EP3443563B1 - Câble électrique présentant une résistance à la corrosion galvanique améliorée - Google Patents

Câble électrique présentant une résistance à la corrosion galvanique améliorée Download PDF

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EP3443563B1
EP3443563B1 EP17719663.1A EP17719663A EP3443563B1 EP 3443563 B1 EP3443563 B1 EP 3443563B1 EP 17719663 A EP17719663 A EP 17719663A EP 3443563 B1 EP3443563 B1 EP 3443563B1
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aluminium
alloy
layer
electrically conductive
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Nexans SA
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Definitions

  • the invention therefore has as its first object an elongated electrically conductive element comprising an aluminum or aluminum alloy core and a layer of copper or copper alloy surrounding said aluminum or aluminum alloy core, characterized in that that the layer of copper or copper alloy represents 40 to 80% by volume of the volume of the elongated electrically conductive element.
  • the elongated electrically conductive element has resistance to galvanic corrosion when it is exposed to salt spray for at least approximately 50 hours, preferably at least approximately 60 hours, more preferably for at least 90 hours, and preferably at least 120 hours.
  • the elongated electrically conductive element of the invention has too high a production cost. If the quantity of copper is less than or equal to approximately 30% by volume, the elongated electrically conductive element of the invention does not have sufficient resistance to galvanic corrosion, especially in aggressive environments.
  • the entire exterior surface of the copper layer i.e. the entire surface furthest from the elongated electrically conductive element
  • the entire exterior surface of the copper layer is not covered by any other metallic layer.
  • step i) of forming a layer of copper or copper alloy around an aluminum or aluminum alloy core is carried out by continuous casting.
  • the inventors have surprisingly discovered that unlike the other aforementioned methods, casting makes it possible to obtain an electrically conductive element which can be easily drawn. Thanks to casting, the copper layer has better adhesion to the aluminum or aluminum alloy core.
  • the copper-aluminum bond obtained by casting is a chemical and mechanical bond, which differentiates it from purely mechanical or purely chemical bonds which generally lead to delamination of the copper layer, particularly during wire drawing and/or other shaping steps.
  • Prior art methods such as the formation of a copper foil around an aluminum core followed by welding (a method well known as the cladding method ) generally produce elongated conductors which cannot not be drawn or are difficult to draw.
  • FIG. 4 shows the mechanical strength of the terminals by traction test (in Newton N) as a function of the time of exposure to salt spray (in hours) for conductors A-0 (curve with circles), A-10 (curve with squares ), A-30 (curve with triangles), A-45 (curve with diamonds), A-60 (curve with crosses) and A-100 (curve with dotted lines).

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Description

  • L'invention concerne un élément électriquement conducteur allongé bimétal cuivre-aluminium, un câble comprenant au moins un tel élément électriquement conducteur allongé, et un dispositif comprenant un tel câble électrique et au moins un connecteur métallique.
  • L'invention s'applique typiquement mais non exclusivement aux câbles de transport de données et aux câbles électriques destinés au transport d'énergie, notamment aux câbles d'énergie à basse tension (notamment inférieure à 6kV) ou à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieure à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 800 kV), qu'ils soient en courant continu ou alternatif, dans les domaines de l'aéronautique, de l'automatisme, du bâtiment, du médical, de l'exploitation minière, pétrolière ou gazière, des réseaux électriques aérien, sous-marin, terrestre ou ferroviaire, du transport ferroviaire ou terrestre, de la construction navale, du nucléaire ou encore des énergies renouvelables.
  • Plus particulièrement, l'invention concerne un élément électriquement conducteur présentant une résistance à la corrosion galvanique améliorée, induisant une amélioration de la tenue mécanique des connecteurs et/ou accessoires généralement connectés à un tel élément électriquement conducteur et le maintien du contact électrique entre un tel élément électriquement conducteur et lesdits connecteurs et/ou accessoires. L'invention concerne également un élément électriquement conducteur présentant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en terme d'aptitude au tréfilage et au recuit, et électriques, notamment en terme de conductivité électrique.
  • Il est connu de remplacer le cuivre, généralement utilisé dans les conducteurs électriques de câbles électriques, par de l'aluminium afin de réduire leur coût de production et leur poids. Toutefois, l'utilisation de l'aluminium est limitée par ses mauvaises propriétés de contact électrique. En effet, l'aluminium en contact avec l'oxygène de l'air s'oxyde naturellement pour former une fine couche d'alumine isolante (oxyde d'aluminium Al2O3) à la surface de l'aluminium. Cette couche protège l'aluminium de la corrosion mais présente l'inconvénient de s'opposer au passage du courant à l'endroit où le conducteur est raccordé aux différents appareils ou aux jonctions d'un circuit électrique. En particulier, cette couche se crée dans les zones de connexion (i.e. dans les zones de contact connecteur-conducteur), ce qui empêche le courant de passer du conducteur au connecteur (e.g. cosse de sertissage). Le connecteur peut être destiné à conduire des courants d'intensités et de tensions très variées, voire élevées lorsqu'il relie des câbles électriques. Les conditions d'environnement (e.g. dilatation thermique différentielle, vibrations, etc...) peuvent faire évoluer cette couche d'oxyde sous l'effet du passage du courant et entraîner une rupture de contact dans le cas de faibles courants, un échauffement dans le cas de forts courants, ou un incendie. En effet, si l'échauffement des conducteurs est trop important, la couche électriquement isolante peut fondre jusqu'à atteindre la température de fusion de l'aluminium, induisant l'initiation d'un incendie, et éventuellement sa propagation.
  • Par ailleurs, les connecteurs généralement utilisés dans le domaine des câbles électriques pour relier les conducteurs électriques classiques en cuivre ou en alliage de cuivre sont en cuivre ou en alliage de cuivre recouvert d'une fine couche d'étain, d'argent, d'or et/ou de nickel. Cependant, ces métaux présentent une différence de potentiel galvanique avec l'aluminium, et en présence d'humidité, notamment saline, l'aluminium est très rapidement corrodé. Ce phénomène est couramment appelé corrosion galvanique et provient de la combinaison des trois conditions suivantes : la présence d'au moins deux métaux de natures différentes et présentant un potentiel d'oxydo-réduction différent ; la mise en contact électrique de ces deux métaux ; et la présence d'eau agissant comme électrolyte et recouvrant les deux métaux. Il se forme alors une pile galvanique (en court-circuit) et la corrosion galvanique de l'aluminium se produit.
  • Une solution bien connue est de rendre étanche les zones de contact connecteur-conducteur d'aluminium avec de la graisse et des manchons, empêchant ainsi l'eau et l'oxygène de pénétrer dans ces zones. Toutefois, cette solution est coûteuse.
  • D'autres solutions pour tenter de limiter le problème de corrosion galvanique consistent à revêtir un conducteur en aluminium avec une couche de métal ayant un potentiel galvanique identique ou proche de celui utilisé pour fabriquer le connecteur, par exemple avec une fine couche de nickel, d'étain, de zinc ou de cuivre déposée par électrodéposition, ou avec une fine couche de cuivre déposée par plaquage ou par la technique de roulage-soudage (commercialisé sous la référence CCA 10% ou 15% pour « copper clad aluminum 10% or copper clad aluminum 15% »). En particulier, EP1693857 A1 décrit un conducteur électrique comportant une âme en aluminium ou en alliage d'aluminium revêtue d'une couche métallique en alliage d'étain et de zinc. Cependant, les étapes de dépôt de la couche de revêtement précitées (électrodéposition, plaquage, roulage-soudage) présentent un coût de production élevé. Par ailleurs, bien que ces solutions permettent de diminuer la vitesse de corrosion galvanique, elles n'empêchent pas le phénomène de corrosion galvanique en tant que tel. Quelle que soit la solution employée, l'aluminium se corrode plus ou moins vite et cela a pour conséquence une diminution de la tenue mécanique des connecteurs. US5223349 et US2013/233586 décrivent des conducteurs électriques comportant une âme en aluminium revêtue d'une couche en cuivre.
  • Le but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur et de fournir un conducteur électrique qui présente une résistance à la corrosion galvanique améliorée, tout en garantissant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en terme d'aptitude au tréfilage et au recuit, et électriques, notamment en terme de conductivité électrique. En particulier, une bonne résistance à la corrosion galvanique peut permettre une amélioration de la tenue mécanique des connecteurs et un maintien du contact électrique, sans avoir à modifier de façon conséquente les connecteurs habituellement utilisés.
  • L'invention a donc pour premier objet un élément électriquement conducteur allongé comprenant une âme en aluminium ou en alliage d'aluminium et une couche de cuivre ou d'alliage de cuivre entourant ladite âme en aluminium ou en alliage d'aluminium, caractérisé en ce que la couche de cuivre ou d'alliage de cuivre représente de 40 à 80 % en volume du volume de l'élément électriquement conducteur allongé.
  • Grâce à cette couche de cuivre ou en alliage de cuivre ayant un volume de 40 à 80% entourant ladite âme en aluminium ou en alliage d'aluminium, l'épaisseur de cuivre ou en alliage de cuivre est suffisante pour que la résistance à la corrosion galvanique de l'élément électriquement conducteur allongée soit améliorée.
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'élément électriquement conducteur allongé présente une résistance à la corrosion galvanique lorsqu'il subit une exposition au brouillard salin d'au moins 50h environ, de préférence d'au moins 60h environ, de préférence encore d'au moins 90h, et de préférence encore d'au moins 120h.
  • De manière avantageuse, l'élément électriquement conducteur allongé présente une réduction en Newton de la tenue mécanique des cosses par essai de traction d'au plus 20% environ, de préférence d'au plus 10%, et de préférence encore d'au plus 5%, lorsqu'il subit une exposition au brouillard salin d'au moins 50h environ, de préférence d'au moins 60h environ, de préférence encore d'au moins 90h, et de préférence encore d'au moins 120h.
  • La couche de cuivre ou d'alliage de cuivre peut représenter un volume inférieur ou égal à 80% du volume de l'élément électriquement conducteur allongé.
  • Selon une forme de réalisation de l'invention, la couche de cuivre ou en alliage de cuivre représente de 40 à 80% en volume environ, de préférence de 42 à 80% en volume environ, de préférence encore de 45 à 70% en volume environ, et de préférence encore 50 à 65% en volume environ, du volume de l'élément électriquement conducteur allongé.
  • Si la quantité de cuivre est supérieure à 80% en volume environ, l'élément électriquement conducteur allongé de l'invention présente un coût de production trop élevé. Si la quantité de cuivre est inférieure ou égale à 30% en volume environ, l'élément électriquement conducteur allongé de l'invention n'a pas une résistance à la corrosion galvanique suffisante, notamment dans les environnements agressifs.
  • Dans l'invention, l'expression « élément électriquement conducteur allongé » signifie un élément électriquement conducteur présentant un axe longitudinal. En particulier, l'élément électriquement conducteur est allongé car il a subi au moins une étape de tréfilage (étape de déformation à froid, notamment à travers des filières en diamant).
  • Dans un mode de réalisation particulier, la couche de cuivre ou en alliage de cuivre est la couche la plus externe de l'élément électriquement conducteur allongé.
  • Dans l'invention, l'expression « ladite couche de cuivre est la couche la plus externe de l'élément électriquement conducteur allongé » signifie que la couche de cuivre de l'élément électriquement conducteur allongé de l'invention n'est recouverte par aucune autre couche métallique.
  • En d'autres termes, l'ensemble de la surface extérieure de la couche de cuivre (i.e. l'ensemble de la surface la plus éloignée de l'élément électriquement conducteur allongé) n'est recouverte par aucune autre couche métallique.
  • Toutefois, il est également possible selon l'application envisagée, que la couche de cuivre ou en alliage de cuivre soit recouverte par une couche métallique comprenant un métal choisi parmi l'étain, l'argent, le nickel, l'or, un alliage des métaux précités et un de leurs mélanges. Cette couche métallique est alors la couche la plus externe de l'élément électriquement conducteur allongé et permet d'améliorer le contact électrique avec le connecteur comme cela est réalisé couramment.
  • La couche de cuivre ou en alliage de cuivre s'étend notamment le long de l'axe longitudinal de l'élément électriquement conducteur allongé.
  • La couche de cuivre ou en alliage de cuivre a de préférence une surface sensiblement régulière. Ainsi, la couche de cuivre ou en alliage de cuivre forme une enveloppe continue (sans irrégularités ou sans rugosité) entourant ladite âme en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • L'élément électriquement conducteur allongé a un diamètre extérieur allant de 0,01 à 30 mm environ, et de préférence allant de 0,05 à 8 mm.
  • À diamètres équivalents, l'élément électriquement conducteur allongé de l'invention présente une température d'utilisation plus basse (à courant constant) ou une plus grande capacité de courant (à température d'utilisation constante) que ceux de l'art antérieur (i.e. ceux sans couche de cuivre ou ayant une couche de cuivre représentant un volume inférieur ou égal à 30% environ).
  • À diamètres équivalents, l'élément électriquement conducteur allongé de l'invention présente également de meilleurs caractéristiques mécaniques comme une force à la traction plus importante que ceux de l'art antérieur (i.e. ceux sans couche de cuivre ou ayant une couche de cuivre représentant un volume inférieur ou égal à 30% environ).
  • Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la couche de cuivre ou en alliage de cuivre est directement en contact (i.e. en contact physique direct) avec l'âme en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • En d'autres termes, l'élément électriquement conducteur allongé de l'invention ne comprend pas de couche(s) intermédiaire(s) positionnée(s) entre l'âme en aluminium ou en alliage d'aluminium et la couche de cuivre ou en alliage de cuivre.
  • L'âme en aluminium ou en alliage d'aluminium présente de préférence une forme de section transversale ronde.
  • La teneur en aluminium de l'alliage d'aluminium est d'au moins 98,00% en masse environ, de préférence d'au moins 99,00% en masse environ, de préférence encore d'au moins 99,50% en masse environ ; et de préférence d'au moins 99,80% en masse environ.
  • Une teneur en aluminium de l'alliage d'aluminium d'au moins 99,00% présente l'avantage d'améliorer la conductivité de l'élément électriquement conducteur allongé et également son aptitude au tréfilage et au recuit. En effet, une telle teneur minimum en aluminium de l'alliage d'aluminium permet de fabriquer des câbles de grande longueur (e.g. longueur d'au moins 1 km) tout en évitant la présence de défauts de structure et/ou d'obtenir un élément électriquement conducteur allongé plus rigide.
  • Par ailleurs, quand l'aluminium est pur ou que l'alliage d'aluminium comprend au moins 99% en masse d'aluminium, le pliage de l'élément électriquement conducteur allongé est facilité, ce qui permet une manipulation plus aisée.
  • La teneur en cuivre de l'alliage de cuivre peut être d'au moins 95,00% en masse environ, de préférence d'au moins 98,00% en masse environ, et de préférence encore d'au moins 99,50% en masse environ.
  • Un procédé de fabrication d'un élément électriquement conducteur allongé comprend au moins une étape i) de formation d'une couche de cuivre ou en alliage de cuivre autour d'une âme en aluminium ou en alliage d'aluminium par électrodéposition, plaquage, roulage-soudage, extrusion ou encore par coulée (e.g. coulée continue).
  • L'âme en aluminium ou en alliage d'aluminium et la couche de cuivre ou en alliage de cuivre sont tels que définis dans le premier objet de l'invention.
  • Le choix de la technique utilisée pour revêtir l'âme en aluminium ou en alliage d'aluminium d'une couche de cuivre ou d'alliage de cuivre va dépendre des propriétés mécaniques de l'élément électriquement conducteur allongé que l'on souhaite obtenir.
  • Selon l'invention, l'étape i) de formation d'une couche de cuivre ou en alliage de cuivre autour d'une âme en aluminium ou en alliage d'aluminium est effectuée par coulée continue.
  • En effet, les inventeurs ont découvert de façon surprenante que contrairement aux autres méthodes précitées, la coulée permet d'obtenir un élément électriquement conducteur qui peut être tréfilé facilement. Grâce à la la coulée, la couche de cuivre présente une meilleure adhésion à l'âme en aluminium ou alliage d'aluminium. En particulier, la liaison cuivre-aluminium obtenue par coulée est une liaison chimique et mécanique, ce qui la différencie de liaisons purement mécaniques ou purement chimiques qui conduisent généralement à une délamination de la couche de cuivre notamment pendant le tréfilage et/ou d'autres étapes de mise en forme.
  • Un bon comportement au tréfilage permet d'avoir une vitesse de ligne compatible avec les standards de production actuels.
  • Les méthodes de l'art antérieur telles que la formation d'une feuille de cuivre autour d'une âme en aluminium suivi d'un soudage (méthode bien connue sous l'anglicisme « cladding method ») produisent généralement des conducteurs allongés qui ne peuvent pas être tréfilés ou sont difficiles à tréfiler.
  • En particulier, les métaux utilisés (mis en oeuvre) lors de l'étape i) de formation d'une couche de cuivre ou en alliage de cuivre autour d'une âme en aluminium ou en alliage d'aluminium par coulée peuvent être :
    • pour le cuivre ou l'alliage de cuivre, à l'état liquide, et
    • pour l'aluminium ou l'alliage d'aluminium, à l'état liquide ou solide.
  • Lorsque l'aluminium ou l'alliage d'aluminium est à l'état solide, il peut être sous la forme d'une barre massive, notamment de section ronde, rectangulaire ou toute autre forme.
  • Lorsque l'aluminium ou l'alliage d'aluminium est à l'état solide, l'étape i) est une étape i-1) au cours de laquelle du cuivre ou un alliage de cuivre à l'état liquide est coulé sur de l'aluminium ou un alliage d'aluminium à l'état solide, ou de l'aluminium ou un alliage d'aluminium à l'état solide est immergé dans du cuivre ou un alliage de cuivre à l'état liquide, notamment dans un bain liquide de cuivre ou d'un alliage de cuivre.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la température de coulée lors de l'étape i-1) va de 1086°C à 1400°C environ, et de préférence de 1090°C à 1200°C environ.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le refroidissement lors de l'étape i-1) de coulée est effectué à une vitesse d'au moins 50°C/min, et de préférence d'au moins 100°C/min, de la température de coulée jusqu'à une température inférieure ou égale à 660°C environ ou jusqu'à une température inférieure ou égale à 300°C environ selon l'étape suivante mise en oeuvre.
  • En particulier, la température peut être inférieure ou égale à 660°C environ lorsque l'étape suivante est une étape de laminage à chaud ; et la température peut être inférieure ou égale à 300°C environ lorsque l'étape suivante est une étape de laminage à froid.
  • En particulier, l'étape de coulée i-1) peut être de type horizontal, de type vertical ou effectuée à l'aide d'une roue en rotation, dite « de coulée ».
  • Parmi les technologies de coulée continue utilisables selon l'invention, on peut citer la technologie Southwire®, la technologie Properzi®, la technologie Contirod®, la technologie « dip-forming », la technologie Upcast® ou encore la technologie « direct chili casting ».
  • Lorsque l'aluminium est à l'état liquide, l'étape i) est une étape i-2) au cours de laquelle un élément creux en cuivre ou en alliage de cuivre, en particulier sous la forme d'un tube, notamment de section ronde, trapézoïdale, triangulaire ou toute autre forme, est préformé à partir de cuivre ou d'un alliage de cuivre à l'état liquide ; puis ledit élément creux est refroidi ; puis l'élément creux est rempli avec de l'aluminium ou un alliage d'aluminium à l'état liquide ; puis l'ensemble obtenu est refroidi.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la température de coulée lors de l'étape de préformation de l'élément creux va de 1086°C à 1400°C environ, et de préférence de 1090°C à 1200°C environ.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le refroidissement de l'élément creux est effectué à une vitesse d'au moins 50°C/min, et de préférence d'au moins 100°C/min, de la température de coulée jusqu'à une température inférieure ou égale à 900°C environ.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la température de coulée lors de l'étape de remplissage de l'élément creux va de 661°C à 900°C environ, et de préférence de 670°C à 800°C environ.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le refroidissement de l'ensemble est effectué à une vitesse d'au moins 50°C/min, et de préférence d'au moins 100°C/min, de la température de coulée jusqu'à une température inférieure ou égale à 660°C environ ou jusqu'à une température inférieure ou égale à 300°C environ selon l'étape suivante mise en oeuvre.
  • En particulier, la température peut être inférieure ou égale à 660°C environ lorsque l'étape suivante est une étape de laminage à chaud ; et la température peut être inférieure ou égale à 300°C environ lorsque l'étape suivante est une étape de laminage à froid.
  • En particulier, l'étape de coulée i-2) peut être de type horizontal, de type vertical ou effectuée à l'aide d'une roue en rotation, dite « de coulée ».
  • Parmi les technologies de coulée continue utilisables selon l'invention, on peut citer la technologie Southwire®, la technologie Properzi®, la technologie Contirod®, la technologie Upcast® ou encore la technologie « direct chili casting ».
  • Le procédé peut comprendre en outre une étape ii) de laminage après l'étape i) de formation de la couche de cuivre ou d'alliage de cuivre. Le laminage peut être effectué à chaud ou à froid.
  • Le procédé peut comprendre en outre après l'étape i) ou l'étape ii), une étape iii) de tréfilage. Celle-ci permet d'obtenir un élément électriquement conducteur allongé au diamètre souhaité.
  • L'étape iii) peut être effectuée avec une vitesse de ligne variant de 600 m/min à 3000 m/min environ.
  • Le procédé peut comprendre en outre après l'étape iii) de tréfilage, une étape iv) de recuit en ligne. Celle-ci permet d'améliorer les propriétés d'allongement de l'élément électriquement conducteur allongé. Cela peut aussi diminue sa résistance mécanique.
  • L'étape iv) peut être effectuée à une température allant de 100°C à 600°C environ, et de préférence de 200°C à 500°C environ.
  • L'étape iv) peut conduire à un allongement d'au moins 20% environ, et de préférence d'au moins 30% environ.
  • Quand l'aluminium est pur ou que l'alliage d'aluminium comprend au moins 99% en masse d'aluminium, l'étape iv) est facilitée. Cela permet ainsi de travailler à des températures de recuit plus basses, et ainsi d'éviter d'endommager la couche de cuivre ou d'alliage de cuivre.
  • L'élément électriquement conducteur allongé conforme au premier objet est susceptible d'être obtenu selon un procédé conforme au deuxième objet de l'invention.
  • La présente invention a pour troisième objet un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé tel que défini dans le premier objet de l'invention ou tel qu'obtenu selon un procédé conforme au deuxième objet de l'invention, et au moins une couche polymère entourant ledit élément électriquement conducteur allongé.
  • Dans un mode de réalisation préféré, ladite couche polymère est directement en contact avec la couche de cuivre de l'élément électriquement conducteur allongé.
  • Elle peut également être en contact physique direct avec la couche métallique telle que définie dans le premier objet de l'invention.
  • La couche polymère peut être une couche électriquement isolante ou une gaine de protection électriquement isolante.
  • Dans la présente invention, l'expression « couche électriquement isolante » signifie une couche dont la conductivité électrique peut être d'au plus 1.10-8 S/m environ (à 25°C en courant continu).
  • Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, la couche polymère comprend un matériau polymère choisi parmi les polymères réticulés et non réticulés, les polymères du type inorganique et du type organique.
  • Le matériau polymère peut être un homopolymère ou un copolymère ayant des propriétés thermoplastiques et/ou élastomères.
  • Les polymères du type inorganique peuvent être des polyorganosiloxanes.
  • Les polymères du type organique peuvent être des polyoléfines, des polyuréthanes, des polyamides, des polyesters, des polyvinyliques ou des polymères halogénés tels que des polymères fluorés (e.g. polytétrafluoroéthylène PTFE) ou des polymères chlorés (e.g. polychlorure de vinyle PVC).
  • Les polyoléfines peuvent être choisies parmi les polymères d'éthylène et de propylène. A titre d'exemple de polymères d'éthylène, on peut citer les polyéthylènes linéaires basse densité (LLDPE), les polyéthylènes basse densité (LDPE), les polyéthylènes moyenne densité (MDPE), les polyéthylènes haute densité (HDPE), les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), d'acrylate de méthyle (EMA), de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), les copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfines tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO), les copolymères d'éthylène et de propylène (EPR), les copolymères d'éthylène/éthyle acrylate (EEA), ou les terpolymères d'éthylène et de propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM).
  • Dans la présente invention, l'expression « polyéthylène basse densité » signifie un polyéthylène ayant une densité allant de 0,91 à 0,925 environ.
  • Dans la présente invention, l'expression « polyéthylène haute densité » signifie un polyéthylène ayant une densité allant de 0,94 à 0,965 environ.
  • La couche polymère peut comprendre au moins 10% en masse environ, et de préférence au moins 30% en masse environ de polymère(s), par rapport à la masse totale de la couche.
  • La couche polymère peut comprendre en outre une charge minérale ignifugeante hydratée. Cette charge minérale ignifugeante hydratée agit principalement par voie physique en se décomposant de manière endothermique (e.g. libération d'eau), ce qui a pour conséquence d'abaisser la température de la couche et de limiter la propagation des flammes le long du câble. On parle notamment de propriétés de retard à la flamme, bien connues sous l'anglicisme « flame retardant ».
  • La couche polymère peut comprendre de 20% à 70% en masse environ de charge minérale ignifugeante hydratée par rapport à la masse totale de la couche.
  • La charge minérale ignifugeante hydratée peut être un hydroxyde métallique tel que l'hydroxyde de magnésium ou le trihydroxyde d'aluminium.
  • Afin de garantir un câble dit HFFR pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant », la couche polymère ne comprend pas de préférence de composés halogénés. Ces composés halogénés peuvent être de toutes natures, tels que par exemple des polymères fluorés ou des polymères chlorés comme le polychlorure de vinyle (PVC), des plastifiants halogénés, des charges minérales halogénées, ...etc.
  • La couche polymère peut comprendre en outre au moins une charge inerte.
  • La charge inerte peut être de la craie, du talc, ou de l'argile (e.g. kaolin).
  • La couche polymère peut comprendre de 5% à 50% en masse environ de charge inerte par rapport à la masse totale de la couche.
  • La couche polymère peut comprendre d'autres additifs bien connus de l'homme du métier tels que des plastifiants, des agents de renforts, etc...
  • La couche polymère peut avoir une épaisseur d'au plus 3 mm environ, et de préférence d'au plus 2 mm environ.
  • La couche polymère est, de préférence, une couche extrudée par des techniques bien connues de l'homme du métier.
  • Le câble électrique de l'invention est de préférence un câble d'énergie à basse tension (notamment inférieure à 6kV) ou à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV).
  • Le câble de l'invention peut comprendre plusieurs éléments électriquement conducteurs allongés conformes au premier objet de l'invention, notamment sous la forme d'un toron.
  • Selon une première variante, la couche polymère entoure lesdits éléments électriquement conducteurs allongés.
  • Selon une deuxième variante, les éléments électriquement conducteurs allongés sont individuellement isolés et le câble comprend plusieurs couches polymères telles que définies ci-dessus, chacune des couches polymères entourant individuellement chacun des éléments électriquement conducteurs allongés.
  • Le câble électrique conforme au troisième objet de l'invention, peut être fabriqué selon un procédé comprenant au moins les étapes suivantes :
    1. a. fabriquer au moins un élément électriquement conducteur allongé conforme à l'invention, et
    2. b. extruder une couche polymère, autour de l'élément électriquement conducteur allongé tel que fabriqué à l'étape précédente, pour former un câble électrique.
  • La couche polymère est telle que définie dans le troisième objet de l'invention.
  • La présente invention a pour quatrième objet un dispositif comprenant un câble électrique conforme au troisième objet de l'invention et au moins un connecteur métallique, caractérisé en ce que le connecteur métallique est connecté à au moins un élément électriquement conducteur allongé conforme au premier objet de l'invention ou tel qu'obtenu selon un procédé conforme au deuxième objet de l'invention.
  • Le connecteur peut être une cosse de sertissage, et en particulier une cosse standard cuivre étamé, de préférence à oeillet.
  • Ainsi, au sein dudit dispositif, la tenue mécanique du connecteur est améliorée et le maintien du contact électrique connecteur-élément électriquement conducteur allongé est assuré.
  • La figure 1 représente de manière schématique une structure, en coupe transversale, d'un câble électrique selon l'invention.
  • La figure 1 montre un câble électrique (1) conforme à l'invention comprenant un élément électriquement conducteur allongé comprenant une âme en aluminium ou en alliage d'aluminium (2) et une couche de cuivre ou d'alliage de cuivre (3) entourant ladite âme en aluminium ou en alliage d'aluminium (2) ; et une couche polymère (4) entourant ledit élément électriquement conducteur allongé (2, 3).
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence aux figures annotées, lesdits exemples et figures étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
    • EXEMPLES Exemple 1 : fabrication d'éléments électriquement conducteurs allongés conformes à l'invention et non conformes à l'invention
  • Dans cet exemple, trois éléments électriquement conducteurs allongés A, B et C ont été comparés avec différentes teneurs volumiques en cuivre :
    • un élément électriquement conducteur allongé A : toron comprenant 7 fils de 0,302 mm de diamètre, soit une section transversale totale de 0,5 mm2.
    • un élément électriquement conducteur allongé B : toron comprenant 7 fils de 0,674 mm de diamètre, soit une section transversale totale de 2,5 mm2, et
    • un élément électriquement conducteur allongé C : fil unitaire de 1,45 mm de diamètre, soit une section transversale totale de 1,65 mm2.
  • Les teneurs volumiques en cuivre de chacun des éléments électriquement conducteurs allongés A, B et C étaient:
    • pour les éléments électriquement conducteurs allongés comparatifs (i.e. non conformes à l'invention) de : 0% (aluminium pur) (conducteurs A-0, B-0, C-0), 10% (conducteurs A-10, B-10, C-10), 30% (conducteurs A-30, B-30, C-30) ou 100% (conducteurs A-100, B-100, C-100), et
    • pour les éléments électriquement conducteurs allongés conformes à l'invention) de : 45% (conducteurs A-45, B-45, C-45), 60% (conducteurs A-60, B-60, C-60) ou 80% (conducteur C-80).
  • Les différents conducteurs ont été préparés selon les étapes suivantes :
    1. i) une étape de tréfilage à température ambiante, de manière à obtenir des fils d'aluminium (aluminium commercialisé sous la référence Al1350), des fils d'aluminium revêtus de 10% en volume de cuivre par rapport au volume total aluminium + cuivre (aluminium + cuivre commercialisé sous la référence CCA10), ou des fils de cuivre (cuivre électrolytique commercialisé sous la référence ETP1) ;
    2. ii) une étape de dépôt de cuivre sur les fils de CCA10 de l'étape i), par électrodéposition pour atteindre le % volumique de cuivre désiré, ladite électrodéposition étant réalisée en utilisant :
      • un bain de cuivrage à base d'acide méthane sulfonique commercialisé sous la référence Copper Gleam RG10 qui est un bain de cuivrage,
      • une densité de courant de 30 A/dm2 avec une tension inférieure à 5 volts,
      • une température du bain entre 45 et 55°C, et
      • une vitesse de dépôt de l'ordre de 6 µm/min ;
    3. iii) une étape de recuit des fils de CCA10 revêtus de cuivre à une température de 250°C, pendant 2 heures ;
    4. iv) une étape de toronnage pour les conducteurs de type A et B ;
    5. v) une étape de découpage des torons ou des fils en échantillons de 15 cm de longueur ;
    6. vi) une étape de gainage des échantillons avec une gaine thermorétractable en polyoléfine présentant une température de réticulation à 105°C ; et
    7. vii) une étape de sertissage de cosses standard cuivre étamé à oeillet (connecteurs) aux extrémités des échantillons.
  • La figure 2 montre l'élément électriquement conducteur allongé B-45 conforme à l'invention (figure 2a) et par comparaison l'élément électriquement conducteur allongé B-10 non conforme à l'invention (figure 2b).
  • La figure 3 montre une coupe micrographique transversale de l'élément électriquement conducteur allongé B-45 conforme à l'invention (figure 3a) et par comparaison une coupe micrographique transversale de l'élément électriquement conducteur allongé B-10 non conforme à l'invention (figure 2b), lorsque ceux-ci ont subi une exposition au brouillard salin pendant 48h, 88h, 176h et 360h.
  • La figure 4 montre la tenue mécanique des cosses par essai de traction (en Newton N) en fonction du temps d'exposition au brouillard salin (en heures) pour les conducteurs A-0 (courbe avec les ronds), A-10 (courbe avec les carrés), A-30 (courbe avec les triangles), A-45 (courbe avec les losanges), A-60 (courbe avec les croix) et A-100 (courbe avec les pointillés).
  • D'après la figure 4, on peut conclure que la tenue mécanique des cosses est nettement améliorée pour les câbles conformes à l'invention même après 360 heures de brouillard salin. Ainsi, même si une certaine corrosion est observée (cf. figure 3), la tenue mécanique des cosses est garantie dans le temps, ce qui n'est pas le cas de celle des câbles comparatifs qui chute dès 60 heures d'exposition (cf. conducteur A-30).

Claims (15)

  1. Elément électriquement conducteur allongé comprenant une âme en aluminium ou en alliage d'aluminium et une couche de cuivre ou d'alliage de cuivre entourant ladite âme en aluminium ou en alliage d'aluminium, caractérisé en ce que :
    - la couche de cuivre ou d'alliage de cuivre représente de 40 à 80% en volume, du volume de l'élément électriquement conducteur allongé,
    - la teneur en aluminium de l'alliage d'aluminium est d'au moins 98,00% en masse, et
    - ledit élément électriquement conducteur allongé est susceptible d'être obtenu selon un procédé comprenant au moins une étape i) de formation de la couche de cuivre ou en alliage de cuivre autour de l'âme en aluminium ou en alliage d'aluminium par coulée continue.
  2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de cuivre représente de 42 à 70% en volume, du volume de l'élément électriquement conducteur allongé.
  3. Elément selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche de cuivre ou d'alliage de cuivre est la couche la plus externe de l'élément électriquement conducteur allongé.
  4. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a un diamètre extérieur allant de 0,01 à 30 mm.
  5. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de cuivre ou d'alliage de cuivre est directement en contact avec l'âme en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  6. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en aluminium de l'alliage d'aluminium est d'au moins 99,00% en masse.
  7. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en cuivre de l'alliage de cuivre est d'au moins 95,00% en masse.
  8. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l'étape i) de formation de la couche de cuivre ou en alliage de cuivre autour de l'âme en aluminium ou en alliage d'aluminium par coulée,
    - le cuivre ou l'alliage de cuivre est à l'état liquide, et
    - l'aluminium ou l'alliage d'aluminium est à l'état liquide ou solide.
  9. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aluminium ou l'alliage d'aluminium est à l'état solide, et l'étape i) est une étape i-1) au cours de laquelle du cuivre ou un alliage de cuivre à l'état liquide est coulé sur de l'aluminium ou un alliage d'aluminium à l'état solide, ou de l'aluminium ou un alliage d'aluminium à l'état solide est immergé dans du cuivre ou un alliage de cuivre à l'état liquide.
  10. Elément selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'aluminium est à l'état liquide, et l'étape i) est une étape i-2) au cours de laquelle un élément creux en cuivre ou en alliage de cuivre est préformé à partir de cuivre ou d'un alliage de cuivre à l'état liquide ; puis ledit élément creux est refroidi ; puis l'élément creux est rempli avec de l'aluminium ou un alliage d'aluminium à l'état liquide ; puis l'ensemble obtenu est refroidi.
  11. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une réduction en Newton de la tenue mécanique des cosses par essai de traction d'au plus 20%, lorsqu'il subit une exposition au brouillard salin d'au moins 50h.
  12. Câble électrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément électriquement conducteur allongé tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 11 et au moins une couche polymère entourant ledit élément électriquement conducteur allongé.
  13. Câble électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que la couche polymère est une couche électriquement isolante.
  14. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications 12 à 13, caractérisé en ce que la couche polymère ne comprend pas de composés halogénés et le câble est un câble HFFR.
  15. Dispositif comprenant un câble électrique tel que défini à l'une quelconque des revendications 12 à 14 et au moins un connecteur métallique, caractérisé en ce que le connecteur métallique est connecté à au moins un élément électriquement conducteur allongé tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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