EP4261852A1 - Matériau pour le renforcement local ou la restauration de la résistance au feu de câbles électriques - Google Patents

Matériau pour le renforcement local ou la restauration de la résistance au feu de câbles électriques Download PDF

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Publication number
EP4261852A1
EP4261852A1 EP23167207.2A EP23167207A EP4261852A1 EP 4261852 A1 EP4261852 A1 EP 4261852A1 EP 23167207 A EP23167207 A EP 23167207A EP 4261852 A1 EP4261852 A1 EP 4261852A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cable
approximately
geopolymer
fibrous material
geopolymer composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23167207.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Franck Gyppaz
Thierry Auvray
Vincent BLANC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nexans SA filed Critical Nexans SA
Publication of EP4261852A1 publication Critical patent/EP4261852A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

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

Definitions

  • the present invention relates to the field of wires and cables having fire resistance capabilities.
  • Cables with this capacity called “fire resistant” are intended to be used in electrical devices whose electrical integrity is maintained under the conditions of a fire: they continue to perform their role even when they are subjected to at high temperature.
  • This type of fire-resistant cable generally has good performance in reaction to fire, with interesting properties of non-propagation of fire and non-production of smoke.
  • the fire resistance capabilities of a cable can be quantified in particular according to the standardized tests of the NF C 32070 category CR1, EN 50200, IEC 60331-1, or IEC60331-2 standards.
  • the invention more precisely makes it possible to protect, reinforce or restore the fire resistance capabilities of an electrical cable provided with a protective layer intended to provide it with such capabilities.
  • the invention aims to restore the performance of fire-resistant cables when their protective layer intended to ensure fire resistance is damaged.
  • the invention can be used preventively to prevent such damage to a cable area or more generally to increase at least locally the fire resistance capabilities of an electric cable.
  • the invention typically applies, but not exclusively, to cables intended for the transport of energy such as fire-resistant electrical safety cables, in particular halogen-free, capable of operating for a given period of time under conditions of fire.
  • the invention is also well suited for cables intended to prevent the spread of fire or the generation of smoke.
  • the cables used in the context of the invention can in particular be low or medium voltage energy transmission cables and in particular for voltages below 30 kV.
  • the invention is also suitable for information transport cables and cables comprising optical fibers.
  • the protective layers that are used to prevent ignition of this type of flammable material can vary quite widely. These protective layers have the common effect that they make it possible to inhibit, or at least to reduce in a more or less pronounced manner, the ignition of the flammable material when the protective layer is interposed between the material to be protected and the source of the flammable material. 'fire.
  • Effective protective layers are notably used in so-called “LFHC” wires and cables (for English: “Low Fire Hazard Cables”) which include, for example, polymer materials including flame-retardant fillers. More specifically, it has been described, in particular in the application EP 3 670 471 , the use of particularly effective layers based on geopolymers.
  • the protective materials which ensure the fire-resistant effect may be damaged locally, for example under the effect of shocks. , mechanical stress or friction, which leads to the appearance of weaknesses in the protective layer (crack, fragility, reduced thickness for example) and therefore reduces the overall fire resistance effect of the cable.
  • An aim of the present invention is to make it possible to restore the fire resistance properties of such a damaged cable.
  • the invention aims to provide products and methods making it possible to locally improve the fire protection effect of a cable to ensure said cable has increased fire resistance capabilities.
  • the present invention proposes to apply locally to the cable a fibrous material impregnated with a polymer composition, whereby a protective geopolymer coating is obtained locally on said cable, the inventors of which have now demonstrated that It improves the fire resistance properties of the cable.
  • the protective geopolymer coating restores at least identically (or even improving) the initial fire resistance properties of the cable.
  • the present invention relates to a method making it possible to improve the fire resistance properties of a cable which comprises at least one step (e1) in which one deposits, on only a portion of the outer surface of said cable, a fibrous material impregnated with geopolymer composition, whereby a fire-resistant composite coating is obtained on said portion of the outer surface of the treated cable.
  • the impregnated material is applied to a cable comprising a layer intended to ensure fire resistance but damaged locally with local fragilities (such as cracks or reduction in thickness in particular).
  • the fibrous material is deposited on only part of the cable but in such a way as to cover the fragilities of said damaged layer (for example on a crack in the cable or an area of lesser thickness).
  • the impregnated material is advantageously applied to a larger surface than just the surface in terms of fragility, typically by extending beyond this surface to ensure complete coverage without edge effect.
  • the method of the invention can be used more generally to locally reinforce the fire resistance properties of the cable, whether it is damaged or No.
  • the fibrous material can for example be deposited on a part of the cable intended to be subjected to higher temperature conditions than the rest of the cable (at an electrical cabinet or a connection for example). Again preferably overflowing a little to ensure complete coverage of the targeted area without edge effect.
  • the cable treated according to the invention generally comprises a layer of flammable material under a layer intended to ensure fire resistance.
  • flammable material means a material present in the cable, and which is, as such (i.e. when it is isolated outside the cable), likely to ignite when it comes into contact with a fire source.
  • the flammable material present cable treated according to the method of the invention may for example comprise at least one non-flame-retardant insulating or semi-conducting layer, preferably containing at least one thermoplastic polymer chosen from polyethylene (PE), polypropylene (PP) or polyvinyl chloride (PVC),
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PVC polyvinyl chloride
  • step (e1) is advantageously, but not necessarily, followed by a step (e2) of hardening the polymer composition.
  • this step (e2) is carried out or not, we systematically obtain, simply because of the implementation of step (e1), a fire-resistant composite coating on a portion of the exterior surface of the cable.
  • the consolidation step (e2) has the advantage of ensuring better performance of the composite covering around the cable modified according to the process but it has no impact on the fire resistance properties themselves.
  • step (e1) is carried out by applying, around only a portion of the exterior surface of the cable, a ribbon comprising a fibrous material impregnated with geopolymer composition and forming at the same time Using this tape at least one closed ring around the cable.
  • the ribbon used in step (e1) comprises a continuous ribbon of fibrous material impregnated with geopolymer composition.
  • step (e2) is advantageously implemented at the end of step (e1) to ensure good retention of the ribbon around the cable.
  • the ribbon may be based on a continuous non-fibrous support and comprise several discontinuous zones of fibrous material impregnated with a geopolymer composition. In this case, the implementation of step (e2) remains advantageous but it is not strictly necessary
  • step (e1) is carried out by depositing a fire-resistant composite coating on the cable to be treated in an area which does not form a continuous ring around the cable.
  • the covering is advantageously secured to the cable using a layer of adhesive further outside the cable (i.e. further away from the axis of the cable than the covering carried out according to step (e1) and , if applicable, of step (e2) optional).
  • the adhesive layer then traps all or part of the covering between the cable and the adhesive.
  • the fibrous material used is previously deposited on a layer of adhesive of greater dimension than that of the fibrous material, thus schematically forming a sort of adhesive dressing which allows direct application to the cable, schematically in the same way that an impregnated dressing is applied to the skin in the medical field.
  • step (e2) is not generally implemented, the imprisonment of the geopolymer composition between the cable and the adhesive making this step difficult to carry out.
  • the geopolymer composition can be applied in the form of at least one small “patch” of dimensions smaller than the diameter of the cable, then an adhesive is applied to at least part of the patch overflowing on the cable, a bit like a compress fixed with adhesive tape to draw the same parallel with the medical field.
  • This embodiment is particularly well suited to ensuring localized and precise treatment of weak areas of the cable in terms of fire resistance and it makes it possible to limit the quantities of geopolymers and fibrous material used.
  • the method of the invention thus makes it possible, according to all its variants, to deposit an additional protective coating on the treated cable, for example in areas which are weakened or likely to become so, whereby the treated cable has increased resistance performance. to the fire in relation to the cable before the implementation of step (e1).
  • the present invention also relates to modified surface cables of the type obtained according to the method of the invention, which are modified at only part of their surface by a protective coating as obtained according to step (e1) and the optional subsequent step (e2).
  • the kit can for example include a bottle of geopolymer composition on the one hand and compresses to be impregnated on the other hand.
  • the kit may comprise a device containing (1) a sealed tank filled with geopolymer composition and (2) a reserve of ribbon of fibrous material, said tank being provided with an outlet connected to a nozzle or another means for delivering the geopolymer composition and the ribbon reserve unwinding the ribbon at this delivery means, whereby a ribbon impregnated with geopolymer composition, of desired length, is obtained, if necessary, by simple unwinding from the reserve on the desired length.
  • kits may optionally include, in addition to the impregnated material, an adhesive film to be applied on the one hand to all or part of said covering and on the other hand to part of the external surface of the cable, to
  • a geopolymer composition is used in impregnated form on a fibrous material.
  • Step (e1) also makes it possible to control the quantity of composition applied, by ensuring a sufficient deposit of material to obtain the expected protective effect and by limiting this application to the minimum necessary, particularly with a view to limiting costs.
  • the geopolymer composition of step (e1) is capable of forming, by progressive solidification ("setting") a geopolymer material (designated more concisely by “geopolymer” in the present description) from the impregnated geopolymer composition used in step (e1).
  • this solidification step which induces the transformation of the geopolymer composition into geopolymer material is sometimes referred to as the "drying" step, although the formation of the geopolymer from the geopolymer composition involves processes that are more complex than simple drying and which lead more to the formation of a material as such (geopolymer) rather than to a simple elimination of water.
  • step (e1) The compositions and materials that can be used in step (e1) are described in more detail below.
  • the fibrous material which is impregnated with the geopolymer composition in step (e1) is preferably a non-woven fiber material. Whether non-woven or not, it advantageously has a soft and flexible structure.
  • This fibrous material typically non-woven, may in particular be chosen from cellulosic materials, materials based on synthetic organic polymers, glass fibers, and one of their mixtures, and preferably from materials based on synthetic organic polymers.
  • Cellulosic materials can be chosen from paper, in particular blotting paper; non-woven materials made from functionalized or non-functionalized cellulose; structure matrices alveolar and/or fibrous made from natural cellulose acetate fibers.
  • the materials based on synthetic organic polymers can be chosen from polymer materials with a porous and/or fibrous polyolefin(s) matrix, in particular those chosen from propylene homo- and copolymers, ethylene homo- and copolymers, high density polyethylenes (HDPE), aromatic polyamides (aramids), polyesters, and one of their mixtures.
  • polymer materials with a porous and/or fibrous polyolefin(s) matrix in particular those chosen from propylene homo- and copolymers, ethylene homo- and copolymers, high density polyethylenes (HDPE), aromatic polyamides (aramids), polyesters, and one of their mixtures.
  • the non-woven fibrous material is a polyethylene terephthalate (PET).
  • the non-woven fibrous material preferably has a weight ranging from approximately 50 to 120 g/cm 2 . This makes it possible to obtain a composite layer that is sufficiently flexible to be able to be handled easily, and sufficiently robust to obtain good fire protection.
  • This composite layer obtained by impregnation of the fibrous material with the geopolymer composition in the device of the invention then hardening of the composition inducing the formation of a geopolymer material entangled in the fibers of the fibrous material, generally constitutes a continuous layer , typically non-porous, on the surface of the cable core, suitable for being subsequently coated with other coating layers or with an adhesive.
  • this composite layer has a substantially constant thickness, this thickness generally has a value typically ranging from approximately 0.2 to 3 mm, for example from 0.5 to 1 mm. approximately.
  • the geopolymer material represents approximately 5 to 98% by weight, preferably approximately 55 to 95% by weight, and more preferably approximately 65 to 90% by weight, relative to the total weight of the composite layer. carried out using the device of the invention.
  • the non-woven fibrous material generally represents approximately 2 to 95% by weight, particularly preferably approximately 5 to 45% by weight, and even more preferably approximately 10 to 35% by weight, relative to the weight. total of the composite layer produced using the device of the invention.
  • step (e) uses a geopolymer composition
  • it is preferably a liquid geopolymer composition.
  • a composition of relatively low viscosity preferably less than 5 Pa.s.
  • a geopolymer composition employed in step (e) is preferably an aluminosilicate geopolymer composition.
  • a geopolymer composition used in step (e) comprises water, silicon (Si), aluminum (AI), oxygen (O), and at least one element chosen from potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), and calcium (Ca), and preferably chosen from potassium (K) and sodium (Na).
  • This geopolymer composition may in particular comprise at least one first aluminosilicate, at least one first alkaline silicate, water, and optionally an alkaline base.
  • the first aluminosilicate can be chosen from metakaolins (ie calcined kaolins), fly ash (well known as “ fly ash ”), blast furnace slag (well known as “ blast fumace slag ”), swelling clays such as bentonite, calcined clays, any type of compound comprising aluminum and silica fume, zeolites, and one of their mixtures.
  • metakaolins ie calcined kaolins
  • fly ash well known as “ fly ash ”
  • blast furnace slag well known as “ blast fumace slag ”
  • swelling clays such as bentonite, calcined clays, any type of compound comprising aluminum and silica fume, zeolites, and one of their mixtures.
  • metakaolins are preferred, in particular those marketed by the company Imérys.
  • metalakaolin means a calcined kaolin or a dehydroxylated aluminosilicate. It is preferably obtained by dehydration of a kaolin or a kaolinite.
  • the geopolymer composition may comprise from approximately 5 to 50% by weight of aluminosilicate, and preferably from approximately 10 to 35% by weight of aluminosilicate, relative to the total weight of the geopolymer composition.
  • the geopolymer composition may further comprise a second aluminosilicate different from the first aluminosilicate.
  • the geopolymer composition comprises two calcined kaolins having different calcination temperatures.
  • the geopolymer composition comprises a first metakaolin chosen from kaolins calcined at a temperature T c1 of at least approximately 650°C, and a second metakaolin chosen from kaolins calcined at a temperature T c2 such that T c2 - T c1 ⁇ approximately 100°C, at least a first alkaline silicate, water, and optionally an alkaline base.
  • the geopolymer composition can then have improved mechanical properties, particularly in terms of flexibility and durability, while guaranteeing good reaction and fire resistance properties.
  • the first metakaolin is a kaolin calcined at a temperature T c1 of at least approximately 700°C, and preferably at least approximately 725°C.
  • the first metakaolin is a kaolin calcined at a temperature T c1 of at most approximately 875°C, and preferably at most approximately 825°C.
  • the first metakaolin may comprise at most approximately 60 mol%, and preferably at most approximately 50 mol%, of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), relative to the total number of moles of the first metakaolin.
  • the first metakaolin may comprise at least approximately 35 mol%, and preferably at least approximately 45 mol%, of silicon oxide (SiO 2 ), relative to the total number of moles of the first metakaolin.
  • the first metakaolin may comprise at most approximately 75 mole%, and preferably at most approximately 65 mole%, of silicon oxide (SiO 2 ), relative to the total number of moles of the first metakaolin.
  • the metakaolins sold by the company Imérys, in particular that marketed under the reference PoleStar ® 450.
  • the first metakaolin can be chosen from kaolins calcined at T c1 as defined in the invention, for at least approximately 1 min, preferably for at least approximately 10 min, particularly preferably for a duration ranging from approximately 30 min to 8 a.m., and more particularly preferably for a period ranging from approximately 2 hours to 6 hours.
  • the second metakaolin is preferably chosen from kaolins calcined at a temperature T c2 such that T c2 - T c1 ⁇ approximately 150°C, in a particularly preferred manner such that T c2 - T c1 ⁇ approximately 200°C, and more preferably particularly preferred such that T c2 - T c1 ⁇ approximately 250°C.
  • the second metakaolin is a kaolin calcined at a temperature T c2 of at least approximately 800°C, preferably at least approximately 850°C, and particularly preferably at least approximately 850°C. minus approximately 900°C.
  • the second metakaolin is a kaolin calcined at a temperature T c2 of at most approximately 1200°C, and preferably at most approximately 1150°C.
  • the second metakaolin may comprise at least approximately 20 mol%, and preferably at least approximately 30 mol% of oxide. of aluminum (Al 2 O 3 ), relative to the total number of moles of the second metakaolin.
  • the second metakaolin may comprise at most approximately 60 mol%, and preferably at most approximately 50 mol%, of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), relative to the total number of moles of the second metakaolin.
  • the second metakaolin may comprise at least approximately 35 mol%, and preferably at least approximately 45 mol%, of silicon oxide (SiO 2 ), relative to the total number of moles of the second metakaolin.
  • the second metakaolin may comprise at most approximately 75 mol%, and preferably at most approximately 65 mol%, of silicon oxide (SiO 2 ), relative to the total number of moles of the second metakaolin.
  • second metakaolin we can cite the metakaolins sold by the company Imérys, in particular that marketed under the reference PoleStar ® 200R.
  • the second metakaolin can be chosen from kaolins calcined at T c2 as defined in the invention, for at least approximately 1 min, preferably for at least approximately 5 min, particularly preferably for a duration ranging from approximately 10 min to 2 hours, and more particularly preferably for a period ranging from approximately 15 minutes to 1 hour.
  • the mass ratio [first metakaolin/second metakaolin] in the geopolymer composition preferably ranges from approximately 0.1 to 2, particularly preferably from approximately 0.5 to 1.0, and more particularly preferably is approximately 1 .
  • the first alkaline silicate can be chosen from sodium silicates, potassium silicates, and one of their mixtures.
  • Alkaline silicates marketed by the company Silmaco or by the company PQ corporation are preferred.
  • the first alkaline silicate is preferably a sodium silicate.
  • the first alkali silicate may have a SiO 2 /M 2 O molar ratio ranging from approximately 1.1 to 35, preferably from approximately 1.3 to 10, and particularly preferably from approximately 1.4 to 5, with M being a sodium or potassium atom, and preferably a sodium atom.
  • the geopolymer composition may further comprise a second alkali silicate different from the first alkali silicate.
  • the second alkaline silicate can be chosen from sodium silicates, potassium silicates, and one of their mixtures. Alkaline silicates marketed by the company Silmaco or by the company PQ Corporation are preferred. The second alkali silicate is preferably a sodium silicate.
  • the first and second alkali silicates can respectively have molar ratios SiO 2 /M 2 O and SiO 2 /M' 2 O such that M and M', identical, are chosen from a sodium atom and a potassium atom, and from preferably a sodium atom, and said ratios have different values, preferably values such that their difference is at least 0.3, particularly preferably such that their difference is at least 0.5, and more particularly preferred way such that their difference is at least 1.0.
  • the geopolymer composition may comprise approximately 10 to 60% by weight, and preferably approximately 20 to 50% by weight, of first and second alkali silicates, relative to the total weight of the geopolymer composition.
  • the mass ratio [first alkali silicate/second alkali silicate] in the geopolymer composition preferably ranges from 0.5 to 2.5, and particularly preferably from 0.8 to 2.0.
  • the alkaline base (optional)
  • the alkaline base may be sodium hydroxide, or potassium hydroxide, and preferably sodium hydroxide.
  • the geopolymer composition may be free of alkaline base. This thus makes it possible to improve the handling of the geopolymer composition, in particular during the preparation of a cable.
  • the solids/water mass ratio in said geopolymer composition determines the solidification kinetics during steps i) to iii).
  • the geopolymer composition can comprise from approximately 35% to 80% by weight, and particularly preferably from approximately 40% to 70% by weight, of solid materials (alkaline silicate(s), aluminosilicate(s) and alkaline base), for example relative to the total weight of said geopolymer composition.
  • the geopolymer composition may comprise from approximately 0.01 to 15% by weight of additive(s), and preferably from approximately 0.5 to 8% by weight of additive(s), relative to the total weight of the composition. geopolymer.
  • a geopolymer material is obtained around the flexible elongated conductive element when the composition used in step (e) is a geopolymer composition.
  • the geopolymer is preferably obtained by hardening, geopolymerization and/or polycondensation of said geopolymer composition.
  • the geopolymer composition as defined in the invention is capable of forming said geopolymer material.
  • the ingredients of the geopolymer composition can therefore undergo polycondensation to form said geopolymer material. Hardening takes place by internal reaction of the polycondensation type.
  • Geopolymer materials result from a mineral polycondensation reaction by alkaline activation, called geosynthesis, as opposed to traditional hydraulic binders in which hardening is the result of hydration of calcium aluminates and calcium silicates.
  • the expression “geopolymer material” designates a solid material comprising silicon (Si), aluminum (AI), oxygen (O) and at least one element chosen from potassium (K) , sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs) and calcium (Ca), and preferably chosen from potassium (K), and sodium (Na).
  • the geopolymer material may be an aluminosilicate geopolymer material.
  • the aluminosilicate geopolymer material can be chosen from poly(sialates) corresponding to the formula (I) M n (-Si-O-Al-O-) n [(M)-PS] and having an equal Si/AI molar ratio to 1, poly(sialate-siloxos) corresponding to formula (II) M n (-Si-O-Al-O-Si-O-) n [(M)-PPS] and having a Si/AI molar ratio equal to 2, poly(sialate-disiloxos) corresponding to formula (III) M n (-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O) n [(M)-PSDS] and having a ratio molar Si/AI equal to 3, and others poly(sialates) with a Si/Al ratio > 3, the aforementioned poly(sialates) comprising an alkaline cation M chosen from K, Na, Li,
  • the geopolymer material represents approximately 5 to 98% by weight, preferably approximately 55 to 95% by weight, and more preferably approximately 65 to 90% by weight, relative to the total weight of the composite layer.
  • the method may further comprise, before step (e), a step (e 0 ) of preparing the geopolymer composition comprising mixing said first aluminosilicate with said first alkaline silicate, water, and optionally the alkaline base.
  • Step (e 0 ) is generally carried out at a high pH, in particular varying from 10 to 13.
  • the aqueous solution of the first alkali silicate can be prepared by mixing silicon dioxide SiO 2 or an alkali silicate with an MOH base in which M is K or Na.
  • the silicon dioxide SiO 2 can be chosen from silica fume (ie fumed silica), quartz, and mixtures thereof.
  • the substep (e 0-1 ) can be carried out by dissolving the base in water, resulting in the release of heat (exothermic reaction), then adding the silica (or alkali silicate). The heat released then accelerates the dissolution of the silica (or alkali silicate) during sub-step i 01 ), and of the first aluminosilicate during sub-step (e 0-2 ).
  • the step (e 0 ) of preparing the geopolymer composition may comprise the mixture of said first aluminosilicate and optionally of said second aluminosilicate, with said first alkali silicate, optionally said second alkali silicate, water, and optionally the alkaline base.
  • Step (e 0 ) preferably comprises mixing the first and second metakaolins, with the first alkaline silicate and optionally the second alkaline silicate, water, and optionally an alkaline base.
  • the first and second metakaolins and the first and second alkali silicates are as defined in the invention.
  • a fluid and homogeneous solution is preferably obtained.
  • the geopolymer composition can comprise from approximately 35% to 80% by weight, and particularly preferably from approximately 40% to 70% by weight, of solid materials (alkaline silicate ( s), aluminosilicate(s) and alkaline base), relative to the total weight of said geopolymer composition.
  • Such a mass ratio makes it possible to have a geopolymer composition that is fluid enough to allow its handling, and whose solidification kinetics are slow enough to allow the formation of a layer during step (e1).
  • the solid material/water mass ratio in said geopolymer composition can make it possible to determine the solidification kinetics of said geopolymer composition.
  • step (e 0 ) of preparing the geopolymer composition and before step (e1), the geopolymer composition can be heated, in particular to a temperature ranging from approximately 55°C to 95°C, and in a particularly preferred from approximately 70°C to 90°C. This makes it possible to facilitate step (e1).
  • the flammable material protected by the coating carried out in step (e1) which can advantageously be the constituent material of at least one electrically insulating or semi-conducting layer of the cable, is, according to an interesting embodiment, a polymer material flammable.
  • the flammable material generally does not contain a flame retardant compound.
  • it generally does not contain a flame-retardant filler, and in particular no hydrated flame-retardant mineral filler such as a magnesium hydroxide or an aluminum trihydroxide.
  • the flammable material may, however, contain other types of filler, in particular an inert filler, in particular chosen from talc, micas, dehydrated clays and one of their mixtures.
  • an inert filler in particular chosen from talc, micas, dehydrated clays and one of their mixtures.

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé permettant d'améliorer les performance de résistance au feu d'un câble, qui comprend au moins une étape (e1) dans laquelle on dépose, sur une portion seulement de la surface extérieure dudit câble, un matériau fibreux imprégné de composition géopolymère, ce par quoi on obtient un revêtement composite résistant au feu sur cette portion de la surface. L'invention concerne également des kits pour la mise en oeuvre du procédé, ainsi que les câbles améliorés tels qu'obtenus à l'issue du procédé.

Description

  • La présente invention a trait au domaine des fils et câble présentant des capacité de résistance au feu. Les câbles présentant cette capacité, dits « résistants au feu » sont destinés à être mis en oeuvre dans des dispositifs électriques dont l'intégrité électrique est maintenue dans les conditions d'un incendie : ils continuent à assurer leur rôle même lorsqu'ils sont soumis à haute température. Ce type de câble résistant au feu présente en général en corollaire de bonnes performances en réaction au feu, avec des propriétés intéressantes de non-propagation de l'incendie et de non-production de fumée. Les capacités de résistance au feu d'un câble peuvent être quantifiées notamment selon les tests standardisés des normes NF C 32070 catégorie CR1, EN 50200, IEC 60331-1, ou IEC60331-2.
  • L'invention permet plus précisément de protéger, renforcer ou restaurer les capacités de résistance au feu d'un câble électrique muni d'une couche protectrice destinée à lui assurer de telles capacités. En particulier, l'invention vise à restaurer les performances des câbles résistants au feu lorsque leur couche protectrice visant à assurer la résistance au feu est endommagée. Alternativement l'invention peut être employée de façon préventive pour prévenir un tel endommagement sur une zone de câble ou plus généralement pour accroître au moins localement les capacités de résistance au feu d'un câble électrique.
  • L'invention s'applique typiquement, mais non exclusivement, à des câbles destinés au transport d'énergie tels que des câbles électriques de sécurité résistants au feu, notamment sans halogène, susceptibles de fonctionner pendant un laps de temps donné dans des conditions d'incendie. L'invention est également bien adaptée pour des câbles destinés à éviter la propagation d'incendie ou la génération de fumées. Les câbles employés dans le cadre de l'invention peuvent en particulier être des câbles de transport d'énergie basse ou moyenne tension et notamment pour des tensions inférieures à 30 kV. L'invention est également adaptée pour les câbles de transport d'information et les câbles comportant des fibres optiques.
  • Pour améliorer la résistance au feu de fils et de câbles électriques, de nombreuses solutions ont été proposées, qui mettent classiquement en oeuvre au moins un revêtement protecteur entourant des couches sous-jacentes du fil ou du câble qui sont à base de matériaux inflammables. Ce revêtement protecteur est destiné à protéger ces matériaux inflammables lorsque le fil ou le câble est soumis aux conditions d'un incendie. Les matériaux inflammables protégés par ces couches sont par exemple les constituants d'au moins une couche isolante du câble, qui est typiquement à base d'un thermoplastique tel que le polyéthylène, le polypropylène ou le PVC, qui sont, en soi, des matériaux qui s'enflamment très aisément lorsqu'ils se trouvent en contact avec un foyer d'incendie, comme une flamme, un point de surchauffe ou une étincelle.
  • Les couches protectrices qui sont employées pour éviter l'inflammation de ce type de matériau inflammable peuvent varier en une assez large mesure. Ces couches protectrices ont comme effet commun qu'elles permettent d'inhiber, ou tout au moins de réduire de façon plus ou moins prononcée, l'inflammation du matériau inflammable lorsqu'on intercale la couche protectrice entre le matériau à protéger et le foyer d'incendie. Des couches protectrices efficaces sont notamment employés dans les fils et câbles dits « LFHC » (pour l'anglais : « Low Fire Hazard Cables ») qui comprennent par exemple des matériaux polymères incluant des charges ignifugeantes. Plus spécifiquement, il a été décrit, notamment dans la demande EP 3 670 471 , l'emploi de couches particulièrement efficaces à base de géopolymères.
  • Néanmoins, au cours du transport, de l'installation et de la mise en oeuvre d'un câble résistant au feu, les matériaux protecteurs qui assurent l'effet de résistance au feu peuvent être endommagés localement, par exemple sous l'effet de chocs, de contraintes mécaniques ou de frottements, ce qui induit l'apparition de faiblesses dans la couche protectrice (fissure, fragilité, épaisseur amoindrie par exemple) et donc réduit l'effet de résistance au feu globale du câble.
  • Un but de la présente invention est de permettre de restaurer les propriétés de résistance au feu d'un tel câble endommagé.
  • Plus généralement l'invention a pour objectif de fournir des produits et méthodes permettant d'améliorer localement l'effet de protection anti-feu d'un câble pour assurer audit câble des capacités accrues de résistance au feu.
  • A cet effet, il est proposé selon la présente invention d'appliquer localement sur le câble un matériau fibreux imprégné par une composition polymère, ce par quoi on obtient localement sur ledit câble un revêtement géopolymère protecteur, dont les inventeurs ont maintenant mis en évidence qu'il améliore les propriétés de résistance au feu du câble. En particulier, lorsqu'il est appliqué sur les fragilités de la couche protectrice d'un câble endommagé, le revêtement géopolymère protecteur restaure au moins à l'identique (voire en l'améliorant) les propriétés de résistance au feu initiales du câble.
  • Plus précisément, selon un premier aspect, la présente invention a pour objet un procédé permettant d'améliorer les propriétés de résistance au feu d'un câble qui comprend au moins une étape (e1) dans laquelle on dépose, sur une portion seulement de la surface extérieure dudit câble, un matériau fibreux imprégné de composition géopolymère, ce par quoi on obtient un revêtement composite résistant au feu sur ladite portion de la surface extérieure du câble traité.
  • Typiquement, dans le procédé de l'invention le matériau imprégné est appliqué sur un câble comprenant une couche destinée à assurer une résistance au feu mais endommagée localement avec des fragilités locales (de type fissures ou amoindrissement d'épaisseur notamment). Dans ce cas dans l'étape (e1), le matériau fibreux est déposé sur une partie seulement du câble mais de façon à recouvrir les fragilités de ladite couche endommagée (par exemple sur une fissure du câble ou une zone de moindre épaisseur). En pratique le matériau imprégné est avantageusement appliqué sur une surface plus importante que la seule surface en regard de la fragilité, typiquement en débordant hors de cette surface pour s'assurer d'une couverture complète sans effet de bord.
  • Selon un mode de réalisation compatible avec la réparation d'une couche endommagée décrite dans le paragraphe précédent, le procédé de l'invention peut être employé plus généralement pour renforcer localement les propriétés de résistance au feu du câble, que celui-ci soit endommagé ou non. Dans ce cas, cas dans l'étape (e1), le matériau fibreux peut par exemple être déposée sur une partie du câble destinée à être soumise à des conditions de température plus élevée que le reste du câble (au niveau d'une armoire électrique ou d'une connexion par exemple). Là encore de préférence en débordant un peu pour s'assurer d'une couverture complète de la zone ciblée sans effet de bord.
  • Le câble traité selon l'invention comprend généralement une couche de matériau inflammable sous une couche destinée à assurer une résistance au feu. Au sens de la présente description, on désigne par « matériau inflammable » un matériau présent dans le câble, et qui est, en tant que tel (à savoir lorsqu'il est isolé hors du câble), susceptible de s'enflammer lorsqu'il est en mis en contact avec un foyer d'incendie.
  • Le matériau inflammable présent câble traité selon le procédé de l'invention peut par exemple comprendre au moins une couche isolante ou semi-conductrice non ignifugée, contenant de préférence au moins un polymère thermoplastique choisi parmi le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP) ou le polychlorure de vinyle (PVC),
  • Dans tous les cas de figure, l'étape (e1) est avantageusement, mais non nécessairement, suivie d'une étape (e2) de durcissement de la composition polymère. En fait, que cette étape (e2) soit conduite ou non, on obtient systématiquement, du simple fait de la mise en oeuvre de l'étape (e1), un revêtement composite résistant au feu sur une portion de la surface extérieure du câble. L'étape (e2) de consolidation présente l'avantage d'assurer une meilleure tenue du revêtement composite autour du câble modifié selon le procédé mais elle n'a pas d'impact sur les propriétés de résistance au feu elles-mêmes.
  • Selon un mode de réalisation intéressant de l'invention, l'étape (e1) est conduite en appliquant, autour d'une portion seulement de la surface extérieure du câble, un ruban comprenant un matériau fibreux imprégné de composition géopolymère et en formant à l'aide de ce ruban au moins un anneau fermé autour du câble. Selon une première variante avantageuse de ce mode de réalisation, le ruban employé dans l'étape (e1) comprend un ruban continu de matériau fibreux imprégné de composition géopolymère. Selon cette variante, l'étape (e2) est avantageusement mise en oeuvre à l'issu de l'étape (e1) pour assurer un bon maintien du ruban autour du câble. Alternativement, le ruban peut être à base d'un support continu non fibreux et comporter plusieurs zones discontinues de matériau fibreux imprégnées par une composition géopolymère. Dans ce cas, la mise en oeuvre de l'étape (e2) reste avantageuse mais elle n'est pas rigoureusement nécessaire
  • Selon un autre mode de réalisation, l'étape (e1) est effectuée en déposant sur le câble à traiter un revêtement composite résistant au feu sur une zone qui ne forme pas un anneau continu autour du câble. Dans ce cas, il est le plus souvent nécessaire d'assurer une adhésion entre ce revêtement et le câble. Pour ce faire, le revêtement est avantageusement solidarisé avec le câble à l'aide d'une couche d'adhésif plus extérieure au câble (à savoir plus éloignée de l'axe du câble que le revêtement effectué selon l'étape (e1) et, le cas échéant, de l'étape (e2) optionnelle). La couche d'adhésif emprisonne alors tout ou partie du revêtement entre le câble et l'adhésif. Selon une première variante, le matériau fibreux utilisé est préalablement déposé sur une couche d'adhésif de dimension plus importante que celle du matériau fibreux, formant ainsi schématiquement une sorte de pansement adhésif qui permet une application directe sur le câble, schématiquement de la même façon qu'on vient appliquer un pansement imprégné sur la peau dans le domaine médical. Dans ce cas, l'étape (e2) n'est pas généralement pas mise en oeuvre, l'emprisonnement de la composition géopolymère entre le câble et l'adhésif rendant cette étape difficile à conduire. Selon une autre variante, la composition géopolymère peut être appliquée sous la forme d'au moins un petit « patch » de dimensions plus faibles que le diamètre du câble, puis un adhésif est appliqué sur au moins une partie du patch en débordant sur le câble, un peu à la manière d'une compresse fixée par un ruban adhésif pour faire le même parallèle avec le domaine médical. Ce mode de réalisation est tout particulièrement bien adapté pour assurer un traitement localisé et précis de zones de faiblesses du câble en matière de résistance au feu et il permet de limiter les quantités de géopolymères et de matériau fibreux employées.
  • Le procédé de l'invention permet ainsi, selon toutes ses variantes, de déposer un revêtement protecteur additionnel sur le câble traité, par exemple au niveau de zones fragilisées ou susceptibles de le devenir, ce par quoi le câble traité présente des performances accrues de résistance au feu par rapport au câble avant la mise en oeuvre de l'étape (e1).
  • Selon un autre aspect, la présente invention a également pour objet les câbles de surface modifiée du type obtenus selon le procédé de l'invention, qui sont modifiées au niveau d'une partie seulement de leur surface par un revêtement protecteur tel qu'obtenu selon l'étape (e1) et de l'optionnelle étape (e2) postérieure.
  • Un câble de ce type comprend typiquement:
    • au moins un élément électriquement conducteur allongé ou au moins une fibre optique;
    • au moins une couche d'un matériau inflammable entourant ledit élément électriquement conducteur allongé ou la fibre optique; et
    • optionnellement, et de préférence, une couche destinée à assurer une résistance au feu entourant ledit matériau inflammable; et
    • un revêtement protecteur de géopolymère appliquée autour de la couche de matériau inflammable, sur une partie seulement du câble, le cas échéant autour de la couche destinée à assurer une résistance au feu.
  • Selon encore un autre aspect, la présente invention a pour objet des kits pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
    • Un premier type de kit comprend un matériau fibreux imprégné de composition géopolymère dans un contenant fermé étanche. Dans ce type de kit, le matériau fibreux imprégné de composition géopolymère est de préférence :
    • sous la forme d'un ruban, de longueur plus importante que le diamètre externe du câble à traiter ;
    • déposé sur une couche d'adhésif de dimension plus importante que celle du matériau fibreux, formant une sorte de pansement adhésif ; ou
    • sous la forme d'une compresse.
  • Un deuxième type de kit comprend
    • une composition géopolymère dans un récipient fermé étanche ; et
    • un matériau fibreux destiné à être imprégné par ladite composition, de préférence sous forme de ruban ou de compresse.
  • Ce deuxième kit peut par exemple comprendre un flacon de composition géopolymère d'une part et des compresses à imprégner d'autre part. Selon une variante plus intéressante, le kit peut comprendre un dispositif contenant (1) un réservoir étanche rempli de composition géopolymère et (2) une réserve de ruban de matériau fibreux, ledit réservoir étant muni d'une sortie reliée à une buse ou un autre moyen de délivrance de la composition géopolymère et la réserve de ruban dévidant le ruban au niveau de ce moyen de délivrance, ce par quoi on obtient au besoin un ruban imprégné de composition géopolymère, de longueur souhaitée, par simple dévidement à partir de la réserve sur la longueur recherchée.
  • Ces deux types de kits peuvent éventuellement comprendre, en plus du matériau imprégné, un film adhésif à appliquer d'une part sur tout ou partie dudit revêtement et d'autre part sur une partie de la surface externe du câble, pour
  • Différents aspects et modes de réalisation possibles de l'invention sont décrits plus en détails ci-après.
    • L'étape (e1)
  • Lors de cette étape, une composition géopolymère est employée sous forme imprégnée sur un matériau fibreux.
  • Cette application lors de l'étape (e1) présente l'avantage d'être économique et très facile à mettre en oeuvre. Elle peut être effectuée à température ambiante, sans nécessiter de traitement thermique et donc directement sur des installations électriques au sein de bâtiments à des température allant par exemple de 10°C à 50°C environ, notamment entre 20°C à 40°C environ
  • L'étape (e1) permet de plus de maîtriser la quantité de composition appliquée, en assurant un dépôt suffisante de matière pour obtenir l'effet de protection escompté et en limitant cette application au minimum nécessaire notamment en vue de limiter les coûts.
  • La composition géopolymère de l'étape (e1) est susceptible de former, par solidification progressive (« prise ») un matériau géopolymère (désigné de façon plus concise par « géopolymère » dans la présente description) à partir de la composition géopolymère imprégnée employée dans l'étape (e1). Dans la présente description, à des fins de concision, cette étape de solidification qui induit la transformation de la composition géopolymère en matériau géopolymère est parfois désignée par étape de « séchage », bien que la formation du géopolymère à partir de la composition géopolymère implique des processus plus complexes qu'un simple séchage et qui conduisent davantage à une formation d'un matériau en tant que tel (géopolymère) plutôt qu'à une simple élimination d'eau.
  • Les compositions et matériaux utilisables dans le cadre de l'étape (e1) sont décrites plus en détail ci-dessous.
    • Le matériau fibreux
  • Le matériau fibreux qui est imprégné par la composition géopolymère dans l'étape (e1) est de préférence un matériau fibré non tissé. Qu'il soit non tissé ou pas, il possède avantageusement une structure souple et flexible.
  • Ce matériau fibreux, typiquement non tissé, peut notamment être choisi parmi les matériaux cellulosiques, les matériaux à base de polymères organiques synthétiques, les fibres de verre, et un de leurs mélanges, et de préférence parmi les matériaux à base de polymères organiques synthétiques.
  • Les matériaux cellulosiques peuvent être choisis parmi le papier, en particulier le papier buvard ; les matériaux non tissés fabriqués à partir de cellulose fonctionnalisée ou non fonctionnalisée ; les matrices à structure alvéolaire et/ou fibreuse fabriquées à partir de fibres naturelles d'acétate de cellulose.
  • Les matériaux à base de polymères organiques synthétiques peuvent être choisis parmi les matériaux polymères à matrice poreuse et/ou fibreuse de polyoléfine(s), en particulier ceux choisis parmi les homo- et copolymères de propylène, les homo- et copolymères d'éthylène, les polyéthylènes haute densité (HDPE), les polyamides aromatiques (aramides), les polyesters, et un de leurs mélanges.
  • Selon un mode de réalisation intéressant de l'invention, le matériau fibreux non tissé est un polyéthylène téréphtalate (PET).
  • Le matériau fibreux non tissé présente de préférence un grammage allant de 50 à 120 g/cm2 environ. Cela permet ainsi d'obtenir une couche composite suffisamment flexible pour pouvoir être manipulée facilement, et suffisamment robuste pour obtenir une bonne protection au feu.
    • La couche composite aéopolymère/matériau fibreux obtenue selon l'invention à l'issue de l'étape (e2)
  • Cette couche composite, obtenue par l'imprégnation du matériau fibreux par la composition géopolymère dans le dispositif de l'invention puis durcissement de la composition induisant la formation d'un matériau géopolymère intriqué dans les fibres du matériau fibreux, constitue en général une couche continue, typiquement non poreuse, en surface du coeur de câble, propre à être revêtue ultérieurement par d'autres couches de revêtement ou par un adhésif.
  • Compte tenu de la mise en oeuvre du dispositif de l'invention, cette couche composite a une épaisseur sensiblement constante, cette épaisseur a en général une valeur allant typiquement de 0,2 à 3 mm environ, par exemple de 0,5 à 1 mm environ.
  • Le plus souvent, le matériau géopolymère représente de 5 à 98% en poids environ, de préférence de 55 à 95% en poids environ, et de préférence encore de 65 à 90% en poids environ, par rapport au poids total de la couche composite réalisée en employant le dispositif de l'invention.
  • Par ailleurs, le matériau fibreux non tissé représente en général de 2 à 95% en poids environ, de façon particulièrement préférée de 5 à 45% en poids environ, et encore plus préférentiellement de 10 à 35% en poids environ, par rapport au poids total de la couche composite réalisée en employant le dispositif de l'invention.
    • La composition géopolymère utilisable dans l'étape (e1)
  • Lorsque l'étape (e) met en oeuvre une composition géopolymère, il s'agit de préférence une composition géopolymère liquide. Pour permettre un application par pulvérisation, on préfère employer dans l'étape (e) une composition de relativement faible viscosité, de préférence inférieure à 5 Pa.s.
  • Une composition géopolymère employée dans l'étape (e) est de préférence une composition géopolymère aluminosilicate.
  • De façon particulièrement préférée une composition géopolymère employée dans l'étape (e) comprend de l'eau, du silicium (Si), de l'aluminium (AI), de l'oxygène (O), et au moins un élément choisi parmi le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Cs), et le calcium (Ca), et de préférence choisi parmi le potassium (K) et le sodium (Na).
  • Cette composition géopolymère peut en particulier comprendre au moins un premier aluminosilicate, au moins un premier silicate alcalin, de l'eau, et éventuellement une base alcaline.
    • Le premier aluminosilicate
  • Le premier aluminosilicate peut être choisi parmi les métakaolins (i.e. kaolins calcinés), les cendres volantes (bien connues sous l'anglicisme « fly ash »), le laitier de haut fourneau (bien connu sous l'anglicisme « blast fumace slag »), les argiles gonflantes telles que la bentonite, les argiles calcinées, tout type de composé comprenant de l'aluminium et de la fumée de silice, les zéolithes, et un de leurs mélanges.
  • Parmi ces composés, les métakaolins sont préférés, notamment ceux commercialisés par la société Imérys.
  • Dans l'invention, l'expression « métakaolin » signifie un kaolin calciné ou un aluminosilicate déshydroxylé. Il est de préférence obtenu par déshydratation d'un kaolin ou d'une kaolinite.
  • La composition géopolymère peut comprendre de 5 à 50% en poids environ d'aluminosilicate, et de préférence de 10 à 35% en poids environ d'aluminosilicate, par rapport au poids total de la composition géopolymère.
  • La composition géopolymère peut comprendre en outre un deuxième aluminosilicate différent du premier aluminosilicate.
  • De préférence, la composition géopolymère comprend deux kaolins calcinés ayant des températures de calcination différentes.
  • Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, la composition géopolymère comprend un premier métakaolin choisi parmi les kaolins calcinés à une température Tc1 d'au moins 650°C environ, et un deuxième métakaolin choisi parmi les kaolins calcinés à une température Tc2 telle que Tc2 - Tc1 ≥ 100°C environ, au moins un premier silicate alcalin, de l'eau, et éventuellement une base alcaline. La composition géopolymère peut alors présenter des propriétés mécaniques améliorées, notamment en termes de flexibilité et de durabilité, tout en garantissant de bonnes propriétés de réaction et de résistance au feu.
  • Selon une forme de réalisation de l'invention, le premier métakaolin est un kaolin calciné à une température Tc1 d'au moins 700°C environ, et de préférence d'au moins 725°C environ.
  • Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le premier métakaolin est un kaolin calciné à une température Tc1 d'au plus 875°C environ, et de préférence d'au plus 825°C environ.
  • Le premier métakaolin peut comprendre au moins 20% en mole environ, et de préférence au moins 30% en mole environ d'oxyde d'aluminium (Al2O3), par rapport au nombre de moles total du premier métakaolin.
  • Le premier métakaolin peut comprendre au plus 60% en mole environ, et de préférence au plus 50% en mole environ d'oxyde d'aluminium (Al2O3), par rapport au nombre de moles total du premier métakaolin.
  • Le premier métakaolin peut comprendre au moins 35% en mole environ, et de préférence au moins 45% en mole environ d'oxyde de silicium (SiO2), par rapport au nombre de moles total du premier métakaolin.
  • Le premier métakaolin peut comprendre au plus 75% en mole environ, et de préférence au plus 65% en mole environ d'oxyde de silicium (SiO2), par rapport au nombre de moles total du premier métakaolin.
  • À titre d'exemples de premier métakaolin, on peut citer les métakaolins vendus par la société Imérys, notamment celui commercialisé sous la référence PoleStar® 450.
  • Le premier métakaolin peut être choisi parmi les kaolins calcinés à Tc1 telle que définie dans l'invention, pendant au moins 1 min environ, de préférence pendant au moins 10 min environ, de façon particulièrement préférée pendant une durée allant d'environ 30 min à 8h, et de façon plus particulièrement préférée pendant une durée allant d'environ 2h à 6h.
  • Le deuxième métakaolin est choisi de préférence parmi les kaolins calcinés à une température Tc2 telle que Tc2 - Tc1 ≥ 150°C environ, de façon particulièrement préférée telle que Tc2 - Tc1 ≥ 200°C environ, et de façon plus particulièrement préférée telle que Tc2 - Tc1 ≥ 250°C environ.
  • Selon une forme de réalisation de l'invention, le deuxième métakaolin est un kaolin calciné à une température Tc2 d'au moins 800°C environ, de préférence d'au moins 850°C environ, et de façon particulièrement préférée d'au moins 900°C environ.
  • Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le deuxième métakaolin est un kaolin calciné à une température Tc2 d'au plus 1200°C environ, et de préférence d'au plus 1150°C environ.
  • Le deuxième métakaolin peut comprendre au moins 20% en mole environ, et de préférence au moins 30% en mole environ d'oxyde d'aluminium (Al2O3), par rapport au nombre de moles total du deuxième métakaolin.
  • Le deuxième métakaolin peut comprendre au plus 60% en mole environ, et de préférence au plus 50% en mole environ d'oxyde d'aluminium (Al2O3), par rapport au nombre de moles total du deuxième métakaolin.
  • Le deuxième métakaolin peut comprendre au moins 35% en mole environ, et de préférence au moins 45% en mole environ d'oxyde de silicium (SiO2), par rapport au nombre de moles total du deuxième métakaolin.
  • Le deuxième métakaolin peut comprendre au plus 75% en mole environ, et de préférence au plus 65% en mole environ d'oxyde de silicium (SiO2), par rapport au nombre de moles total du deuxième métakaolin.
  • À titre d'exemples de deuxième métakaolin, on peut citer les métakaolins vendus par la société Imérys, notamment celui commercialisé sous la référence PoleStar® 200R.
  • Le deuxième métakaolin peut être choisi parmi les kaolins calcinés à Tc2 telle que définie dans l'invention, pendant au moins 1 min environ, de préférence pendant au moins 5 min environ, de façon particulièrement préférée pendant une durée allant d'environ 10 min à 2h, et de façon plus particulièrement préférée pendant une durée allant d'environ 15 min à 1h.
  • Le rapport massique [premier métakaolin/deuxième métakaolin] dans la composition géopolymère va de préférence de 0,1 à 2 environ, de façon particulièrement préférée de 0,5 à 1,0 environ, et de façon plus particulièrement préférée est d'environ 1.
  • La composition géopolymère peut comprendre de 5 à 50% en poids environ, et de préférence de 10 à 35% en poids environ de premier et deuxième métakaolins, par rapport au poids total de la composition géopolymère.
    • Le premier silicate alcalin
  • Le premier silicate alcalin peut être choisi parmi les silicates de sodium, les silicates de potassium, et l'un de leurs mélanges.
  • Les silicates alcalins commercialisés par la société Silmaco ou par la société PQ corporation sont préférés. Le premier silicate alcalin est de préférence un silicate de sodium.
  • Le premier silicate alcalin peut avoir un rapport molaire SiO2/M2O allant de 1,1 à 35 environ, de préférence de 1,3 à 10 environ, et de façon particulièrement préférée de 1,4 à 5 environ, avec M étant un atome de sodium ou de potassium, et de préférence un atome de sodium.
  • La composition géopolymère peut comprendre de 5 à 60% en poids environ, et de préférence de 10 à 50% en poids environ de premier silicate alcalin, par rapport au poids total de la composition géopolymère.
    • Le deuxième silicate alcalin
  • La composition géopolymère peut comprendre en outre un deuxième silicate alcalin différent du premier silicate alcalin.
  • Le deuxième silicate alcalin peut être choisi parmi les silicates de sodium, les silicates de potassium, et l'un de leurs mélanges. Les silicates alcalins commercialisés par la société Silmaco ou par la société PQ Corporation sont préférés. Le deuxième silicate alcalin est de préférence un silicate de sodium.
  • Les premier et deuxième silicates alcalins peuvent avoir respectivement des rapports molaires SiO2/M2O et SiO2/M'2O tels que M et M', identiques, sont choisis parmi un atome de sodium et un atome de potassium, et de préférence un atome de sodium, et lesdits rapports ont des valeurs différentes, de préférence des valeurs telles que leur différence est d'au moins 0,3, de façon particulièrement préférée telles que leur différence est d'au moins 0,5, et de façon plus particulièrement préférée telles que leur différence est d'au moins 1,0.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, la composition géopolymère comprend :
    • un premier silicate alcalin ayant un rapport molaire SiO2/M2O allant de 1,5 à 2,6 environ, et
    • un deuxième silicate alcalin ayant un rapport molaire SiO2/M'2O supérieur à 2,6, de préférence allant de 2,8 à 4,5 environ, et de façon particulièrement préférée allant de 3,0 à 4,0 environ, étant entendu que M' est identique à M.
  • La composition géopolymère peut comprendre de 10 à 60% en poids environ, et de préférence de 20 à 50% en poids environ de premier et deuxième silicates alcalins, par rapport au poids total de la composition géopolymère.
  • Le rapport massique [premier silicate alcalin/deuxième silicate alcalin] dans la composition géopolymère va de préférence de 0,5 à 2,5, et de façon particulièrement préférée de 0,8 à 2,0.
    • La base alcaline (optionnelle)
  • La base alcaline peut être de l'hydroxyde de sodium, ou de l'hydroxyde de potassium, et de préférence de l'hydroxyde de sodium.
  • La composition géopolymère peut être exempte de base alcaline. Cela permet ainsi d'améliorer la manipulation de la composition géopolymère, en particulier lors de la préparation d'un câble.
  • Le rapport massique matières solides/eau dans ladite composition géopolymère détermine la cinétique de solidification lors des étapes i) à iii).
  • La composition géopolymère peut comprendre de 35% à 80% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 40% à 70% en poids environ, de matières solides (silicate alcalin(s), aluminosilicate(s) et base alcaline), par rapport au poids total de ladite composition géopolymère.
  • La composition géopolymère peut comprendre en outre un ou plusieurs additifs choisis parmi :
    • des fibres minérales, notamment choisies parmi les fibres d'alumine,
    • un additif à structure polymère, notamment choisi parmi les fibres de polyoléfine telles que les fibres de polypropylène, de polyéthylène haute densité (HDPE), les aramides, et les fibres techniques de verre enduites de silicone ou d'un polymère organique de type polyéthylène ; un copolymère de styrène-butadiène (SBR) ; un copolymère de styrène-butadiène-éthylène (EBS) ; les dérivés des copolymères de styrène-éthylène, notamment ceux commercialisés par Kraton tels qu'un copolymère de styrène-éthylène-butylène-styrène (SEBS), un copolymère de styrène-butadiène-styrène (SBS), un copolymère de styrène-isoprène-styrène (SIS), un copolymère de styrène-propylène-éthylène (EPS) ou un copolymère de styrène-éthylène-propylène- styrène (SEPS) ; un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), un polyorganosiloxane réticulé (e.g. à l'aide d'un peroxyde) ; du polyéthylène éventuellement sous forme de poudre ; des lignosulfonates ; de l'acétate de cellulose ; et d'autres dérivés de la cellulose ;
    • un composé accélérant la prise en masse, notamment choisi parmi le sulfate d'aluminium, les aluns (e.g. sulfate double d'aluminium et de potassium), le chlorure de calcium, le sulfate de calcium, le sulfate de calcium hydraté, l'aluminate de sodium, le carbonate de sodium, le chlorure de sodium, le silicate de sodium, le sulfate de sodium, le chlorure de fer (III), et les lignosulfonates de sodium,
    • un agent retardant la prise en masse, notamment choisi parmi l'ammonium, les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, le borax, le borate de zinc, les lignosulfonates et en particulier les sels de métaux de lignosulfonates de calcium, les celluloses telles que la carboxyméthyl hydroéthyl cellulose, les lignines sulfoalkylées telles que par exemple la lignine sulfométhylée, les acides hydroxycarboxyliques, les copolymères de sels d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et d'acide acrylique ou d'acide maléique, et les sels saturés,
    • une charge inerte, notamment choisi parmi le talc, les micas, et les argiles déshydratées ,
    • un amidon,
    • un plastifiant de l'amidon, notamment choisi parmi un stéarate de métal, un polyéthylène glycol, un éthylène glycol, un polyol comme le glycérol, le sorbitol, le mannitol, le maltitol, le xylitol ou un oligomère de l'un de ces polyols, un sucrose comme le glucose ou le fructose, un plastifiant contenant des groupes amides, et tout type de plastifiant à base de polysaccharide(s) modifié(s),
    • un dérivé de la cellulose, et/ou
    • un matériau carboné expansé tel qu'un graphite expansé.
  • La composition géopolymère peut comprendre de 0,01 à 15% en poids environ d'additif(s), et de préférence de 0,5 à 8% en poids environ d'additif(s), par rapport au poids total de la composition géopolymère.
    • Le matériau géopolymère
  • Selon l'étape (e2) du procédé de l'invention, on obtient un matériau géopolymère autour de l'élément conducteur allongé flexible lorsque la composition employée dans l'étape (e) est une composition géopolymère. Le géopolymère est de préférence obtenu par durcissement, géopolymérisation et/ou polycondensation de ladite composition géopolymère.
  • En particulier, la composition géopolymère telle que définie dans l'invention est apte à former ledit matériau géopolymère. Les ingrédients de la composition géopolymère peuvent donc subir une polycondensation pour former ledit matériau géopolymère. Le durcissement s'effectue par réaction interne du type polycondensation.
  • Les matériaux géopolymères résultent d'une réaction de polycondensation minérale par activation alcaline, dite géosynthèse, par opposition aux liants traditionnels hydrauliques dans lesquels le durcissement est le résultat d'une hydratation des aluminates de calcium et des silicates de calcium.
  • Dans la présente invention, l'expression « matériau géopolymère » désigne un matériau solide comprenant du silicium (Si), de l'aluminium (AI), de l'oxygène (O) et au moins un élément choisi parmi le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Cs) et le calcium (Ca), et de préférence choisi parmi le potassium (K), et le sodium (Na).
  • Le matériau géopolymère peut être un matériau géopolymère aluminosilicate.
  • Le matériau géopolymère aluminosilicate peut être choisi parmi les poly(sialates) répondant à la formule (I) Mn(-Si-O-Al-O-)n [(M)-PS] et ayant un rapport molaire Si/AI égal à 1, les poly(sialate-siloxos) répondant à la formule (II) Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-)n [(M)-PPS] et ayant un rapport molaire Si/AI égal à 2, les poly(sialate-disiloxos) répondant à la formule (III) Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)n [(M)-PSDS] et ayant un rapport molaire Si/AI égal à 3, et d'autres poly(sialates) de rapport Si/Al > 3, les poly(sialates) précités comprenant un cation alcalin M choisi parmi K, Na, Li, Cs et l'un de leurs mélanges, et n désigne le degré de polymérisation.
  • Dans un mode de réalisation, le matériau géopolymère représente de 5 à 98% en poids environ, de préférence de 55 à 95% en poids environ, et de préférence encore de 65 à 90% en poids environ, par rapport au poids total de la couche composite.
  • Le procédé peut comprendre en outre avant l'étape (e), une étape (e0) de préparation de la composition géopolymère comprenant le mélange dudit premier aluminosilicate avec ledit premier silicate alcalin, l'eau, et éventuellement la base alcaline.
  • L'étape (e0) est généralement effectuée à un pH élevé, notamment variant de 10 à 13.
  • L'étape (e0) comprend de préférence les sous-étapes suivantes :
    • (e0-1) une sous-étape de préparation d'une solution aqueuse du premier silicate alcalin, et
    • (e0-2) une sous-étape de mélange du premier aluminosilicate sous forme de poudre avec la solution aqueuse de silicate alcalin préparée à la sous-étape i01) précédente.
  • La solution aqueuse du premier silicate alcalin peut être préparée en mélangeant du dioxyde de silicium SiO2 ou un silicate alcalin avec une base MOH dans laquelle M est K ou Na.
  • Le dioxyde de silicium SiO2 peut être choisi parmi la fumée de silice (i.e. silice pyrogénée), le quartz, et leurs mélanges.
  • La sous-étape (e0-1) peut être effectuée en dissolvant la base dans de l'eau, entraînant un dégagement de chaleur (réaction exothermique), puis en ajoutant la silice (ou le silicate alcalin). La chaleur dégagée accélère alors la dissolution de la silice (ou du silicate alcalin) lors de la sous-étape i01), et du premier aluminosilicate lors de la sous-étape (e0-2).
  • Lorsque le deuxième aluminosilicate et/ou le deuxième silicate alcalin tel(s) que défini(s) dans l'invention existe(nt), l'étape (e0) de préparation de la composition géopolymère peut comprendre le mélange dudit premier aluminosilicate et éventuellement dudit deuxième aluminosilicate, avec ledit premier silicate alcalin, éventuellement ledit deuxième silicate alcalin, de l'eau, et éventuellement la base alcaline.
  • L'étape (e0) comprend de préférence le mélange des premier et deuxième métakaolins, avec le premier silicate alcalin et éventuellement le deuxième silicate alcalin, de l'eau, et éventuellement une base alcaline.
  • Les premier et deuxième métakaolins et les premier et deuxième silicates alcalins sont tels que définis dans l'invention.
  • Selon une forme de réalisation préférée, l'étape (e0) comprend les sous-étapes suivantes :
    • (e0-a) le mélange des premier et deuxième silicates alcalins, notamment sous agitation,
    • (e0-b) éventuellement l'ajout d'une base alcaline, notamment en maintenant l'agitation, et
    • (e0-c) l'ajout des premier et deuxième métakaolins, notamment en maintenant l'agitation.
  • À l'issue de l'étape (e0), ou de la sous-étape (e0-2) ou (e0-c), on obtient préférentiellement une solution fluide et homogène.
  • À l'issue de l'étape (e0), la composition géopolymère peut comprendre de 35% à 80% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 40% à 70% en poids environ, de matières solides (silicate alcalin(s), aluminosilicate(s) et base alcaline), par rapport au poids total de ladite composition géopolymère.
  • Un tel rapport massique permet d'avoir une composition géopolymère assez fluide pour permettre sa manipulation, et dont la cinétique de solidification est assez lente pour permettre la formation d'une couche lors de l'étape (e1).
  • Le rapport massique matières solides/eau dans ladite composition géopolymère peut permettre de déterminer la cinétique de solidification de ladite composition géopolymère.
  • Après l'étape (e0) de préparation de la composition géopolymère, et avant l'étape (e1), la composition géopolymère peut être chauffée, notamment à une température allant de 55°C à 95°C environ, et de façon particulièrement préférée de 70°C à 90°C environ. Cela permet ainsi de faciliter l'étape (e1).
    • Le matériau inflammable
  • Le matériau inflammable protégé par le revêtement opéré dans l'étape (e1), qui peut avantageusement être le matériau constitutif d'au moins une couche électriquement isolante ou semi-conductrice du câble, est, selon un mode de réalisation intéressant, un matériau polymère inflammable.
  • A titre de polymère inflammable protégeables selon l'invention, on peut notamment citer le polychlorure de vinyle et les polyoléfines et notamment les polymères d'éthylène et de propylène. A titre d'exemple de polymères d'éthylène, on peut citer le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), le polyéthylène basse densité (LDPE), le polyéthylène moyenne densité (MDPE), le polyéthylène 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 terpolymères d'éthylène et de propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM) ou un de leurs mélanges.
  • Le matériau inflammable ne contient en général pas de composé ignifugeant. En particulier, il ne contient en général pas de charge ignifugeante, et notamment pas de charge minérale ignifugeante hydratée telle qu'un hydroxyde de magnésium ou un trihydroxyde d'aluminium.
  • Le matériau inflammable peut cependant contenir d'autres types de charge, notamment une charge inerte, notamment choisi parmi le talc, les micas, les argiles déshydratées et un de leurs mélanges.
    • EXEMPLE
  • Les effets intéressants qui sont obtenus en employant le procédé de l'invention sont illustré par l'exemple ci-dessous, dans lequel des câbles initialement résistants au feu ont été volontairement endommagés (par griffure de leur gaine de protection n'affectant pas la couche interne isolante pour faire chuter leur performance de résistance au feu) puis post-traités selon l'invention afin d'observer les effets sur les performances. Dans cet exemple, on a appliqué sur les parties endommagées du ruban de matériau fibreux imprégné de composition géopolymère et en formant à l'aide de ce ruban au moins un anneau fermé autour du câble.
  • Deux types de câble ont été utilisés, à savoir :
    • un câble R2V 3×1.5mm2 (câble base PVC) ;
    • un câble Alsecure Premium 2×1.5mm2.
  • Deux types de tests de performance ont été effectués pour ces câble :
  • Essais de non-propagation à la flamme selon la norme IEC/EN 60332-1-2
  • Ces essais mesurent des distances de propagation de flamme. Les performances visées pour un câble résistant au feu correspondent à une distance propagation la plus faible possible.
  • Les tests selon la norme IEC/EN60332-1-2 ont été effectués sur le câble initial non endommagé, puis sur le câble endommagé, puis sur le câble endommagé post-traité selon l'invention.
  • Trois séries de mesure ont été réalisées pour chaque câble testé (séries 1, 2 et 3 pour R2V ; séries 4, 5 et 6 pour le câble Alsecure Premium), chaque série comportant le test initial, le test après endommagement et le test après le post-traitement de l'invention)
  • Pour les deux câbles, on a observé :
    • une nette chute des performances suite à l'endommagement, avec une augmentation de la distance de propagation, et
    • une très forte amélioration des performances après l'application avec une performance même meilleure que celle du câble initial.
  • Plus précisément les distances de propagation mesurées sont les suivantes :
  • Pour le câble R2V 3×1.5mm2 :
    • Cable initial : 121 mm en moyenne (série 1 : 124 mm - série 2 : 128 mm - série 3 : 112 mm)
    • Cable endommagé : 152 mm en moyenne (série 1 : 186 mm - série 2 : 147 mm - série 3 : 122 mm)
    • Cable endommagé post-traité selon l'invention : 58 mm en moyenne (série 1 : 88 mm - série 2 : 52 mm - série 3 : 34 mm)
  • Pour le câble Alsecure Premium 2×1.5mm2 :
    • Cable initial : 70 mm en moyenne (série 4 : 68 mm - série 5 : 64 mm - série 6 : 78 mm)
    • Cable endommagé : 130 mm en moyenne (série 4 : 136 mm - série 5 : 142 mm - série 6 : 112 mm)
    • Cable endommagé post-traité selon l'invention : 50 mm en moyenne (série 4 : 35 mm - série 5 : 48 mm - série 6 : 67 mm)
  • Essais selon la norme NFC 32070 - catégorie CR1
  • Ces essais ont été effectués pour le câble Alsecure Premium 2×1.5mm2 (quatre séries 7, 8, et 9 et 10, comprenant chacune une mesure sur la câble initial, une mesure après endommagement et une mesure après le post-traitement selon l'invention )
  • Les temps de résistances au feu suivants ont été mesurés (plus ce temps est élevé, meilleures sont les performances du câble) :
    • Cable initial : 115 minutes en moyenne (série 7 : 120 min - série 8 : 120 min - série 9 : 98 min - série 10 : 120 min)
    • Cable endommagé : 57 minutes en moyenne (série 7 : 48 min - série 8 : 57 min - série 9 : 87 min - série 10 : 34 min)
    • Cable endommagé post-traité selon l'invention : 119 minutes en moyenne (série 7 : 114 min - série 8 : 120 min - série 9 : 120 min - série 10 : 120 min)
  • Là encore on observe :
    • une nette chute des performances suite à l'endommagement, avec une très nette réduction du temps de résistance (environ 1h contre presque 2h pour le câble de départ) , et
    • une très forte amélioration des performances après l'application avec une récupération des performances du câble initial (environ 2h) .

Claims (10)

  1. Procédé pour améliorer les propriétés de résistance au feu d'un câble, qui comprend au moins une étape (e1) dans laquelle on dépose, sur une portion seulement de la surface extérieure dudit câble, un matériau fibreux imprégné de composition géopolymère, ce par quoi on obtient un revêtement composite résistant au feu sur ladite portion de la surface extérieure du câble traité.
  2. Procédé selon la revendication 1, où le matériau imprégné est appliqué sur un câble comprenant une couche destinée à assurer une résistance au feu endommagée localement, avec des fragilités locales, et où, dans l'étape (e1), le matériau fibreux est déposé de façon à recouvrir lesdites fragilités locales de ladite couche endommagée.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, où, dans l'étape (e1), le matériau fibreux est déposé sur une partie du câble destiné à être soumis à des conditions de température plus élevée que le reste du câble.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, où l'étape (e1) est suivie d'une étape (e2) de durcissement de la composition polymère.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, où l'étape (e1) n'est pas suivie d'une étape (e2) de durcissement de la composition polymère.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, où l'étape (e1) est conduite :
    - en appliquant, autour d'une portion seulement de la surface extérieure du câble, un ruban comprenant un matériau fibreux imprégné de composition géopolymère et en formant à l'aide de ce ruban au moins un anneau fermé autour du câble ; ou
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, où l'étape (e1) est conduite en est effectuée en déposant sur le câble à traiter un revêtement composite résistant au feu sur une zone qui ne forme pas un anneau continu autour du câble et en solidarisant le revêtement avec le câble à l'aide d'une couche d'adhésif plus extérieure au câble que le revêtement effectué selon l'étape (e1) et, le cas échéant, de l'étape (e2).
  8. Câble susceptible d'être obtenu selon le procédé de l'une des revendications 1 à 7.
  9. Kit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant :
    - un matériau fibreux imprégné de composition géopolymère dans un contenant fermé étanche ; et
    - optionellement un film adhésif
  10. Kit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant :
    - une composition géopolymère dans un récipient fermé étanche ; et
    - un matériau fibreux destiné à être imprégné par ladite composition, de préférence sous forme de ruban ou de compresse.
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