EP3404673B1 - Cable resistant au feu - Google Patents

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EP3404673B1
EP3404673B1 EP18171604.4A EP18171604A EP3404673B1 EP 3404673 B1 EP3404673 B1 EP 3404673B1 EP 18171604 A EP18171604 A EP 18171604A EP 3404673 B1 EP3404673 B1 EP 3404673B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
silicate
composition
polymer
oxide
weight
Prior art date
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Active
Application number
EP18171604.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3404673A1 (fr
Inventor
Franck Gyppaz
Stéphanie HOAREAU
Vincent BLANC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Nexans SA filed Critical Nexans SA
Publication of EP3404673A1 publication Critical patent/EP3404673A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3404673B1 publication Critical patent/EP3404673B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • H01B7/295—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame using material resistant to flame

Definitions

  • the present invention relates to a cable comprising at least one elongated conductive element surrounded by at least two polymeric fire-resistant layers.
  • safety cables are in particular energy transport cables or low frequency transmission cables, such as control or signaling cables.
  • EP-0 942 439 is known a fire resistant and halogen-free safety electric cable comprising a set of insulated electrical conductors, said set being surrounded by an external sheath.
  • Each insulated electrical conductor is formed by an electrical conductor surrounded by an insulating layer obtained from a composition comprising a polymeric material and at least one ceramic-forming filler, said insulating layer thus being able to convert at least superficially into the state of ceramic at high temperatures corresponding to fire conditions.
  • the polymeric material of this single insulating layer is chosen from a polysiloxane, an ethylene copolymer, and their mixture.
  • a cable comprising an elongated conductive element surrounded by a first polymeric layer obtained from a first composition comprising a first polymeric material and a first filler, and a second polymeric layer obtained from a second composition comprising a second material polymer and a second charge.
  • this safety cable of the prior art does not have optimal fire resistance properties, and remains relatively expensive when a polysiloxane is chosen as the insulating material.
  • the object of the present invention is to overcome the drawbacks of the techniques of the prior art by proposing in particular a cable having excellent fire resistance properties while limiting the risks of mechanical degradation of the electrical conductor or conductors which compose it, even at high temperature.
  • the cable has very good fire resistance, and in particular makes it possible to significantly reduce or even avoid the formation of flaming droplets during combustion of the cable.
  • the mechanical properties of the cable of the invention are also improved, which allows it to continue to operate even at high temperatures.
  • the invention as defined also has the advantage of being economical since it makes it possible to significantly limit or even avoid the use of polysiloxane in the insulating layer, while having very good resistance properties. fire.
  • the oxide of an alkaline earth metal advantageously makes it possible to improve the electrical resistivity properties at high temperature of the first polymeric layer under the conditions of a fire.
  • the oxide of an alkaline earth metal can be of high purity.
  • high purity means an oxide of an alkaline earth metal having a purity (by calcination) of at least 96.0%, preferably at least 98.0%, and in a particularly preferred manner at least 99.0%.
  • the oxide of a high purity alkaline earth metal advantageously limits the presence of electrically conductive compound (s), in particular in the form of impurity (s).
  • the impurities may contain, for example, heavy metals.
  • the oxide of an alkaline earth metal can comprise at most 30 ppm of heavy metals, and preferably less than 10 ppm of heavy metals.
  • the oxide of an alkaline earth metal has a melting temperature of at least 1500 ° C, preferably at least 2000 ° C, and particularly preferably at least 2500 ° C.
  • the first oxide of the first charge can be magnesium oxide (MgO).
  • the first charge can also comprise a second oxide different from the first oxide.
  • the second oxide can be silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the first charge can comprise from 50 to 90% by weight of the first oxide relative to the total weight of the first charge.
  • the first charge can comprise from 10 to 30% by weight of the second oxide relative to the total weight of the first charge.
  • the first polymer material of the invention comprises one or more polymer (s), the term polymer can be understood by any type of polymer well known to those skilled in the art such as homopolymer or copolymer (eg block copolymer, random copolymer, terpolymer, ..etc).
  • polymer can be understood by any type of polymer well known to those skilled in the art such as homopolymer or copolymer (eg block copolymer, random copolymer, terpolymer, ..etc).
  • the polymer can be of the thermoplastic or elastomer type, and can be crosslinked by techniques well known to those skilled in the art.
  • the first polymer material can comprise one or more olefin polymers, and preferably one or more ethylene polymers.
  • An olefin polymer is conventionally a polymer obtained from at least one olefin monomer.
  • the first polymer material can comprise more than 30% by weight of olefin polymer (s), preferably more than 50% by weight of olefin polymer (s), preferably more than 70% by weight of olefin polymer (s), and more preferably more than 90% by weight of olefin polymer (s), relative to the total weight of the first polymer material in the first composition.
  • the first polymer material is composed only of one or more olefin polymer (s).
  • the first polymer material of the invention may comprise one or more olefin polymers, and preferably one or more ethylene polymer (s), chosen from a linear low density polyethylene (LLDPE); very low density polyethylene (VLDPE); low density polyethylene (LDPE); medium density polyethylene (MDPE); high density polyethylene (HDPE); an ethylene-propylene elastomeric copolymer (EPM); an ethylene propylene diene monomer terpolymer (EPDM); a copolymer of ethylene and vinyl ester such as a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA); a copolymer of ethylene and acrylate such as a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA) or a copolymer of ethylene and methyl acrylate (EMA); a copolymer of ethylene and alpha-olefin such as a copolymer of ethylene and octene (PEO) or a
  • the first polymer material of the invention can also comprise a grafted polymer, in particular grafted with polar functions.
  • This grafted polymer advantageously makes it possible to improve the mechanical properties of the first polymer layer.
  • the grafted polymer can be a maleic anhydride grafted olefin polymer, and in particular a maleic anhydride grafted ethylene polymer.
  • the first polymeric material may comprise from 1 to 20% by weight of said grafted polymer, and preferably from 1 to 15% by weight of said grafted polymer, relative to the total weight of the first polymeric material in the first composition.
  • the first polymeric material can have a melt flow index (known as "Melt Flow Index”), in grams / 10 minutes according to ISO 1133 at 190 ° C / 2.16 kg, ranging from 1.0 at 5.
  • Melt Flow Index a melt flow index
  • the melt flow indices of these two polymers are different.
  • the first composition of the invention may comprise at least 30% by weight of said first polymer material, and preferably at least 40% by weight of said first polymer material, relative to the total weight of the first composition.
  • the first composition can comprise from 20 to 60% by weight of the first oxide relative to the total weight of the first composition.
  • the first composition can comprise from 30 to 50% by weight of the first oxide relative to the total weight of the first composition.
  • the first composition can comprise from 5 to 30% by weight of the second oxide relative to the total weight of the first composition.
  • the first composition can comprise from 5 to 20% by weight of the second oxide relative to the total weight of the first composition.
  • the first composition may comprise at least 30% by weight of said first charge, and preferably at least 40% by weight of said first charge, relative to the total weight of the first composition.
  • the first composition may comprise at least 30% by weight of said first polymer material, and preferably at least 40% by weight of said first polymer material, relative to the total weight of the first composition.
  • the first composition can have a Mooney viscosity of at least 40, and preferably at least 50.
  • the first composition can have a Mooney viscosity of at most 100, and preferably at most 90.
  • the Mooney viscosity (ML1 + 4, 160 ° C) is expressed in Mooney units (Me) and can be easily determined by standard NFT 43005.
  • the first composition may typically further comprise additives in an amount of 0.1 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the first polymeric material in the first composition.
  • Additives are well known to those skilled in the art and can for example be chosen from protective agents (eg anti-UV, anti-copper), implementing agents (eg plasticizers, lubricants), pigments, and antioxidants.
  • the first polymeric layer can surround one or more elongated conductive element (s).
  • the first polymeric layer can be an electrically insulating layer.
  • the term "electrically insulating layer” means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10 -9 S / m (siemens per meter) (at 25 ° C), preferably at most 1.10 -8 S / m, and preferably at most 1.10 -13 S / m (at 25 ° C).
  • the thickness of the first polymer layer can range from 0.05 mm to 2.0 mm, and preferably from 0.1 mm to 1.0 mm.
  • the first polymeric layer can be crosslinked or uncrosslinked.
  • non-crosslinked is intended to mean a layer whose gel rate according to standard ASTM D2765-01 (xylene extraction) is at most 20%, preferably at most 10%, preferably not more than 5%, and particularly preferably 0%.
  • crosslinked is intended to mean a layer whose gel rate according to standard ASTM D2765-01 (extraction with xylene) is at least 50%, preferably at least 80%, and so particularly preferred by at least 90%.
  • the first silicate can be chosen from phyllosilicates, compounds comprising magnesium silicate, compounds comprising aluminum silicate, and one of their mixture.
  • the first silicate can be a phyllosilicate. More particularly, the phyllosilicate can be mica.
  • the second filler can comprise from 20 to 40% by weight of first silicate relative to the total weight of the second filler.
  • the second silicate can be a compound with a high specific surface, in particular at least 10 m 2 / g, and preferably at least 20 m 2 / g.
  • the specific surface is conventionally determined by the BET method according to DIN ISO 9277.
  • the second silicate can in particular be of the lamellar type.
  • the second silicate can be chosen from phyllosilicates, compounds comprising magnesium silicate, compounds comprising aluminum silicate, and one of their mixture.
  • the second silicate can be a compound comprising magnesium silicate.
  • the compound comprising magnesium silicate can be talc.
  • the second filler can comprise from 20 to 40% by weight of second silicate relative to the total weight of the second filler.
  • the oxide of an alkaline earth metal advantageously makes it possible to improve the mechanical cohesion properties of the second polymeric layer after combustion under the effect of a flame.
  • the oxide of an alkaline earth metal of the second polymeric layer can be of high purity, in order to improve the electrical resistivity of the cable of the invention.
  • high purity means an oxide of an alkaline earth metal having a purity (by calcination) of at least 96.0%, preferably at least 98.0%, and in a particularly preferred manner at least 99.0%.
  • the oxide of a high purity alkaline earth metal advantageously limits the presence of electrically conductive compound (s), in particular in the form of impurity (s).
  • the impurities may contain, for example, heavy metals.
  • the oxide of an alkaline earth metal can comprise at most 30 ppm of heavy metals, and preferably less than 10 ppm of heavy metals.
  • the oxide of an alkaline earth metal has a melting temperature of at least 1500 ° C, preferably at least 2000 ° C, and particularly preferably at least 2500 ° C.
  • the oxide of an alkaline earth metal can be magnesium oxide (MgO).
  • the third silicate can be chosen from phyllosilicates, compounds comprising magnesium silicate, compounds comprising aluminum silicate, and one of their mixture.
  • the third silicate can be a compound comprising aluminum silicate, in particular of the lamellar type.
  • the third silicate can be chosen from montmorillonite, bentonite, kaolinite, hectorite, halloysite, and one of their mixtures.
  • the compound comprising aluminum silicate can be montmorillonite.
  • a third silicate As a preferred example of a third silicate, mention may be made of a nanoclay, functionalized or not. More particularly, it can be treated at the surface with cations of the quaternary ammonium type.
  • the second filler can comprise from 5 to 30% by weight of third silicate relative to the total weight of the second filler in the second composition.
  • the second polymer material comprises one or more polymer (s), the term polymer can be understood by any type of polymer well known to those skilled in the art such as homopolymer or copolymer (eg block copolymer, random copolymer, terpolymer, etc. etc).
  • polymer can be understood by any type of polymer well known to those skilled in the art such as homopolymer or copolymer (eg block copolymer, random copolymer, terpolymer, etc. etc).
  • the polymer can be of the thermoplastic or elastomer type, and can be crosslinked by techniques well known to those skilled in the art.
  • the second polymer material can comprise one or more olefin polymers, and preferably, one or more ethylene polymer (s) .
  • An olefin polymer is conventionally a polymer obtained from at least one olefin monomer.
  • the second polymer material can comprise more than 30% by weight of olefin polymer (s), preferably more 50% by weight of olefin polymer (s), preferably more than 70% by weight of olefin polymer (s), and more preferably more than 90% by weight of olefin polymer (s) , relative to the total weight of the second polymeric material in the second composition.
  • the second polymer material is only composed of one or more olefin polymer (s).
  • the second polymer material of the invention may comprise one or more olefin polymers, and preferably one or more ethylene polymer (s), chosen from a linear low density polyethylene (LLDPE); very low density polyethylene (VLDPE); low density polyethylene (LDPE); medium density polyethylene (MDPE); high density polyethylene (HDPE); an ethylene-propylene elastomeric copolymer (EPM); an ethylene propylene diene monomer terpolymer (EPDM); a copolymer of ethylene and vinyl ester such as a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA); a copolymer of ethylene and acrylate such as a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA) or a copolymer of ethylene and methyl acrylate (EMA); a copolymer of ethylene and alpha-olefin such as a copolymer of ethylene and octene (PEO) or a
  • the second polymer material of the invention can also comprise a grafted polymer, in particular grafted with polar functions.
  • This grafted polymer advantageously makes it possible to improve the mechanical cohesion properties of the second layer after combustion under the effect of a flame.
  • the grafted polymer can be a maleic anhydride grafted olefin polymer, and in particular a maleic anhydride grafted ethylene polymer.
  • the second polymeric material can comprise from 1 to 20% by weight of said grafted polymer, and preferably from 5 to 15% by weight of said grafted polymer, relative to the total weight of the second polymeric material in the second composition.
  • the second polymeric material may comprise a mixture of at least two different ethylene polymers, and more particularly may comprise a mixture of a homopolymer of ethylene and a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA) .
  • EVA vinyl acetate
  • the second polymeric material can comprise from 50 to 80% by weight of EVA and from 20 to 50% by weight of an ethylene homopolymer, relative to the total weight of the second polymeric material in the second composition.
  • the second composition may comprise at least 30% by weight of the second polymeric material, preferably at least 50% by weight of the second polymeric material, and preferably at least 60% by weight of the second polymeric material, relative to the total weight of the second composition.
  • the second composition can comprise at least 30% by weight of said second filler relative to the total weight of the second composition.
  • the second composition may comprise at least 30% by weight of said second polymeric material relative to the total weight of the second composition.
  • the second composition can have a Mooney viscosity of at least 50, and preferably at least 55.
  • the second composition can have a Mooney viscosity of at most 100, and preferably at most 90.
  • the Mooney viscosity (ML1 + 4, 160 ° C) is expressed in Mooney units (Me) and can be easily determined by standard NFT 43005.
  • the second composition may typically further include additives in an amount of 0.1 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the second polymeric material in the second composition.
  • Additives are well known to those skilled in the art and can for example be chosen from protective agents (eg anti-UV, anti-copper), implementing agents (eg plasticizers, lubricants), pigments , and antioxidants.
  • the second polymeric layer may preferably surround the first polymeric layer.
  • the second polymeric layer can advantageously be non-crosslinked.
  • non-crosslinked is intended to mean a layer whose gel rate according to standard ASTM D2765-01 (xylene extraction) is at most 20%, preferably at most 10%, preferably not more than 5%, and particularly preferably 0%.
  • the second polymeric layer is an electrically insulating layer.
  • the term "electrically insulating layer” means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10 -9 S / m (siemens per meter) (at 25 ° C), preferably at most 1.10 -8 S / m, and preferably at most 1.10 -13 S / m (at 25 ° C).
  • the thickness of the second polymeric layer can range from 0.05 mm to 2.0 mm, and preferably from 0.1 mm to 1.0 mm.
  • the cable according to the invention can also comprise a third polymeric layer.
  • the third polymer layer may preferably surround the second polymer layer.
  • the third polymeric layer can be crosslinked.
  • crosslinked is intended to mean a layer whose gel rate according to standard ASTM D2765-01 (extraction with xylene) is at least 50%, preferably at least 80%, and so particularly preferred by at least 90%.
  • the third polymeric layer is an electrically insulating layer.
  • the term "electrically insulating layer” means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10 -9 S / m (siemens per meter) (at 25 ° C), preferably at most 1.10 -8 S / m, and preferably at most 1.10 -13 S / m (at 25 ° C).
  • the third polymeric layer does not comprise halogenated compounds.
  • the third polymeric layer is a so-called "HFFR" layer for anglicism " Halogen-Free Flame Retardant" according to standard IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).
  • the third polymeric layer may comprise one or more olefin polymer (s) and preferably one or more ethylene polymer (s)
  • the thickness of the third polymeric layer can range from 0.05 mm to 2 mm, and preferably from 0.1 mm to 1.0 mm.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application in the field of energy or telecommunication cables intended to remain operational for a defined time when they are subjected to high heat and / or directly to flames.
  • the term "cable” means an electrical and / or optical cable, intended for the transport of energy and / or for the transmission of data.
  • this type of cable comprises one or more elongated conductive element (s) of the electrical and / or optical type.
  • the elongated conductive element When the elongated conductive element is of the electrical type, it may be a single conductor such as for example a metallic wire, or a multiconductor such as a plurality of metallic wires, twisted or not.
  • the elongated electrical conductor can be made from a metallic material chosen in particular from aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, and one of their combinations.
  • the cross section of the electrical conductor can range from 0.5 mm 2 to more than 240 mm 2 .
  • the first polymeric layer can be in direct physical contact with the elongated conductive element.
  • the second polymeric layer may surround the first polymeric layer.
  • the third polymeric layer may surround the first polymeric layer and / or the second polymeric layer.
  • the cable of the invention may further comprise a protective sheath surrounding one or more elongated conductive element (s) insulated by at least the first polymeric layer, the second polymeric layer, and optionally the third polymeric layer, said three layers being in accordance with the invention.
  • the protective sheath surrounds the single elongated and thus insulated conductive element .
  • the protective sheath surrounds all of said elongated and thus insulated conductive elements.
  • the protective sheath of the invention can be a sheath of the tubing type or of the tamping type.
  • Tube sheath is understood to mean a tube-shaped sheath comprising a substantially identical thickness all along said tube.
  • the tubular sheath can be more or less tight around all of the insulated conductors as previously described, so as in particular to immobilize all of said insulated conductors inside said sheath.
  • the tubing sheath is very simple and quick to produce since it requires less pressure at the outlet of the extruder than that necessary for the manufacture of a stuffing sheath.
  • sensing sheath means a sheath which fills the interstices, when they exist, between the electrical conductors insulated by at least the first polymeric layer and the second polymeric layer, the volumes of which are accessible.
  • the thickness of the protective sheath can range from 0.05 mm to 3 mm, and preferably from 0.5 mm to 2.0 mm.
  • the protective sheath may conventionally be based on one or more olefin polymer (s), with optionally at least one flame-retardant filler such as aluminum trihydroxide (ATH), magnesium dihydroxide (MDH), the chalk.
  • ATH aluminum trihydroxide
  • MDH magnesium dihydroxide
  • the protective sheath is a so-called “HFFR” sheath for Anglicism “ Halogen-Free Flame Retardant ” according to standard IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).
  • the cable may further comprise a stuffing element positioned along the cable between the protective sheath and the isolated elongated conductive element (s), the stuffing element which can also surround the insulated elongated conductive element (s).
  • the stuffing element is well known to those skilled in the art and can for example be based on one or more olefin polymer (s), optionally with at least one flame-retardant filler such as, for example, trihydroxide. aluminum (ATH), magnesium dihydroxide (MDH), chalk.
  • the stuffing element is a so-called “HFFR” element for “ Halogen-Free Flame Retardant” anglicism according to standard IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).
  • the cable of the invention does not include / preferably include no halogenated compounds according to IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).
  • halogenated compounds can be of all kinds, such as, for example, fluorinated polymers or chlorinated polymers such as polyvinyl chloride (PVC), halogenated plasticizers, halogenated mineral fillers, etc.
  • the electric cable shown on the figure 1 comprises two electrical conductors 1, each electrical conductor being successively surrounded by a first polymeric layer 2 and a second polymeric layer 3, both according to the invention.
  • a protective sheath 5 of stuffing type surrounds all of the two conductors insulated by the two polymer layers of the invention.
  • a packing element 6 is positioned between the protective sheath 5 and all of the electrical conductors insulated by the two polymer layers of the invention.
  • the stuffing element 6 also surrounds all of the electrical conductors insulated by the two polymer layers of the invention.
  • the electric cable shown on the figure 2 comprises three electrical conductors 1, successively surrounded by a first layer polymer 2 and a second polymer layer 3, both according to the invention.
  • a third polymeric layer 4 surrounds the second polymeric layer of each of the electrical conductors.
  • a tubing type protective sheath 5 surrounds all three electrical conductors insulated by the three polymer layers.
  • Empty spaces 7 are provided between the protective sheath 5 and all of the electrical conductors insulated by the three polymer layers that it surrounds.
  • the protective sheath 5 is a conventional sheath produced from a flame-retardant composition based on polyolefin.
  • the packing element 6 is a conventional packing element also produced from a flame-retardant composition based on polyolefin.
  • Table 3 below presents a cable comprising a first polymeric layer obtained from the first composition of table 1, and a second polymeric layer obtained from the second composition of table 2.
  • the first composition of table 1 is extruded, using a conventional single screw extruder, around each electrical conductor, thus forming the first insulating polymeric layer.
  • the temperature profile ranges from 90 to 200 ° C, and the extruder has eight heating zones.
  • the second composition of table 2 is conventionally extruded around the first polymeric layer, thus forming the second insulating polymeric layer.
  • a third layer as defined in the invention when it exists, is extruded around the two previous layers.
  • the two-layer or three-layer insulation can be extruded in several successive stages, but it can also be extruded by co-extrusion (one and the same extrusion head).
  • Standard NF C 32-070 CR1 (2001) indicates in particular a fire resistance threshold of 65 minutes (min) to validate the performance.
  • the DIN4120-12 standard indicates in particular a fire resistance threshold of 30, 60 and 90 minutes (min) to validate the performance E30, E60 and E90 respectively.
  • NBN standard 713020 Addendum 3 indicates in particular a fire resistance threshold of 60, 90 and 120 minutes (min) to validate the performance rf60, rf90 and rf120 respectively.

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte à un câble comprenant au moins un élément conducteur allongé entouré par au moins deux couches polymériques résistantes au feu.
  • 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 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 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 gaine externe. Chaque conducteur électrique isolé est formé par un conducteur électrique entouré par une couche isolante obtenue à partir d'une composition comprenant une matière polymérique et au moins une charge formatrice de céramique, ladite couche isolante étant ainsi apte à se convertir au moins superficiellement en l'état de céramique à de hautes températures correspondant à des conditions d'incendie. La matière polymérique de cette unique couche isolante est choisie parmi un polysiloxane, un copolymère d'éthylène, et leur mélange.
  • Du document US2015/147571 est connu un câble comprenant un élément conducteur allongé entouré par une première couche polymérique obtenue à partir d'une première composition comprenant un premier matériau polymère et une première charge, et une deuxième couche polymérique obtenue à partir d'une deuxième composition comprenant un deuxième matériau polymère et une deuxième charge.
  • Toutefois, il a été constaté que ce câble de sécurité de l'art antérieur ne présente pas des propriétés de résistance au feu optimales, et reste relativement coûteux lorsqu'un polysiloxane est choisi comme matériau isolant.
  • Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant notamment un câble présentant des propriétés de résistance au feu excellentes tout en limitant les risques de dégradation mécanique du ou des conducteurs électriques qui le composent, même à haute température.
  • La présente invention a pour objet un câble comprenant au moins un élément conducteur allongé entouré par au moins :
    • une première couche polymérique obtenue à partir d'une première composition comprenant un premier matériau polymère et une première charge, et
    • une deuxième couche polymérique obtenue à partir d'une deuxième composition comprenant un deuxième matériau polymère et une deuxième charge,
    caractérisé en ce que :
    • ladite première charge comprend au moins un premier oxyde de type oxyde d'un métal alcalino-terreux, et
    • ladite deuxième charge comprend au moins un premier silicate et un deuxième silicate, le deuxième silicate étant différent du premier silicate.
  • Grâce à l'invention, le câble présente une très bonne résistance au feu, et permet notamment de réduire significativement voire d'éviter la formation de gouttelettes enflammées lors de la combustion du câble. Les propriétés mécaniques du câble de l'invention s'en trouvent également améliorées ce qui lui permet de continuer à fonctionner même à hautes températures.
  • Le câble de l'invention satisfait avantageusement aux conditions des normes suivantes :
    • la norme NF C32-070 CR1 (2001),
    • la norme DIN4102-12 avec les exigences de la performance E30, E60, E90, et
    • la norme NBN 713020 Addendum 3 avec les exigences de la performance Rf60, Rf90 et Rf120.
  • L'invention telle qu'ainsi définie présente en outre l'avantage d'être économique puisqu'elle permet de limiter de façon significative voire d'éviter l'utilisation de polysiloxane dans la couche isolante, tout en ayant de très bonnes propriétés de résistance au feu.
    • 1. La première couche polymérique 1.1 La première charge
  • L'oxyde d'un métal alcalino-terreux permet avantageusement d'améliorer les propriétés de résistivité électrique à haute température de la première couche polymérique dans les conditions d'un incendie.
  • De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux peut être de haute pureté.
  • On entend par « haute pureté » un oxyde d'un métal alcalino-terreux ayant une pureté (par calcination) d'au moins 96,0%, de préférence d'au moins 98,0%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 99,0%.
  • L'oxyde d'un métal alcalino-terreux de haute pureté limite de façon avantageuse la présence de composé(s) électriquement conducteur(s), notamment sous forme d'impureté(s). Les impuretés peuvent contenir par exemple des métaux lourds. De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux peut comprendre au plus 30 ppm de métaux lourds, et de préférence moins de 10 ppm de métaux lourds.
  • Dans un mode de réalisation préféré, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux a une température de fusion d'au moins 1500°C, de préférence d'au moins 2000°C, et de façon particulièrement préférée d'au moins 2500°C.
  • A titre d'exemple préféré, le premier oxyde de la première charge peut être de l'oxyde de magnésium (MgO).
  • La première charge peut comprendre en outre un deuxième oxyde différent du premier oxyde.
  • De préférence, le deuxième oxyde peut être du dioxyde de silicium (SiO2).
  • La première charge peut comprendre de 50 à 90% en poids du premier oxyde par rapport au poids total de la première charge.
  • La première charge peut comprendre de 10 à 30% en poids du deuxième oxyde par rapport au poids total de la première charge.
    • 1.2 Le premier matériau polymère
  • Le premier matériau polymère de l'invention comprend un ou plusieurs polymère(s), le terme polymère pouvant s'entendre par tout type de polymère bien connu de l'homme du métier tel que homopolymère ou copolymère (e.g. copolymère séquencé, copolymère statistique, terpolymère, ..etc).
  • Le polymère peut être du type thermoplastique ou élastomère, et peut être réticulé par des techniques bien connus de l'homme du métier.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le premier matériau polymère, ou en d'autres termes la matrice polymère de la première composition, peut comprendre un ou plusieurs polymères d'oléfine, et de préférence un ou plusieurs polymères d'éthylène. Un polymère d'oléfine est classiquement un polymère obtenu à partir d'au moins un monomère d'oléfine.
  • Plus particulièrement, le premier matériau polymère peut comprendre plus de 30% en poids de polymère(s) d'oléfine, de préférence plus de 50% en poids de polymère(s) d'oléfine, de préférence plus de 70% en poids de polymère(s) d'oléfine, et de façon particulièrement préférée plus de 90% en poids de polymère(s) d'oléfine, par rapport au poids total du premier matériau polymère dans la première composition. De préférence, le premier matériau polymère est uniquement composé d'un ou de plusieurs polymère(s) d'oléfine.
  • A titre d'exemple, le premier matériau polymère de l'invention peut comprendre un ou plusieurs polymères d'oléfine, et de préférence un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène, choisis parmi un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE); un polyéthylène très basse densité (VLDPE); un polyéthylène basse densité (LDPE); un polyéthylène moyenne densité (MDPE); un polyéthylène haute densité (HDPE); un copolymère élastomère d'éthylène-propylène (EPM); un terpolymère éthylène propylène diène monomère (EPDM); un copolymère d'éthylène et de vinyl ester tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA); un copolymère d'éthylène et d'acrylate tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ou un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA); un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine tel qu'un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO) ou un copolymère d'éthylène et de butène (PEB); et un de leurs mélanges. Le polymère d'éthylène préféré est le copolymère d'éthylène et d'octène (PEO), ou un mélange de copolymères d'éthylène et d'octène (PEO).
  • Le premier matériau polymère de l'invention peut en outre comprendre un polymère greffé, notamment greffé avec des fonctions polaires.
  • Ce polymère greffé permet avantageusement d'améliorer les propriétés mécaniques de la première couche polymérique.
  • A titre d'exemple, le polymère greffé peut être un polymère d'oléfine greffé anhydride maléique, et notamment un polymère d'éthylène greffé anhydride maléique.
  • Lorsqu'un polymère greffé est ajouté au premier matériau polymère, le premier matériau polymère peut comprendre de 1 à 20 % en poids dudit polymère greffé, et de préférence de 1 à 15 % en poids dudit polymère greffé, par rapport au poids total du premier matériau polymère dans la première composition.
  • Le premier matériau polymère peut avoir un indice de fluidité en fondu (connu sous l'anglicisme « Melt Flow Index »), en gramme/10 minutes selon la norme ISO 1133 à 190°C/2,16 kg, allant de 1,0 à 5.
  • Lorsque la composition comprend un mélange de deux polymères d'oléfine différents, notamment un mélange de copolymères d'éthylène et d'octène, les indices de fluidité en fondu de ces deux polymères sont différents.
  • La première composition de l'invention peut comprendre au moins 30 % en poids dudit premier matériau polymère, et de préférence au moins 40 % en poids dudit premier matériau polymère, par rapport au poids total de la première composition.
    • 1.3 La première composition
  • La première composition peut comprendre de 20 à 60 % en poids du premier oxyde par rapport au poids total de la première composition. De préférence, la première composition peut comprendre de 30 à 50 % en poids du premier oxyde par rapport au poids total de la première composition.
  • La première composition peut comprendre de 5 à 30 % en poids du deuxième oxyde par rapport au poids total de la première composition. De préférence, la première composition peut comprendre de 5 à 20 % en poids du deuxième oxyde par rapport au poids total de la première composition.
  • Dans un autre mode de réalisation préféré, la première composition peut comprendre au moins 30 % en poids de ladite première charge, et de préférence au moins 40 % en poids de ladite première charge, par rapport au poids total de la première composition.
  • Dans un autre mode de réalisation préféré, la première composition peut comprendre au moins 30% en poids dudit premier matériau polymère, et de préférence au moins 40% en poids dudit premier matériau polymère, par rapport au poids total de la première composition.
  • Afin d'optimiser la résistance au feu du câble de l'invention, la première composition peut avoir une viscosité Mooney d'au moins 40, et de préférence d'au moins 50. La première composition peut avoir une viscosité Mooney d'au plus 100, et de préférence d'au plus 90.
  • La viscosité Mooney (ML1+4, 160°C) est exprimée en unités Mooney (Me) et peut être facilement déterminée par la norme NFT 43005.
  • La première composition peut typiquement comprendre en outre des additifs en une quantité de 0,1 à 20 parties en poids pour 100 parties en poids du premier matériau polymère dans la première composition. Les additifs sont bien connus de l'homme du métier et peuvent être par exemple choisis parmi des agents de protection (e.g. des anti-UV, des anti-cuivre), des agents de mise en œuvre (e.g. des plastifiants, des lubrifiants), des pigments, et des antioxydants.
    • 1.4 Caractéristiques de la première couche polymérique
  • La première couche polymérique peut entourer un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) allongé(s).
  • La première couche polymérique peut être une couche électriquement isolante.
  • Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d'au plus 1.10-9 S/m (siemens par mètre) (à 25°C), de préférence d'au plus 1.10-8 S/m, et de préférence d'au plus 1.10-13 S/m (à 25°C).
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la première couche polymérique peut aller de 0,05 mm à 2,0 mm, et de préférence de 0,1 mm à 1,0 mm.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la première couche polymérique peut être réticulée ou non réticulée.
  • Dans la présente invention, on entend par « non réticulée » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au plus 20%, de préférence d'au plus 10%, de préférence d'au plus 5%, et de façon particulièrement préférée de 0%.
  • Dans la présente invention, on entend par « réticulée » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au moins 50%, de préférence d'au moins 80%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 90%.
    • 2. La deuxième couche polymérique 2.1 La deuxième charge 2.1.1 Le premier silicate
  • Le premier silicate peut être choisi parmi les phyllosilicates, des composés comprenant du silicate de magnésium, des composés comprenant du silicate d'aluminium, et un de leur mélange.
  • De préférence, le premier silicate peut être un phyllosilicate. Plus particulièrement, le phyllosilicate peut être du mica.
  • La deuxième charge peut comprendre de 20 à 40 % en poids de premier silicate par rapport au poids total de la deuxième charge.
    • 2.1.2 Le deuxième silicate
  • Le deuxième silicate peut être un composé avec une surface spécifique élevée, notamment d'au moins 10 m2/g, et de préférence d'au moins 20 m2/g. La surface spécifique est classiquement déterminée par la méthode B.E.T. selon la norme DIN ISO 9277.
  • Le deuxième silicate peut être notamment de type lamellaire.
  • Plus particulièrement, le deuxième silicate peut être choisi parmi les phyllosilicates, des composés comprenant du silicate de magnésium, des composés comprenant du silicate d'aluminium, et un de leur mélange.
  • De préférence, le deuxième silicate peut être un composé comprenant du silicate de magnésium.
  • Plus particulièrement, le composé comprenant du silicate de magnésium peut être du talc.
  • La deuxième charge peut comprendre de 20 à 40 % en poids de deuxième silicate par rapport au poids total de la deuxième charge.
    • 2.1.3 Autres composés dans la deuxième composition
  • Dans un mode de réalisation préféré, la deuxième charge peut comprendre en outre :
    • un oxyde d'un métal alcalino-terreux, et/ou
    • un troisième silicate, le troisième silicate étant différent du premier silicate et du deuxième silicate.
  • L'oxyde d'un métal alcalino-terreux permet avantageusement d'améliorer les propriétés mécaniques de cohésion de la deuxième couche polymérique après combustion sous l'effet d'une flamme.
  • De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux de la deuxième couche polymérique peut être de haute pureté, afin d'améliorer la résistivité électrique du câble de l'invention.
  • On entend par « haute pureté » un oxyde d'un métal alcalino-terreux ayant une pureté (par calcination) d'au moins 96,0%, de préférence d'au moins 98,0%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 99,0%.
  • L'oxyde d'un métal alcalino-terreux de haute pureté limite de façon avantageuse la présence de composé(s) électriquement conducteur(s), notamment sous forme d'impureté(s). Les impuretés peuvent contenir par exemple des métaux lourds. De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux peut comprendre au plus 30 ppm de métaux lourds, et de préférence moins de 10 ppm de métaux lourds.
  • Dans un mode de réalisation préféré, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux a une température de fusion d'au moins 1500°C, de préférence d'au moins 2000°C, et de façon particulièrement préférée d'au moins 2500°C.
  • De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux peut être de l'oxyde de magnésium (MgO).
  • Le troisième silicate peut être choisi parmi les phyllosilicates, des composés comprenant du silicate de magnésium, des composés comprenant du silicate d'aluminium, et un de leur mélange.
  • De préférence, le troisième silicate peut être un composé comprenant du silicate d'aluminium, notamment de type lamellaire.
  • Plus particulièrement, le troisième silicate peut être choisi parmi la montmorillonite, la bentonite, la kaolinite, l'hectorite, la halloysite, et un de leurs mélanges.
  • De préférence, le composé comprenant du silicate d'aluminium peut être la montmorillonite.
  • A titre d'exemple préféré de troisième silicate, on peut citer un nanoargile, fonctionnalisé ou non. Plus particulièrement, il peut être traité en surface par des cations du type ammonium quaternaire.
  • La deuxième charge peut comprendre de 5 à 30 % en poids de troisième silicate par rapport au poids total de la deuxième charge dans la deuxième composition.
  • Dans un autre mode de réalisation préféré, la deuxième charge peut comprendre, par rapport au poids total de la deuxième charge :
    • de 20 à 40 % en poids de premier silicate,
    • de 20 à 40 % en poids de deuxième silicate,
    • de 5 à 30 % en poids de troisième silicate, et
    • de 20 à 40 % en poids d'oxyde d'un métal alcalino-terreux.
    2.2 Le deuxième matériau polymère
  • Le deuxième matériau polymère comprend un ou plusieurs polymère(s), le terme polymère pouvant s'entendre par tout type de polymère bien connu de l'homme du métier tel que homopolymère ou copolymère (e.g. copolymère séquencé, copolymère statistique, terpolymère, ..etc).
  • Le polymère peut être du type thermoplastique ou élastomère, et peut être réticulé par des techniques bien connus de l'homme du métier.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le deuxième matériau polymère, ou en d'autres termes la matrice polymère de la deuxième composition, peut comprendre un ou plusieurs polymères d'oléfine, et de préférence, un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène. Un polymère d'oléfine est classiquement un polymère obtenu à partir d'au moins un monomère d'oléfine.
  • Plus particulièrement, le deuxième matériau polymère peut comprendre plus de 30% en poids de polymère(s) d'oléfine, de préférence plus de 50% en poids de polymère(s) d'oléfine, de préférence plus de 70% en poids de polymère(s) d'oléfine, et de façon particulièrement préférée plus de 90% en poids de polymère(s) d'oléfine, par rapport au poids total du deuxième matériau polymère dans la deuxième composition. De préférence, le deuxième matériau polymère est uniquement composé d'un ou de plusieurs polymère(s) d'oléfine.
  • A titre d'exemple, le deuxième matériau polymère de l'invention peut comprendre un ou plusieurs polymères d'oléfine, et de préférence un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène, choisis parmi un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE); un polyéthylène très basse densité (VLDPE); un polyéthylène basse densité (LDPE); un polyéthylène moyenne densité (MDPE); un polyéthylène haute densité (HDPE); un copolymère élastomère d'éthylène-propylène (EPM); un terpolymère éthylène propylène diène monomère (EPDM); un copolymère d'éthylène et de vinyl ester tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA); un copolymère d'éthylène et d'acrylate tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ou un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA); un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine tel qu'un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO) ou un copolymère d'éthylène et de butène (PEB); et un de leurs mélanges.
  • Le deuxième matériau polymère de l'invention peut en outre comprendre un polymère greffé, notamment greffé avec des fonctions polaires.
  • Ce polymère greffé permet avantageusement d'améliorer les propriétés mécaniques de cohésion de la deuxième couche après combustion sous l'effet d'une flamme.
  • A titre d'exemple, le polymère greffé peut être un polymère d'oléfine greffé anhydride maléique, et notamment un polymère d'éthylène greffé anhydride maléique.
  • Lorsqu'un polymère greffé est ajouté au deuxième matériau polymère, le deuxième matériau polymère peut comprendre de 1 à 20 % en poids dudit polymère greffé, et de préférence de 5 à 15 % en poids dudit polymère greffé, par rapport au poids total du deuxième matériau polymère dans la deuxième composition.
  • Le deuxième matériau polymère peut comprendre un mélange d'au moins deux polymères d'éthylène différents, et plus particulièrement peut comprendre un mélange d'un homopolymère d'éthylène et d'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA).
  • De préférence, le deuxième matériau polymère peut comprendre de 50 à 80 % en poids d'EVA et de 20 à 50 % en poids d'un homopolymère d'éthylène, par rapport au poids total du deuxième matériau polymère dans la deuxième composition.
  • La deuxième composition peut comprendre au moins 30 % en poids du deuxième matériau polymère, de préférence au moins 50 % en poids du deuxième matériau polymère, et de préférence au moins 60% en poids du deuxième matériau polymère, par rapport au poids total de la deuxième composition.
    • 2.3 La deuxième composition
  • La deuxième composition peut comprendre au moins 30% en poids de ladite deuxième charge par rapport au poids total de la deuxième composition.
  • Dans un mode de réalisation préféré, la deuxième composition peut comprendre au moins 30% en poids dudit deuxième matériau polymère par rapport au poids total de la deuxième composition.
  • Afin d'optimiser la résistance au feu du câble de l'invention, la deuxième composition peut avoir une viscosité Mooney d'au moins 50, et de préférence d'au moins 55. La deuxième composition peut avoir une viscosité Mooney d'au plus 100, et de préférence d'au plus 90.
  • La viscosité Mooney (ML1+4, 160° C) est exprimée en unités Mooney (Me) et peut être facilement déterminée par la norme NFT 43005.
  • La deuxième composition peut typiquement comprendre en outre des additifs en une quantité de 0,1 à 20 parties en poids pour 100 parties en poids du deuxième matériau polymère dans la deuxième composition. Les additifs sont bien connus de l'homme du métier et peuvent être par exemple choisis parmi des agents de protection (e.g. des anti-UV, des anti-cuivre), des agents de mise en œuvre (e.g. des plastifiants, des lubrifiants), des pigments, et des antioxydants.
    • 2.4 Caractéristiques de la deuxième couche polymérique
  • La deuxième couche polymérique peut entourer de préférence la première couche polymérique.
  • La deuxième couche polymérique peut être avantageusement non réticulée.
  • Dans la présente invention, on entend par « non réticulée » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au plus 20%, de préférence d'au plus 10%, de préférence d'au plus 5%, et de façon particulièrement préférée de 0%.
  • Dans un autre mode de réalisation préféré, la deuxième couche polymérique est une couche électriquement isolante.
  • Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d'au plus 1.10-9 S/m (siemens par mètre) (à 25°C), de préférence d'au plus 1.10-8 S/m, et de préférence d'au plus 1.10-13 S/m (à 25°C).
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la deuxième couche polymérique peut aller de 0,05 mm à 2,0 mm, et de préférence de 0,1 mm à 1,0 mm.
    • 3. Autre(s) couche(s)
  • Le câble selon l'invention peut comprendre en outre une troisième couche polymérique.
  • La troisième couche polymérique peut entourer de préférence la deuxième couche polymérique.
  • De préférence, la troisième couche polymérique peut être réticulée.
  • Dans la présente invention, on entend par « réticulée » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au moins 50%, de préférence d'au moins 80%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 90%.
  • Dans un mode de réalisation préféré, la troisième couche polymérique est une couche électriquement isolante.
  • Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d'au plus 1.10-9 S/m (siemens par mètre) (à 25°C), de préférence d'au plus 1.10-8 S/m, et de préférence d'au plus 1.10-13 S/m (à 25°C).
  • Dans un autre mode de réalisation particulier, la troisième couche polymérique ne comprend pas de composés halogénés. De préférence, la troisième couche polymérique est une couche dite « HFFR » pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant » selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011).
  • La troisième couche polymérique peut comprendre un ou plusieurs polymère(s) d'oléfine et de préférence un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la troisième couche polymérique peut aller de 0,05 mm à 2 mm, et de préférence de 0,1 mm à 1,0 mm.
    • 4. Le câble
  • L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine 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 à des flammes.
  • Dans la présente invention, on entend par le terme « câble » un câble électrique et/ou optique, destiné au transport d'énergie et/ou à la transmission de données.
  • Plus particulièrement, ce type de câble comprend un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) allongé(s) du type électrique et/ou optique.
  • Lorsque l'élément conducteur allongé est du type électrique, il peut être un monoconducteur tel que par exemple un fil métallique, ou un multiconducteur tel qu'une pluralité de fils métalliques, torsadés ou non.
  • Le conducteur électrique allongé peut être réalisé à partir d'un matériau métallique notamment choisi parmi l'aluminium, un alliage d'aluminium, du cuivre, un alliage de cuivre, et une de leurs combinaisons.
  • La section (transversale) du conducteur électrique peut aller de 0,5 mm2 à plus de 240 mm2.
  • La première couche polymérique peut être directement en contact physique avec l'élément conducteur allongé.
  • Dans un mode de réalisation préféré, la deuxième couche polymérique peut entourer la première couche polymérique.
  • Lorsque le câble possède en outre une troisième couche polymérique, la troisième couche polymérique peut entourer la première couche polymérique et/ou la deuxième couche polymérique.
  • Le câble de l'invention peut en outre comprendre une gaine de protection entourant un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) allongé(s) isolé(s) par au moins la première couche polymérique, la deuxième couche polymérique, et optionnellement la troisième couche polymérique, lesdites trois couches étant conformes à l'invention.
  • Plus particulièrement, lorsque le câble de l'invention comprend un seul élément conducteur isolé par au moins la première couche polymérique, la deuxième couche polymérique, et optionnellement la troisième couche polymérique, la gaine de protection entoure l'unique élément conducteur allongé et ainsi isolé.
  • Lorsque le câble de l'invention comprend plusieurs éléments conducteurs allongés isolés par au moins la première couche polymérique, la deuxième couche polymérique, et optionnellement la troisième couche polymérique, la gaine de protection entoure l'ensemble desdits éléments conducteurs allongés et ainsi isolés.
  • La gaine de protection de l'invention peut être une gaine du type tubante ou du type bourrante.
  • On entend par « gaine tubante » une gaine en forme de tube comprenant une épaisseur sensiblement identique tout le long dudit tube. La gaine tubante peut être plus ou moins serrée autour de l'ensemble des conducteurs isolés tel que précédemment décrit, de manière notamment à immobiliser l'ensemble desdits conducteurs isolés à l'intérieur de ladite gaine.
  • La gaine tubante est très simple et rapide à réaliser puisqu'elle nécessite une pression à la sortie de l'extrudeuse moins importante que celle nécessaire à la fabrication d'une gaine bourrante.
  • On entend par « gaine bourrante » une gaine qui remplit les interstices, lorsqu'ils existent, entre les conducteurs électriques isolés par au moins la première couche polymérique et la deuxième couche polymérique, dont les volumes sont accessibles.
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la gaine de protection peut aller de 0,05 mm à 3 mm, et de préférence de 0,5 mm à 2,0 mm.
  • La gaine de protection peut être classiquement à base d'un ou de plusieurs polymère(s) d'oléfine, avec optionnellement au moins une charge ignifugeante telle que du trihydroxyde d'aluminium (ATH), du dihydroxyde de magnésium (MDH), de la craie. De préférence, la gaine de protection est une gaine dite « HFFR » pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant » selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011).
  • Lorsque le câble comprend une gaine de protection, il peut en outre comprendre un élément de bourrage positionné le long du câble entre la gaine de protection et le ou les élément(s) conducteur(s) allongé(s) isolé(s), l'élément de bourrage pouvant en outre entourer le ou les élément(s) conducteur(s) allongé(s) isolé(s).
  • L'élément de bourrage est bien connu de l'homme du métier et peut être par exemple à base d'un ou de plusieurs polymère(s) d'oléfine, avec optionnellement au moins une charge ignifugeante telle que par exemple du trihydroxyde d'aluminium (ATH), du dihydroxyde de magnésium (MDH), de la craie. De préférence, l'élément de bourrage est un élément dit « HFFR » pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant » selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011).
  • Afin de garantir un câble dit HFFR pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant », le câble de l'invention, ou en d'autres termes les éléments qui composent ledit câble tels que par exemple la gaine de protection, ne comprend/comprennent de préférence pas de composés halogénés selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011). 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 halogénées, ...etc.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d'exemples non limitatifs de câbles selon l'invention faits en référence aux figures.
    • 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.
  • 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.
  • Le câble électrique représenté sur la figure 1 comporte deux conducteurs électriques 1, chaque conducteur électrique étant entouré successivement par une première couche polymérique 2 et une deuxième couche polymérique 3, toutes deux conformes à l'invention.
  • Une gaine de protection 5 de type bourrante entoure l'ensemble des deux conducteurs isolés par les deux couches polymériques de l'invention.
  • Un élément de bourrage 6 est positionné entre la gaine de protection 5 et l'ensemble des conducteurs électriques isolés par les deux couches polymériques de l'invention. L'élément de bourrage 6 entoure en outre l'ensemble des conducteurs électriques isolés par les deux couches polymériques de l'invention.
  • Le câble électrique représenté sur la figure 2 comporte trois conducteurs électriques 1, entourés successivement par une première couche polymérique 2 et une deuxième couche polymérique 3, toutes deux conformes à l'invention. En outre, une troisième couche polymérique 4 entoure la deuxième couche polymérique de chacun des conducteurs électriques.
  • Une gaine de protection 5 de type tubante entoure l'ensemble des trois conducteurs électriques isolés par les trois couches polymériques.
  • Des espaces vides 7 sont ménagés entre la gaine de protection 5 et l'ensemble des conducteurs électriques isolés par les trois couches polymériques qu'elle entoure.
  • L'ensemble des couches, éléments de bourrage et gaines représentés sur les figures 1 et 2 sont des éléments obtenus par extrusion. La gaine de protection 5 est une gaine classique réalisée à partir d'une composition ignifugeante à base de polyoléfine. L'élément de bourrage 6 est un élément de bourrage classique également réalisé à partir d'une composition ignifugeante à base de polyoléfine.
    • Exemples
  • Le tableau 1 ci-dessous rassemble les constituants d'une première composition polymère selon l'invention avec :
    • un premier matériau polymère constitué du Polymère 1 ; et
    • une première charge constituée de deux charges différentes à savoir : Oxyde 1 et Oxyde 2.
    Tableau 1
    1ère Composition Parties en poids (pcr) des constituants pour 100 parties en poids du 1er matériau polymère dans la 1ère com position % en poids des constituants dans la 1ère composition % en poids des charges dans la 1ère charge
    1er Matériau polymère Polymère 1 75 35,7
    Polymère 2 20 9,5
    Polymère 3 5 2,4
    1ère Charge Oxyde 1 90 42,9 81,8
    Oxyde 2 20 9,5 18,2
    Total 210 100 100
  • L'origine des différents constituants rassemblés dans le tableau 1 est la suivante :
    • Polymère 1 est un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO) avec une densité de 0,880-0,884 g/cm3, commercialisé par la société EXXONMOBIL sous la référence EXACT 8203 ;
    • Polymère 2 est un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO), avec une densité de 0,882 g/cm3, et commercialisé par la société EXXONMOBIL sous la référence EXACT 8201 ;
    • Polymère 3 est polyéthylène greffé anhydride maléique, avec une densité de 0,912 g/cm3, commercialisé par la société Polieco - MPB sous la référence Coesive LL15M ;
    • Oxyde 1 est un oxyde d'un métal alcalino-terreux du type oxyde de magnésium (MgO), commercialisé par la société Van Mannekus sous la référence MgO AK98, avec une pureté de 97,9% ; et
    • Oxyde 2 est un dioxyde de silicium (SiO2) commercialisé par la société EVONIK sous la référence Aerosil R974.
  • Le tableau 2 ci-dessous rassemble les constituants d'une deuxième composition selon l'invention avec :
    • un deuxième matériau polymère constitué de trois polymères différents, à savoir : Polymère 10, Polymère 20 et Polymère 30 ; et
    • une deuxième charge constituée de quatre charges différentes, à savoir : Silicate 10, Silicate 20, Silicate 30 et Oxyde 10.
    Tableau 2
    2ème Composition Parties en poids (pcr) des constituants pour 100 parties en poids du 2ème matériau polymère dans la 2ème com position % en poids des constituants dans la 2ème composition polymère % en poids des charges dans la 2ème charge
    2ème Matériau polymère Polymère 10 60 23,3
    Polymère 20 30 11,7
    Polymère 30 10 3,9
    2ème charge Silicate 10 45 17,5 29,4
    Silicate 20 45 17,5 29,4
    Silicate 30 18 7,0 11,8
    Oxyde 10 45 17,5 29,4
    Additifs Plastifiant 1 0,4
    Antioxydant 3 1,2
    Total 257 100 100
  • L'origine des différents constituants rassemblés dans le tableau 2 est la suivante :
    • Polymère 10 est un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), avec une densité de 0,950 g/cm3, commercialisé par la société Exxon Mobil sous la référence Elvax 2803 ;
    • Polymère 20 est un polyéthylène basse densité, avec une densité de 0,900 g/cm3, commercialisé par la société Polimeri Europa sous la référence Clearflex FFDO ;
    • Polymère 30 est un polyéthylène greffé anhydride maléique, avec une densité de 0,912 g/cm3, commercialisé par la société Polieco - MPB sous la référence Coesive LL15M ;
    • Silicate 10 est un silicate du type mica, commercialisé par la société Keyser and Mackay sous la référence Mica SX300 ;
    • Silicate 20 est un silicate lamellaire du type talc, commercialisé par la société Univar sous la référence Mistron HAR, avec une surface spécifique de 22 m2/g (méthode B.E.T. selon la norme DIN ISO 9277) ;
    • Silicate 30 est un silicate lamellaire du type montmorillonite, commercialisé par la société BYK sous la référence Cloisite 20 ;
    • Oxyde 10 est un oxyde d'un métal alcalino-terreux du type oxyde de magnésium (MgO) de grade pharmaceutique, commercialisé par la société SCORA sous la référence MgO PE leger, avec une pureté (par calcination) de 99,0%, et une température de fusion d'environ 2800°C ;
    • Plastifiant est une cire commercialisée par la société Clariant sous la référence Cire PE 520 ; et
    • Antioxydant est un antioxydant commercialisé par la société Chemtura sous la référence Naugard XL1.
  • Afin de vérifier la résistance au feu des compositions de l'invention en configuration opérationnelle, les couches polymériques conformes à l'invention ont été mises en œuvre dans différents types de câbles (voir tableaux 3 et 4 ci-après) afin d'être testées au regard des normes suivantes :
    • NF C 32-070 CR1 (2001),
    • DIN4102-12 avec la performance E30, E60, E90, et
    • NBN 713020 Addendum 3 avec la performance Rf60, Rf90, Rf120.
  • Le tableau 3 ci-après présente un câble comprenant une première couche polymérique obtenue à partir de la première composition du tableau 1, et une deuxième couche polymérique obtenue à partir de la deuxième composition du tableau 2.
  • Plus particulièrement, le câble 1 du tableau 3 comprend :
    • quatre conducteurs électriques entourés respectivement par une isolation tricouche, ladite isolation tricouche comprenant une première couche polymérique selon l'invention, obtenue à partir de la première composition polymère du tableau 1, une deuxième couche polymérique selon l'invention, obtenue à partir de la deuxième composition du tableau 2, et une troisième couche polymérique selon un mode de réalisation particulier de l'invention,
    • un élément de bourrage entourant les quatre conducteurs électriques isolés, et
    • une gaine de protection du type bourrante entourant les quatre conducteurs électriques isolés ainsi que l'élément de bourrage.
    Tableau 3
    Câble 1
    Nombre de conducteurs électriques isolés 4
    Section d'un conducteur électrique en cuivre (mm2) 1,5
    1ère couche polymérique / Epaisseur (mm) Composition selon tableau 1 / 0,5
    2ème couche polymérique / Epaisseur (mm) Composition selon tableau 2 / 0,2
    3ème couche polymérique / Epaisseur (mm) HFFR1 / 0,3
    Epaisseur totale (mm) de l'isolant 1,0
    Elément de bourrage Oui : HFFR2
    Epaisseur (mm) de la gaine de protection tubante HFFR3 1,3
    Diamètre extérieur du câble électrique 14.2
    Test NF C 32-070 CR1 (2001) 65 min
    Test DIN4102-12 Performance E90 90 min
    Test NBN 713020 Addendum 3 Performance Rf120 120 min
  • L'origine des éléments rassemblés dans le tableau 3 est la suivante :
    • HFFR1 est une couche extrudée HFFR à base de polyoléfine chargée(s), la/les polyoléfine(s) étant du type copolymère(s) d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA), et la charge étant au moins une charge ignifugeante du type trihydroxyde d'aluminium ;
    • HFFR2 est un élément de bourrage extrudé HFFR à base de polyoléfine(s) chargée(s), la/les polyoléfine(s) étant du type copolymère(s) d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA), et la charge étant au moins une charge ignifugeante du type trihydroxyde d'aluminium ; et
    • HFFR3 est une gaine extrudée HFFR à base de polyoléfine(s) chargée(s), la/les polyoléfine(s) étant du type copolymère(s) d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA), et la charge étant au moins une charge ignifugeante du type trihydroxyde d'aluminium.
    Procédé de préparation
  • Dans un premier temps, la première composition du tableau 1 est extrudée, à l'aide d'une extrudeuse monovis classique, autour de chaque conducteur électrique, formant ainsi la première couche polymérique isolante.
  • Le profil de température va de 90 à 200 °C, et l'extrudeuse comporte huit zones de chauffe.
  • Dans un second temps, la deuxième composition du tableau 2 est extrudée classiquement autour de la première couche polymérique, formant ainsi la deuxième couche polymérique isolante.
  • Dans un troisième temps, une troisième couche telle que définie dans l'invention, lorsqu'elle existe, est extrudée autour des deux couches précédentes.
  • L'isolation bicouche ou tricouche peut être extrudée en plusieurs étapes successives, mais elle peut également être extrudée par co-extrusion (une seule et même tête d'extrusion).
  • Le reste des éléments constitutifs du câble 1 est extrudé successivement ou en tandem, à savoir :
    • l'élément de bourrage lorsqu'il existe, et
    • la gaine de protection.
    Test utilisé
  • Le câble 1 est soumis :
    • au test selon la norme NF C 32-070 CR1 (2001),
    • au test selon la norme DIN4120-12, et
    • au test selon la norme NBN 713020 Addendum 3,
    les résultats de ces tests étant rassemblés dans le tableau 3.
  • La norme NF C 32-070 CR1 (2001) indique notamment un seuil de résistance au feu de 65 minutes (min) pour valider la performance.
  • La norme DIN4120-12 indique notamment un seuil de résistance au feu de 30, 60 et 90 minutes (min) pour valider respectivement la performance E30, E60 et E90.
  • La norme NBN 713020 Addendum 3 indique notamment un seuil de résistance au feu de 60, 90 et 120 minutes (min) pour valider respectivement la performance rf60, rf90 et rf120.
  • Les résultats montrent clairement qu'un câble comprenant les deux couches polymériques de l'invention, quelle que soit sa structure, permet de satisfaire avantageusement différentes normes de résistance au feu, notamment les normes NF C 32-070 CR1 (2001), DIN4102-12 (E90), et NBN 713020 Addendum 3 (Rf120), en présentant une résistance au feu améliorée de façon significative.

Claims (17)

  1. Câble comprenant au moins un élément conducteur allongé (1) entouré par au moins :
    - une première couche polymérique (2) obtenue à partir d'une première composition comprenant un premier matériau polymère et une première charge, et
    - une deuxième couche polymérique (3) obtenue à partir d'une deuxième composition comprenant un deuxième matériau polymère et une deuxième charge,
    caractérisé en ce que :
    - ladite première charge comprend au moins un premier oxyde de type oxyde d'un métal alcalino-terreux, et
    - ladite deuxième charge comprend au moins un premier silicate et un deuxième silicate, le deuxième silicate étant différent du premier silicate.
  2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier oxyde est de l'oxyde de magnésium (MgO).
  3. Câble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première charge comprend en outre un deuxième oxyde différent du premier oxyde.
  4. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième oxyde est du dioxyde de silicium (SiO2).
  5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première composition comprend de 20 à 60 % en poids du premier oxyde par rapport au poids total de la première composition.
  6. Câble selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la première composition comprend de 5 à 30 % en poids du deuxième oxyde par rapport au poids total de la première composition.
  7. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première composition comprend au moins 30% en poids de ladite première charge, et de préférence 40 % en poids de ladite première charge, par rapport au poids total de la première composition.
  8. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier matériau polymère comprend un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène.
  9. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier matériau polymère comprend au moins un copolymère d'éthylène et d'octène.
  10. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième charge comprend en outre un oxyde d'un métal alcalino-terreux.
  11. Câble selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'oxyde d'un métal alcalino-terreux est de l'oxyde de magnésium (MgO).
  12. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que la deuxième charge comprend en outre un troisième silicate, le troisième silicate étant différent du premier silicate et du deuxième silicate.
  13. Câble selon la revendication 12, caractérisé en ce que la deuxième charge comprend, par rapport au poids total de la deuxième charge :
    - de 20 à 40 % en poids de premier silicate,
    - de 20 à 40 % en poids de deuxième silicate,
    - de 5 à 30 % en poids de troisième silicate, et
    - de 20 à 40 % en poids d'oxyde d'un métal alcalino-terreux.
  14. Câble selon la revendication 2 ou 11, caractérisé en ce que l'oxyde d'un métal alcalino-terreux a une pureté (par calcination) d'au moins 96,0 %, et de préférence d'au moins 98,0 %.
  15. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première couche polymérique (2) est une couche électriquement isolante.
  16. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième couche polymérique (3) est une couche électriquement isolante.
  17. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la deuxième couche polymérique (3) entoure la première couche polymérique (2).
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