El carbonato de calcio es el relleno mineral más utilizado en los compuestos de cables y alambres de PVC. Se emplea tanto en el aislamiento como en el revestimiento, donde reduce el costo del material, mejora la estabilidad dimensional y proporciona resistencia al fuego. La elección principal para un fabricante de compuestos es sencilla: usar carbonato de calcio sin recubrimiento o, invirtiendo un poco más, adquirir un grado recubierto y con tratamiento superficial. Esta guía explica los niveles de carga, la diferencia entre ambos y cómo seleccionar el polvo adecuado para cables.
Por qué los compuestos de los cables dependen del carbonato de calcio
El carbonato de calcio se ha ganado su lugar en las formulaciones de cables por razones prácticas. Es económico y fácil de obtener, lo que lo convierte en la forma más rápida de reducir el costo del compuesto. Durante el procesamiento y el uso prolongado, el PVC libera cloruro de hidrógeno, y el carbonato de calcio absorbe parte de él, aliviando la carga del estabilizador y ralentizando la degradación. En el revestimiento, también contribuye a la resistencia al fuego, ya que se descompone con el calor, libera dióxido de carbono y diluye el contenido combustible. Además, deja la superficie del revestimiento más seca y reduce la contracción.
¿Qué cantidad de carbonato de calcio se utiliza en el aislamiento frente al revestimiento?
Primero, un término. La cantidad de relleno en el PVC se suele expresar en phr, abreviatura de partes por cien de resina. Una carga de 30 phr significa 30 partes de relleno por cada 100 partes de PVC.
La cantidad de relleno depende de la aplicación. El revestimiento admite bastante relleno, por lo que se suele añadir carbonato de calcio molido (GCC) en proporciones de 10 a 100 phr, donde controla principalmente el coste, la rigidez y la estabilidad dimensional. El aislamiento es mucho más sensible eléctricamente, por lo que la cantidad de relleno suele oscilar entre 5 y 25 phr, y la calidad es más importante que la cantidad. El aislamiento requiere un polvo fino de alta pureza con tratamiento superficial.
Carbonato de calcio recubierto frente a carbonato de calcio sin recubrimiento
| Atributo | Sin recubrimiento | Recubierto (tratado superficialmente) |
| Superficie | Hidrofílico | Hidrofóbico |
| Revestimiento | Ninguno | Ácido esteárico, 1% a 3% |
| Dispersión en PVC | Moderado, se forman grumos con cargas altas. | Bien, se mantiene incluso con cargas altas. |
| Carga típica (revestimiento) | De 10 a 100 phr, observe la caída de tensión. | Mayor carga segura, a menudo de 10 a 20 phr adicionales. |
| Tamaño típico de partícula | De 5 a 25 micras | De 5 a 15 micras, con posibilidad de granulometrías más finas. |
| Impacto mecánico | La resistencia a la tracción y la elongación disminuyen a medida que aumenta la carga. | Menor pérdida con la misma carga. |
| Rendimiento eléctrico | Menor resistividad cuando está húmedo | Mayor rigidez dieléctrica y resistividad |
| Mejor uso | Revestimiento general | Aislamiento y revestimiento exigente |
Carbonato de calcio sin recubrimiento
El carbonato de calcio sin recubrimiento, ya sea GCC o PCC, tiene una superficie hidrófila. Esto le confiere una compatibilidad moderada con el PVC hidrófobo. A bajas concentraciones, esto apenas importa. Sin embargo, al aumentar la concentración, el polvo se dispersa mal y se aglomera, lo que provoca una notable disminución tanto de la resistencia a la tracción como de la elongación a la rotura. La extrusión también se vuelve más pesada, con un mayor par de torsión en el husillo. Por este motivo, el polvo sin recubrimiento se utiliza principalmente como relleno general en revestimientos menos exigentes, con un tamaño de partícula típico de 5 a 25 micras.
Carbonato de calcio recubierto (tratado superficialmente)
El carbonato de calcio recubierto lleva una capa de ácido esteárico, generalmente de 11 TP3T a 31 TP3T en peso. El recubrimiento hace que la superficie sea hidrofóbica, mejora la dispersión y se adhiere con mayor fuerza a la resina. Con la misma carga, las propiedades mecánicas se deterioran menos, y a menudo se puede aumentar la carga entre 10 y 20 phr adicionales sin dañar el compuesto. Se ha informado que el polvo recubierto en el aislamiento aumenta la rigidez dieléctrica en aproximadamente 401 TP3T y la resistividad volumétrica en uno o dos órdenes de magnitud. En el revestimiento, proporciona una superficie más lisa, menor absorción de humedad y un rendimiento eléctrico más estable. El tratamiento superficial elimina la antigua disyuntiva entre alta carga y procesabilidad, por lo que se puede usar más relleno para ahorrar costos sin arruinar el compuesto.
Dónde encajan el GCC, el PCC y el nanocarbonato de calcio
La mayoría de los compuestos para cables se elaboran con carbonato de calcio molido. Es económico y cubre la mayor parte de la demanda de relleno en el revestimiento. El carbonato de calcio precipitado es más fino y uniforme, por lo que se utiliza cuando se requiere consistencia o un acabado más blanco y suave al tacto. El nanocarbonato de calcio se sitúa en la gama alta y se utiliza en aislamientos de pared delgada o de alto rendimiento, donde una partícula muy fina y bien dispersa mejora tanto la resistencia como las propiedades eléctricas. La elección depende de las funciones que deba cumplir el compuesto y de cuánto esté dispuesto a pagar el cliente por ese rendimiento.
Cómo elegir el grado adecuado de carbonato de calcio
Tamaño de partícula: beneficios del aislamiento De 0,1 a 5 micras El polvo, mientras que el revestimiento puede admitir partículas más gruesas. Un carbonato de calcio molido típico para cables recubiertos tiene un tamaño de partícula de alrededor de 1250 mallas, con un D50 cercano a 5 micras y un D97 cercano a 15 micras.
Pureza: esto importa más que el brillo. Las impurezas conductoras reducen el rendimiento del aislamiento, por lo que un polvo barato y poco refinado resulta un falso ahorro en materia de aislamiento.
Absorción de aceite y humedad: el polvo con baja absorción de aceite y baja humedad requiere menos plastificante y es menos propenso a generar burbujas o poros durante la extrusión. Los grados para cables deben ser hidrofóbicos, estar bien dispersos y tener baja humedad, con una absorción de aceite que se mantenga en valores bajos, dentro de los límites del 10%, siempre que el grado lo permita.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre el carbonato de calcio recubierto y el no recubierto?
El carbonato de calcio sin recubrimiento tiene una superficie hidrófila y se dispersa mal a altas concentraciones. El carbonato de calcio recubierto lleva una capa de ácido esteárico que lo hace hidrófobo, por lo que se dispersa mejor, permite mayores concentraciones y ofrece un mejor rendimiento como aislante.
¿Qué cantidad de carbonato de calcio se utiliza en los compuestos de los cables de PVC?
El revestimiento puede consumir de 10 a 100 phr, mientras que el aislamiento generalmente se mantiene en el rango de 5 a 25 phr porque es más sensible a la electricidad.
¿Se utiliza carbonato de calcio en el aislamiento de cables?
Sí. El aislamiento utiliza menores cantidades de carbonato de calcio fino, de alta pureza y con tratamiento superficial para controlar los costos sin reducir la rigidez dieléctrica ni la resistividad volumétrica.
¿Qué tamaño de partícula de carbonato de calcio es el más adecuado para el revestimiento de cables?
El revestimiento tolera polvos más gruesos, normalmente de 5 a 25 micras, y suele utilizar carbonato de calcio molido recubierto de malla 1250 con un D50 cercano a las 5 micras. Los granulométricos más finos se reservan para el aislamiento.
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— Emily Chen, Ingeniero