente indicados para el aislamiento y revestimiento de cables. Las gamas de flexibilidad de los elastómeros de etileno comparadas a las de los plásticos comunes están ilustradas en la Figura 5 . 2. Relación entre estructura y propiedades Cristalinidad, peso molecular (MW), distribución de peso molecular (MWD), ramificación, tipo/ nivel de copolímero/dieno y contenido de

Figura 1 ▲ ▲ : Estructura de elastómero de etileno-buteno

Figura 2 ▲ ▲ : Estructura de EPDM con etilideno norboneno (ENB)

Figura 3 ▲ ▲ : Estructura de CPE

cloro son algunas de las principales variables de la estructura de la cadena que se pueden modificar para optimizar las prestaciones de los elastómeros de etileno comerciales. 2.1 Cristalinidad y peso molecular Una disposición ordenada y repetida de átomos o grupos de átomos puede formar una estructura cristalina. La cristalinidad y el punto de fusión cristalino dependen de la longitud de los bloques de segmentos de etileno, y de las imperfecciones cristalinas de los elastómeros de etileno. Comparados con los copolímeros de etileno con alfa-olefinas más altas, el copolímero de etileno-propileno presenta típicamente bloques de etileno más cortos y con más defectos en la fase cristalina. La cristalinidad del CPE puede ser ajustada a través del proceso de cloración para obtener un producto amorfo o semicristalino. El nivel de cristalinidad residual del polietileno también es importante para controlar las propiedades físicas globales de CPE. Los bloques de etileno son demasiado cortos en un copolímero aleatorio para dar como resultado una cristalinidad significativa y un polímero amorfo. El copolímero de etileno amorfo es blando y maleable, y generalmente presenta propiedades físicas inferiores a las de un elastómero con cristalinidad más alta. A aproximadamente 60 wt% de etileno, un elastómero olefínico presenta una cristalinidad y dureza suficientes para ser reducido en gránulos. Debido al proceso de cloración, el CPE se encuentra siempre en forma

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