Efecto del plastificante sobre la resistividad volumétrica del cable de PVC
PALABRAS CLAVE
Este estudio compara seis plastificantes, incluido el DOTP para cables de PVC, en concentraciones de 26 a 56 phr para identificar cuál conserva la mayor resistividad volumétrica, la propiedad que determina el rendimiento del aislamiento del cable.
Metodología de estudio
Preparación de la muestra Se mezclaron resinas de PVC de cinco fabricantes (A/B/C: proceso de carburo de calcio; D/E: proceso de etileno) con estabilizadores, ácido esteárico y distintas cantidades de plastificantes (DOTP, DOP, DIDP, DIOP, DINP, TOTM). El contenido de plastificante osciló entre 26 y 56 partes por cada 100 partes de PVC. Procesabilidad :Las muestras se mezclaron en un molino abierto de dos rodillos a 155–160 °C (relación de velocidad de los rodillos 1:1.35) y se moldearon por compresión en una máquina de vulcanización plana (160 °C, precalentamiento de 0.2 MPa durante 5 min, prensado en caliente de 15 MPa durante 3 min y prensado en frío de 15 MPa durante 3 min). Prueba de resistividad volumétrica :Realizado de acuerdo con los estándares GB/T 8815-2008 y GB/T 1410-2006 utilizando un medidor de alta resistencia (ZC-36).
Diseño Experimental
Materiales :
- Resinas de PVC (Tipo 5, procesos de carburo de calcio/etileno).
- Aditivos: Estabilizador de calcio y zinc (Adik Chemical), ácido esteárico (Indonesia Sineen), plastificantes (DOTP, DOP).
Equipos :Laminador abierto de dos rodillos, máquina vulcanizadora plana, medidor de alta resistencia, balanza analítica. Formulación :
- Componentes fijos: PVC (100 partes), estabilizador (3.5 partes), ácido esteárico (0.8 partes).
- Componente variable: Plastificante (26, 34, 42, 50 o 56 partes).
Procedimiento :Mezcla → Plastificación → Moldeo → Prueba de resistividad.
Resultados y Análisis
- Efectos del tipo y la concentración del plastificante
:
- En plastificante de 26 partes, la clasificación de resistividad (de mayor a menor) fue: DOTP > TOTM > DIOP > DINP > DOP > DIDP.
- A medida que aumenta el contenido de plastificante, las tendencias de resistividad divergieron (Tabla 2):
Alta concentración (≥42 partes) :DOP/DIDP mostró caídas de resistividad más pronunciadas debido a una mayor movilidad de iones.
- El PVC de carburo de calcio mostró consistentemente una resistividad menor que el PVC de proceso de etileno.
- La inestabilidad térmica y una distribución más amplia del peso molecular en el PVC de carburo de calcio amplificaron las reducciones de resistividad con la adición de plastificante.
Cómo los fabricantes seleccionan un plastificante para cables de PVC
El estudio de resistividad anterior establece un factor de 1; un fabricante especifica que el compuesto del cable tiene en cuenta seis factores en total. Si se omite alguno, el cable pasa la prueba de laboratorio, pero falla en servicio.
1. Resistividad volumétrica (tratada anteriormente). Entre 26 y 34 phr, DOTP y TOTM mantienen la zona de alta resistividad. Por encima de 42 phr, DOP y DIDP caen drásticamente, razón por la cual los grados de aislamiento de alta flexibilidad se mantienen por debajo de ese umbral.
2. Volatilidad y migración. Las cubiertas de los cables permanecen a temperaturas de entre 70 y 90 °C durante décadas, y un plastificante con una presión de vapor dos órdenes de magnitud superior a la del TOTM migrará, fragilizará el polímero y agrietará el aislamiento mucho antes de que falle el cobre. La norma ASTM D1203 es la prueba de cribado; las especificaciones de larga duración sustituyen el DOP por TOTM o plastificantes poliméricos.
3. Flexibilidad a bajas temperaturas. Los cables para exteriores y para servicio refrigerado deben mantenerse flexibles por debajo de -20 °C. Los cables DOP se endurecen rápidamente a esa temperatura, mientras que los cables DOA y DINA conservan su flexibilidad hasta aproximadamente -40 °C. La prueba de flexión en frío según la norma ASTM D1043 es la prueba de calificación.
4. Cumplimiento normativo. El Anexo XIV del Reglamento REACH restringe el uso de DEHP/DOP, DBP y BBP en cables destinados a la UE, y la directiva RoHS extiende esta restricción a los equipos eléctricos. DOTP, DINP, DIDP y TOTM cumplen con ambas normativas; para los envíos a la UE, la lista de requisitos reglamentarios es más corta que la técnica.
5. Procesabilidad. El DOTP requiere una temperatura de fusión aproximadamente 10–15 °C superior a la del DOP; la fusión insuficiente se manifiesta como una dispersión de la resistividad y una pérdida de resistencia a la tracción. El cambio de plastificante sin ajustar el perfil de la extrusora provoca la mayoría de las fallas en línea.
6. Coste por metro de cable. DOTP tiene un precio ligeramente superior a DOP; TOTM es considerablemente más caro. La comparación correcta es el costo por metro en la especificación objetivo: un precio más elevado. Plastificante DOTP que reduce la dosis de carga en 4 phr o que omite un estabilizador puede ser el compuesto más económico.
| Aplicación de cable | Plastificante recomendado |
|---|---|
| Aislamiento de baja tensión (≤1 kV) | DOTP o DINP |
| Aislamiento de media/alta tensión, servicio a ≥90 °C. | TOTM |
| Chaqueta para exteriores/climas fríos | Mezcla DOA o DINA |
| Cableado de edificios, sujeto a REACH | DOTP |
Cómo elegir la banda de carga adecuada para el aislamiento del cable
El DOTP para cables de PVC resulta superior en el rango de 26 a 34 phr, ya que la estructura del éster de tereftalato atrapa los iones de la cadena polimérica con mayor firmeza que los ortoftalatos. El estudio de resistividad anterior muestra una diferencia de aproximadamente un orden de magnitud con respecto al DOP a 26 phr. Este margen permite al fabricante especificar un aislamiento más delgado con la misma constante dieléctrica o cumplir con las especificaciones de retención de la norma IEC 60502-1 sin sobrecargar el sistema estabilizador.
En la adquisición de cables, la clave para la personalización reside en la banda de carga, no en el nombre del plastificante. Con 26–34 phr, el DOTP mantiene una resistividad volumétrica superior a 10¹⁴ Ω·cm y cumple con la normativa REACH para cables de baja tensión en edificios; con 34–42 phr, resulta adecuado para cables flexibles, donde el radio de curvatura es más importante que la resistividad máxima. Por encima de 42 phr, la decisión se centra en la resistencia a la migración y el coste.
El error común
Las especificaciones del cable fallan en servicio cuando se optimiza de forma aislada uno de los seis factores. Una resistividad de 26 phr puede parecer impresionante en el laboratorio; sin embargo, el cable sigue fallando si la banda de carga ignora la migración a 80 °C o la flexión en frío a -20 °C. Es fundamental especificar todos los parámetros desde el principio, ya que cada factor influye en la vida útil del cable.