FR2972561A1 - ELECTRICAL CABLE WITH MEDIUM OR HIGH VOLTAGE - Google Patents
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Abstract
La présent invention concerne un câble (1) comprenant un élément conducteur allongé (2) entouré par au moins une couche polymérique (3, 4, 5), caractérisé en ce que ladite couche polymérique (3, 4, 5) est une couche non réticulée obtenue à partir d'une composition comprenant au moins un polymère thermoplastique de type polyoléfine ayant une viscosité capillaire (η) comprise entre 11000 Pa.s à 170°C, et 5000 Pa.s à 230°C, avec un cisaillement de 0,1 s-1.The present invention relates to a cable (1) comprising an elongate conductive element (2) surrounded by at least one polymeric layer (3, 4, 5), characterized in that said polymeric layer (3, 4, 5) is a non-conductive layer crosslinked material obtained from a composition comprising at least one polyolefin-type thermoplastic polymer having a capillary viscosity (η) of between 11000 Pa.s at 170 ° C. and 5000 Pa.s at 230 ° C., with a shear of 0 , 1 s-1.
Description
1 Câble électrique à moyenne ou haute tension La présente invention se rapporte à un câble comprenant un élément conducteur allongé entouré par au moins une couche polymérique. The present invention relates to a cable comprising an elongate conductive element surrounded by at least one polymeric layer.
Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, aux domaines des câbles d'énergie à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieur à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 800 kV), qu'ils soient à courant continu ou alternatif. Les câbles d'énergie à moyenne ou haute tension comprennent au moins typiquement un conducteur électrique central et, successivement et coaxialement autour de ce conducteur électrique, une couche interne semi-conductrice, une couche intermédiaire électriquement isolante, une couche externe semi-conductrice. En configuration opérationnelle, les câbles d'énergie ont une température normale de fonctionnement liée à la température maximum du conducteur électrique qui les compose. Selon la norme IEC 60840 de 2004, Tableau 1 de la page 62, les températures maximales du conducteur électrique peuvent aller de 70°C à 90°C. A 70°C, les isolants préconisés sont des isolants non réticulés du type polyéthylène thermoplastique de basse densité. A 80°C, les isolants préconisés sont des isolants non réticulés du type polyéthylène thermoplastique de haute densité. Enfin, à 90°C, les isolants préconisés sont des isolants du type polyéthylène réticulé, ou élastomère d'éthylène et de propylène. Un isolant utilisé de façon inadéquate, comme par exemple un polyéthylène thermoplastique basse ou haute densité utilisée comme couche isolante dans des câbles dont les températures maximales sont de 90°C, induirait des problèmes de déformation mécanique de la matière de l'isolant et donc des risques de claquage électrique du câble en question. A ce jour, aucun isolant de type polyoléfine existant ne permet d'avoir 30 une tenue à 90°C en configuration opérationnelle, tout en étant facile à mettre en oeuvre et recyclable. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant une couche polymérique pour câble garantissant de bonnes propriétés mécaniques à haute température (e.g. au moins 90°C) tout en étant facile à mettre en oeuvre. La présente invention a pour objet un câble comprenant un élément conducteur allongé entouré par au moins une couche polymérique, caractérisé en ce que ladite couche polymérique est une couche non réticulée obtenue à partir d'une composition comprenant au moins un polymère thermoplastique de type polyoléfine ayant une viscosité capillaire (n) comprise entre 11000 Pa.s à 170°C, et 5000 Pa.s à 230°C, avec un cisaillement de 0,1 s-1, de préférence une viscosité capillaire (n) comprise entre 10800 Pa.s à 170°C et 5300 Pa.s à 230°C, avec un cisaillement de 0,1 s-1, et de façon particulièrement préférée une viscosité capillaire (n) comprise entre 10300 Pa.s à 170°C et 5700 Pa.s à 230°C, avec un cisaillement de 0,1 s-1 Selon un mode de réalisation particulier, la viscosité capillaire peut en outre être d'au plus 0,80 Pa.s à 170°C et à 230°C, avec un cisaillement de 106 s-1 et on préférera une viscosité capillaire comprise entre 0,60 à 170°C et 0,50 à 230°C, avec un cisaillement de 106 s-1. Selon un autre mode de réalisation particulier, la viscosité capillaire peut en outre être comprise entre 280 Pa.s à 170°C et 210 Pa.s à 230°C, avec un cisaillement de 103 s-1, et de préférence la viscosité capillaire est comprise entre 260 Pa.s à 170°C et 220 Pa.s à 230°C, avec un cisaillement de 103 s-1. Le demandeur a découvert de façon surprenante que le polymère thermoplastique de type polyoléfine de l'invention, utilisé en tant que couche non réticulée pour câble, permettait avantageusement de satisfaire les conditions du test de pression à chaud à 130°C, selon la norme CEI 60811-3-1 paragraphe 8. La couche polymérique de l'invention présente ainsi l'avantage de garantir de bonnes propriétés mécaniques à haute température, notamment à des températures de 90°C ou plus. Elle peut donc s'appliquer à des câbles d'énergie qui ont une température de fonctionnement de 90°C, en configuration opérationnelle. En outre, la couche polymérique de l'invention est facile à mettre en oeuvre, notamment par des techniques classiques d'extrusion bien connues de l'homme du métier. It applies typically, but not exclusively, to the fields of medium-voltage (in particular 6 to 45-60 kV) or high-voltage (in particular greater than 60 kV, and up to 800 kV) energy cables. , whether DC or AC. The medium or high voltage energy cables comprise at least typically a central electrical conductor and, successively and coaxially around this electrical conductor, a semiconducting inner layer, an electrically insulating intermediate layer, a semiconducting outer layer. In operational configuration, the power cables have a normal operating temperature related to the maximum temperature of the electrical conductor that composes them. According to the IEC 60840 standard of 2004, Table 1 on page 62, the maximum temperatures of the electrical conductor can range from 70 ° C to 90 ° C. At 70 ° C., the insulating materials recommended are non-crosslinked insulators of the low-density thermoplastic polyethylene type. At 80 ° C., the insulating materials recommended are non-crosslinked insulators of the high-density thermoplastic polyethylene type. Finally, at 90 ° C, the recommended insulators are insulators of the crosslinked polyethylene type, or elastomer of ethylene and propylene. An improperly used insulator, such as a low or high density thermoplastic polyethylene used as an insulating layer in cables with maximum temperatures of 90 ° C, would induce problems of mechanical deformation of the insulation material and therefore risk of electrical breakdown of the cable in question. To date, no existing polyolefin type insulation makes it possible to have a holding at 90 ° C in operational configuration, while being easy to implement and recyclable. The object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art techniques by providing a polymer cable layer ensuring good mechanical properties at high temperature (e.g. at least 90 ° C) while being easy to implement. The present invention relates to a cable comprising an elongated conductive element surrounded by at least one polymeric layer, characterized in that said polymeric layer is a non-crosslinked layer obtained from a composition comprising at least one thermoplastic polymer of polyolefin type having a capillary viscosity (n) of between 11000 Pa.s at 170 ° C. and 5000 Pa.s at 230 ° C., with a shear of 0.1 s -1, preferably a capillary viscosity (n) of between 10800 Pa at 170 ° C. and 5300 Pa.s at 230 ° C., with a shear of 0.1 s -1, and particularly preferably a capillary viscosity (n) of between 10300 Pa.s at 170 ° C. and 5700 Pa. Pa.s at 230 ° C, with a shear of 0.1 s-1 According to one particular embodiment, the capillary viscosity may furthermore be at most 0.80 Pa.s at 170 ° C. and at 230 ° C. C, with a shear of 106 s-1 and a capillary viscosity of between 0.60 and 170 ° C and 0.50 at 230 ° C, with a shear of 106 s-1. According to another particular embodiment, the capillary viscosity may also be between 280 Pa.s at 170 ° C. and 210 Pa.s at 230 ° C., with a shear of 103 s-1, and preferably the capillary viscosity. is between 260 Pa.s at 170 ° C and 220 Pa.s at 230 ° C, with a shear of 103 s-1. The Applicant has surprisingly found that the polyolefin thermoplastic polymer of the invention, used as a non-crosslinked cable layer, advantageously enables the requirements of the 130 ° C hot pressure test to be met, according to the IEC standard. 60811-3-1 paragraph 8. The polymeric layer of the invention thus has the advantage of ensuring good mechanical properties at high temperatures, especially at temperatures of 90 ° C or more. It can therefore be applied to power cables that have an operating temperature of 90 ° C, in operational configuration. In addition, the polymeric layer of the invention is easy to implement, especially by conventional extrusion techniques well known to those skilled in the art.
La couche polymérique de l'invention est une couche thermoplastique, ou en d'autres termes une couche dite « non réticulée » : elle est donc facilement recyclable en fin de vie. Dans le cadre de l'invention, les mesures de viscosité capillaire (n), 5 correspondant à la résistance à l'écoulement, sont réalisées conformément à la norme ISO 11443:2005 ou ASTM D3835-08. Pour les applications dans le domaine de la câblerie, où le cisaillement se situe généralement entre 0.1 et 106 s-1 dans les outillages, la viscosité capillaire est classiquement déterminée à l'aide d'un rhéomètre capillaire. 10 La polyoléfine thermoplastique de l'invention de l'invention peut être un homopolymère d'oléfine ou un copolymère d'oléfine. On utilisera de préférence un polyéthylène en tant que polyoléfine. A titre d'exemple de polyéthylène, on peut citer le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), le polyéthylène basse densité (LDPE), le polyéthylène 15 moyenne densité (MDPE), le polyéthylène haute densité (HDPE), les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), d'acrylate de méthyle (EMA), de 2-hexyléthylacrylate (2HEA), les copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfines tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO), ou les terpolymères 20 d'éthylène propylène diène (EPDM), et un de leurs mélanges. On préférera utiliser un homopolymère d'éthylène, et notamment un homopolymère d'éthylène haute densité, qui est de préférence branché. Selon une première caractéristique, la densité du polymère thermoplastique est d'au moins 941 kg/m3 à 23°C, et de préférence d'au 25 moins 950 kg/m3 à 23°C (selon la norme ISO 1183/A). On parle classiquement de polymère à haute densité. Selon une seconde caractéristique, la température de fusion du polymère thermoplastique peut être d'au moins 130°C, et de préférence d'au moins 134°C. La température de fusion dudit polymère peut être typiquement 30 déterminée par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) selon la norme ISO 11357-3, avec une rampe de température de 10°C/min sous atmosphère inerte, après un second cycle chauffage, bien connu de l'homme du métier, afin d'obtenir une température de fusion la plus précise possible. The polymeric layer of the invention is a thermoplastic layer, or in other words a so-called "non-crosslinked" layer: it is therefore easily recyclable at the end of its life. In the context of the invention, capillary viscosity measurements (n), corresponding to the flow resistance, are carried out in accordance with ISO 11443: 2005 or ASTM D3835-08. For applications in the field of cabling, where the shear is generally between 0.1 and 106 s -1 in the tools, the capillary viscosity is conventionally determined using a capillary rheometer. The thermoplastic polyolefin of the invention of the invention may be an olefin homopolymer or an olefin copolymer. Polyethylene will preferably be used as the polyolefin. By way of example of polyethylene, mention may be made of linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE) and ethylene copolymers. and vinyl acetate (EVA), copolymers of ethylene and butyl acrylate (EBA), methyl acrylate (EMA), 2-hexylethylacrylate (2HEA), copolymers of ethylene and alpha-olefins such as, for example, polyethylene octene (PEO), or terpolymers of ethylene propylene diene (EPDM), and a mixture thereof. It will be preferred to use a homopolymer of ethylene, and especially a high density ethylene homopolymer, which is preferably connected. According to a first feature, the density of the thermoplastic polymer is at least 941 kg / m3 at 23 ° C, and preferably at least 950 kg / m3 at 23 ° C (according to ISO 1183 / A). We speak conventionally of high density polymer. According to a second characteristic, the melting temperature of the thermoplastic polymer may be at least 130 ° C, and preferably at least 134 ° C. The melting temperature of said polymer can typically be determined by differential scanning calorimetry (DSC) according to ISO 11357-3, with a temperature ramp of 10 ° C / min under inert atmosphere, after a second heating cycle, well known of the skilled person, in order to obtain the most accurate melting temperature possible.
Selon une troisième caractéristique, le rapport de la masse moléculaire en poids (Mw) du polymère thermoplastique sur la masse moléculaire en nombre (Mn) du polymère thermoplastique peut aller de 3 à 30, et de préférence de 5 à 7. According to a third characteristic, the ratio of the weight-average molecular weight (Mw) of the thermoplastic polymer to the number-average molecular weight (Mn) of the thermoplastic polymer may range from 3 to 30, and preferably from 5 to 7.
Selon une quatrième caractéristique, la masse moléculaire en poids (Mw) peut aller de 142000 à 152000 daltons (Da). Selon une cinquième caractéristique, la masse moléculaire en nombre (Mn) peut aller de 24800 à 26700 daltons (Da). Selon une sixième caractéristique, l'indice de fluidité à chaud (MFI) du polymère thermoplastique peut aller de 0,1 à 2,0 g/10min (190°C / 2,16kg selon la norme ISO 1133), et de préférence de 0,7 et 1 ,1 g/10min (190°C / 2,16kg selon la norme ISO 1133). Selon une septième caractéristique, le polymère thermoplastique est une polyoléfine monomodale. Une polyoléfine monomodale est un polyoléfine dont la distribution de son poids moléculaire est monomodale, c'est-à-dire que ladite polyoléfine ne comprend qu'un seul type de fraction de polyoléfine. Chacune des sept caractéristiques mentionnées ci-avant, prises seules ou en association, peut être combinée à la caractéristique de viscosité capillaire propre au polymère thermoplastique de l'invention. According to a fourth characteristic, the weight-average molecular weight (Mw) can range from 142,000 to 152,000 daltons (Da). According to a fifth characteristic, the number-average molecular mass (Mn) can range from 24800 to 26700 daltons (Da). According to a sixth characteristic, the melt flow index (MFI) of the thermoplastic polymer may range from 0.1 to 2.0 g / 10 min (190 ° C./2.16 kg according to ISO 1133), and preferably from 0.7 and 1.1 g / 10 min (190 ° C / 2.16 kg according to ISO 1133). According to a seventh characteristic, the thermoplastic polymer is a monomodal polyolefin. A monomodal polyolefin is a polyolefin the distribution of its molecular weight is monomodal, that is to say that said polyolefin comprises only one type of polyolefin fraction. Each of the seven features mentioned above, taken alone or in combination, can be combined with the characteristic of capillary viscosity specific to the thermoplastic polymer of the invention.
Plus particulièrement, la caractéristique de viscosité capillaire propre au polymère thermoplastique de l'invention peut être combinée à au moins une desdites sept caractéristiques, de préférence à au moins deux desdites sept caractéristiques, de préférence à au moins trois desdites sept caractéristiques, de préférence à au moins quatre desdites sept caractéristiques, de préférence à au moins cinq desdites sept caractéristiques, de préférence à au moins six desdites sept caractéristiques, et de façon particulièrement préférée auxdites sept caractéristiques. La composition de l'invention est une composition thermoplastique, et peut comprendre plus de 50,0 parties en poids de polymère thermoplastique pour 100 parties en poids de polymère(s) (i.e. matrice polymère) dans la composition, de préférence au moins 70 parties en poids de polymère thermoplastique pour 100 parties en poids de polymère(s) dans ladite composition, et de façon particulièrement préférée au moins 90 parties en poids de polymère thermoplastique pour 100 parties en poids de polymère(s) dans ladite composition. De façon particulièrement avantageuse, la composition de l'invention comprend une matrice polymère qui n'est composé uniquement que du polymère thermoplastique de l'invention ou que d'un mélange de polymères thermoplastiques incluant le polymère thermoplastiques de l'invention. De façon particulièrement préférée, tous les polymères utilisés dans la composition de l'invention sont un ou plusieurs polymères thermoplastiques de type polyoléfine tels que définis dans l'invention. More particularly, the characteristic of capillary viscosity specific to the thermoplastic polymer of the invention can be combined with at least one of said seven characteristics, preferably at least two of said seven characteristics, preferably at least three of said seven characteristics, preferably at least at least four of said seven features, preferably at least five of said seven features, preferably at least six of said seven features, and particularly preferably said seven features. The composition of the invention is a thermoplastic composition, and may comprise more than 50.0 parts by weight of thermoplastic polymer per 100 parts by weight of polymer (s) (ie polymer matrix) in the composition, preferably at least 70 parts by weight of thermoplastic polymer per 100 parts by weight of polymer (s) in said composition, and particularly preferably at least 90 parts by weight of thermoplastic polymer per 100 parts by weight of polymer (s) in said composition. Particularly advantageously, the composition of the invention comprises a polymer matrix which is composed only of the thermoplastic polymer of the invention or a mixture of thermoplastic polymers including the thermoplastic polymer of the invention. In a particularly preferred manner, all the polymers used in the composition of the invention are one or more thermoplastic polymers of polyolefin type as defined in the invention.
La composition selon l'invention peut comprendre en outre au moins un agent de protection tel qu'un antioxydant. Les antioxydants permettent de protéger la composition du stress thermique engendré lors des étapes de fabrication du câble ou de fonctionnement du câble. The composition according to the invention may further comprise at least one protective agent such as an antioxidant. Antioxidants help to protect the composition of the heat stress generated during cable manufacturing or cable operation.
Les antioxydants sont choisis de préférence parmi : - les antioxydants phénoliques à encombrement stérique tels que le tetrakismethylene(3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamate) methane, le octadecyl 3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate, le 2,2'-thiodiethylene bis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], le 2,2'-Thiobis(6-t-butyl- 4-methylphenol), le 2,2'-methylenebis(6-t-butyl-4-methylphenol), le 1,2-Bis(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamoyl)hydrazine, le [2,2'-oxamido-bis(ethyl 3(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), et le 2,2'-oxamido-bis[ethyl 3-(t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate] ; - les thioethers tels que le 4,6-bis(octylthiomethyl)-o-cresol, le Bis[2- methyl-4-{3-n-alkyl (C12 ou C14)thiopropionyloxy}-5-t-butylphenyl]sulfide et le Thiobis-[2-t-butyl-5-methyl-4,1-phenylene] bis [3-(dodecyltio)propionate] ; - les antioxydants à base de soufre tels que le Dioctadecyl-3,3'-thiodipropionate ou le Didodecyl-3,3'-thiodipropionate ; - les antioxydants à base de phosphore tels que les phosphites ou 30 phosphonates comme par exemple le Tris(2,4-di-t-butyl-phenyl)phosphite ou le Bis(2,4-di-t-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite ; et - les antioxydants de type amine tels que le 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline polymérisé (TMQ), ce dernier type d'antioxydant étant particulièrement préféré dans la composition de l'invention. Les TMQ peuvent avoir différents grades, à savoir : - un grade dit « standard » avec un faible degré de polymérisation, c'est-à-dire avec un taux de monomère résiduel supérieur à 1% en poids et ayant une teneur en NaCl résiduelle pouvant aller de 100 ppm à plus de 800 ppm (parties par million massiques) ; - un grade dit « à haut degré de polymérisation » avec un haut degré de polymérisation, c'est-à-dire avec un taux de monomère résiduel inférieur à 1% en poids et ayant une teneur en NaCl résiduelle pouvant aller de 100 ppm à plus de 800 ppm ; - un grade dit « à faible teneur en sel résiduel » avec une teneur en NaCl résiduelle inférieure à 100 ppm. The antioxidants are preferably chosen from: hindered phenolic antioxidants such as tetrakismethylene (3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamate) methane, octadecyl 3- (3,5-di-t) -butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, 2,2'-thiodiethylene bis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], 2,2'-thiobis (6-t- butyl-4-methylphenol), 2,2'-methylenebis (6-t-butyl-4-methylphenol), 1,2-bis (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamoyl) hydrazine, [2,2'-oxamido-bis (ethyl 3 (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate), and 2,2'-oxamido-bis [ethyl 3- (t-butyl) -4 hydroxyphenyl) propionate]; thioethers such as 4,6-bis (octylthiomethyl) -o-cresol, bis [2-methyl-4- {3-n-alkyl (C 12 or C 14) thiopropionyloxy} -5-t-butylphenyl] sulfide and Thiobis- [2-t-butyl-5-methyl-4,1-phenylene] bis [3- (dodecylthio) propionate]; sulfur-based antioxidants such as Dioctadecyl-3,3'-thiodipropionate or Didodecyl-3,3'-thiodipropionate; phosphorus-based antioxidants such as phosphites or phosphonates, for example Tris (2,4-di-t-butyl-phenyl) phosphite or bis (2,4-di-t-butylphenyl) pentaerythritol diphosphite; and amine antioxidants such as polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline (TMQ), the latter type of antioxidant being particularly preferred in the composition of the invention. The TMQ can have different grades, namely: a "standard" grade with a low degree of polymerization, that is to say with a residual monomer level greater than 1% by weight and having a residual NaCl content ranging from 100 ppm to more than 800 ppm (parts per million by mass); a so-called "high degree of polymerization" grade with a high degree of polymerization, that is to say with a residual monomer content of less than 1% by weight and having a residual NaCl content ranging from 100 ppm to more than 800 ppm; a so-called "low residual salt" grade with a residual NaCl content of less than 100 ppm.
Le type de stabilisant et son taux dans la composition de l'invention sont classiquement choisis en fonction de la température maximale subie par les polymères pendant la production du mélange et pendant la mise en oeuvre par extrusion sur le câble ainsi que selon la durée maximale d'exposition à cette température. The type of stabilizer and its level in the composition of the invention are conventionally chosen as a function of the maximum temperature experienced by the polymers during the production of the mixture and during the extrusion operation on the cable as well as according to the maximum duration of exposure to this temperature.
La composition peut typiquement comprendre de 0,1% à 2% en poids d'antioxydant(s). De préférence, elle peut comprendre au plus 0,7% en poids d'antioxydant(s) notamment lorsque l'antioxydant est le TMQ. D'autres additifs et/ou d'autres charges bien connus de l'homme du métier peuvent également être ajoutés à la composition de l'invention tels que des retardateurs de grillage ; des agents favorisants la mise en oeuvre tels que des lubrifiants ou des cires ; des agents compatibilisant ; des agents de couplage ; des stabilisants UV ; des charges non-conductrices ; des charges électriquement conductrices ; des charges semi-conductrices ; et/ou des charges minérales sans halogènes destinées à améliorer le comportement au feu de la composition. Afin de garantir un câble électrique dit « HFFR » pour l'anglicisme « Ha/ogen Free Rame Retardant», le câble de l'invention ne comprend préférentiellement pas de composés halogénés. Ces composés halogénés peuvent être de toutes natures, tels que par exemple des polymères fluorés ou des polymères chlorés comme le polychlorure de vinyle (PVC), des plastifiants halogénés, des charges minérales halogénés, ...etc. The composition may typically comprise from 0.1% to 2% by weight of antioxidant (s). Preferably, it may comprise at most 0.7% by weight of antioxidant (s), especially when the antioxidant is TMQ. Other additives and / or other fillers well known to those skilled in the art may also be added to the composition of the invention such as scorch retarders; agents promoting implementation such as lubricants or waxes; compatibilizing agents; coupling agents; UV stabilizers; non-conductive charges; electrically conductive charges; semiconductor charges; and / or halogen-free inorganic fillers for improving the fire behavior of the composition. In order to guarantee an electric cable called "HFFR" for the anglicism "Ha / ogen Free Delayed Rame", the cable of the invention preferably does not include halogenated compounds. These halogenated compounds can be of any kind, such as, for example, fluorinated polymers or chlorinated polymers such as polyvinyl chloride (PVC), halogenated plasticizers, halogenated mineral fillers, etc.
Le câble de l'invention peut être un câble d'énergie et/ou de télécommunication » tel qu'un câble électrique et/ou optique, destiné au transport d'énergie et/ou à la transmission de données. Ainsi, l'élément conducteur allongé peut être un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s). The cable of the invention may be an energy and / or telecommunication cable, such as an electrical and / or optical cable, intended for the transmission of energy and / or the transmission of data. Thus, the elongated conductive element may be one or more electrical conductor (s) and / or optical (s).
La couche polymérique peut être une couche en contact physique direct ou non avec le ou les conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s). Elle peut être également une gaine de protection entourant un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) électriquement isolé(s). La couche polymérique de l'invention est de préférence une couche extrudée par des techniques bien connues de l'homme du métier. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le câble de l'invention est un câble électrique de type câble d'énergie. Dans ce cas, le câble de l'invention peut comprendre notamment une première couche semi-conductrice entourant l'élément conducteur allongé, une deuxième couche électriquement isolante, entourant la première couche, et une troisième couche semi-conductrice entourant la deuxième couche, une de ces trois couches étant la couche non réticulée de l'invention. De préférence, la couche non réticulée de l'invention est la couche électriquement isolante (i.e. deuxième couche). Dans le cas de la couche électriquement isolante, la composition de l'invention ne comprend pas de charge (électriquement) conductrice et/ou ne comprend pas de charge semi-conductrice. Plus particulièrement, au moins deux des trois couches du câble sont des couches non réticulées, et de préférence les trois couches du câble sont 30 des couches non réticulées. Lorsque la composition de l'invention est utilisée pour la fabrication des couches semi-conductrices (première couche et/ou troisième couche), la composition comprend en outre au moins une charge (électriquement) conductrice ou une charge semi-conductrice, en une quantité nécessaire et suffisante pour rendre la composition semi-conductrice. On considère plus particulièrement qu'une couche est semi-conductrice lorsque sa conductivité électrique est d'au moins 0,001 s.m-1 (siemens par 5 mètre). La composition utilisée pour obtenir une couche semi-conductrice peut comprendre de 4 à 40% en poids de charge (électriquement) conductrice, de préférence au moins 15% en poids de charge conductrice, et encore plus préférentiellement au moins 25% en poids de charge conductrice. 10 La charge conductrice peut être choisie avantageusement parmi les noirs de carbone, et les graphites, ou un de leurs mélanges. Que ce soient la première couche semi-conductrice, la deuxième couche électriquement isolante et/ou la troisième couche semi-conductrice, au moins une de ces trois couches est une couche extrudée, de préférence deux 15 de ces trois couches sont des couches extrudées, et encore plus préférentiellement ces trois couches sont des couches extrudées. Dans un mode de réalisation particulier, généralement conforme au câble électrique de type câble d'énergie de l'invention, la première couche semi-conductrice, la deuxième couche électriquement isolante et la troisième 20 couche semi-conductrice constituent une isolation tricouche. En d'autres termes, la deuxième couche électriquement isolante est directement en contact physique avec la première couche semi-conductrice, et la troisième couche semi-conductrice est directement en contact physique avec la deuxième couche électriquement isolante. 25 Le câble électrique de l'invention peut comprendre en outre un écran métallique entourant la troisième couche semi-conductrice. Cet écran métallique peut être un écran dit « filaire », composé d'un ensemble de conducteurs en cuivre ou aluminium arrangé autour et le long de la troisième couche semi-conductrice, un écran dit « rubané » composé d'un 30 ou de plusieurs rubans métalliques conducteurs posé(s) en hélice autour de la deuxième couche semi-conductrice, ou d'un écran dit « étanche » de type tube métallique entourant la deuxième couche semi-conductrice. Ce dernier type d'écran permet notamment de faire barrière à l'humidité ayant tendance à pénétrer le câble électrique en direction radiale. Tous les types d'écran métalliques peuvent jouer le rôle de mise à la terre du câble électrique et peuvent ainsi transporter des courants de défaut, 5 par exemple en cas de court-circuit dans le réseau concerné. En outre, le câble électrique de l'invention peut comprendre une gaine extérieure de protection entourant la troisième couche semi-conductrice, ou bien entourant plus particulièrement ledit écran métallique lorsqu'il existe. Cette gaine extérieure de protection peut être réalisée classiquement à partir 10 de matériaux thermoplastiques appropriées tels que des HDPE, des MDPE ou des LLDPE ; ou encore des matériaux retardant la propagation de la flamme ou résistant à la propagation de la flamme. Notamment, si ces derniers matériaux ne contiennent pas d'halogène, on parle de gainage de type HFFR (pour l'anglicisme « Ha/ogen Free Rame Retardant »). 15 D'autres couches, telles que des couches gonflantes en présence d'humidité, peuvent être ajoutées entre la troisième couche semi-conductrice et l'écran métallique lorsqu'il existe, et/ou entre l'écran métallique et la gaine extérieure lorsqu'ils existent, ces couches permettant d'assurer l'étanchéité longitudinale du câble électrique à l'eau. Le conducteur électrique du câble de 20 l'invention peut également comprendre des matières gonflantes en présence d'humidité pour obtenir une « âme étanche ». D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d'un exemple non limitatif d'un câble électrique selon l'invention fait en référence à la figure 1 représentant 25 une vue schématique en perspective et en coupe d'un câble électrique selon un mode de réalisation préféré conforme à l'invention. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle. 30 Le câble d'énergie 1 à moyenne ou haute tension, illustré dans la figure 1, comprend un élément conducteur 2 central allongé, notamment en cuivre ou en aluminium, et, successivement et coaxialement comprend autour de cet élément 2, une première couche 3 semi-conductrice dite « couche semi-conductrice interne », une deuxième couche 4 électriquement isolante, une troisième couche 5 semi-conductrice dite « couche semi-conductrice externe », un écran métallique 6 du type tube cylindrique, et une gaine extérieure de protection 7, les couches 3, 4 et 5 pouvant être obtenues à partir d'une composition selon l'invention. Les couches 3, 4 et 5 sont des couches extrudées et non réticulées. La présence de l'écran métallique 6 et de la gaine extérieure de protection 7 est préférentielle, mais non essentielle, cette structure de câble étant en tant que telle bien connue de l'homme du métier. The polymeric layer may be a layer in direct physical contact or not with the electrical conductor (s) and / or optical (s). It can also be a protective sheath surrounding one or more electrically isolated conductor (s) and / or optic (s). The polymeric layer of the invention is preferably an extruded layer by techniques well known to those skilled in the art. In a particularly preferred embodiment, the cable of the invention is an electric cable type energy cable. In this case, the cable of the invention may comprise in particular a first semiconductor layer surrounding the elongated conductive element, a second electrically insulating layer surrounding the first layer, and a third semiconductor layer surrounding the second layer, a of these three layers being the non-crosslinked layer of the invention. Preferably, the non-crosslinked layer of the invention is the electrically insulating layer (i.e. second layer). In the case of the electrically insulating layer, the composition of the invention does not comprise an (electrically) conductive filler and / or does not comprise a semiconductor filler. More particularly, at least two of the three layers of the cable are uncrosslinked layers, and preferably the three layers of the cable are uncrosslinked layers. When the composition of the invention is used for the manufacture of the semiconductor layers (first layer and / or third layer), the composition further comprises at least one (electrically) conductive filler or a semiconductor filler, in an amount necessary and sufficient to render the semiconductor composition. It is more particularly considered that a layer is semiconductive when its electrical conductivity is at least 0.001 s.m-1 (siemens per 5 meters). The composition used to obtain a semiconductor layer may comprise from 4 to 40% by weight of (electrically) conductive filler, preferably at least 15% by weight of conductive filler, and even more preferably at least 25% by weight of filler. conductive. The conductive filler may be advantageously selected from carbon blacks, and graphites, or a mixture thereof. Whether it is the first semiconductor layer, the second electrically insulating layer and / or the third semiconductor layer, at least one of these three layers is an extruded layer, preferably two of these three layers are extruded layers, and even more preferably these three layers are extruded layers. In a particular embodiment, generally in accordance with the energy cable-type electrical cable of the invention, the first semiconductor layer, the second electrically insulating layer and the third semiconductor layer constitute a three-layer insulation. In other words, the second electrically insulating layer is directly in physical contact with the first semiconductor layer, and the third semiconductor layer is directly in physical contact with the second electrically insulating layer. The electrical cable of the invention may further comprise a metal screen surrounding the third semiconductor layer. This metal screen may be a "wired" screen, consisting of a set of copper or aluminum conductors arranged around and along the third semiconductor layer, a so-called "ribbon" screen composed of one or more conductive metal ribbons laid helically around the second semiconductor layer, or a so-called "sealed" screen of metal tube type surrounding the second semiconductor layer. This last type of screen makes it possible in particular to provide a moisture barrier that tends to penetrate the electrical cable radially. All types of metal screens can act as grounding of the electric cable and can thus carry fault currents, for example in the event of a short circuit in the network concerned. In addition, the electrical cable of the invention may comprise an outer protective sheath surrounding the third semiconductor layer, or more particularly surrounding said metal screen when it exists. This outer protective sheath can be conventionally made from suitable thermoplastic materials such as HDPE, MDPE or LLDPE; or else materials retarding the propagation of the flame or resistant to the propagation of the flame. In particular, if the latter materials do not contain halogen, it is called cladding type HFFR (for Anglicism "Ha / ogen Free Rame Retardant"). Other layers, such as swelling layers in the presence of moisture, may be added between the third semiconductor layer and the metal screen when it exists, and / or between the metal screen and the outer sheath when they exist, these layers making it possible to ensure the longitudinal sealing of the electric cable with water. The electrical conductor of the cable of the invention may also include swelling materials in the presence of moisture to provide a "sealed core". Other features and advantages of the present invention will emerge in the light of the description of a non-limiting example of an electric cable according to the invention with reference to FIG. 1, showing a diagrammatic view in perspective and in section of FIG. an electric cable according to a preferred embodiment according to the invention. For the sake of clarity, only the essential elements for understanding the invention have been shown schematically, and this without respect of the scale. The medium or high voltage power cable 1, illustrated in FIG. 1, comprises an elongate central conducting element 2, in particular made of copper or aluminum, and, successively and coaxially, comprises around this element 2, a first layer 3 semiconductor so-called "internal semiconductor layer", a second electrically insulating second layer 4, a third semiconductor layer 5 called "external semiconductor layer", a metal screen 6 of the cylindrical tube type, and an outer protective sheath 7, the layers 3, 4 and 5 can be obtained from a composition according to the invention. Layers 3, 4 and 5 are extruded and uncrosslinked layers. The presence of the metal screen 6 and the outer protective sheath 7 is preferred, but not essential, this cable structure being as such well known to those skilled in the art.
Exemple Composition thermoplastique Cl Eltex 99,7 Antioxydants 0,3 Tableau 1 Les quantités des constituants de la composition Cl selon l'invention, détaillée dans le tableau 1, sont exprimées en pourcentage (%) en poids dans la composition de l'invention. La composition Cl comprend uniquement : - un polymère thermoplastique de type homopolymère 20 d'éthylène, commercialisé par la société INEOS Polyolefins, sous la référence ELTEX°A4009MFN1325, et - des antioxydants. Ce polymère thermoplastique est caractérisé par les propriétés rassemblées dans les tableaux 2a et 2b suivants. 25 Propriété : viscosité capillaire Cisaillement de Cisaillement de Cisaillement de 0.1s1 1035-1 10651 10223 Pa.s 254 Pa.s 0.57 Pa.s 5732 Pa.s 228 Pa.s 0.53 Pa.s Température 170 °C 230 °C Tableau 2b La viscosité capillaire a été déterminée à l'aide d'un rhéomètre capillaire commercialisé par la société Porpoise Ltd. sous la référence P9-A, et conformément à la norme ISO 11443:2005 ou ASTM D3835-08. Example Thermoplastic Composition Cl Eltex 99.7 Antioxidants 0.3 Table 1 The amounts of the constituents of the composition C1 according to the invention, detailed in Table 1, are expressed as a percentage (%) by weight in the composition of the invention. The composition C1 comprises only: a thermoplastic polymer of ethylene homopolymer type, sold by INEOS Polyolefins under the reference ELTEX® A4009MFN1325, and antioxidants. This thermoplastic polymer is characterized by the properties gathered in the following tables 2a and 2b. Property: Capillary Viscosity Shear Shear Shear 0.1s1 1035-1 10651 10223 Pa.s 254 Pa.s 0.57 Pa.s 5732 Pa.s 228 Pa.s 0.53 Pa.s Temperature 170 ° C 230 ° C Table 2b Capillary viscosity was determined using a capillary rheometer marketed by Porpoise Ltd. under the reference P9-A, and in accordance with ISO 11443: 2005 or ASTM D3835-08.
Les mesures ont été effectuées à pression atmosphérique et les températures lors des mesures effectuées varient entre + 1.7°C et -0.2°C par rapport à la température de réglage. Propriétés Valeurs Méthodes de détermination Densité à 23°C 959 kg/m3 ISO 1183/A Mn 25779 Da ISO 16014 par chromatographie d'exclusion stérique Mw 146799 Da ISO 16014 par chromatographie d'exclusion stérique MFI (190°C/2,16 kg) 0,9 g/10min ISO 1133 Température de fusion 136 °C ISO 11357-3 Tableau 2b Test de pression à chaud selon la norme CEI 60811-3-1 paraaraphe 8.1 Afin de réaliser le test de pression à chaud, on réalise un câble d'énergie avec une isolation tricouche extrudée et non réticulée. Ce câble comprend un conducteur en aluminium entouré successivement et coaxialement par une première couche semi-conductrice, une deuxième couche électriquement isolante, et une troisième couche semi-conductrice. Les premières et troisièmes couches sont des couches obtenues par des matériaux bien connus de l'homme du métier. La deuxième couche étant obtenue à partir de la composition thermoplastique Cl. On prélève sur le câble ainsi formé deux tronçons de 50 à 100 mm. De chaque tronçon, on retire mécaniquement la troisième couche semi- conductrice pour obtenir une éprouvette (i.e. câble d'énergie comprenant le conducteur en aluminium entouré uniquement par la première couche semi-conductrice et par la deuxième couche électriquement isolante). Le dispositif d'empreinte utilisé pour le test consiste en une lame 5 rectangulaire avec une arête de 0,70 f 0,01 mm de largeur, qui peut être appuyée contre l'éprouvette. Le test de pression est effectué à une température de 130°C (éprouvette et dispositif d'empreinte). Les résultats du test de pression à chaud à 130°C, selon la norme CEI 10 60811-3-1 paragraphe 8, sont rassemblés dans le tableau 3 qui suit. Eprouvettes C1-1 C1-2 Poids 875 g 875 g Epaisseur 3,7 mm 3,7 mm Diamètre extérieur 21,9 mm 21,9 mm Déformation 10 % 9 % Tableau 3 The measurements were carried out at atmospheric pressure and the temperatures measured during the measurements vary between + 1.7 ° C and -0.2 ° C relative to the control temperature. Properties Values Methods of determination Density at 23 ° C 959 kg / m3 ISO 1183 / A Mn 25779 Da ISO 16014 by steric exclusion chromatography Mw 146799 Da ISO 16014 by MFI steric exclusion chromatography (190 ° C / 2.16 kg ) 0.9 g / 10 min ISO 1133 Melting temperature 136 ° C ISO 11357-3 Table 2b Hot pressure test according to IEC 60811-3-1 paraaraphe 8.1 In order to carry out the hot pressure test, an energy cable with an extruded and uncrosslinked three-layer insulation. This cable comprises an aluminum conductor successively surrounded and coaxially by a first semiconductor layer, a second electrically insulating layer, and a third semiconductor layer. The first and third layers are layers obtained by materials well known to those skilled in the art. The second layer is obtained from the thermoplastic composition Cl. Two sections of 50 to 100 mm are taken from the cable thus formed. From each section, the third semiconductor layer is mechanically removed to obtain a specimen (i.e. energy cable comprising the aluminum conductor surrounded solely by the first semiconductor layer and the second electrically insulating layer). The impression device used for the test consists of a rectangular blade with an edge 0.70 mm wide, which can be pressed against the specimen. The pressure test is carried out at a temperature of 130 ° C. (specimen and impression device). The results of the 130 ° C. hot pressure test according to IEC 60811-3-1, paragraph 8, are summarized in Table 3 below. Cylinders C1-1 C1-2 Weight 875 g 875 g Thickness 3.7 mm 3.7 mm Outer diameter 21.9 mm 21.9 mm Deformation 10% 9% Table 3
Dans le tableau 3, le « Poids » fait référence au poids du dispositif 15 d'empreinte utilisé sur les éprouvettes pour effectuer l'essai de pression ; I«< Epaisseur » est celle de la deuxième couche électriquement isolante conforme à l'invention ; et le « Diamètre extérieur » est celui de l'éprouvette. Pour satisfaire aux conditions de la norme CEI 60811-3-1 paragraphe 8, la valeur de déformation à 130°C (ou valeur médiane des 20 profondeurs d'empreintes mesurées) doit être au maximum de 500/0, ce qui est effectivement le cas pour les éprouvettes C1-1 et C1-2. In Table 3, the "Weight" refers to the weight of the impression device used on the specimens to perform the pressure test; "Thickness" is that of the second electrically insulating layer according to the invention; and the "Outside Diameter" is that of the specimen. To meet the requirements of IEC 60811-3-1 clause 8, the deformation value at 130 ° C (or the median value of the 20 measured finger depths) must not exceed 500/0, which is effectively the case for specimens C1-1 and C1-2.
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