EP3503125A1 - Cable comprising at least one metallic layer of carbon material - Google Patents

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EP3503125A1
EP3503125A1 EP18212776.1A EP18212776A EP3503125A1 EP 3503125 A1 EP3503125 A1 EP 3503125A1 EP 18212776 A EP18212776 A EP 18212776A EP 3503125 A1 EP3503125 A1 EP 3503125A1
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EP
European Patent Office
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layer
electrical cable
carbon
cable
metallized
Prior art date
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EP18212776.1A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-François LARCHE
Anthony COMBESSIS
Rodrigue Sumera
Nicolas MASQUELIER
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Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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Publication date
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • H01B9/02—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients
    • H01B9/027—Power cables with screens or conductive layers, e.g. for avoiding large potential gradients composed of semi-conducting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
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    • H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
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    • H01B7/183—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring comprising synthetic filaments forming part of an outer sheath
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    • H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
    • H01B7/1875—Multi-layer sheaths
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/04—Flexible cables, conductors, or cords, e.g. trailing cables

Definitions

  • the invention relates to an electrical cable comprising at least one elongated electrically conductive element surrounded by one or more metallized layer (s) of a carbonaceous material.
  • Electrical cables are widely used for the transmission of electrical energy as well as for data transmission.
  • the electric cables must have different properties according to their use and in particular, good electrical conductivity, good mechanical strength, while being as light as possible.
  • Some electrical cables comprise one or more metal layers, in particular of the metal armor type, which make it possible to preserve the mechanical integrity of the cable by resisting the loads in tension and in compression.
  • the object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a light electrical cable and having improved electrical properties, in particular to optimize the distribution of the electric field inside the cable and / or to fence the fields. electrostatic external to the cable.
  • the present invention thus relates to an electrical cable comprising at least one elongated electrically conductive element surrounded by by at least one polymeric layer, preferably an electrically insulating polymeric layer, characterized in that said polymeric layer is surrounded by at least one metallized layer of a carbonaceous material, said carbonaceous material comprising more than 50% by weight of carbon atoms. carbon relative to the total weight of the carbonaceous material.
  • the electric cable has a significantly limited weight, while having a very good flexibility.
  • the present invention also guarantees good electrical properties, such as a significantly improved specific conductivity, thanks in particular to the metallized layer of a carbonaceous material.
  • the metallized layer of a carbonaceous material can advantageously play the role of an electrical protection shield or shield, to electrically protect the cable of the invention.
  • this screen makes it possible in particular to equipotentially distribute the electric field inside the cable and / or to barrier the electrostatic fields outside the cable and / or to discharge the capacitive or short-circuit currents along the cable.
  • the electrical cable of the invention may comprise one or more layer (s) metallized (s) of a carbon material.
  • the carbonaceous material of the invention comprises more than 50% by weight of carbon atoms, preferably at least 80% by weight of carbon atoms, and particularly preferably at least 90% by weight of carbon atoms. , relative to the total weight of the carbonaceous material.
  • the content of carbon atoms in the carbonaceous material may be up to 99% by weight relative to the total weight of the carbonaceous material.
  • the carbon material comprises only carbon atoms.
  • the carbonaceous material is an organic material.
  • the carbonaceous material is preferably a material that is different from a material. polymer consisting of the repetition of several subunits of the monomer type.
  • the carbonaceous material of the invention may be chosen from carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, carbon black, and a mixture thereof.
  • the carbonaceous fibers may be selected from carbon fibers, carbon nanofibers, carbon nanofiber fibers, carbon nanotube fibers, graphene fibers, and a mixture thereof.
  • the metallized layer of a carbonaceous material according to the invention may comprise carbon fibers.
  • Carbon fibers also have the advantage of having a facilitated implementation during the manufacture of the cable of the invention.
  • a carbon fiber may be composed predominantly of crystalline carbon atoms aligned more or less parallel to the axis of the carbon fiber.
  • the carbonaceous material is used in the form of a metallized layer surrounding one or more polymer layer (s) of the electric cable of the invention. More particularly, the metallized layer forms an envelope all around the polymer layer, in particular to ensure homogeneous electrical properties around the electrical cable of the invention.
  • the metallized layer can thus cover all of the outer surface of the polymer layer. In other words, the metallized layer extends along the electrical cable, and surrounds said polymeric layer over its entire periphery.
  • the layer formed by the carbonaceous material may be a fibrous or non-fibrous layer. It can also be a woven or non-woven layer.
  • the metallized layer of a carbonaceous material may be in the form of a braid, carpet, or ribbon.
  • the metallized layer of a carbonaceous material may be a layer comprising metallized carbon fibers or metallized carbon fiber strands, such as, for example, metallized carbon fibers. or metallized carbon nanotube fibers.
  • the metallized layer of a carbon material of this first embodiment is preferably a fibrous layer, woven or not.
  • the metallized layer of a carbonaceous material may comprise carbon fibers, each of these carbon fibers being surrounded at least in part, or even totally, by at least one metal layer.
  • the metal layer is in direct physical contact with the carbon fiber which it surrounds.
  • Carbon fibers can have a length ranging from 100 m to 200 km, preferably from 100 m to 10 km, and more preferably from 100 m to 3 km.
  • the carbonaceous (non-metallized) fibers may have a diameter ranging from 0.5 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably ranging from 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, and more preferably ranging from 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the metallized carbonaceous fibers may have a cross-section of from 0.2 ⁇ m 2 to 1000 ⁇ m 2 , preferably ranging from 1 ⁇ m 2 to 500 ⁇ m 2 , and more preferably ranging from 10 ⁇ m 2 to 100 ⁇ m 2 .
  • the metallized layer of a carbonaceous material may be a layer of a carbon material covered at least in part, or in whole, by at least one metal layer.
  • the metallized layer of a carbon material of this second embodiment is preferably a fibrous layer or not, and woven or not.
  • the metallized layer of a carbonaceous material may have a specific conductivity of at least 0.6%, preferably at least 8%, preferably at least 15%, preferably from minus 25%, and still more preferably at least 35%.
  • the specific conductivity of a material is expressed in Sm 2 .kg -1 , and corresponds to the ratio of its electrical conductivity expressed in terms of siemens per meter (S / m) divided by its density expressed in kg / m 3 .
  • the specific conductivity of a material is determined with respect to the specific conductivity at 20 ° C of the annealed pure copper which is 6524.71 Sm 2 .kg -1 .
  • the density at 20 ° C of the annealed pure copper is 8890 kg.m -3.
  • the electrical conductivity (S / m) characterizes the ability of a material to let the electrons it contains move freely under the effect of an electric field and thus allow the passage of an electric current.
  • the metal layer constituting the metallized layer according to variant i and / or according to variant ii may comprise at least one metal chosen from copper, zinc, tin, silver, aluminum, nickel, and one of their alloys.
  • alloy is meant the combination or mixture of at least two metals, in particular chosen from those listed above.
  • the metal layer may comprise only copper, aluminum, nickel, tin, or only an alloy of one of these metals.
  • the metallized layer of a carbonaceous material according to the invention may therefore comprise at least one metal or a metal alloy, as described in particular above.
  • the metallized layer of a carbonaceous material may comprise at least one metal or a metal alloy, having a dc electrical conductivity equal to or greater than that of zinc (Zn), and preferably equal to or greater than that of aluminum (Al).
  • Zn zinc
  • Al aluminum
  • the DC electrical conductivity of zinc and other metals is well known to those skilled in the art. It is conventionally determined at 20 ° C.
  • the reference electrical conductivity used for electrical conductivity measurements is copper (Cu), which is 100%.
  • Cu copper
  • the metal layers may comprise copper or a copper alloy, the other metal layer or layers possibly comprising a metal other than copper. or a copper alloy, especially selected from zinc, nickel, tin, silver, aluminum, and a mixture thereof.
  • the metal layer may be bound by physical and / or chemical interactions, preferably by covalent bonding, to the carbonaceous fibers (variant i) and / or to the layer of a carbonaceous material (variant ii), to allow good adhesion of the metal layer.
  • An intermediate layer called "adhesion” may be placed between the metal layer on the one hand, and the carbon fibers or the layer of a carbon material, on the other hand, to improve the adhesion of the layer metallic.
  • the intermediate layer may be a metal layer, which may include one or more metals selected from tin, nickel, copper, aluminum, silver, and a mixture thereof.
  • the metal layer may have an average thickness of at least 15 nm, preferably at least 50 nm, preferably at least 100 nm, preferably at least 500 nm, and more preferably at least 1 ⁇ m.
  • the metal layer may have a constant thickness along the entire length of the electrical cable.
  • a constant thickness means that the thickness of the metal layer can vary by at most ⁇ 30% with respect to the average thickness of the metal layer, preferably at most ⁇ 20% with respect to the average thickness of the metal layer. the metal layer, and more preferably at most ⁇ 10% with respect to the average thickness of the metal layer.
  • the thickness of the metal layer may be adapted according to the nature of the metal or metals it comprises and the desired conductivity.
  • a metallic layer comprising a metal having a low conductivity may be thicker than a metal layer comprising a metal having a higher conductivity.
  • the metal layer can be obtained by one of the following methods: electroplating, electroplating (electroplating), electroplating without electrical current (known as electroless plating), thermal evaporation under vacuum (known under the Anglrios "heated evaporation"), electron beam evaporation (known as Angldespite “electron beam evaporation”), cathodic sputtering (known as “sputtering"), ion beam assisted deposition (known as angldespite “ion assisted deposition”), dip coating (known under the Angldespite dip coating), vaporization coating (known as "spray”), chemical vapor deposition (known as "chemical vapor deposition”), physical deposition by vapor phase (known as the "physical vapor deposition”).
  • the metal layer can be made by electrodeposition.
  • the metallized layer of a carbonaceous material can have a direct current electrical conductivity of at least 0.1% IACS, preferably at least 5% IACS, and more preferably at least 10% IACS.
  • the metallized layer of a carbonaceous material may have a DC electrical conductivity of not more than 50% IACS.
  • the electrical conductivity of a material is expressed in siemens per meter (S / m).
  • the electrical conductivity of a material is determined with respect to the electrical conductivity at 20 ° C of the annealed pure copper which is 5,8001x10 7 S / m.
  • the term “cable” is understood to mean an electrical cable that may be of the energy transmission cable, data cable, telecommunication cable, or instrumentation cable type.
  • this type of cable comprises one or more electrically conductive element (s) elongate (s) of the electric conductor type.
  • the elongate electrically conductive element may be a single conductor such as, for example, a metal wire, or a multiconductor such as a plurality of metallic wires, twisted or otherwise.
  • the elongate electrically conductive element may be made from a metallic material chosen in particular from aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, and one of their combinations.
  • the (transversal) section of the electrical conductor can range from 0.1 mm 2 to more than 240 mm 2 .
  • the elongate electrically conductive element is surrounded by at least one polymeric layer.
  • the polymeric layer is an electrically insulating layer.
  • the term "electrically insulating layer” a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10 -9 S / m (siemens per meter) (at 25 ° C).
  • the polymeric layer is surrounded by the metallized layer of a carbonaceous material.
  • the metallized layer of a carbonaceous material may be in direct physical contact with the polymeric layer.
  • polymeric layer a layer comprising at least one polymer, the term "polymer” as such generally meaning homopolymer or copolymer (e.g., block copolymer, random copolymer, terpolymer, etc.).
  • Said polymer of the polymeric layer may advantageously be an olefin polymer (polyolefin) or, in other words, an olefin homo- or copolymer, and may in particular be a thermoplastic or crosslinked polymer.
  • the olefin polymer is a polymer of ethylene or propylene.
  • the polymeric layer of the invention may comprise at least one polymer chosen from a linear low density polyethylene (LLDPE), a very low density polyethylene (VLDPE), a low density polyethylene (LDPE), a medium density polyethylene (MDPE), a high density polyethylene (HDPE), a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA), a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA), methyl acrylate (EMA), 2-hexylethyl acrylate (2HEA), a copolymer of ethylene and alpha-olefins, a copolymer of ethylene and propylene (EPR), a polyurethane, a fluorinated polymer, a chlorinated polymer such as polyvinyl chloride (PVC), phenylene polyoxide (PPO), a technical polymer, a propylene homopolymer, a propylene copolymer, and a mixture thereof.
  • LLDPE linear low density poly
  • copolymers of ethylene and alpha-olefin examples include, for example, polyethylene octene (PEO).
  • Examples of copolymers of ethylene and propylene (EPR) include terpolymers of ethylene propylene diene (EPDM).
  • the term "technical polymer” is understood to mean a polymer having improved properties, which may be chosen especially from a polyphenylethylene ether, a polyamide, polyetheretherketone (PEEK), a polyimide, a fluorinated ethylene copolymer (FEP), a polyethylene furanoate (PEF) ), and one of their mixtures.
  • the polymeric layer may further comprise at least one additive chosen from antioxidants, stabilizers, crosslinking agents, scorch retardants, crosslinking co-agents, processing-promoting agents such as lubricants or waxes. , compatibilizers, coupling agents, charge stabilizers, and a mixture thereof.
  • the polymeric layer is a so-called "HFFR” layer, meaning in English “ Halogen-Free Flame Retardant ", according to standard IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).
  • the polymeric layer may further comprise at least one filler.
  • the filler of the invention may be a mineral or organic filler. It can be selected from a flame retardant filler, an inert filler, and a mixture thereof.
  • the flame-retardant filler may be a hydrated filler, chosen in particular from metal hydroxides such as, for example, magnesium dihydroxide (MDH) or aluminum trihydroxide (ATH).
  • MDH magnesium dihydroxide
  • ATH aluminum trihydroxide
  • These fire-retardant fillers mainly act physically by decomposing endothermically (eg water release), which has the effect of lowering the temperature of the polymeric layer and to limit the propagation of flames along the electrical device.
  • endothermically eg water release
  • the inert filler can be, for its part, chalk, talc, clay (e.g., kaolin), carbon black, or carbon nanotubes.
  • the polymeric layer may preferably be extruded.
  • the polymeric layer may be crosslinked or uncrosslinked.
  • the crosslinking can be carried out by conventional crosslinking techniques well known to those skilled in the art such as, for example, peroxide crosslinking and / or hydrosilylation under the action of heat; silane crosslinking in the presence of a crosslinking agent; crosslinking by electron beams, gamma rays, X-rays, or microwaves; photochemically crosslinking such as irradiation under beta radiation, or irradiation under ultraviolet radiation in the presence of a photoinitiator.
  • the crosslinking is preferably carried out according to the silane crosslinking technique.
  • the polymeric layer may have a thickness ranging from 10 ⁇ m to 30 mm, preferably from 100 ⁇ m to 4 mm, and more preferably from 100 ⁇ m to 1 mm.
  • the electrical cable of the invention may further comprise a sheath, in particular a protective sheath, surrounding the metallized layer (s) of a carbonaceous material.
  • the sheath may be the outermost layer of the electrical cable of the invention.
  • the sheath is in particular a continuous and uniform layer around at least the metallized layer of a carbonaceous material. It ensures the protection of the elongated electrically conductive element (s) isolated (s), especially against moisture, mechanical damage and / or chemical damage. It can also be protected against mechanical damage
  • This sheath can be made conventionally from suitable thermoplastic materials such as HDPE (high density polyethylene), MDPE (medium density polyethylene) or LLDPE (linear low density polyethylene); or else materials retarding the propagation of the flame or resistant to the propagation of the flame.
  • the polymers mentioned for the polymeric layer of the invention can also be used for the sheath.
  • the outer protective sheath is an electrically insulating layer.
  • the sheath may have a thickness ranging from 100 ⁇ m to 2 mm, preferably from 100 ⁇ m to 1.5 mm, and more preferably from 100 ⁇ m to 1 mm.
  • the electrical cable of the invention can typically, but not exclusively, be applied to the fields of low-voltage (especially less than 6kV), medium-voltage (especially 6 to 45-60 kV) or high-voltage energy cables.
  • voltage in particular greater than 60 kV, and up to 800 kV, whether DC or AC.
  • the figure 1 represents a cross-sectional view of an electric cable according to one embodiment of the invention.
  • the figure 1 represents a cross-sectional view of an electric cable 1 according to a particular embodiment of the invention.
  • the electric cable 1 is a coaxial cable comprising an elongated electrically conductive element 2 surrounded by a polymeric layer 3.
  • the polymeric layer 3 is surrounded by a metallized layer of a carbonaceous material 4 according to the invention.
  • a protective sheath 5 is placed around the metallized layer of a carbonaceous material 4.
  • the polymeric layer 3 is directly in physical contact with the elongate electrically conductive element 2
  • the metallized layer of a carbonaceous material 4 is in direct physical contact with the polymeric layer 3
  • the protective sheath 5 is directly in physical contact with the metallized layer of a carbonaceous material 4.
  • the following example relates to the manufacture of an electrical cable of the invention comprising a metallized layer of a carbon material according to variant i of the invention.
  • a metallized layer of a carbonaceous material is positioned around an insulated electrical conductor.
  • the electric cable thus formed is of the coaxial type, as described in the figure 1 but does not include the protective sheath.
  • the insulated electrical conductor comprises an elongated electrical conductor surrounded by at least one insulating polymeric layer extruded around said electrical conductor.
  • the elongated electrical conductor is a copper conductor with a diameter of 0.885 mm (rated 0.63 mm 2 class 1).
  • the polymeric insulating layer is a crosslinked polyethylene layer having a thickness of 1.05 mm.
  • the insulated electrical conductor has a diameter of 3 mm.
  • a metallized layer of a carbonaceous material is positioned around the polymeric layer.
  • This metallized layer of a carbonaceous material is formed from carbon fibers (non-metallized) marketed by TORAY under the reference TORAYCA T300.
  • This reference is marketed in the form of wick comprising 3000 non-metallized carbon fibers, per wick.
  • the diameter of each non-metallized carbon fiber is 7 ⁇ m and the length of each carbon fiber is 200 meters or more.
  • the electroplating is carried out with a device of the current generator type of the TTI mark under the reference QPX600DP, for about 5 minutes, to obtain a copper layer of about 2 microns thick around each of the 3000 carbon fibers. We then obtain 3000 copper carbon fibers.
  • the various conductivity values of the 3,000 copper-clad carbon fibers according to the invention are collated in Table 1 below.
  • the different conductivity values of copper are also present in Table 1 for reference.
  • ⁇ b> ⁇ u> Table 1 ⁇ / u> ⁇ /b> Conductivity (S / m) Conductivity (% IACS) Specific conductivity (m 2 /( ⁇ .kg)) Specific conductivity (%) IACS Copper Reference 5.8.10 7 100 6525 100 3000 copper carbon fibers 6.0.10 4 0.1 34 0.5
  • the metallized carbon layer according to this example is then obtained by braiding the copper-clad carbon fibers to form a ribbon, the braiding being carried out by a braiding process well known to those skilled in the art.
  • This ribbon is then wound helically around the insulated electrical conductor, to form the metallized layer of a carbon material of the invention.

Abstract

La présente invention concerne un câble électrique (1) comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé (2) entouré par au moins une couche polymérique (3), caractérisé en ce que ladite couche polymérique (3) est entourée par au moins une couche métallisée d'un matériau carboné (4), ledit matériau carboné comprenant plus de 50 % en poids d'atomes de carbone par rapport au poids total du matériau carboné.The present invention relates to an electric cable (1) comprising at least one elongated electrically conductive element (2) surrounded by at least one polymeric layer (3), characterized in that said polymeric layer (3) is surrounded by at least one metallized layer of a carbon material (4), said carbon material comprising more than 50% by weight of carbon atoms relative to the total weight of the carbon material.

Description

L'invention se rapporte à un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé entouré par une ou plusieurs couche(s) métallisée(s) d'un matériau carboné.The invention relates to an electrical cable comprising at least one elongated electrically conductive element surrounded by one or more metallized layer (s) of a carbonaceous material.

Les câbles électriques sont largement utilisés pour le transport d'énergie électrique ainsi que pour la transmission de données. Les câbles électriques doivent posséder différentes propriétés selon leur utilisation et notamment, une bonne conductivité électrique, une bonne résistance mécanique, tout en étant le plus léger possible.Electrical cables are widely used for the transmission of electrical energy as well as for data transmission. The electric cables must have different properties according to their use and in particular, good electrical conductivity, good mechanical strength, while being as light as possible.

Certains câbles électriques comprennent une ou plusieurs couches métalliques, notamment du type armure métallique, qui permettent de préserver l'intégrité mécanique du câble en résistant aux charges en traction et en compression.Some electrical cables comprise one or more metal layers, in particular of the metal armor type, which make it possible to preserve the mechanical integrity of the cable by resisting the loads in tension and in compression.

Toutefois, l'utilisation de telles armures augmente le poids du câble et peut entrainer une perte de souplesse de celui-ci le rendant ainsi plus rigide. De plus, ces armures peuvent entrainer des pertes induites par effet joule, obligeant parfois à surdimensionner la taille des conducteurs.However, the use of such armor increases the weight of the cable and can cause a loss of flexibility thereof, thus making it more rigid. In addition, these armor can cause losses induced by joule effect, sometimes requiring to oversize the size of drivers.

Du document US 9 466 405 est connu un câble électrique à haute tension comprenant au moins deux conducteurs électriques isolés, entourés par une couche formant une armure, constituée de fils d'acier, ces fils d'acier pouvant être combinés à des fibres de carbone ou d'aramide.Of the document US 9,466,405 is known a high voltage electrical cable comprising at least two insulated electrical conductors, surrounded by a layer forming an armor, consisting of steel son, these steel son can be combined with carbon fiber or aramid.

Toutefois, il a été constaté que ce type de câble ne présente pas des propriétés électriques optimales.However, it has been found that this type of cable does not have optimal electrical properties.

Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un câble électrique léger et présentant des propriétés électriques améliorées, notamment pour optimiser la répartition du champ électrique à l'intérieur du câble et/ou faire barrière aux champs électrostatiques extérieurs au câble.The object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a light electrical cable and having improved electrical properties, in particular to optimize the distribution of the electric field inside the cable and / or to fence the fields. electrostatic external to the cable.

La présente invention a ainsi pour objet un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé entouré par au moins une couche polymérique, de préférence une couche polymérique électriquement isolante, caractérisé en ce que ladite couche polymérique est entourée par au moins une couche métallisée d'un matériau carboné, ledit matériau carboné comprenant plus de 50% en poids d'atomes de carbone par rapport au poids total du matériau carboné.The present invention thus relates to an electrical cable comprising at least one elongated electrically conductive element surrounded by by at least one polymeric layer, preferably an electrically insulating polymeric layer, characterized in that said polymeric layer is surrounded by at least one metallized layer of a carbonaceous material, said carbonaceous material comprising more than 50% by weight of carbon atoms. carbon relative to the total weight of the carbonaceous material.

Grâce à l'invention, le câble électrique présente un poids limité de façon significative, tout en présentant une très bonne flexibilité.Thanks to the invention, the electric cable has a significantly limited weight, while having a very good flexibility.

La présente invention garantit également de bonnes propriétés électriques, telles qu'une conductivité spécifique améliorée de façon significative, grâce notamment à la couche métallisée d'un matériau carboné.The present invention also guarantees good electrical properties, such as a significantly improved specific conductivity, thanks in particular to the metallized layer of a carbonaceous material.

En outre, la couche métallisée d'un matériau carboné peut jouer avantageusement le rôle d'un écran de protection électrique ou blindage, permettant de protéger électriquement le câble de l'invention. En effet, cet écran permet notamment de répartir équipotentiellement le champ électrique à l'intérieur du câble et/ou de faire barrière aux champs électrostatiques extérieurs au câble et/ou écouler les courants capacitifs ou de court-circuit le long du câble.In addition, the metallized layer of a carbonaceous material can advantageously play the role of an electrical protection shield or shield, to electrically protect the cable of the invention. Indeed, this screen makes it possible in particular to equipotentially distribute the electric field inside the cable and / or to barrier the electrostatic fields outside the cable and / or to discharge the capacitive or short-circuit currents along the cable.

Couche métallisée d'un matériau carbonéMetallic layer of a carbonaceous material

Le câble électrique de l'invention peut comprendre une ou plusieurs couche(s) métallisée(s) d'un matériau carboné.The electrical cable of the invention may comprise one or more layer (s) metallized (s) of a carbon material.

Le matériau carboné de l'invention comprend plus de 50% en poids d'atomes de carbone, de préférence au moins 80 % en poids d'atomes de carbone, et de façon particulièrement préférée au moins 90% en poids d'atomes de carbone, par rapport au poids total du matériau carboné. La teneur en atomes de carbone dans le matériau carboné peut aller jusqu'à 99% en poids par rapport au poids total du matériau carboné. Dans un mode de réalisation particulier, le matériau carboné comprend uniquement des atomes de carbones.The carbonaceous material of the invention comprises more than 50% by weight of carbon atoms, preferably at least 80% by weight of carbon atoms, and particularly preferably at least 90% by weight of carbon atoms. , relative to the total weight of the carbonaceous material. The content of carbon atoms in the carbonaceous material may be up to 99% by weight relative to the total weight of the carbonaceous material. In a particular embodiment, the carbon material comprises only carbon atoms.

Plus particulièrement, le matériau carboné est un matériau organique, Le matériau carboné est de préférence un matériau différent d'un matériau polymère constitué de la répétition de plusieurs sous-unités du type monomère.More particularly, the carbonaceous material is an organic material. The carbonaceous material is preferably a material that is different from a material. polymer consisting of the repetition of several subunits of the monomer type.

A titre d'exemple, le matériau carboné de l'invention peut être choisi parmi des fibres carbonées, des nanotubes de carbone, du graphène, du noir de carbone, et un de leurs mélanges.By way of example, the carbonaceous material of the invention may be chosen from carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, carbon black, and a mixture thereof.

Les fibres carbonées peuvent être choisies parmi des fibres de carbone, des nanofibres de carbone, des fibres de nanofibres de carbone, des fibres de nanotubes de carbone, des fibres de graphène, et un de leurs mélanges.The carbonaceous fibers may be selected from carbon fibers, carbon nanofibers, carbon nanofiber fibers, carbon nanotube fibers, graphene fibers, and a mixture thereof.

De manière particulièrement préférée, la couche métallisée d'un matériau carboné selon l'invention peut comprendre des fibres de carbone. Les fibres de carbone présentent en outre l'avantage d'avoir une mise en oeuvre facilité lors de la fabrication du câble de l'invention.In a particularly preferred manner, the metallized layer of a carbonaceous material according to the invention may comprise carbon fibers. Carbon fibers also have the advantage of having a facilitated implementation during the manufacture of the cable of the invention.

Dans la présente invention, une fibre carbonée peut être composée majoritairement d'atomes de carbone cristallins alignés plus ou moins parallèlement à l'axe de la fibre carbonée.In the present invention, a carbon fiber may be composed predominantly of crystalline carbon atoms aligned more or less parallel to the axis of the carbon fiber.

Le matériau carboné est utilisé sous forme d'une couche métallisée entourant une ou plusieurs couche(s) polymérique(s) du câble électrique de l'invention. Plus particulièrement, la couche métallisée forme une enveloppe tout autour de la couche polymère, afin de garantir notamment des propriétés électriques homogènes autour du câble électrique de l'invention. La couche métallisée peut ainsi recouvrir la totalité de la surface extérieure de la couche polymère. En d'autres termes, la couche métallisée s'étend le long du câble électrique, et entoure ladite couche polymérique sur toute sa périphérie.The carbonaceous material is used in the form of a metallized layer surrounding one or more polymer layer (s) of the electric cable of the invention. More particularly, the metallized layer forms an envelope all around the polymer layer, in particular to ensure homogeneous electrical properties around the electrical cable of the invention. The metallized layer can thus cover all of the outer surface of the polymer layer. In other words, the metallized layer extends along the electrical cable, and surrounds said polymeric layer over its entire periphery.

La couche métallisée d'un matériau carboné peut être :

  1. i. une couche comprenant des fibres carbonées, lesdites fibres carbonées étant entourées au moins partiellement, voire en totalité, respectivement par au moins une couche métallique, ou
  2. ii. une couche d'un matériau carboné, ladite couche étant recouverte au moins partiellement, voire en totalité, par au moins une couche métallique, ou
  3. iii. une combinaison des variantes i et ii.
The metallized layer of a carbonaceous material can be:
  1. i. a layer comprising carbon fibers, said carbon fibers being surrounded at least partially, or totally, respectively by at least one metal layer, or
  2. ii. a layer of a carbonaceous material, said layer being covered at least partially, or totally, by at least one metal layer, or
  3. iii. a combination of variants i and ii.

Dans la présente invention, la couche formée par le matériau carboné peut être une couche fibreuse ou non fibreuse. Elle peut également être une couche tissée ou non tissée.In the present invention, the layer formed by the carbonaceous material may be a fibrous or non-fibrous layer. It can also be a woven or non-woven layer.

A titre d'exemple, la couche métallisée d'un matériau carboné peut être sous forme de tresse, de tapis, ou de ruban.For example, the metallized layer of a carbonaceous material may be in the form of a braid, carpet, or ribbon.

Dans un premier mode de réalisation, relatif plus particulièrement à la variante i, la couche métallisée d'un matériau carboné peut être une couche comprenant des fibres carbonées métallisées ou des mèches de fibres de carbones métallisées, telles que par exemple des fibres de carbone métallisées ou des fibres de nanotube de carbone métallisées.In a first embodiment, relating more particularly to variant i, the metallized layer of a carbonaceous material may be a layer comprising metallized carbon fibers or metallized carbon fiber strands, such as, for example, metallized carbon fibers. or metallized carbon nanotube fibers.

La couche métallisée d'un matériau carboné de ce premier mode de réalisation est de préférence une couche fibreuse, tissée ou non.The metallized layer of a carbon material of this first embodiment is preferably a fibrous layer, woven or not.

La couche métallisée d'un matériau carboné peut comprendre des fibres carbonées, chacune de ces fibres carbonées étant entourée au moins en partie, voire en totalité, par au moins une couche métallique. De préférence, la couche métallique est directement en contact physique avec la fibre carbonée qu'elle entoure.The metallized layer of a carbonaceous material may comprise carbon fibers, each of these carbon fibers being surrounded at least in part, or even totally, by at least one metal layer. Preferably, the metal layer is in direct physical contact with the carbon fiber which it surrounds.

Les fibres carbonées (non métallisées) peuvent avoir une longueur allant de 100 m à 200 km, de préférence allant de 100 m à 10 km, et plus préférentiellement allant de 100 m à 3 km.Carbon fibers (non-metallized) can have a length ranging from 100 m to 200 km, preferably from 100 m to 10 km, and more preferably from 100 m to 3 km.

Les fibres carbonées (non métallisées) peuvent avoir un diamètre allant de 0,5 µm à 100 µm, de préférence allant de 1 µm à 50 µm, et plus préférentiellement allant de 5 µm à 10 µm.The carbonaceous (non-metallized) fibers may have a diameter ranging from 0.5 μm to 100 μm, preferably ranging from 1 μm to 50 μm, and more preferably ranging from 5 μm to 10 μm.

Ces valeurs de longueurs ou de diamètres sont données pour les fibres carbonées sans tenir compte de l'éventuelle ou des éventuelles couche(s) métallique(s) les recouvrant.These length or diameter values are given for the carbon fibers without taking into account any metal layer (s) covering them.

Les fibres carbonées métallisées (i.e. fibres carbonées entourées par une ou plusieurs couche(s) métallique(s)) peuvent avoir une section allant de 0,2 µm2 à 1000 µm2, de préférence allant de 1 µm2 à 500 µm2, et plus préférentiellement allant de 10 µm2 à 100 µm2.The metallized carbonaceous fibers (ie carbon fibers surrounded by one or more metallic layer (s)) may have a cross-section of from 0.2 μm 2 to 1000 μm 2 , preferably ranging from 1 μm 2 to 500 μm 2 , and more preferably ranging from 10 μm 2 to 100 μm 2 .

Dans un second mode de réalisation, relatif plus particulièrement à la variante ii, la couche métallisée d'un matériau carboné peut être une couche d'un matériau carboné recouverte au moins en partie, voire en totalité, par au moins une couche métallique.In a second embodiment, relating more particularly to variant ii, the metallized layer of a carbonaceous material may be a layer of a carbon material covered at least in part, or in whole, by at least one metal layer.

La couche métallisée d'un matériau carboné de ce second mode de réalisation est de préférence une couche fibreuse ou non, et tissée ou non.The metallized layer of a carbon material of this second embodiment is preferably a fibrous layer or not, and woven or not.

Dans la présente invention, la couche métallisée d'un matériau carboné peut avoir une conductivité spécifique d'au moins 0,6 %, de préférence d'au moins 8%, de préférence d'au moins 15%, de préférence d'au moins 25%, et encore plus préférentiellement d'au moins 35%.In the present invention, the metallized layer of a carbonaceous material may have a specific conductivity of at least 0.6%, preferably at least 8%, preferably at least 15%, preferably from minus 25%, and still more preferably at least 35%.

La conductivité spécifique d'un matériau s'exprime en S.m2.kg-1, et correspond au rapport de sa conductivité électrique exprimée en siemens par mètre (S/m) divisée par sa masse volumique exprimée en kg/m3.The specific conductivity of a material is expressed in Sm 2 .kg -1 , and corresponds to the ratio of its electrical conductivity expressed in terms of siemens per meter (S / m) divided by its density expressed in kg / m 3 .

La conductivité spécifique d'un matériau, exprimée en %, est déterminée par rapport à la conductivité spécifique à 20°C du cuivre pur recuit qui est de 6524,71 S.m2.kg-1. La masse volumique à 20°C du cuivre pur recuit est de 8890 kg.m-3.La conductivité électrique (S/m) caractérise l'aptitude d'un matériau à laisser les électrons qu'il contient se déplacer librement sous l'effet d'un champ électrique et donc permettre le passage d'un courant électrique.The specific conductivity of a material, expressed in%, is determined with respect to the specific conductivity at 20 ° C of the annealed pure copper which is 6524.71 Sm 2 .kg -1 . The density at 20 ° C of the annealed pure copper is 8890 kg.m -3. The electrical conductivity (S / m) characterizes the ability of a material to let the electrons it contains move freely under the effect of an electric field and thus allow the passage of an electric current.

Plus particulièrement, la couche métallique constitutive de la couche métallisée selon la variante i et/ou selon la variante ii, peut comprendre au moins un métal choisi parmi le cuivre, le zinc, l'étain, l'argent, l'aluminium, le nickel, et un de leurs alliages. Par « alliage », on entend la combinaison ou mélange d'au moins deux métaux, notamment choisis parmi ceux listés ci-dessus.More particularly, the metal layer constituting the metallized layer according to variant i and / or according to variant ii may comprise at least one metal chosen from copper, zinc, tin, silver, aluminum, nickel, and one of their alloys. By "alloy" is meant the combination or mixture of at least two metals, in particular chosen from those listed above.

De préférence, la couche métallique peut comprendre uniquement du cuivre, de l'aluminium, du nickel, de l'étain, ou uniquement un alliage d'un de ces métaux.Preferably, the metal layer may comprise only copper, aluminum, nickel, tin, or only an alloy of one of these metals.

La couche métallisée d'un matériau carboné selon l'invention peut donc comprendre au moins un métal ou un alliage de métaux, tel que décrit notamment ci-avant.The metallized layer of a carbonaceous material according to the invention may therefore comprise at least one metal or a metal alloy, as described in particular above.

De façon particulièrement préférée, la couche métallisée d'un matériau carboné peut comprendre au moins un métal ou un alliage de métaux, ayant une conductivité électrique en courant continu égale ou supérieure à celle du zinc (Zn), et de préférence égale ou supérieure à celle de l'aluminium (Al). L'avantage d'utiliser ce type de métal ou d'alliage de métaux est d'optimiser de façon significative la répartition du champ électrique à l'intérieur du câble et/ou la barrière aux champs électrostatiques extérieurs au câble.In a particularly preferred manner, the metallized layer of a carbonaceous material may comprise at least one metal or a metal alloy, having a dc electrical conductivity equal to or greater than that of zinc (Zn), and preferably equal to or greater than that of aluminum (Al). The advantage of using this type of metal or metal alloy is to significantly optimize the distribution of the electric field inside the cable and / or the barrier to the electrostatic fields outside the cable.

La conductivité électrique en courant continu du zinc et d'autres métaux est bien connue de l'homme du métier. Elle est classiquement déterminée à 20°C. La conductivité électrique de référence utilisée pour les mesures de conductivité électrique est celle du cuivre (Cu), qui est égale à 100%. On peut aussi parler de conductivité électrique en courant continu exprimée en % IACS.The DC electrical conductivity of zinc and other metals is well known to those skilled in the art. It is conventionally determined at 20 ° C. The reference electrical conductivity used for electrical conductivity measurements is copper (Cu), which is 100%. One can also speak of electrical conductivity in direct current expressed in% IACS.

A titre d'exemple, on peut citer les conductivité électriques suivantes : 15% IACS pour l'étain, 25% IACS pour le nickel, 29% IACS pour le zinc, 62% IACS pour l'aluminium, 100% IACS pour le cuivre, 106% IACS pour l'argent.By way of example, mention may be made of the following electrical conductivities: 15% IACS for tin, 25% IACS for nickel, 29% IACS for zinc, 62% IACS for aluminum, 100% IACS for copper , 106% IACS for the money.

Lorsque la couche métallisée d'un matériau carboné comprend plusieurs couches métalliques selon l'invention, au moins une des couches métalliques peut comprendre du cuivre ou un alliage de cuivre, la ou les autres couches métallique(s) pouvant comprendre un métal différent du cuivre ou d'un alliage de cuivre, notamment choisi parmi le zinc, le nickel, l'étain, l'argent, l'aluminium, et un de leurs mélanges.When the metallized layer of a carbonaceous material comprises several metal layers according to the invention, at least one of the metal layers may comprise copper or a copper alloy, the other metal layer or layers possibly comprising a metal other than copper. or a copper alloy, especially selected from zinc, nickel, tin, silver, aluminum, and a mixture thereof.

La couche métallique peut être liée par interactions physiques et/ou chimiques, de préférence par liaison covalente, aux fibres carbonées (variante i) et/ou à la couche d'un matériau carboné (variante ii), pour permettre une bonne adhésion de la couche métallique.The metal layer may be bound by physical and / or chemical interactions, preferably by covalent bonding, to the carbonaceous fibers (variant i) and / or to the layer of a carbonaceous material (variant ii), to allow good adhesion of the metal layer.

Une couche intermédiaire dite « d'adhésion » peut être placée entre la la couche métallique d'une part, et les fibres carbonées ou la couche d'un matériau carboné, d'autre part, afin d'améliorer l'adhésion de la couche métallique. La couche intermédiaire peut être une couche métallique, pouvant comprendre un ou plusieurs métaux choisi(s) parmi l'étain, le nickel, le cuivre, l'aluminium, l'argent, et un de leurs mélanges.An intermediate layer called "adhesion" may be placed between the metal layer on the one hand, and the carbon fibers or the layer of a carbon material, on the other hand, to improve the adhesion of the layer metallic. The intermediate layer may be a metal layer, which may include one or more metals selected from tin, nickel, copper, aluminum, silver, and a mixture thereof.

Dans la présente invention, la couche métallique peut avoir une épaisseur moyenne d'au moins 15 nm, de préférence d'au moins 50 nm, de préférence d'au moins 100 nm, de préférence d'au moins 500 nm, et plus préférentiellement d'au moins 1 µm.In the present invention, the metal layer may have an average thickness of at least 15 nm, preferably at least 50 nm, preferably at least 100 nm, preferably at least 500 nm, and more preferably at least 1 μm.

De préférence, la couche métallique peut avoir une épaisseur constante sur toute la longueur du câble électrique. Une épaisseur constante signifie que l'épaisseur de la couche métallique peut varier d'au plus ±30% par rapport à l'épaisseur moyenne de la couche métallique, de préférence d'au plus ±20% par rapport à l'épaisseur moyenne de la couche métallique, et plus préférentiellement d'au plus ±10% par rapport à l'épaisseur moyenne de la couche métallique.Preferably, the metal layer may have a constant thickness along the entire length of the electrical cable. A constant thickness means that the thickness of the metal layer can vary by at most ± 30% with respect to the average thickness of the metal layer, preferably at most ± 20% with respect to the average thickness of the metal layer. the metal layer, and more preferably at most ± 10% with respect to the average thickness of the metal layer.

Dans la présente invention, l'épaisseur de la couche métallique peut être adaptée selon la nature du métal ou des métaux qu'elle comprend et selon la conductivité souhaitée. En particulier, une couche métallique comprenant un métal ayant une conductivité faible peut être plus épaisse qu'une couche métallique comprenant un métal ayant une conductivité plus élevée.In the present invention, the thickness of the metal layer may be adapted according to the nature of the metal or metals it comprises and the desired conductivity. In particular, a metallic layer comprising a metal having a low conductivity may be thicker than a metal layer comprising a metal having a higher conductivity.

La couche métallique peut être obtenue par l'un des procédés suivants : électrodéposition, électroplacage (connu sous l'anglicisme « electroplating »), électroplacage sans courant électrique (connu sous l'anglicisme « electroless plating »), évaporation thermique sous vide (connu sous l'anglicisme « heated evaporation »), évaporation par faisceau d'électrons (connu sous l'anglicisme « electron beam évaporation »), pulvérisation cathodique (connu sous l'anglicisme « sputtering »), déposition assistée par faisceau ionique (connu sous l'anglicisme « ion assisted déposition »), enduction par trempage (connu sous l'anglicisme « dip coating »), enduction par vaporisation (connu sous l'anglicisme « spray »), dépôt chimique par phase vapeur (connu sous l'anglicisme « chemical vapor deposition »), dépôt physique par phase vapeur (connu sous l'anglicisme « physical vapor deposition »). Selon un mode de réalisation préféré, la couche métallique peut être réalisée par électrodéposition.The metal layer can be obtained by one of the following methods: electroplating, electroplating (electroplating), electroplating without electrical current (known as electroless plating), thermal evaporation under vacuum (known under the Anglicism "heated evaporation"), electron beam evaporation (known as Anglicism "electron beam evaporation"), cathodic sputtering (known as "sputtering"), ion beam assisted deposition (known as anglicism "ion assisted deposition"), dip coating (known under the Anglicism dip coating), vaporization coating (known as "spray"), chemical vapor deposition (known as "chemical vapor deposition"), physical deposition by vapor phase (known as the "physical vapor deposition"). According to a preferred embodiment, the metal layer can be made by electrodeposition.

Dans la présente invention, la couche métallisée d'un matériau carbonée peut avoir une conductivité électrique en courant continu d'au moins 0,1% IACS, de préférence d'au moins 5% IACS, et plus préférentiellement d'au moins 10% IACS. En outre, la couche métallisée d'un matériau carbonée peut avoir une conductivité électrique en courant continu d'au plus 50% IACS.In the present invention, the metallized layer of a carbonaceous material can have a direct current electrical conductivity of at least 0.1% IACS, preferably at least 5% IACS, and more preferably at least 10% IACS. In addition, the metallized layer of a carbonaceous material may have a DC electrical conductivity of not more than 50% IACS.

La conductivité électrique d'un matériau s'exprime en siemens par mètre (S/m).The electrical conductivity of a material is expressed in siemens per meter (S / m).

La conductivité électrique d'un matériau, exprimée en % IACS (IACS correspondant à l'anglicisme « International Annealed Copper Standard »), est déterminée par rapport à la conductivité électrique à 20°C du cuivre pur recuit qui est de 5,8001x107 S/m.The electrical conductivity of a material, expressed in% IACS (IACS corresponding to the Anglicism "International Annealed Copper Standard"), is determined with respect to the electrical conductivity at 20 ° C of the annealed pure copper which is 5,8001x10 7 S / m.

Elément électriquement conducteur allongéElongated electrically conductive element

Dans la présente invention, on entend par le terme « câble » un câble électrique pouvant être du type câble de transport d'énergie, câble de données, câble de télécommunication, ou câble d'instrumentation.In the present invention, the term "cable" is understood to mean an electrical cable that may be of the energy transmission cable, data cable, telecommunication cable, or instrumentation cable type.

Plus particulièrement, ce type de câble comprend un ou plusieurs élément(s) électriquement conducteur(s) allongé(s) du type conducteur électrique.More particularly, this type of cable comprises one or more electrically conductive element (s) elongate (s) of the electric conductor type.

L'élément électriquement conducteur allongé peut être un monoconducteur tel que par exemple un fil métallique, ou un multiconducteur tel qu'une pluralité de fils métalliques, torsadés ou non.The elongate electrically conductive element may be a single conductor such as, for example, a metal wire, or a multiconductor such as a plurality of metallic wires, twisted or otherwise.

L'élément électriquement conducteur 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.The elongate electrically conductive element may be made from a metallic material chosen in particular from aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, and one of their combinations.

La section (transversale) du conducteur électrique peut aller de 0.1 mm2 à plus de 240 mm2.The (transversal) section of the electrical conductor can range from 0.1 mm 2 to more than 240 mm 2 .

Couche polymériquePolymeric layer

Dans le câble de l'invention, l'élément électriquement conducteur allongé est entouré par au moins une couche polymérique. De préférence, la couche polymérique est une couche électriquement isolante.In the cable of the invention, the elongate electrically conductive element is surrounded by at least one polymeric layer. Preferably, the polymeric layer is an electrically insulating layer.

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).In the present invention, the term "electrically insulating layer" a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10 -9 S / m (siemens per meter) (at 25 ° C).

Dans le câble de l'invention, la couche polymérique est entourée par la couche métallisée d'un matériau carboné.In the cable of the invention, the polymeric layer is surrounded by the metallized layer of a carbonaceous material.

La couche métallisée d'un matériau carboné peut être directement en contact physique avec la couche polymérique.The metallized layer of a carbonaceous material may be in direct physical contact with the polymeric layer.

On entend par couche polymérique une couche comprenant au moins un polymère, le terme « polymère » en tant que tel signifiant de façon générale homopolymère ou copolymère (e.g. copolymère séquencé, copolymère statistique, terpolymère, ...etc).By polymeric layer is meant a layer comprising at least one polymer, the term "polymer" as such generally meaning homopolymer or copolymer (e.g., block copolymer, random copolymer, terpolymer, etc.).

Ledit polymère de la couche polymérique peut être avantageusement un polymère d'oléfine (polyoléfine) ou, en d'autres termes, un homo- ou copolymère d'oléfine, et peut être notamment un polymère thermoplastique ou réticulé.Said polymer of the polymeric layer may advantageously be an olefin polymer (polyolefin) or, in other words, an olefin homo- or copolymer, and may in particular be a thermoplastic or crosslinked polymer.

De préférence, le polymère d'oléfine est un polymère d'éthylène ou de propylène.Preferably, the olefin polymer is a polymer of ethylene or propylene.

La couche polymérique de l'invention peut comprendre au moins un polymère choisi 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 d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), d'acrylate de méthyle (EMA), de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfines, un copolymère d'éthylène et de propylène (EPR), un polyuréthane, un polymère fluoré, un polymère chloré tel qu'un polychlorure de vinyle (PVC), un polyoxyde de phénylène (PPO), un polymère technique, un homopolymère de propylène, un copolymère de propylène, et un leurs mélanges.The polymeric layer of the invention may comprise at least one polymer chosen from a linear low density polyethylene (LLDPE), a very low density polyethylene (VLDPE), a low density polyethylene (LDPE), a medium density polyethylene (MDPE), a high density polyethylene (HDPE), a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA), a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA), methyl acrylate (EMA), 2-hexylethyl acrylate (2HEA), a copolymer of ethylene and alpha-olefins, a copolymer of ethylene and propylene (EPR), a polyurethane, a fluorinated polymer, a chlorinated polymer such as polyvinyl chloride (PVC), phenylene polyoxide (PPO), a technical polymer, a propylene homopolymer, a propylene copolymer, and a mixture thereof.

Comme exemple de copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine, on peut citer par exemple les polyéthylène-octène (PEO).Examples of copolymers of ethylene and alpha-olefin include, for example, polyethylene octene (PEO).

Comme exemple de copolymères d'éthylène et de propylène (EPR), on peut citer les terpolymères d'éthylène propylène diène (EPDM).Examples of copolymers of ethylene and propylene (EPR) include terpolymers of ethylene propylene diene (EPDM).

On entend par « polymère technique » un polymère ayant des propriétés améliorées, pouvant être notamment choisi parmi un polyphényléthylène éther, un polyamide, le polyétheréthercétone (PEEK), un polyimide, un copolymère d'éthylène fluoré (FEP), un polyéthylène furanoate (PEF), et un de leurs mélanges.The term "technical polymer" is understood to mean a polymer having improved properties, which may be chosen especially from a polyphenylethylene ether, a polyamide, polyetheretherketone (PEEK), a polyimide, a fluorinated ethylene copolymer (FEP), a polyethylene furanoate (PEF) ), and one of their mixtures.

La couche polymérique peut en outre comprendre au moins un additif choisi parmi les antioxydants, les stabilisants, des agents de réticulation, des retardateurs de grillage, des co-agents de réticulation, des agents favorisants la mise en oeuvre tels que des lubrifiants ou des cires, des agents compatibilisants, des agents de couplage, des stabilisants des charges, et un de leurs mélanges.The polymeric layer may further comprise at least one additive chosen from antioxidants, stabilizers, crosslinking agents, scorch retardants, crosslinking co-agents, processing-promoting agents such as lubricants or waxes. , compatibilizers, coupling agents, charge stabilizers, and a mixture thereof.

De préférence, la couche polymérique est une couche dite « HFFR », signifiant en anglais « Halogen-Free Flame Retardant », selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011).Preferably, the polymeric layer is a so-called "HFFR" layer, meaning in English " Halogen-Free Flame Retardant ", according to standard IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).

La couche polymérique peut en outre comprendre au moins une charge. La charge de l'invention peut être une charge minérale ou organique. Elle peut être choisie parmi une charge ignifugeante, une charge inerte, et un de leurs mélanges.The polymeric layer may further comprise at least one filler. The filler of the invention may be a mineral or organic filler. It can be selected from a flame retardant filler, an inert filler, and a mixture thereof.

A titre d'exemple, la charge ignifugeante peut être une charge hydratée, choisie notamment parmi les hydroxydes métalliques tels que par exemple le dihydroxyde de magnésium (MDH) ou le trihydroxyde d'aluminium (ATH). Ces charges ignifugeantes agissent 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 polymérique et de limiter la propagation des flammes le long du dispositif électrique. On parle notamment de propriétés de retard à la flamme, bien connues sous l'anglicisme « flame retardant ».By way of example, the flame-retardant filler may be a hydrated filler, chosen in particular from metal hydroxides such as, for example, magnesium dihydroxide (MDH) or aluminum trihydroxide (ATH). These fire-retardant fillers mainly act physically by decomposing endothermically (eg water release), which has the effect of lowering the temperature of the polymeric layer and to limit the propagation of flames along the electrical device. In particular, we speak of flame retardancy properties, well known under the Anglicism " flame retardant ".

La charge inerte peut être, quant à elle, de la craie, du talc, de l'argile (e.g. le kaolin), du noir de carbone, ou des nanotubes de carbone.The inert filler can be, for its part, chalk, talc, clay (e.g., kaolin), carbon black, or carbon nanotubes.

La couche polymérique peut de préférence être extrudée.The polymeric layer may preferably be extruded.

La couche polymérique peut être réticulée ou non réticulée. La réticulation peut s'effectuer par les techniques classiques de réticulation bien connues de l'homme du métier telles que par exemple la réticulation peroxyde et/ou l'hydrosilylation sous l'action de la chaleur ; la réticulation silane en présence d'un agent de réticulation ; la réticulation par faisceaux d'électron, rayons gamma, rayons X, ou microondes ; la réticulation par voie photochimique telle que l'irradiation sous rayonnement béta, ou l'irradiation sous rayonnement ultraviolet en présence d'un photoamorceur. La réticulation est de préférence effectuée selon la technique de réticulation silane.The polymeric layer may be crosslinked or uncrosslinked. The crosslinking can be carried out by conventional crosslinking techniques well known to those skilled in the art such as, for example, peroxide crosslinking and / or hydrosilylation under the action of heat; silane crosslinking in the presence of a crosslinking agent; crosslinking by electron beams, gamma rays, X-rays, or microwaves; photochemically crosslinking such as irradiation under beta radiation, or irradiation under ultraviolet radiation in the presence of a photoinitiator. The crosslinking is preferably carried out according to the silane crosslinking technique.

La couche polymérique peut avoir une épaisseur allant de 10 µm à 30 mm, de préférence de 100 µm à 4 mm, et plus préférentiellement de 100 µm à 1 mm.The polymeric layer may have a thickness ranging from 10 μm to 30 mm, preferably from 100 μm to 4 mm, and more preferably from 100 μm to 1 mm.

GaineSheath

Le câble électrique de l'invention peut comprendre en outre une gaine, notamment une gaine de protection, entourant la ou les couche(s) métallisée(s) d'un matériau carboné.The electrical cable of the invention may further comprise a sheath, in particular a protective sheath, surrounding the metallized layer (s) of a carbonaceous material.

De préférence, la gaine peut être la couche la plus à l'extérieure du câble électrique de l'invention.Preferably, the sheath may be the outermost layer of the electrical cable of the invention.

La gaine est notamment une couche continue et uniforme autour d'au moins la couche métallisée d'un matériau carboné. Elle permet d'assurer la protection du ou des élément(s) électriquement conducteur(s) allongé(s) isolé(s), notamment contre l'humidité, les détériorations d'origine mécanique et/ou les détériorations d'origine chimique. Elle peut aussi protéger contre les dommages mécaniques Cette gaine peut être réalisée classiquement à partir de matériaux thermoplastiques appropriées tels que des HDPE (polyéthylène haute densité), des MDPE (polyéthylène moyenne densité) ou des LLDPE (polyéthylène à basse densité linéaire) ; ou encore des matériaux retardant la propagation de la flamme ou résistant à la propagation de la flamme.The sheath is in particular a continuous and uniform layer around at least the metallized layer of a carbonaceous material. It ensures the protection of the elongated electrically conductive element (s) isolated (s), especially against moisture, mechanical damage and / or chemical damage. It can also be protected against mechanical damage This sheath can be made conventionally from suitable thermoplastic materials such as HDPE (high density polyethylene), MDPE (medium density polyethylene) or LLDPE (linear low density polyethylene); or else materials retarding the propagation of the flame or resistant to the propagation of the flame.

Les polymères cités pour la couche polymérique de l'invention peuvent également être utilisés pour la gaine.The polymers mentioned for the polymeric layer of the invention can also be used for the sheath.

De préférence, la gaine extérieure de protection est une couche électriquement isolante.Preferably, the outer protective sheath is an electrically insulating layer.

La gaine peut avoir une épaisseur allant de 100 µm à 2 mm, de préférence de 100 µm à 1,5 mm, et plus préférentiellement allant de 100 µm à 1 mm.The sheath may have a thickness ranging from 100 μm to 2 mm, preferably from 100 μm to 1.5 mm, and more preferably from 100 μm to 1 mm.

Câble électriqueElectric cable

Le câble électrique de l'invention peut s'appliquer typiquement, mais non exclusivement, aux domaines des câbles d'énergie à basse tension (notamment inférieure à 6kV), à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieur à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 800 kV), qu'ils soient à courant continu ou alternatif.The electrical cable of the invention can typically, but not exclusively, be applied to the fields of low-voltage (especially less than 6kV), medium-voltage (especially 6 to 45-60 kV) or high-voltage energy cables. voltage (in particular greater than 60 kV, and up to 800 kV), whether DC or AC.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d'exemples non limitatifs de câbles électriques selon l'invention, faits en référence à la figure 1.Other features and advantages of the present invention will appear in the light of the description of non-limiting examples of electrical cables according to the invention, made with reference to the figure 1 .

La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un câble électrique selon un mode de réalisation de l'invention.The figure 1 represents a cross-sectional view of an electric cable according to one embodiment of the 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.For the sake of clarity, only the essential elements for understanding the invention have been shown schematically, and this without respect of the scale.

La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un câble électrique 1 selon un mode de réalisation particulier de l'invention.The figure 1 represents a cross-sectional view of an electric cable 1 according to a particular embodiment of the invention.

Le câble électrique 1 est un câble coaxial comprenant un élément électriquement conducteur allongé 2 entouré par une couche polymérique 3.The electric cable 1 is a coaxial cable comprising an elongated electrically conductive element 2 surrounded by a polymeric layer 3.

La couche polymérique 3 est entourée par une couche métallisée d'un matériau carboné 4 conforme à l'invention.The polymeric layer 3 is surrounded by a metallized layer of a carbonaceous material 4 according to the invention.

Une gaine de protection 5 est placée autour de la couche métallisée d'un matériau carboné 4.A protective sheath 5 is placed around the metallized layer of a carbonaceous material 4.

Dans cet exemple particulier, la couche polymérique 3 est directement en contact physique avec l'élément électriquement conducteur allongé 2, la couche métallisée d'un matériau carboné 4 est directement en contact physique avec la couche polymérique 3, et la gaine de protection 5 est directement en contact physique avec la couche métallisée d'un matériau carboné 4.In this particular example, the polymeric layer 3 is directly in physical contact with the elongate electrically conductive element 2, the metallized layer of a carbonaceous material 4 is in direct physical contact with the polymeric layer 3, and the protective sheath 5 is directly in physical contact with the metallized layer of a carbonaceous material 4.

Exemples :Examples:

L'exemple qui suit concerne la fabrication d'un câble électrique de l'invention comprenant une couche métallisée d'un matériau carboné selon la variante i de l'invention.The following example relates to the manufacture of an electrical cable of the invention comprising a metallized layer of a carbon material according to variant i of the invention.

Dans cet exemple de réalisation, une couche métallisée d'un matériau carboné est positionnée autour d'un conducteur électrique isolé. Le câble électrique ainsi formé est du type coaxial, tel que décrit dans la figure 1, mais ne comprend pas la gaine de protection.In this embodiment, a metallized layer of a carbonaceous material is positioned around an insulated electrical conductor. The electric cable thus formed is of the coaxial type, as described in the figure 1 but does not include the protective sheath.

Le conducteur électrique isolé comprend un conducteur électrique allongé entouré par au moins une couche polymérique isolante extrudée autour dudit conducteur électrique.The insulated electrical conductor comprises an elongated electrical conductor surrounded by at least one insulating polymeric layer extruded around said electrical conductor.

Le conducteur électrique allongé est un conducteur en cuivre, avec un diamètre de 0,885 mm (section nominale de 0,63 mm2 de classe 1).The elongated electrical conductor is a copper conductor with a diameter of 0.885 mm (rated 0.63 mm 2 class 1).

La couche polymérique isolante est une couche de polyéthylène réticulé, ayant une épaisseur de 1,05 mm.The polymeric insulating layer is a crosslinked polyethylene layer having a thickness of 1.05 mm.

Ainsi le conducteur électrique isolé a un diamètre de 3 mm.Thus the insulated electrical conductor has a diameter of 3 mm.

Autour de la couche polymérique est positionnée une couche métallisée d'un matériau carbonée, selon l'invention.Around the polymeric layer is positioned a metallized layer of a carbonaceous material, according to the invention.

Cette couche métallisée d'un matériau carbonée est formée à partir de fibres de carbone (non métallisées) commercialisées par la société TORAY sous la référence TORAYCA T300. Cette référence est commercialisée sous la forme de mèche comprenant 3000 fibres de carbone non métallisées, par mèche. Le diamètre de chaque fibre de carbone non métallisée est de 7 µm et la longueur de chaque fibre de carbone est de 200 mètres ou plus.This metallized layer of a carbonaceous material is formed from carbon fibers (non-metallized) marketed by TORAY under the reference TORAYCA T300. This reference is marketed in the form of wick comprising 3000 non-metallized carbon fibers, per wick. The diameter of each non-metallized carbon fiber is 7 μm and the length of each carbon fiber is 200 meters or more.

La métallisation de ces 3000 fibres de carbone (i.e. une mèche) est réalisée avec du cuivre métallique (Cu(0)), par électrodéposition, le cuivre étant commercialisé par la société SIFCO sous la référence CUIVRE ALCALIN DEPOT EPAIS CODE 5280.The metallization of these 3000 carbon fibers (ie a wick) is carried out with metallic copper (Cu (0) ), by electroplating, the copper being marketed by SIFCO under the reference COPPER ALKALINE DEPOT EPAIS CODE 5280.

L'électrodéposition s'effectue avec un appareil du type générateur de courant de la marque TTI sous la référence QPX600DP, pendant environ 5 min, pour obtenir une couche cuivrée d'environ 2 µm d'épaisseur autour de chacune des 3000 fibres de carbone. On obtient alors 3000 fibres de carbone cuivrées.The electroplating is carried out with a device of the current generator type of the TTI mark under the reference QPX600DP, for about 5 minutes, to obtain a copper layer of about 2 microns thick around each of the 3000 carbon fibers. We then obtain 3000 copper carbon fibers.

Les différentes valeurs de conductivité des 3000 fibres de carbone cuivrées selon l'invention sont rassemblées dans le tableau 1 ci-après. Les différentes valeurs de conductivités du cuivre sont également présentes dans le tableau 1, pour référence. Tableau 1 Conductivité (S/m) Conductivité (%IACS) Conductivité spécifique (m2/(Ω.kg)) Conductivité spécifique (%) Référence du cuivre IACS 5,8.107 100 6525 100 3000 fibres de carbone cuivrées 6,0.104 0,1 34 0,5 The various conductivity values of the 3,000 copper-clad carbon fibers according to the invention are collated in Table 1 below. The different conductivity values of copper are also present in Table 1 for reference. <b><u> Table 1 </ u></b> Conductivity (S / m) Conductivity (% IACS) Specific conductivity (m 2 /(Ω.kg)) Specific conductivity (%) IACS Copper Reference 5.8.10 7 100 6525 100 3000 copper carbon fibers 6.0.10 4 0.1 34 0.5

La couche de carbone métallisée selon cet exemple est ensuite obtenue par tressage des fibres de carbone cuivrées pour former un ruban, le tressage étant réalisé par un procédé de tressage bien connu de l'homme du métier.The metallized carbon layer according to this example is then obtained by braiding the copper-clad carbon fibers to form a ribbon, the braiding being carried out by a braiding process well known to those skilled in the art.

Ce ruban est ensuite enroulé hélicoïdalement autour du conducteur électrique isolé, pour former la couche métallisée d'un matériau carboné de l'invention.This ribbon is then wound helically around the insulated electrical conductor, to form the metallized layer of a carbon material of the invention.

Claims (15)

Câble électrique (1) comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé (2) entouré par au moins une couche polymérique (3), caractérisé en ce que ladite couche polymérique (3) est entourée par au moins une couche métallisée d'un matériau carboné (4), ledit matériau carboné comprenant plus de 50 % en poids d'atomes de carbone par rapport au poids total du matériau carboné.Electrical cable (1) comprising at least one elongated electrically conductive element (2) surrounded by at least one polymeric layer (3), characterized in that said polymeric layer (3) is surrounded by at least one metallized layer of a carbonaceous material (4), said carbonaceous material comprising more than 50% by weight of carbon atoms relative to the total weight of the carbonaceous material. Câble électrique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau carboné comprend au moins 80 % en poids d'atomes de carbone, et de préférence au moins 90% en poids d'atomes de carbone, par rapport au poids total du matériau carboné.Electrical cable (1) according to claim 1, characterized in that the carbon material comprises at least 80% by weight of carbon atoms, and preferably at least 90% by weight of carbon atoms, relative to the total weight carbon material. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche métallisée d'un matériau carboné est une couche comprenant des fibres carbonées entourées au moins partiellement par au moins une couche métallique.Electrical cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized layer of a carbonaceous material is a layer comprising carbon fibers surrounded at least partially by at least one metal layer. Câble électrique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche métallique est directement en contact physique avec la fibre carbonée qu'elle entoure.Electrical cable (1) according to claim 3, characterized in that the metal layer is directly in physical contact with the carbon fiber which it surrounds. Câble électrique (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les fibres carbonées ont une longueur allant de 100 m à 200 km, de préférence allant de 100 m à 10 km, et plus préférentiellement allant de 100 m à 3 km.Electrical cable (1) according to claim 3 or 4, characterized in that the carbon fibers have a length ranging from 100 m to 200 km, preferably from 100 m to 10 km, and more preferably from 100 m to 3 km . Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les fibres carbonées ont un diamètre allant de 0,5 µm à 100 µm, de préférence allant de 1 µm à 50 µm, et plus préférentiellement allant de 5 µm à 10 µm.Electrical cable (1) according to any one of Claims 3 to 5, characterized in that the carbon fibers have a diameter ranging from 0.5 μm to 100 μm, preferably ranging from 1 μm to 50 μm, and more preferably ranging from from 5 μm to 10 μm. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche métallisée d'un matériau carboné est une couche d'un matériau carboné recouverte au moins en partie par une couche métallique.Electrical cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized layer of a carbon material is a layer of a carbon material covered at least in part by a metal layer. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche métallisée d'un matériau carboné (4) a une conductivité spécifique d'au moins 0,6 %.Electrical cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized layer of a carbon material (4) has a specific conductivity of at least 0.6%. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que ladite couche métallique peut comprendre au moins un métal choisi parmi le cuivre, le zinc, l'étain, l'argent, l'aluminium, et un de leurs alliages.Electrical cable (1) according to any one of claims 3 to 8, characterized in that said metal layer may comprise at least one metal selected from copper, zinc, tin, silver, aluminum, and one of their alloys. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la couche métallique a une épaisseur moyenne d'au moins 100 nm, de préférence d'au moins 500 nm, et plus préférentiellement d'au moins 1 µm.Electrical cable (1) according to any one of claims 3 to 9, characterized in that the metal layer has an average thickness of at least 100 nm, preferably at least 500 nm, and more preferably at least 1 μm. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une gaine (5) entourant la couche métallisée d'un matériau carboné (4).Electrical cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a sheath (5) surrounding the metallized layer of a carbon material (4). Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche métallisée d'un matériau carboné (4) a une conductivité électrique en courant continu d'au moins 0,1% IACS, de préférence d'au moins 5% IACS, et plus préférentiellement d'au moins 10% IACS.Electrical cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized layer of a carbonaceous material (4) has a DC electrical conductivity of at least 0.1% IACS, preferably of at least 5% IACS, and more preferably at least 10% IACS. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche métallisée d'un matériau carboné (4) est un écran de protection électrique.Electrical cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized layer of a carbon material (4) is an electrical protection screen. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche métallisée d'un matériau carboné (4) comprend des fibres de carbone.Electrical cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized layer of a carbon material (4) comprises carbon fibers. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche métallisée d'un matériau carboné (4) comprend au moins un métal ou un alliage de métaux, ayant une conductivité électrique en courant continu égale ou supérieure à celle du zinc.Electrical cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized layer of a carbon material (4) comprises at least one metal or a metal alloy, having an electrical conductivity of equal or greater DC current. to that of zinc.
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