PIECHACZYK, Arnaud (59 rue Bossuet, Lyon, Lyon, F-69006, FR)
AVRIL, Roland (3 rue Adrien Duviard, Lyon, Lyon, F-69004, FR)
HOAREAU, Stéphanie (32 rue Renée Peillon, Givors, Givors, F-69700, FR)
KIRLI, Melek (78 rue de Gerland, Lyon, Lyon, F-69007, FR)
TAVARD, Elisabeth (5 rue Moirans - Apt 21, Autun, Autun, F-71400, FR)
MAZEL, Christelle (5 rue des Genêts, Ruy, Ruy, F-38300, FR)
PIECHACZYK, Arnaud (59 rue Bossuet, Lyon, Lyon, F-69006, FR)
AVRIL, Roland (3 rue Adrien Duviard, Lyon, Lyon, F-69004, FR)
HOAREAU, Stéphanie (32 rue Renée Peillon, Givors, Givors, F-69700, FR)
KIRLI, Melek (78 rue de Gerland, Lyon, Lyon, F-69007, FR)
TAVARD, Elisabeth (5 rue Moirans - Apt 21, Autun, Autun, F-71400, FR)
| REVENDICATIONS 1. Câble d'énergie et/ou de télécommunication comportant au moins un élément conducteur entouré par au moins une couche isolante s'étendant le long du câble, la couche isolante étant obtenue à partir d'une composition comprenant les composés suivants : a) un polymère organique, b) un composé inorganique comprenant un oxyde de potassium et/ou un de ses précurseurs, c) un oxyde de bore et/ou un de ses précurseurs, et d) de l'oxyde de calcium CaO et/ou un de ses précurseurs, caractérisé en ce que la quantité du composé d est au moins de 10 % en poids du poids total des composés b, c et d dans la composition. 2. Câble selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la quantité du composé b est au moins de 2 parties en poids pour 100 parties en poids de polymère(s) dans la composition. 3. Câble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la quantité du composé b est au moins de 2 % en poids du poids total des composés b, c et d dans la composition. 4. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité du composé c est au moins de 20 parties en poids pour 100 parties en poids de polymère(s) dans la composition. 5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité du composé c est au moins de 10 % en poids du poids total des composés b, c et d dans la composition. 6. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité du composé d est au moins de 10 parties en poids pour 100 parties en poids de polymère(s) dans la composition. 7. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composé b est un phyllosilicate comprenant un oxyde de potassium. 8. Câble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le composé b est un mica, de préférence du mica muscovite. 9. Câble selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la quantité du composé b est au moins de 40 % en poids du poids total des composés b, c et d dans la composition. 10. Câble l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la composition comprend une quantité du composé b de 40 à 80 % en poids, une quantité du composé c de 10 à 30 % en poids, et une quantité du composé d de 10 à 50 % en poids, lesdites quantités étant définies par rapport au poids total des composés b, c et d dans la composition. 11. Câble selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la composition comprend une quantité du composé b de 60 % en poids, une quantité du composé c de 20 % en poids, et une quantité du composé d de 20 % en poids, lesdites quantités étant définies par rapport au poids total des composés b, c et d dans la composition. 12. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le précurseur d'oxyde de bore est choisi parmi le borate de zinc, le phosphate de bore, l'acide borique, le borate de calcium, et le borate de sodium. 13. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le précurseur d'oxyde de bore est déshydraté. 14. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le précurseur d'oxyde de calcium est le carbonate de calcium. 15. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition est réticulée. |
TELECOMMUNICATION
La présente invention se rapporte à un câble d'énergie et/ou de télécommunication comportant au moins une couche électriquement isolante qui est en outre en mesure de résister à des conditions thermiques extrêmes.
Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, aux câbles de sécurité, c'est-à-dire à des câbles d'énergie ou de télécommunication destinés à rester opérationnels pendant un temps défini lorsqu'ils sont soumis à de fortes chaleurs et/ou directement au feu.
Aujourd'hui, un des enjeux majeurs de l'industrie du câble est l'amélioration du comportement et des performances des câbles dans des conditions thermiques extrêmes, notamment celles rencontrées lors d'un incendie. Pour des raisons essentiellement de sécurité, il est en effet indispensable de maximiser les capacités du câble à retarder la propagation des flammes d'une part, et à résister au feu d'autre part afin d'assurer une continuité de fonctionnement.
Un ralentissement significatif de la progression des flammes, c'est autant de temps gagné pour évacuer les lieux et/ou pour mettre en œuvre des moyens d'extinction appropriés. En cas d'incendie, le câble doit pouvoir résister au feu afin de fonctionner le plus longtemps possible et limiter sa dégradation. Un câble de sécurité se doit en outre de ne pas être dangereux pour son environnement, c'est-à-dire de ne pas dégager de fumées toxiques et/ou trop opaques lorsqu'il est soumis à des conditions thermiques extrêmes. Qu'il soit électrique ou optique, destiné au transport d'énergie ou à la transmission de données, un câble est schématiquement constitué d'au moins un élément conducteur, électrique ou optique, entouré par au moins une couche électriquement isolante.
A titre d'exemple, la couche électriquement isolante peut être une isolation directement en contact avec au moins un élément conducteur du câble. Elle peut être également une gaine de protection entourant un ou plusieurs éléments conducteurs isolés. Une composition connue de couche isolante pour câble, susceptible de résister au feu, est décrite dans le document WO 2004/035711. Cette composition comprend un polymère organique et plusieurs charges inorganiques qui peuvent être notamment du mica, du borate de zinc, et des oxydes métalliques tels que des oxydes de calcium, de fer, de magnésium, d'aluminium, de zirconium, de zinc, d'étain ou de baryum.
Toutefois, ce type de composition ne permet pas d'assurer une intégrité mécanique et électrique du câble, c'est-à-dire la poursuite de son fonctionnement de manière optimale en cas d'incendie. L'objet de la présente invention est de pallier les inconvénients des solutions de l'état de la technique en offrant notamment un câble comprenant une couche isolante présentant un compromis optimal entre ses propriétés d'isolation électrique et de tenue mécanique dans des conditions thermiques extrêmes. La solution selon la présente invention est de proposer un câble d'énergie et/ou de télécommunication comportant au moins un élément conducteur entouré par au moins une couche isolante, notamment une couche électriquement isolante, s'étendant le long du câble, la couche isolante étant obtenue à partir d'une composition comprenant les composés suivants : a) un polymère organique, b) un composé inorganique comprenant un oxyde de potassium et/ou un de ses précurseurs, c) un oxyde de bore et/ou un de ses précurseurs, et d) de l'oxyde de calcium CaO et/ou un de ses précurseurs, caractérisé en ce que la quantité du composé d est au moins de 10 % en poids, de préférence au moins de 20 % en poids, du poids total des composés b, c et d dans la composition.
Cette association de charges inorganiques (composés b, c et d) est adaptée de façon optimale pour réagir dans les conditions d'un incendie et former ainsi un composé céramique réfractaire : la couche isolante est dite céramisable. Avantageusement, le câble selon la présente invention satisfait notamment aux normes IEC 60331 part 21 ou 23, DIN 4102 part 12 et EN 50200.
On entend par les termes « précurseur d'un oxyde métallique x» (cf. précurseur d'oxyde de potassium, d'oxyde de bore ou d'oxyde de calcium) tout élément inorganique apte à former sous l'action d'une élévation de température ledit oxyde métallique x. Notamment, ledit élément inorganique forme l'oxyde métallique à une température T inférieure à la température Tc de (début de) céramisation de la couche isolante.
La céramisation correspond classiquement à la consolidation par l'action de la chaleur d'un agglomérat granulaire (particules) plus ou moins compact, avec ou sans fusion d'un des constituants. Elle comprend typiquement trois étapes successives, à savoir : i. le réarrangement et le collage des particules, ii. la densification et l'élimination des porosités intergranulaires, et iii. le grossissement des grains et l'élimination progressive des porosités fermées.
La température de début de céramisation est considérée comme étant la température suffisante pour observer le réarrangement et le collage des particules énoncées à l'étape i ci-dessus.
Composé a
La nature du polymère organique de la composition selon la présente invention n'est nullement limitative.
Ce peut être tout type de polymère organique bien connu de l'homme du métier, notamment apte à pouvoir être extrudé, du type polymère thermoplastique ou élastomère.
Bien entendu, le polymère organique peut être un mélange de plusieurs polymères organiques, ou peut être un mélange de polymères constitué d'au moins un polymère organique majoritaire dans le mélange et d'au moins un autre polymère de nature différente. Le polymère organique est de préférence choisi parmi un polymère d'oléfine, un polymère d'acrylate ou méthacrylate, un polymère de vinyle, et un polymère fluoré, ou un de leurs mélanges.
Le polymère d'oléfine est notamment choisi parmi un homopolymère ou copolymère d'éthylène, et un homopolymère ou copolymère de propylène, ou un de leurs mélanges.
A titre d'exemple préféré, le polymère d'oléfine est choisi parmi un homopolymère d'éthylène, un copolymère d'éthylène-octène (PEO), un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), un copolymère d'éthyle propylène diène monomère (EPDM), un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA), un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), et un copolymère d'éthylène et d'acrylate d'éthyle (EEA), ou un de leurs mélanges.
Composé b Le composé b peut être avantageusement un oxyde de potassium en tant que tel ou un phyllosilicate comprenant un oxyde de potassium. Plus particulièrement, le phyllosilicate comprenant un oxyde de potassium est préférentiellement un phyllosilicate d'aluminium comprenant un oxyde de potassium. L'oxyde de potassium a de préférence la formule chimique suivante :
K 2 O. D'autres types d'oxydes de potassium tels que par exemple des oxydes complexes, ou en d'autres termes des polyoxométallates, peuvent être également considérés dans le cadre de l'invention.
Les phyllosilicates comprenant un oxyde de potassium peuvent être certains types de mica tels que les micas aluminoceladonite, boromuscovite, celadonite, chromphyllite, ferro-aluminoceladonite, ferrocelatonite, muscovite, roscoelite, annite, biotite, eastonite, hendricksite, lepidolite, masutomilite, montdorite, norrishite, polylithionite, phlogopite, siderophyllite, tainiolite, tetra-ferri-annite, tetra-ferriphlogopite, trilithionite, zinnwaldite, anadite, glauconite, ou illite. On préférera les phyilosilicates d'aluminium comprenant un oxyde de potassium tels que les micas aluminoceladonite, chromphyllite, ferro- aluminoceladonite, muscovite, roscoelite, annite, biotite, eastonite, hendricksite, lepidolite, masutomilite, montdorite, polylithionite, phlogopite, siderophyllite, trilithionite, zinnwaldite, anadite, glauconite, ou illite.
Dans les phyilosilicates d'aluminium comprenant un oxyde de potassium, on préférera le mica muscovite de formule chimique 6S1O 2 -3AI 2 O 3 -K 2 O-2H 2 O ou le mica phlogopite de formule chimique 6Si(VAl 2 Os-K 2 O-OMgO-ZH 2 O.
La quantité du composé b peut être au moins de 2 parties en poids, de préférence au moins de 3 parties en poids, et encore plus préférentiellement au moins de 6 parties en poids, pour 100 parties en poids de polymère(s) dans la composition.
Par ailleurs, la quantité du composé b peut être au moins de 2% en poids, de préférence au moins de 5% en poids, et encore plus préférentiellement au moins de 10% en poids, du poids total des composés b, c et d dans la composition.
Composé c
L'oxyde de bore peut avoir typiquement la formule suivante : B 2 O 3 . Toutefois, B 2 O 3 n'existe pas sous cette forme à l'état libre. De ce fait, on utilise généralement un précurseur d'oxyde de bore.
Le précurseur d'oxyde de bore peut être choisi par exemple parmi le borate de zinc, le phosphate de bore, l'acide borique, le borate de calcium (e.g. la colémanite de formule chimique Ca 2 B 6 On, 5H 2 O) et le borate de sodium (e.g. le borax de formule chimique Na 2 B 4 O 7 , 10H 2 O).
Le précurseur d'oxyde de bore est de préférence déshydraté, notamment lorsque ledit précurseur est le borate de zinc, afin d'éviter la déshydratation dudit précurseur lorsque la couche isolante est soumise au feu et ainsi perturber la stabilité dimensionnelle de la céramique formée. La quantité du composé c peut être au moins de 20 parties en poids, et de préférence au moins de 25 parties en poids, pour 100 parties en poids de polymère(s) dans la composition.
Par ailleurs, la quantité du composé c peut être au moins de 10 % en poids, de préférence au moins de 15 % en poids, et plus préférentiellement au moins de 20 % en poids, du poids total des composés b, c et d dans la composition.
Composé d Un des précurseurs d'oxyde de calcium CaO peut être le carbonate de calcium. Entre l'oxyde de calcium, un précurseur d'oxyde de calcium et le mélange oxyde de calcium et précurseur d'oxyde de calcium, l'oxyde de calcium en tant que tel est préféré.
La quantité du composé d peut être avantageusement au moins de 10 parties en poids, de préférence au moins de 20 parties en poids, et encore plus préférentiellement au moins de 25 parties en poids, pour 100 parties en poids de polymère(s) dans la composition.
Par ailleurs, la quantité du composé d peut être, quant à elle, avantageusement au moins de 15 % en poids, et de préférence au moins de 20 % en poids, du poids total des composés b, c et d dans la composition.
Mode de réalisation particulier : le composé b est du mica
L'oxyde de potassium est présent dans certains types de mica comme mentionné ci-avant. Lors de l'utilisation de mica en tant que composé b, la quantité du composé b peut être au moins de 40 % en poids, du poids total des composés b, c et d dans la composition.
De préférence, la composition peut comprendre une quantité du composé b au plus de 80 % en poids, une quantité du composé c au plus de 30 % en poids, et une quantité du composé d au plus de 50 % en poids, lesdites quantités étant définies par rapport au poids total des composés b, c et d dans la composition. Pour résumé, et selon ce mode de réalisation, la composition peut ainsi comprendre une quantité du composé b de 40 à 80 % en poids, une quantité du composé c de 10 à 30 % en poids, et une quantité du composé d de 10 à 50 % en poids, lesdites quantités étant définies par rapport au poids total des composés b, c et d dans la composition.
Selon un exemple préféré de réalisation, la composition comprend une quantité du composé b de 60 % en poids, une quantité du composé c de 20 % en poids, et une quantité du composé d de 20 % en poids, lesdites quantités étant définies par rapport au poids total des composés b, c et d dans la composition.
Autres charges inorganiques
La composition selon la présente invention peut comprendre en outre d'autres charges inorganiques du type nanoparticules.
Lesdites nanoparticules ont typiquement au moins l'une de leurs dimensions de taille nanométrique (10 9 mètre). Plus particulièrement, la dimension moyenne des nanoparticules minérales est d'au plus 400 nm, de préférence d'au plus 300 nm, et plus préférentiellement d'au plus 100 nm.
La dimension moyenne des nanoparticules est classiquement déterminée par des méthodes bien connues de l'homme du métier comme par exemple par granulométrie laser ou par des techniques de microscopies, notamment par MEB
(Microscopie Electronique à Balayage) ou MET (Microscopie Electronique en
Transmission).
Ces nanoparticules ont de préférence un facteur de forme d'au moins 100, le facteur de forme étant le rapport de la plus grande dimension d'une nanoparticule minérale sur la plus petite dimension de ladite nanoparticule.
De préférence, les nanoparticules sont des phyllosilicates choisis notamment parmi les montmorillonites, les sépiolites, les illites, les attapulgites, les talcs, et les kaolins, ou un de leurs mélanges.
Afin de garantir une couche isolante dite HFFR (pour l'anglicisme « Halogen Free Flame Retardant »), la composition ne comprend pas de charges inorganiques halogénées. La composition peut en outre ne pas comprendre de polymères halogènes tels que par exemple des polymères fluorés ou des polymères chlorés tels que le polychlorure de vinyle (PVC).
Les quantités de charges inorganiques dans la composition (composés b, c et d, ainsi qu'optionnellement d'autres charges inorganiques) peuvent être définies en ce que la composition comprend au moins 20 parties en poids, de préférence au moins 40 parties en poids, de préférence au moins 60 parties en poids, et encore plus préférentiellement au moins 90 parties en poids de charges inorganiques, pour 100 parties en poids de polymère(s). La limite inférieure de 90 parties en poids est notamment prise en compte lorsque le composé b est du mica (i.e. phyllosilicate comprenant un oxyde de potassium).
De préférence, la composition comprend au plus 200 parties en poids de charges inorganiques pour 100 parties en poids de polymère(s), afin de limiter les problèmes de rhéologies dans la composition.
Selon une particularité de la présente invention, la composition peut être réticulée afin d'obtenir une couche isolante réticulée. La réticulation de la composition peut s'effectuer par les techniques classiques de réticulation bien connues de l'homme du métier telles que par exemple la réticulation silane en présence d'un agent de réticulation, la réticulation peroxyde sous l'action de la chaleur, ou la réticulation par voie photochimique telle que l'irradiation sous rayonnement béta, ou irradiation sous rayonnement ultraviolet en présence d'un photoamorceur.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence aux figures annotées, lesdits exemples et figures étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
La figure 1 représente de manière schématique une perspective en coupe d'un câble électrique ayant au moins une couche isolante conforme à l'invention. La figure 2 représente de manière schématique une perspective en coupe d'un autre câble électrique ayant au moins une couche isolante 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.
Dans un premier exemple de réalisation, la figure 1 représente un câble électrique 1 comprenant un élément conducteur 2 de type massif, entouré par une couche isolante du type isolation 3 directement en contact avec l'élément conducteur, cette dernière étant elle-même entourée par une couche isolante du type gaine de protection 4.
Dans un second exemple de réalisation, la figure 2 représente également un câble électrique 10 comprenant au moins deux éléments conducteurs 12 de type multibrin. Chaque multibrin 12 est entouré par une couche isolante du type isolation 13 directement en contact avec l'élément conducteur, l'ensemble de ces multibrins isolés étant entouré par une couche isolante du type gaine de protection 14.
Que ce soit dans la figure 1 ou 2, la couche isolante 3, 13 et/ou la gaine de protection 4, 14 peuvent être obtenue(s) à partir de la composition selon la présente invention.
Typiquement, l'isolation 3, 13 a une épaisseur de 0,6 à 2,4 mm et la gaine de protection 4, 14 a une épaisseur de 1 à 2,5 mm.
La composition selon l'invention est classiquement mise en forme par extrusion autour de ou des éléments conducteurs pour former l'isolation 3, 13 et/ou la gaine de protection 4, 14.
L' extrusion de ladite composition peut être une extrusion dite en compression ou bourrante, ou une extrusion dite tubante.
L'extrusion tubante permet d'obtenir une couche isolante tubante, c'est-à-dire une couche en forme de tube d'une certaine épaisseur dont la surface interne et la surface externe sont respectivement deux cylindres sensiblement concentriques. Ainsi, la couche isolante tubante ne remplit pas les interstices entre les éléments conducteurs (isolés ou non) et ménage ainsi des espaces vides entre elle et les éléments conducteurs isolés ou non qu'elle entoure, notamment les espaces vides occupent au moins 10% de la section du câble. Dans certains modes de réalisation, la couche isolante laisse les éléments conducteurs libres à l'intérieur de ladite couche.
L'extrusion bourrante permet d'obtenir une couche bourrante, c'est-à- dire une couche remplissant les interstices entre les éléments conducteurs (isolés ou non) dont les volumes sont accessibles, et ainsi ladite couche est directement en contact avec les éléments conducteurs isolés ou non.
Exemples
Différentes couches isolantes selon la présente invention et selon l'art antérieur ont été préparées afin de montrer le maintient de l'intégrité électrique desdits couches pendant des essais de résistances au feu.
Pour ce faire, les tableaux 1a et 1 b ci-après détaillent les compositions mise en œuvre pour obtenir lesdites couches isolantes.
Il est à noter que les quantités mentionnées dans les tableaux 1a et 1 b sont classiquement exprimées en parties en poids pour cent parties en poids de polymère(s) (pcr).
Tableau 1a
Tableau 1 b
L'origine des différents constituants des tableaux 1a et 1 b est la suivante :
- EVA 28 est un copolymère d'éthylène vinyle acétate comprenant 28 % de groupements d'acétate de vinyle, commercialisé par la société Arkema sous la référence Evatane 2803 ;
- EVA 28 greffé silane 1 ,5% est un copolymère d'éthylène vinyle acétate comprenant 28 % de groupements d'acétate de vinyle, commercialisé par la société Arkema sous la référence Evatane 2803, ce copolymère ayant ensuite été greffé silane avec 1 ,5 % d'un agent de réticulation silane (voir détails ci-après) ; - EVA 40 greffé silane 1 ,5% est un copolymère d'éthylène vinyie acétate comprenant 40 % de groupements d'acétate de vinyie, commercialisé par la société Arkema sous la référence Evatane 2803, ce copolymère ayant ensuite été greffé silane avec 1 ,5 % d'un agent de réticulation silane (voir détails ci-après) ; - PEO est un copolymère d'éthylène-octène commercialisé par la société Dow sous la référence Engage 8003 ;
- PEO greffé silane 1 ,2% est un copolymère d'éthylène-octène commercialisé par la société Dow sous la référence Engage 8003, ce copolymère ayant ensuite été greffé silane avec 1 ,2 % d'un agent de réticulation silane (voir détails ci-après) ; - PEO greffé silane 2% est un copolymère d'éthylène-octène commercialisé par la société Dow sous la référence Engage 8003, ce copolymère ayant ensuite été greffé silane avec 2 % d'un agent de réticulation silane (voir détails ci-après) ;
- EPDM est un copolymère d'éthylène propylène diène monomère commercialisé par la société Dow sous la référence Nordel 4725 ; - EPDM greffé silane 1 ,5% est un copolymère d'éthylène propylène diène monomère commercialisé par la société Dow sous la référence Nordel 4725, ce copolymère ayant ensuite été greffé silane avec 1 ,5 % d'un agent de réticulation silane (voir détails ci-après) ;
- EVA greffé AM est un copolymère d'éthylène vinyie acétate greffé anhydride maléique commercialisé par la société Arkema sous la référence Orevac 18211 ;
- LLDPE greffé AM est un homopolymère d'éthylène linéaire de basse densité greffé anhydride maléique commercialisé par la société Arkema sous la référence Orevac 18302 ;
- EMA est un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle commercialisé par la société Arkema sous la référence Lotryl 24 MA 005 ;
- Borate de zinc est du borate de zinc déshydraté commercialisé par la société Rio Tinto Minerais sous la référence Fire brake 500 ;
- Mica 1 est du mica de type muscovite commercialisé par la société Microfine sous la référence Mica sx300 ; Mica 1 comprend de 7 à 10% en poids de K 2 O ; - Mica 2 est du mica commercialisé par la société Imerys sous la référence Mica Mu M2/1 ; Mica 2 comprend environ 8,5% en poids de K 2 O ; - PhyUosilicate 1 est de la kaolinite commercialisée par la société Imerys sous la référence Argirec B24 ; PhyUosilicate 1 ne comprend pas de K 2 O ;
- PhyUosilicate 2 est des phyllosilicates d'aluminium commercialisés par la société Imerys sous la référence Hexafil ; PhyUosilicate 2 comprend de 2,3 à 3,2% en poids de K 2 O ;
- Oxyde de calcium est de l'oxyde de calcium CaO commercialisé par la société Omya sous la référence Caloxol PG ;
Phyllosilicates 100 sont des nanoparticules de Montmorillonite, commercialisées par la société Rockwood sous la référence Nanofil 5 ; Phyllosilicates 100 ne comprend pas d'oxyde de potassium ;
- Peroxyde est du peroxyde de dicumyle commercialisé par la société Akzo Nobel sous la référence Perkadox BC40 (peroxyde de dicumyle) ou Perkadox 14/40 (1.3 bis (t- butyle peroxyisopropyl) benzène).
La composition peut typiquement comprendre en outre des additifs en une quantité de 5 à 20 pcr. Les additifs sont bien connus de l'homme du métier et peuvent être par exemple choisis parmi des agents de protection
(antioxydants, des anti-UV, anti-cuivre), des agents de mise en œuvre
(plastifiants ou lubrifiants), et des pigments.
Préparation de couches isolantes à partir des compositions A1 à A6 des tableaux 1a et 1 b
On mélange en continu et en chauffant le ou les polymères à l'état fondu aux différentes charges inorganiques détaillées dans les tableaux 1a et 1 b. Le mélange est effectué à l'aide d'un mélangeur monovis Buss ou d'une extrudeuse bivis et les charges inorganiques sont ajoutés au(x) polymère(s) à l'aide d'une trémie doseuse classique.
Le mélange du ou des polymères chargés est extrudé directement sur un fil de cuivre massif ou multibrin d'une section de 1 ,5 mm 2 , la couche isolante extrudée ayant une épaisseur de 0,8 mm. Préparation de couches isolantes à partir des compositions B1 , B2, B3 et B4 du tableau 1a
Dans une première étape, on mélange en continu et en chauffant les polymères du tableau 1a à l'état fondu avec un agent de réticulation silane du type alkoxysilane ou carboxysilane ensemble avec un peroxyde organique, à l'aide d'un mélangeur monovis Buss ou d'une extrudeuse bivis.
L'agent de réticulation est ajouté en une quantité de 1 à 2,5 % et celui utilisé dans les compositions B1 à B4 est le Silfin 59 commercialisé par la société Evonik.
La température du mélange de cette première étape est telle qu'elle permet typiquement de mettre en œuvre le mélange de polymères tout en décomposant le peroxyde organique.
Cette première étape permet d'obtenir un mélange de polymères greffé silane sous forme de granulés.
Dans une deuxième étape, on mélange en continu et en chauffant le polymère greffé silane à l'état fondu aux différentes charges inorganiques détaillées dans le tableau 1 a.
Le mélange est effectué à l'aide d'un autre mélangeur monovis Buss ou d'une autre extrudeuse bivis et les charges inorganiques sont ajoutées au polymère greffé silane à l'aide d'une trémie doseuse classique.
Cette deuxième étape permet d'obtenir un polymère greffé silane chargé, le polymère greffé silane chargé étant typiquement obtenu sous forme de granulés. Dans une troisième étape, les granulés de polymère greffé silane chargé sont mis en œuvre à l'état fondu dans une extrudeuse monovis en présence d'un catalyseur de la réaction de condensation de groupements silanols, tel que par exemple le dibutyl dilaurate d'étain (DBTL) bien connu de l'homme du métier.
Le catalyseur est typiquement ajouté au polymère greffé silane chargé sous forme d'un mélange maître à base d'une polyoléfine compatible avec ledit polymère greffé. A titre d'exemple, le mélange maître contenant ledit catalyseur est ajouté en une quantité d'environ 2 % en poids au polymère greffé silane chargé.
Le mélange du polymère greffé silane chargé et du catalyseur de condensation des silanols est extrudé directement sur un fil de cuivre multibrin d'une section de 1 ,5 mm 2 , la couche isolante extrudée ayant une épaisseur de 0,8 mm.
Préparation de couches isolantes à partir des compositions C1 , C2 et C3 du tableau 1a
Dans une première étape, on mélange en continu et en chauffant le ou les polymères à l'état fondu aux différentes charges inorganiques et au peroxyde détaillés dans le tableau 1a.
Le mélange est effectué à l'aide d'un mélangeur monovis Buss ou d'une extrudeuse bivis et les charges inorganiques et le peroxyde sont ajoutés au(x) polymère(s) à l'aide d'une trémie doseuse classique.
Le mélange du ou des polymères chargés est extrudé directement sur un fil de cuivre massif ou multibrin d'une section de 1 ,5 mm 2 , la couche isolante extrudée ayant une épaisseur de 0,8 mm. Les conditions de température de mélange et d'extrusion sont telles que la température est suffisante pour ramollir et homogénéiser le peroxyde et les charges inorganiques dans le ou les polymères tout en évitant d'amorcer la décomposition du peroxyde.
Dans une deuxième étape, la couche isolante ainsi formée est réticulée par voie peroxyde sous l'action de la chaleur, en bain de sel, en tube vapeur ou en lit fluidisé à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de cette dernière.
Essais de résistances au feu Les essais de résistances au feu sont effectués selon les trois normes suivantes : IEC 60331 part 21 ou 23, DIN 4102 part 12, et EN 50200.
La norme IEC 60331 part 21 ou 23 consiste à soumettre un câble électrique à sa tension nominale lorsqu'il est suspendu horizontalement au- dessus d'une flamme d'au moins 750 0 C pendant une durée déterminée mais sans contrainte mécanique.
On vérifie sur cette période s'il y a court-circuit ou rupture des conducteurs électriques. L'essai est réussit lorsqu'il n'y a ni court-circuit, ni rupture des conducteurs électriques pendant l'essai et les 15 minutes qui suivent. Le câble électrique ayant satisfait au test pendant 30 minutes est alors classé FE30. Lorsqu'il satisfait au test pendant 90 minutes ou pendant 180 minutes, il est respectivement classé FE90 et FE180.
La norme DIN 4102 part 12 consiste à soumettre un câble électrique avec ses dispositifs de fixation dans un four de 3 mètres de long minimum pendant une durée déterminée selon une courbe de température normalisée (ISO 834).
De plus, le câble électrique et ses dispositifs de fixation sont soumis au poids maximal admissible et aux charges prescrites. Les conducteurs électriques étant sous leur tension de service ne doivent ni se rompre, ni donner lieu à des court-circuits. Ce type d'essai proche de la réalité d'un incendie porte non seulement sur le câble électrique mais aussi sur les systèmes de fixation dudit câble.
Le câble électrique ayant satisfait à l'essai pendant 30 minutes à 842 0 C est alors classé E30. Lorsqu'il satisfait à l'essai pendant 60 minutes à 945 0 C ou pendant 90 minutes à 1006 0 C, il est alors respectivement classé E60 et E90. La norme EN 50200 consiste à monter et à fixer par des bagues métalliques un câble électrique présentant la forme d'un U sur une plaque de matériau réfractaire.
Le câble électrique pendant l'essai est soumis à une flamme (850° C) ainsi qu'à un choc métallique asséné via une barre métallique qui tombe sur la plaque de matériau réfractaire toutes les 5 minutes. Les conducteurs électriques étant sous leur tension de service ne doivent ni se rompre, ni donner lieu à des courts-circuits.
Le câble électrique ayant satisfait à l'essai pendant 15, 30, 60, 90 ou 120 minutes est alors respectivement classé PH15, PH30, PH60 PH90 ou PH120. Le tableau 2 ci -après montre les résultats très satisfaisants des essais de résistance au feu de couches isolantes de câbles électriques selon la présente invention. Les câbles électriques utilisés pour lesdits essais sont constitués au moins de deux fils de cuivre respectivement isolés, l'ensemble des ces fils de cuivre isolés étant entouré par une gaine classique de protection de type HFFR bien connu de l'homme du métier. Les couches électriquement isolantes des fils de cuivre de chaque ensemble sont respectivement obtenues à partir des compositions A1 à A3, B1 à B4 et C1 à C3.
Tableau 2
Essais de cohésion
Afin de caractériser la cohésion (cohésion résiduelle) d'un matériau après combustion, les couches isolantes extrudées obtenues respectivement à partir des compositions A2, A4, A5 et A6 ont subi un test de résistance mécanique à la pénétration.
Le mode opératoire consiste principalement à enfoncer un organe pénétrant à vitesse constante dans chaque résidu de combustion, et concomitamment à mesurer au moyen d'un capteur de force, la résistance de la matière brûlée en fonction de la profondeur de pénétration effective.
L'organe pénétrant se présente concrètement sous la forme d'un cylindre de 6mm de diamètre et de 20mm de longueur. Afin d'offrir une surface de contact convexe, ce cylindre est utilisé suivant une position parallèle à la surface extérieure du résidu à tester, et avec une direction de déplacement perpendiculaire à ladite surface extérieure. La vitesse de pénétration est fixée à 10mm/min.
La géométrie cylindrique de l'organe pénétrant permet de quantifier simultanément la résistance à la compression et la résistance au fluage.
Dans la pratique, une machine de compression de type Zwick/Roel Z010 ® est utilisée pour effectuer en continu des séries de mesures de résistance à partir desquelles sera déduite à chaque fois la valeur caractéristique de la cohésion résiduelle, à savoir la force de résistance maximale atteinte après avoir pénétré 50% de l'épaisseur de l'échantillon.
Le tableau 3 ci-après rassemble les valeurs caractéristiques de cohésion résiduelle, notées Fmax-50% exprimée en Newton, pour les couches isolantes extrudées après une combustion à 920 0 C.
Tableau 3
Au vu des résultats du tableau 3, la couche isolante obtenue à partir des compositions selon l'invention (compositions A2, A4 et A6) présente une excellente cohésion résiduelle après avoir subi une combustion à 920 0 C.
Au contraire, le résultat de cohésion résiduelle (125N après une combustion à 920° C) correspondant à la couche isolante obtenue à partir de la composition A5 (composée entre autres de kaolinite c'est-à-dire d'un phyllosilicate ne comprenant pas d'oxyde de potassium) est bien inférieur à ceux obtenus à partir des couches isolantes de l'invention.
Par conséquent, ces résultats permettent avantageusement de montrer l'existence d'une réelle synergie d'action de l'association des composés b, c et d sur le paramètre mesuré (i.e. cohésion résiduelle).