CA2762001C

CA2762001C - Cable electrique apte a assurer la continuite de distribution electrique en cas d'incendie

Info

Publication number: CA2762001C
Application number: CA2762001A
Authority: CA
Inventors: Bruno Weider; Markus Gasser; Yannick Buser; Christelle Mazel; Arnaud Piechaczyk
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2017-07-11
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: KR101688505B1; EP2441076A1; KR20120027053A; AU2010258513A1; FR2946789B1; EP2441076B1; CL2011003125A1; CA2762001A1; BRPI1011524A2; WO2010142917A1; FR2946789A1; ES2568645T3

Abstract

La présente invention concerne un câble électrique comprenant un ou plusieurs conducteurs électriques isolés, chacun desdits conducteurs électriques isolés comportant un conducteur électrique entouré par une couche isolante, la couche isolante comprenant une première couche (2a) polymérique entourant le conducteur électrique, la première couche (2a) étant obtenue à partir d'une première composition comprenant une matrice polymère à base de polymère thermoplastique, et au moins une charge formatrice de céramique, caractérisé en ce que la couche isolante comprend en outre une deuxième couche (2b) polymérique réticulée entourant ladite première couche, la deuxième couche (2b) étant obtenue à partir d'une deuxième composition comprenant une matrice polymère à base de polyoléfine et ne comprenant sensiblement ni de charge formatrice de céramique, ni de composé halogène.

Description

Câble électrique apte à assurer la continuité de distribution électrique en cas d'incendie La présente invention se rapporte à un câble électrique apte à
assurer la continuité de distribution électrique en cas d'incendie comprenant un ou plusieurs conducteurs électriques isolés.
Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, au domaine des câbles de sécurité résistant au feu et notamment sans halogène, susceptible de fonctionner pendant un laps de temps donné
dans des conditions d'incendie, sans être pour autant propagateur d'incendie ni générateur de fumées importantes. Ces câbles de sécurité
sont en particulier des câbles de transport d'énergie ou des câbles de transmission basse fréquence, tels que des câbles de contrôle ou de signalisation.
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 résister au feu afin d'assurer une continuité de fonctionnement, notamment des équipements de secours et d'aide à l'évacuation.
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 propager l'incendie et de ne pas dégager de fumées toxiques et/ou opaques lorsqu'il est soumis à des conditions thermiques extrêmes.
Du document EP 0 942 439 est connu un câble électrique de sécurité résistant au feu et sans halogène comportant un ensemble de conducteurs électriques isolés, ledit ensemble étant entouré par une

2 gaine externe. Chaque conducteur électrique isolé est formé par un conducteur électrique entouré par une rnonocouche isolante polyrnérique obtenue à partir d'une composition comprenant une matière polyrnérique et au moins une charge formatrice de céramique, ladite couche isolante polyrnérique étant ainsi apte à se convertir au moins superficiellement en l'état de céramique à des hautes températures correspondant à des conditions d'incendie. La matière polyrnérique de cette unique couche isolante est choisie parmi un polysiloxane (polyorganosiloxane) et un copolymère d'éthylène, ou leur mélange.
On connaît également d'autres câbles électriques de sécurité
résistant au feu et sans halogène comportant des conducteurs électriques entourées par une isolation polyrnérique bicouche. Par exemple, le document EP 1 347 464 décrit un isolant bicouche apte à se convertir au moins superficiellement en l'état de céramique à des hautes températures correspondant à des conditions d'incendie.
Chacune des couches de l'isolant bicouche comprend un copolymère d'éthylène-octène et une charge formatrice de céramique.
Toutefois, il a été constaté que ces câbles de sécurité de l'art antérieur, même s'ils présentent de bonnes propriétés de résistance au feu, sont fragiles mécaniquement. Plus particulièrement, les conducteurs électriques isolés sont sensibles aux différentes contraintes mécaniques que subissent typiquement ces câbles lors de leur fabrication, leur transport, leur manipulation, leur installation ou leur raccordement. En outre, leur résistance électrique à haute température et en milieu humide, notamment selon la norme IEC 60502-1, n'est pas suffisante du fait de la présence des charges formatrices de céramiques.
Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant notamment un câble électrique facilement rnanipulable, limitant les risques de dégradation ,

3 mécanique des conducteurs électriques isolés qui le composent, tout en conservant des propriétés de résistance au feu excellentes satisfaisant la norme IEC 60331-21 et une résistance électrique améliorée satisfaisant la norme IEC 60502-1.
La présente invention a pour objet un câble électrique comprenant un ou plusieurs conducteurs électriques isolés, chacun desdits conducteurs électriques isolés comportant un conducteur électrique entouré par une couche isolante, la couche isolante comprenant une première couche polymérique céramisante entourant le conducteur électrique, la première couche étant obtenue à partir d'une première composition comprenant une matrice polymère à base de polymère thermoplastique, et au moins une charge formatrice de céramique, caractérisé en ce que la couche isolante comprend en outre une deuxième couche polymérique réticulée entourant ladite première couche, la deuxième couche étant obtenue à partir d'une deuxième composition comprenant une matrice polymère à base de polyoléfine et ne comprenant sensiblement ni de charge formatrice de céramique, ni de composé halogéné.
Dans ce qui suit, - les termes première composition comprenant une matrice polymère à base de polymère thermoplastique signifient que le ou les polymères utilisé(s) dans la première composition sont majoritairement un ou des polymères thermoplastiques (en % en poids dans la matrice), - les termes deuxième composition comprenant une matrice polymère à base de polyoléfine signifient que le ou les polymères utilisé(s) dans la deuxième

4 composition sont rnajoritairernent un ou des polyoléfines (en % en poids dans la matrice).
On entend en outre par composés halogénés un composé de toutes natures comprenant au moins un élément halogène, tel que par exemple des polymères fluorés ou des polymères chlorés comme le polychlorure de vinyle (PVC), des plastifiants halogénés, des charges minérales halogénées, ...etc.
Grâce à l'invention, la deuxième couche polyrnérique réticulée (couche externe) à base de polyoléfine protège mécaniquement la première couche polyrnérique (couche interne) à base de polymère thermoplastique. Cette propriété permet à la couche isolante de chaque conducteur électrique isolé d'améliorer les propriétés mécaniques du câble, notamment la dureté, la résistance à l'abrasion et à la déchirure des conducteurs électriques isolés qui le composent, de faciliter l'installation dudit câble, et de rendre le câble plus robuste lors de sa fabrication, tout en garantissant une très bonne adhésion entre la première couche et la deuxième couche de la couche isolante.
Plus particulièrement, la couche isolante du câble électrique de l'invention présente une excellente tenue mécanique en température (ou fluage à chaud) satisfaisant la norme EN 60811-2-1.
De plus, le câble électrique comprenant la couche isolante selon l'invention satisfait à la norme IEC 60331-21 avec des propriétés de résistance au feu excellentes. Les conducteurs électriques sont ainsi protégés contre l'incendie, ou en d'autres termes, le câble électrique permet de garantir un comportement au feu de haute qualité en termes au moins de cohésion des cendres électriquement isolantes.
Un autre avantage de la couche isolante du câble électrique de l'invention concerne sa résistance électrique. Du fait de l'absence de charge formatrice de céramique dans la couche externe de la couche isolante de l'invention, les propriétés de résistance électrique du câble à

haute température selon la norme IEC 60502-1 sont améliorées de façon significative.
Un autre avantage de la couche isolante du câble électrique de l'invention réside en ce qu'elle limite de façon significative le

5 dégagement de fumées toxiques lorsqu'elle est soumise à des conditions thermiques extrêmes.
L'invention telle qu'ainsi définie présente enfin l'avantage d'être économique puisqu'elle permet de limiter significativement, voire d'éviter totalement, l'utilisation de polyorganosiloxane dans la couche isolante des conducteurs électriques isolés, tout en ayant de très bonnes propriétés de résistance au feu.
La première couche polymérique (ou couche interne) Selon la présente invention, le polymère thermoplastique de la première composition peut être avantageusement choisi parmi les polymères d'oléfine, les polymères d'acrylate ou de méthacrylate, les polymères de vinyle comme par exemple le polychlorure de vinyle, et les polymères fluorés, ou un de leurs mélanges.
A titre d'exemple préféré, les polymères d'oléfine sont choisis parmi les hornopolyrnères d'éthylène ; les copolymères d'éthylène et d'octène (PEO) ; les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle ([VA) ; les copolymères d'éthylène et de butyle acrylate (EBA) ; les copolymères d'éthylène et d'acrylate de méthyle ([MA) ; les copolymères d'éthylène et d'éthyle acrylate (EEA) ; les copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ; les copolymères d'éthylène et d'acrylate d'éthyle (EEA) ; les copolymères d'éthylène, de propylène et de caoutchouc ([PR) ; les copolymères d'éthyle propylène diène monomère (EPDM) ; ou un de leurs mélanges.

6 Dans un mode de réalisation préféré, la matrice polymère de la première composition comprend au moins 95% en poids de polymère thermoplastique, de préférence ladite matrice polymère ne comprend que un ou des polymères thermoplastiques.
Dans un autre mode de réalisation préféré, la première composition ne comprend pas plus de 5% en poids de polyorganosiloxane, de préférence pas plus de 2% en poids de polyorganosiloxane, et encore plus préférentiellement la première composition ne comprend pas de polyorganosiloxane.
La charge formatrice de céramique utilisée dans la première composition permet à la première couche de se convertir au moins superficiellement en l'état de céramique à des hautes températures correspondant à des conditions d'incendie, et ainsi former une première couche dite cérarnisante . Cette couche cérarnisante assure donc une isolation suffisante lorsque la deuxième couche (couche externe) a disparu suite aux phénomènes de combustion.
La charge formatrice de céramique selon l'invention peut être choisie parmi une charge céramique fusible et une charge réfractaire, ou un de leur mélange.
La charge formatrice de céramique comprend de préférence au moins une charge céramique fusible et au moins une charge réfractaire.
Plus particulièrement, la charge céramique fusible a une température de fusion inférieure à une température élevée T, et la charge réfractaire a une température de fusion supérieure à ladite température T. Cette température T est avantageusement d'au moins 750 C, et peut atteindre 1100 C.
La charge céramique fusible peut être au moins une charge minérale choisie parmi les oxydes de bore (e.g. B203), les borates de zinc anhydres (e.g. 2ZnO 313203) ou hydratés (e.g. 4ZnO B203 H20 ou 2ZnO 313203 3,5H20), les phosphates de bore anhydres (e.g. BP04) ou

7 PCT/FR2010/051154 hydratés, ou un de leurs précurseurs. A titre d'exemple, on peut citer comme précurseur d'oxyde de bore, les borosilicates de calcium.
Cette charge céramique fusible a typiquement un point de fusion inférieure à 500 C et donne naissance à une phase amorphe (e.g. un verre) lorsque la température dépasse 500 C.
La charge réfractaire peut être au moins une charge minérale choisie parmi les oxydes de magnésium (e.g. MgO), les oxydes de calcium (e.g. Cao), les oxydes de silicium (e.g. Si02 ou quartz), les oxydes d'aluminium (e.g. A1203), les oxydes de chrome (e.g. Cr203), les oxydes de zirconium (e.g. Zr02) et les phyllosilicates tels que par exemple les rnontrnorillonites, les sépiolites, les illites, les attapulgites, les talcs, les kaolins ou les micas (e.g. mica muscovite 6 Si02 - 3 A1203 - K20 - 2H20), ou un de leurs mélanges.
De préférence, la charge formatrice de céramique se compose de deux charges réfractaires telle que par exemple du mica muscovite et de l'oxyde de calcium Ca0 ou un de ses précurseurs (e.g. carbonate de calcium CaCO3), et d'une charge céramique fusible telle que par exemple un précurseur d'oxyde de bore.
La quantité de charges formatrices de céramique peut être définie en ce que la première composition comprend au moins 90 parties en poids desdites charges pour 100 parties en poids de polymère, de préférence au plus 250 parties en poids desdites charges pour 100 parties en poids de polymères afin de limiter les problèmes de rhéologies dans la composition.
Plus particulièrement, la quantité de charge céramique fusible peut aller de 5 à 100 parties en poids, de préférence de 20 à 80, et la quantité de charge réfractaire peut aller de 50 à 200 parties en poids, de préférence de 70 à 120 parties en poids pour 100 parties en poids de polymères dans la première composition.

8 Dans un mode de réalisation préféré, la première composition n'est pas réticulée, ou en d'autres termes la première couche formée autour du conducteur électrique est non réticulée.
Par ailleurs, et dans un mode de réalisation particulier, la première couche polyrnérique (ou couche interne) ne comprend pas de composé halogéné.
La deuxième couche polymérique réticulée (ou couche externe) La deuxième couche polyrnérique réticulée est distincte de la première couche polyrnérique car elle est dite non cérarnisante puisqu'elle ne comprend sensiblement pas de charge formatrice de céramique. Le terme sensiblement signifie que la deuxième composition peut en outre comprendre une charge formatrice de céramique mais en tant qu'additif. De ce fait, la deuxième couche ne peut avoir les propriétés de se convertir au moins superficiellement en l'état de céramique à des hautes températures correspondant à des conditions d'incendie, notamment par exemple lorsque la deuxième composition comprend moins de 50 parties en poids de charge formatrice de céramique.
La polyoléfine de la deuxième composition peut être avantageusement choisie parmi les hornopolyrnères et les copolymères d'éthylène, ou un de leurs mélanges.
A titre d'exemple préféré d'hornopolyrnères d'éthylène, on peut citer le polyéthylène basse densité (LDPE).
Les copolymères d'éthylène peuvent quant à eux être choisis avantageusement parmi les copolymères d'éthylène et d'octène (PEO) ;
les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle ([VA) ; les

9 copolymères d'éthylène et de butyle acrylate (EBA) ; les copolymères d'éthylène et de méthyle acrylate ([MA) ; les copolymères d'éthylène et d'éthyle acrylate (EEA) ; les copolymères d'éthylène, de propylène et de caoutchouc (EPR) ; et les copolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM) ; ou un de leurs mélanges. On peut citer les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle ([VA) comme copolymère d'éthylène préféré.
De préférence, la matrice polymère de la deuxième composition est distincte de la matrice polymère de la première composition.
Dans un mode de réalisation préféré, la matrice polymère de la deuxième composition comprend au moins 95% en poids de polyoléfine, de préférence ladite matrice polymère ne comprend que une ou des polyoléfines.
Dans un autre mode de réalisation préféré, la deuxième composition ne comprend pas plus de 5% en poids de polyorganosiloxane, de préférence pas plus de 2% en poids de polyorganosiloxane, et encore plus préférentiellement la deuxième composition ne comprend pas de polyorganosiloxane.
Selon une première variante, la deuxième composition peut comprend en outre au moins une charge minérale différente d'une charge formatrice de céramique.
La charge minérale peut être une charge minérale ignifugeante hydratée, choisie notamment parmi les hydroxydes métalliques tels que par exemple le dihydroxyde de magnésium (MDH) ou le trihydroxyde d'aluminium (ATH). Les charges minérales ignifugeantes employées agissent principalement par voie physique en se décomposant de manière endothermique, ce qui a pour conséquence d'abaisser la température de la couche isolante et de limiter la propagation des flammes le long du câble.

La charge minérale peut également être un carbonate, tel que du carbonate de calcium.
La quantité de charges minérales peut être définie en ce que la deuxième composition comprend au moins 90 parties en poids desdites 5 charges pour 100 parties en poids de polymère, de préférence au plus 200 parties en poids desdites charges pour 100 parties en poids de polymères afin de limiter les problèmes de rhéologies dans la composition.
La deuxième couche polyrnérique réticulée de cette première

10 variante est tout particulièrement avantageuse lorsqu'elle est associée à
une première couche polyrnérique non réticulée comprenant, en tant que charge formatrice de céramique, uniquement une ou plusieurs charge(s) réfractaire(s).
Selon une deuxième variante, la deuxième couche est dite non chargée , ou en d'autres termes la deuxième couche, en plus de ne pas comprendre de charge formatrice de céramique, ne comprend pas de charge minérale ignifugeante hydratée, et plus particulièrement pas de charge minérale.
La réticulation de la deuxième composition pour obtenir la deuxième couche réticulée 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 béa, ou irradiation sous rayonnement ultraviolet en présence d'un photoarnorceur. La réticulation silane en présence d'un agent de réticulation dans la deuxième composition est préférée puisqu'elle évite l'utilisation d'équipements supplémentaires spécifiques tels que des lampes ou des chambres d'irradiation pour la réticulation sous

11 rayonnement, ou des lignes à bain de sel ou des tubes à vapeur pour la réticulation peroxyde.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la deuxième composition ne comprend que la matrice polymère, et, si nécessaire, les composants destinés à réticuler ladite deuxième composition tels que par exemple un agent de réticulation, et ainsi former la deuxième couche réticulée. Cette dernière est donc une couche réticulée non chargée.
Que ce soient la première couche polyrnérique et/ou la deuxième couche polyrnérique de l'invention, elles peuvent contenir des additifs bien connus de l'homme du métier comme par exemple des agents de traitements de surface, des antioxydants, des cires, ...etc.
Procédé de fabrication de la couche isolante Le procédé de fabrication de la couche (électriquement) isolante, et plus généralement du câble électrique, est bien connu de l'homme du métier.
La technique préférée pour mettre en forme les première et deuxième compositions est l'extrusion à l'aide d'une extrudeuse.
La première et la deuxième compositions peuvent être extrudées en deux étapes successives ou concomitamment. Dans ce dernier cas, on parle de co-extrusion.
La réticulation de la deuxième couche s'effectue typiquement après la mise en forme par extrusion de la deuxième composition.
Dans le cas où la première couche est également réticulée, l'étape de réticulation se fait typiquement soit directement après l'étape de mise en forme par extrusion de la première composition, soit après l'étape de mise en forme par extrusion de la deuxième composition.

12 Les première et deuxième couches de l'invention sont de préférence directement en contact entre elles, ou en d'autres termes la couche isolante ne comprend aucune couche intermédiaire entre la première couche et la deuxième couche. La couche isolante peut alors être définie comme un bicouche .
La gaine extérieure Le câble électrique de l'invention peut comprendre en outre une gaine extérieure entourant le ou les conducteurs électriques isolés.
Cette gaine extérieure est bien connue de l'homme du métier. Elle peut brûler complètement localement et se transformer en cendres résiduelles sous l'effet des températures élevées d'un incendie sans pour autant être propagateur de l'incendie.
Le matériau qui compose la gaine extérieure peut être par exemple une matrice polymère à base de polyoléfine et au moins une charge minérale ignifugeante hydratée choisie notamment parmi les hydroxydes métalliques tels que par exemple le dihydroxyde de magnésium ou le trihydroxyde d'aluminium.
La gaine extérieure peut être une gaine tubulaire ou bien une gaine dite bourrante , ces deux types de gaine étant bien connus de l'homme du métier. La gaine tubulaire est préférée pour garantir une forme circulaire de la section transversale du câble, tandis que la gaine bourrante est préférée lorsque les conducteurs électriques isolés sont agencés en parallèle les uns à côtés des autres dans un même plan.
Dans tous les cas, la gaine extérieure est classiquement obtenue par extrusion.
Le câble électrique

13 Selon une première variante, lorsque le câble électrique comprend une gaine extérieure telle que définie ci-avant, le câble électrique peut comprendre en outre des espaces vides prévus entre la gaine extérieure d'une part, et le ou les conducteurs électriques isolés d'autre part. Dans ce cas, et afin de garantir une forme cylindrique au câble sur toute sa longueur, la gaine extérieure est de préférence tubulaire.
Selon une deuxième variante, lorsque le câble électrique comprend une gaine extérieure telle que définie ci-avant, le câble électrique peut comprendre en outre un matériau bourrant (ou bourrage) entre la gaine extérieure d'une part, et le ou les conducteurs électriques isolés d'autre part.
Ce matériau bourrant est bien connu de l'homme du métier et a pour objet de garantir une forme cylindrique au câble sur toute sa longueur.
Il est typiquement extrudé autour du ou des conducteurs électriques isolés. Le bourrage se compose par exemple d'une matrice polymère à base de polyoléfine dans laquelle ont été ajoutées des charges minérales telles que par exemple du carbonate de calcium, et de façon particulièrement préférée des charges ignifugeantes hydratées telles que décrites ci-avant. Pour obtenir une cohésion des cendres plus importante du matériau bourrant, l'utilisation des charges minérales ignifugeantes hydratées combinées à des charges minérales du type phyllosilicate sont préférées.
Selon une troisième variante, lorsque le câble électrique comprend une gaine extérieure telle que définie ci-avant, la gaine extérieure peut être bourrante, notarnrnent lorsque le câble électrique ne comprend ni d'espace vide ni de matériau bourrant.
Selon une autre caractéristique de l'invention, et afin de garantir un câble dit HFFR pour l'anglicisme Halogen-Free Flame Retardant ,

14 le câble électrique, ou en d'autres termes les éléments qui composent ledit câble électrique, ne cornprend/cornprennent de préférence pas de composés halogénés.
Plus particulièrement, la première couche polyrnérique (ou couche interne) et la deuxième couche polyrnérique réticulée (ou couche externe) ne comprennent pas de composé halogéné.
Procédé de fabrication de la couche isolante Un autre objet selon l'invention est un procédé de fabrication d'un câble électrique tel que décrit ci-avant conformément à l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
i. former la couche isolante telle que décrite ci-avant autour d'un conducteur électrique, ii. optionnellernent, assembler au moins deux conducteurs électriques isolés tels qu'obtenus à l'étape i, iii. optionnellernent, extruder un matériau bourrant tel que défini ci-avant autour du ou des conducteurs électriques isolés de l'étape i ou ii, et iv. optionnellernent, extruder une gaine extérieure telle que définie ci-avant autour du ou des conducteurs électriques isolés de l'étape i, ii, ou iii.
Dans un mode de réalisation particulier conforme à l'invention, l'épaisseur de la première couche (couche interne) va de 0,10 mm à
1,50 mm et l'épaisseur de la deuxième couche (couche externe) va quant à elle de 0,05 mm à 1,50 mm, notamment lorsque la section (transversale) du conducteur électrique va de 1,5 rnrn2 à 4 nirn2.
Selon une première variante de ce mode de réalisation, lorsque la section (transversale) du conducteur électrique est de 1,5 nirn2, l'épaisseur de la première couche va de préférence de 0,30 mm à
0,80 mm, et plus préférentiellement à 0,60 mm. Dans ce cas, l'épaisseur de la deuxième couche va quant à elle de préférence de 0,10 mm à 0,50 mm.
5 Selon une deuxième variante de ce mode de réalisation, lorsque la section (transversale) du conducteur électrique est de 2,5 nru-n2, l'épaisseur de la première couche va de préférence de 0,30 mm à
0,90 mm. Dans ce cas, l'épaisseur de la deuxième couche va quant à
elle de préférence de 0,10 mm à 0,60 mm.
10 Selon une troisième variante de ce mode de réalisation lorsque la section (transversale) du conducteur électrique est de 4 nru-n2, l'épaisseur de la première couche va de préférence de 0,35 mm à
1 mm. Dans ce cas, l'épaisseur de la deuxième couche va quant à elle de préférence de 0,10 mm à 0,70 mm.

15 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre et des figures ci-annexées, lesdits exemples et figures étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
La figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique selon un premier mode de réalisation conforme à l'invention.
La figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique selon un deuxième mode de réalisation conforme à l'invention.
La figure 3 représente une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique selon un troisième mode de réalisation conforme à l'invention.
Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques dans cette figure. De même, seuls les

16 éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été
représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle.
Le câble électrique représenté sur la figure 1 comporte trois conducteurs électriques isolés 1,2a,2b et une gaine extérieure 3 entourant l'ensemble des trois conducteurs électriques isolés assemblés notamment en torsade, les conducteurs électriques isolés étant de section transversale sensiblement circulaire.
Chacun des trois conducteurs isolés se compose d'un conducteur électrique 1 entouré par une première couche isolante 2a (couche interne) et par une deuxième couche isolante 2b (couche externe) directement en contact avec ladite première couche isolante 2a. La première et la deuxième couche isolante 2a, 2b sont telles que définies dans la présente invention.
La gaine extérieure 3 ménage des espaces vides 4 entre elle et l'ensemble des conducteurs électriques isolés qu'elle entoure. Cette gaine extérieure 3 est tubulaire puisqu'elle présente une forme annulaire en section transversale.
La gaine extérieure 3 est réalisée à partir d'une composition ignifugeante comprenant une matrice polymère à base de polyoléfine.
Le câble électrique représenté sur la figure 2 comporte cinq conducteurs électriques isolés 1,2a,2b ou 1,2b et une gaine extérieure 3 entourant l'ensemble des cinq conducteurs électriques isolés, les conducteurs électriques isolés étant de section transversale sensiblement circulaire.
Quatre des cinq conducteurs électriques isolés 1,2a,2b sont respectivement entourés par une première couche isolante 2a (couche interne) et par une deuxième couche isolante 2b (couche externe) directement en contact avec ladite première couche isolante 2a. La première et la deuxième couche isolante 2a, 2b sont telles que définies dans la présente invention.

17 PCT/FR2010/051154 Le conducteur électrique isolé 1,2c restant est typiquement relié
à la terre. Il comporte un conducteur électrique entouré par une couche isolante 2c de type polyrnérique. Cette couche peut être une rnonocouche ou un bicouche par exemple de nature identique à la première couche 2a et/ou à la deuxième couche 2b de l'invention.
Les cinq conducteurs isolés sont assemblés, et notamment torsadés, autour d'un jonc de renforcement 5.
Un matériau bourrant 6 entoure l'ensemble des cinq conducteurs électriques isolés.
Enfin, une gaine extérieure 3 est extrudée autour de l'ensemble des cinq conducteurs électriques isolés ainsi que du matériau bourrant.
La forme cylindrique, ou en d'autres termes la section transversale circulaire, du câble électrique de l'invention telle que représentée sur les figures 1 et 2 n'est nullement limitative.
Le câble électrique peut également avoir une section transversale dite plate comme illustré sur la figure 3. La figure 3 représente un câble électrique conforme à l'invention dans lequel les conducteurs électriques isolés 1,2a,2b, au nombre de quatre dans cet exemple de réalisation, sont disposés en parallèle les uns à côtés des autres dans un même plan médian longitudinal P du câble électrique.
L'ensemble des conducteurs électriques isolés ainsi agencés forme une bande de conducteurs électriques isolés, cette bande étant recouverte d'une gaine extérieure 3 afin de maintenir les conducteurs électriques isolés 1,2a,2b dans le plan médian longitudinal P.
Exemples Des câbles électriques ont été réalisés avec des conducteurs électriques entourés par différents types de couches isolantes selon l'art antérieur et selon l'invention. La structure et la nature des ces câbles

18 sont détaillées dans le tableau 1 ci-après, décomposé en deux tableaux la et lb. Chacun des câbles électriques comporte N conducteurs électriques isolés dont un conducteur électrique relié à la terre. Les N-1 conducteurs électriques sont détaillés dans le tableau la, tandis que ledit conducteur électrique isolé relié à la terre est détaillé dans le tableau lb.
La structure de câble électrique en tant que telle, qui peut être prise en compte pour la compréhension des tableaux la et lb, est celle représentée sur la figure 2.

19 Référence du câble I.) Nombre ID
--, total N de ID

4 --, conducteurs =P

électriques vD
--, Surface de --.1 la section transversale de chacun 1,5 des conducteurs électriques (mm2) n Type de la couche 1.) isolante des (5) 1.) Bicouche Bicouche Bicouche Bicouche Bicouche Bicouche Monocouche Bicouche 0 H
conducteurs 1.) électriques H
Nature de la H
I
Couche H
couche Couche Couche Couche Couche Couche H
i interne de thermoplastique thermoplastique thermoplastique thermoplastique thermoplastique Couche silicone thermoplastiqu H
e céramisante in la couche céramisante 1 céramisante 1 céramisante 1 céramisante 1 céramisante 1 Couche isolante thermoplastique Nature de la céramisante 1 Couche couche XLPE non XLPE non thermoplastiqu externe de XEVA chargé XEVA chargé XEVA chargé XEVA
chargé
la couche chargé chargé
e céramisante isolante so n Epaisseur de la 0=1' couche 0,53 0,52 0,39 0,40 0,50 0,40 0,65 0,40 --, interne ID
(mm) -a-, ui CJI
=P

20 Epaisseur de la couche 0,11 0,12 0,36 0,36 0,50 0,40 0,40 I.) ID
--, externe ID
(mm) --, =P

Epaisseur vD
--, de la --.1 couche isolante (épaisseur couche 0,64 0,64 0,75 0,76 1,00 0,80 0,65 0,80 interne +
épaisseur couche n externe) (mm) 1.) (5) Type de Pas de Pas de Pas de 1.) Cohésion 2 Cohésion 1 Cohésion 1 Cohésion 1 Cohésion 1 bourrage bourrage bourrage bourrage H
IV
Epaisseur H
du bourrage 0,69 0,82 - 0,69 0,50 - - 0,50 H
I
(MM) H
H
I
Nature de la H
gaine Gaine HFFR
in extérieure Epaisseur de la gaine 1,00 0,99 0,94 1,17 1,00 1,00 1,00 1,00 extérieure (mm) so n Tableau la ;==1=-=
ui CJI
=P

21 Référence o du câble I.) o --, Nombre ID
total N de --, =P

conducteurs vD
--, électriques Surface de la section transversale de chacun 1,5 des conducteurs Q
électriques (mm2) 1.) (5) Type de la 1.) couche H
isolante des 1.) Bicouche Bicouche Bicouche H
H
I
conducteurs H
H
électriques i H
in Nature de la couche Couche Couche Couche interne de thermoplastique thermoplastique thermoplastique la couche céramisante 4 céramisante 4 céramisante 4 isolante Nature de la so n couche XLPE non externe de XEVA chargé XEVA chargé 0=1' la couche chargé
isolante --, ID
-a-, ui CJI
=P

22 Epaisseur de la I.) couche 0,5 0,5 0,5 ID
--, interne ID
(mm) --, =P

Epaisseur vD
--, de la --.1 couche 0,5 0,5 0,5 externe (mm) Epaisseur de la couche isolante n (épaisseur couche 1 1 1 1.) (5) interne +
1.) épaisseur H
couche 1.) externe) H
(MM) H
I
H
H
Type de i Cohésion 1 Cohésion 1 Cohésion 1 H
bourrage in Epaisseur du bourrage 0,5 0,5 0,5 (mm) Nature de la gaine Gaine HFFR
so extérieure n ,-q ;==1=-=
Epaisseur de la gaine 1,8 1,8 1,8 --, extérieure ID
(mm)ui Tableau la (suite) CJI
=P

23 o I.) ID
ID
Référence =P

6 7 8 l'-) du câble vD
--, Couche isolante du conducteur électrique isolé relié à la terre Nature de la couche Monocouche Monocouche Monocouche Bicouche Bicouche Bicouche Monocouche Monocouche isolante Identique au Identique au Identique au Q
bicouche de la bicouche de la bicouche de la >
Couche Couche Nature de la couche isolante couche isolante couche isolante 0 XLPE non thermoplastique thermoplastique 1.) couche XLPE chargé XLPE chargé des N-1 des N-1 des N-1 -4 chargé
céramisante 1 céramisante 2 (5) isolante conducteurs conducteurs conducteurs 1.) électriques du électriques du électriques du 0 H
câble 4 câble 5 câble 6 1.) Epaisseur H
H
I
de la H
couche 0,57 0,68 0,60 0,57 1,00 0,80 0,57 0,57 H
I
isolante Hin (mm) Tableau lb md n ,-q ;==1=-=
-a-, ui CJI
=P

24 o I.) ID
ID
=P

VD
I-, -,1 Référence du câble Couche isolante du conducteur électrique isolé relié
à la terre Nature de la couche Bicouche Bicouche Monocouche n isolante Identique Identique 1.) au bicouche au bicouche (5) 1.) de la de la Nature de couche couche XLPE non H
la couche isolante des isolante des 1.) chargé

isolante N-1 N-1 H
H
I
conducteurs conducteurs H
H
électriques électriques i H
du câble 9 du câble 10 in Epaisseur de la couche 1 1 1 isolante (mm) so n ,-q Tableau lb (suite) ;==1=-=
-a-, ui CJI
=P

Dans le tableau 1 :
- les termes Couche thermoplastique cérarnisante 1 font référence à une couche obtenue à partir d'un matériau non réticulé d'EVA comportant de 100 à 200 5 parties en poids d'un mélange de deux charges réfractaires telles que du mica muscovite (50 à 150 parties en poids) et du CaO (5 à 50 parties en poids), et de 5 à 50 parties en poids de borate de zinc, les parties en poids étant exprimées par rapport à 100 parties en 10 poids d'EVA ;
- les termes Couche thermoplastique cérarnisante 2 font référence à une couche obtenue à partir d'un matériau non réticulé de PEO comportant de 100 à 200 parties en poids d'oxyde de magnésium et de 5 à 50 15 parties en poids de borate de zinc, les parties en poids étant exprimées par rapport à 100 parties en poids de PEO ;
- les termes Couche thermoplastique cérarnisante 3 font référence à une couche obtenue à partir d'un 20 matériau non réticulé de PEO comportant de 100 à 200 parties en poids de mica muscovite et de 5 à 50 parties en poids de borate de zinc, les parties en poids étant exprimées par rapport à 100 parties en poids de PEO ;
- les termes Couche thermoplastique cérarnisante 4

25 font référence à une couche obtenue à partir d'un matériau non réticulé de PEO comportant de 100 à 200 parties en poids d'oxyde de magnésium (MgO), les parties en poids étant exprimées par rapport à
100 parties en poids de PEO ;

26 - les termes Couche silicone font référence à une couche obtenue à partir d'un matériau réticulé de polyorganosiloxane commercialisé par la société Wacker sous la référence R502/75 ;
- le terme XLPE non chargé fait référence à un matériau réticulé de polyéthylène non chargé
commercialisé par la société BOREALIS sous la référence Visico 4423 ;
- les termes XEVA chargé font référence à un matériau réticulé d'EVA comportant des charges ignifugeantes, commercialisé par la société Padanaplast sous la référence Cogegurn GFR 360 ;
- les termes XLPE chargé font référence à un matériau réticulé de polyéthylène comportant des charges ignifugeantes, commercialisé par la société Padanaplast sous la référence Cogegurn GFR 325 ;
- les termes Cohésion 1 font référence à un matériau bourrant (ou bourrage) HFFR, commercialisé par la société CONDOR sous la référence CC420 ;
- les termes Cohésion 2 font référence à un matériau bourrant (ou bourrage) HFFR, commercialisé par la société CONDOR sous la référence Confill D-F0704;
- les termes Epaisseur du bourrage font référence à
l'épaisseur du bourrage compris entre la périphérie interne de la gaine extérieure et la périphérie externe de la couche isolante du conducteur électrique isolé ;
- les termes Gaine HFFR font référence à un matériau HFFR non réticulé de polyoléfine commercialisé par la société Polyone sous la référence ECCOH 5860.

27 Tests de résistance au feu Chacun des câbles référencés 1 à 7 dans le tableau 1 vont subir des tests de résistance au feu. Les tests de résistance au feu sont effectués selon les deux normes suivantes : IEC 60331-21 et DIN 4102-12.
La norme IEC 60331-21 consiste à soumettre un câble électrique à sa tension nominale lorsqu'il est suspendu horizontalement au-dessus d'une flamme d'au moins 750 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. Le test est réussi lorsqu'il n'y a ni coud-circuit, ni rupture des conducteurs électriques pendant le test 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 4102-12 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 coud-circuits sinon le test serait considéré comme un échec. Le câble électrique ayant satisfait au test pendant 30 minutes à 842 C est alors classé [30.
Lorsqu'il satisfait au test pendant 60 minutes à 945 C ou pendant 90 minutes à 1006 C, il est alors respectivement classé E60 et E90. Ce type de test proche de la réalité d'un incendie porte non seulement sur le câble électrique mais aussi sur les systèmes de fixation dudit câble.

28 Le tableau 2 ci-après montre les résultats très satisfaisants des tests de résistance au feu des câbles électriques selon la présente invention (câbles référencés 1 à 5 et 9 à 11) conformément à la norme IEC 60331-21. On peut également remarquer que même sans bourrage, le câble référencé 3 selon la présente invention satisfait à cette norme de façon remarquable.
En outre, la présence d'un bourrage permet de satisfaire plus facilement à la norme DIN 4102-12 (câbles référencés 1, 2, 4, 5, 10 et 11).
Par ailleurs, on observe des résultats très satisfaisant avec les câbles référencés 9 à 11 dont les couches internes respectives comprennent, en tant que charge formatrice de céramique, uniquement une charge réfractaire.
Au vu des résultats des câbles référencés 10 et 11, on s'aperçoit également que l'association d'une part, d'une couche interne comprenant, en tant que charge formatrice de céramique, uniquement une charge réfractaire, et d'autre part d'une couche externe réticulée à
base d'un polymère d'éthylène chargé comprenant notamment une charge ignifugeante, permettent de satisfaire de façon particulièrement surprenante la norme DIN 4102-12.
Enfin, les câbles référencés 1 à 5 et 9 à 11 ont des propriétés de résistance au feu au moins équivalentes, voire meilleures, que le câble référencé 6 dont le coût de revient est beaucoup plus important (à
cause de la présence de polyorganosiloxane dans les couches isolantes des conducteurs électriques).
Référence du 1 2 3 4 5 6 7 8 câble IEC 60331-21 FE180 FE180 FE180 FE180 FE180 FE180 (>
90min) (> 90min) (> 180min) (> 180min) (> 180min) (> 180min) (> 180min) (> 180min) (ne passe (Test FE180 pas FE180) non réalisé)

29 DIN 4102-12 Echec Echec Echec Echec (> 30min) (> 30min) (> 30min) (> 30min) Tableau 2 Référence du 9 10 11 câble IEC 60331-21 (> 180min) (> 180min) (> 180min) DIN 4102-12 Echec (> 30min) (> 30min) Tableau 2 (suite) Test de résistance électrique Les câbles référencés 2, 4 et 8 dans le tableau 1 vont subir des tests de résistance électrique, les gaines extérieures desdits câbles étant préalablement enlevées. Les tests de résistance électriques sont effectués selon la norme IEC 60502-1 (paragraphe 17.2).
La norme IEC 60502-1 consiste à immerger une couronne de conducteurs électriques isolés de 5 mètres de longueur minimum dans de l'eau à la température maximale des conducteurs électriques en service normal (ex: 90 C) pendant au moins 1 heure avant l'essai. Puis une tension continue comprise entre 80V et 500V est appliquée entre la couronne de conducteurs électriques isolés et l'eau pendant une durée suffisante (entre 1 et 5 minutes).
Enfin, la résistivité transversale est calculée à partir de la résistance d'isolement selon la formule suivante :
p = 27[RL / ln (D/d) dans laquelle :
p est la résistivité transversale en Ohrn.rn, R = résistance d'isolement en Ohm, L = longueur du conducteur isolé en m, 5 D = diamètre exterieur de l'enveloppe isolante en mm, et d = diamètre interieur de l'enveloppe isolante en mm.
Le tableau 3 ci-après montre les résultats très satisfaisants des tests de résistance électrique des câbles électriques selon la présente 10 invention (câbles référencés 2, 4 et 10) contrairement au câble référencé 8 selon l'art antérieur.
Référence du câble 2 4 8 10 p (Ohrn.rn) > 1.108 2.1012 6.106 >
1.107 à 90 C
Tableau 3 Test du fluage à chaud sous charge La norme NF EN 60811-2-1 décrit la mesure du fluage à chaud d'un matériau sous charge. Le test correspondant est communément désigné par l'anglicisme Hot Set Test.
Il consiste concrètement à lester une extrémité d'une éprouvette de matériau avec une masse correspondant à l'application d'une contrainte équivalente à 0,2MPa, et à placer l'ensemble dans une étuve chauffée à 200+/-1 C pendant une durée de 15 minutes. Au terme de ce délai, on relève l'allongement à chaud sous charge de l'éprouvette, exprimé en Wo. La masse suspendue est alors retirée, et l'éprouvette est maintenue dans l'étuve pendant 5 nouvelles minutes. L'allongement permanent restant, également appelé rémanence, est alors mesuré
avant d'être exprimé en %.
On rappelle que plus un matériau est réticulé, plus les valeurs d'allongement et de rémanence seront faibles. On précise par ailleurs que dans le cas où une éprouvette viendrait à se rompre en cours d'essai, sous l'action conjuguée de la contrainte mécanique et de la température, le résultat au test serait alors logiquement considéré
comme un échec.
Ce test a été réalisé sur la couche isolante des N-1 conducteurs électriques des câbles référencés 1 à 11. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4 ci-dessous.
Référence du 1 2 3 4 5 6 7 8 câble Test de fluage Passe Passe Passe Passe Passe Passe Echec Echec à chaud Tableau 4 Référence du câble Test de fluage Passe Passe Passe à chaud Tableau 4 (suite) On note que les couches isolantes conformes à l'invention (câble référencés 1 à 5 et 9 à 11) passent avec succès la norme NF EN 60811-2-1, en ce sens que l'allongement sous charge et la rémanence sont respectivement inférieurs à 175% et à 25%. Même si l'isolant bicouche du câble référencé 6 passe également de manière satisfaisante cette norme, il est bon de rappeler qu'il présente des propriétés de résistance au feu inférieure à celle des câbles selon l'invention tout en étant moins économique puisque comportant des polyorganosiloxanes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Câble électrique comprenant un ou plusieurs conducteurs électriques isolés, chacun desdits conducteurs électriques isolés comportant un conducteur électrique entouré par une couche isolante, la couche isolante comprenant une première couche (2a) polymérique céramisante entourant le conducteur électrique, la première couche (2a) étant obtenue à partir d'une première composition comprenant une matrice polymère à base de polymère thermoplastique, et au moins une charge formatrice de céramique, caractérisé en ce que la couche isolante comprend en outre une deuxième couche (2b) polymérique réticulée entourant ladite première couche, la deuxième couche (2b) étant obtenue à
partir d'une deuxième composition comprenant une matrice polymère à base de polyoléfine et ne comprenant sensiblement ni de charge formatrice de céramique, ni de composé halogéné.

2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique de la première composition est choisi parmi les polymères d'oléfine, les polymères d'acrylate ou de méthacrylate, les polymères de vinyle, et les polymères fluorés, ou un de leurs mélanges.

3. Câble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la charge formatrice de céramique est choisi parmi une charge céramique fusible et une charge réfractaire, ou un de leur mélange.

4. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge céramique fusible a une température de fusion inférieure à une température T d'au moins 750°C.

5. Câble selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la charge céramique fusible est au moins une charge minérale choisie parmi les oxydes de bore, les borates de zinc anhydres ou hydratés, les phosphates de bore anhydres ou hydratés, et un de leurs précurseurs.

6. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge réfractaire a une température de fusion supérieure à une température T d'au moins 750°C.

7. Câble selon la revendication 3 ou 6, caractérisé en ce que la charge réfractaire est au moins une charge minérale choisie parmi les oxydes de magnésium, les oxydes de calcium, les oxydes de silicium, les oxydes d'aluminium, les oxydes de chrome, les oxydes de zirconium, et les phyllosilicates.

8. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé
en ce que la première composition comprend au moins 90 parties en poids de charge formatrice de céramique pour 100 parties en poids de polymère.

9. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé
en ce que la première couche (2a) est non réticulée.

10. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la polyoléfine de la deuxième composition est choisie parmi les homopolymères et les copolymères d'éthylène, ou un de leurs mélanges.

11. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la première composition et/ou la deuxième composition ne comprennent pas plus de 5 % en poids de polyorganosiloxane.

12. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la réticulation de la deuxième composition pour obtenir la deuxième couche réticulée (2b) est une réticulation silane en présence d'un agent de réticulation dans la deuxième composition.

13. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une gaine extérieure (3) entourant le ou les conducteurs électriques isolés.

14. Câble selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un matériau bourrant (6) entre la gaine extérieure (3) d'une part, et le ou les conducteurs électriques isolés d'autre part.

15. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il ne comprend pas de composés halogénés.