EP4263704A1 - Câble électrique comprenant une couche isolante thermoplastique aux performances électriques et mécaniques améliorées - Google Patents

Câble électrique comprenant une couche isolante thermoplastique aux performances électriques et mécaniques améliorées

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Publication number
EP4263704A1
EP4263704A1 EP21854930.1A EP21854930A EP4263704A1 EP 4263704 A1 EP4263704 A1 EP 4263704A1 EP 21854930 A EP21854930 A EP 21854930A EP 4263704 A1 EP4263704 A1 EP 4263704A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer
homophasic
polymer composition
cable according
electric cable
Prior art date
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Pending
Application number
EP21854930.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gabriele Perego
Christelle Mazel
Charles Paul BARUSTA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Nexans SA filed Critical Nexans SA
Publication of EP4263704A1 publication Critical patent/EP4263704A1/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
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/441—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from alkenes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/442—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from aromatic vinyl compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/447—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from acrylic compounds

Definitions

  • Electric cable comprising a thermoplastic insulating layer with improved electrical and mechanical performance
  • the invention relates to a cable comprising at least one electrically insulating layer obtained from a polymer composition comprising at least one homophasic propylene polymer, and at least one homophasic ethylene polymer having an elastic modulus greater than 300 MPa, said polymers of propylene and ethylene being in specific proportions.
  • the invention applies typically but not exclusively to electric cables intended for the transport of energy, in particular to low-voltage power cables (in particular less than or equal to 6 kV), whether they are in direct or alternating current, in the fields of air, submarine, land electricity transmission, and even aeronautics.
  • the invention applies in particular to electrical cables having improved thermomechanical and electrical properties.
  • a low voltage power transmission cable preferably comprises, from the inside to the outside:
  • an elongated electrically conductive element in particular made of copper or aluminum
  • the first subject of the invention is an electric cable comprising at least one elongated electrically conductive element and at least one electrically insulating layer obtained from a polymer composition, characterized in that the polymer composition comprises:
  • said propylene polymer representing a mass proportion strictly greater than that of the homophasic ethylene polymer, relative to the total weight of polymers of said polymer composition
  • the polymer composition comprising at most 10% by weight of a heterophasic propylene polymer, relative to the total weight of polymers in said polymer composition.
  • the cable of the invention has the advantage of being able to operate at temperatures above 70° C., and has improved thermomechanical properties, while guaranteeing good electrical properties.
  • homogeneous polymer means any polymer having a single phase, or substantially homogeneous phase.
  • a homophasic polymer is not a heterophasic polymer.
  • heterophasic polymers mention may be made of heterophasic propylene copolymers, such as for example those described in document WO2011/092533, namely: Adflex Q200F or Hifax CA 7441A, from the company Basell (LyondelIBasell).
  • the heterophasic polymer comprises at least two distinct phases: one comprising a polymer matrix, and the other comprising particles or nodules dispersed in this polymer matrix, which may for example be an elastomeric phase.
  • This type of polymer can be easily identified by techniques well known to those skilled in the art, such as for example by scanning electron microscopy (SEM).
  • said particles or nodules dispersed in said polymer matrix, said particles having a number-average size ranging from 200 nm to 10 ⁇ m, and preferably between 500 nm and 1 ⁇ m.
  • a homophasic polymer in particular does not include this type of particles or nodules dispersed in a polymer matrix. Indeed, thanks to an analysis by SEM, a single substantially homogeneous phase can be observed. More particularly, with a magnification x 10,000, it is conventional to observe a homogeneous polymer matrix comprising substantially no particles or nodules dispersed in said matrix.
  • the homophasic propylene polymer can be a propylene homopolymer or a copolymer, and preferably a propylene copolymer.
  • homophasic propylene copolymers By way of examples of homophasic propylene copolymers, mention may be made of copolymers of propylene and of olefin, the olefin being chosen in particular from ethylene and an ⁇ -olefin different from propylene.
  • the ethylene or the olefin ai different from the propylene of the homophasic propylene copolymer preferably represents at most 45% by mole approximately, in a particularly preferred way at most 35% by mole approximately, more particularly preferably at most 20% by mole approximately, and more particularly preferably at most approximately 10% by mole, relative to the total number of moles of homophasic propylene copolymer.
  • the ethylene or olefin ai different from the propylene of the homophasic propylene copolymer can represent at least about 1% by mole, relative to the total number of moles of homophasic propylene copolymer.
  • the mole percentage of ethylene or ai olefin in the homophasic propylene copolymer can be determined by nuclear magnetic resonance (NMR), for example according to the method described in Masson et al., Int. J. Polymer Analysis & Characterization, 1996, Vol.2, 379-393.
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • Propylene and ethylene copolymers are preferred as homophasic propylene copolymers.
  • the homophasic propylene copolymer is advantageously a random propylene copolymer.
  • the homophasic propylene homopolymer preferably has an elastic modulus ranging from approximately 1250 to 1600 MPa.
  • the homophasic propylene copolymer preferably has an elastic modulus ranging from approximately 600 to 1200 MPa, and in a particularly preferred manner ranging from approximately 800 to 1100 MPa.
  • the elastic modulus or Young's modulus of a polymer (known under the anglicism "Tensile Modulus") is well known to those skilled in the art, and can be easily determined according to the ISO 527-1 standard. , -2 (2012).
  • the ISO 527 standard presents a first part, denoted “ISO 527-1”, and a second part, denoted “ISO 527-2” specifying the test conditions relating to the general principles of the first part of the ISO 527 standard.
  • the homophasic propylene polymer may have a melting temperature above approximately 130° C., particularly preferably above approximately 135° C., and more particularly preferably ranging from approximately 140 to 175° C.
  • the homophasic propylene polymer can have an enthalpy of fusion ranging from about 20 to 100 J/g.
  • the homophasic propylene homopolymer preferably has an enthalpy of fusion ranging from approximately 80 to 90 J/g.
  • the homophasic propylene copolymer preferably has an enthalpy of fusion ranging from approximately 40 to 90 J/g, and in a particularly preferred manner ranging from 50 to 85 J/g.
  • the homophasic propylene polymer can have a melt index ranging from 0.5 to 3.5 g/10 min, preferably ranging from 1.0 to 2.8 g/10 min, and particularly preferably ranging from 1. 2 to 2.5 g/10 min; in particular determined at approximately 230° C. with a load of approximately 2.16 kg according to the ASTM D1238-00 standard, or the ISO 1133 standard.
  • the homophasic propylene polymer may have a density ranging from approximately 0.81 to 0.92 g/cm 3 , preferably ranging from 0.85 to 0.91 g/cm 3 , and particularly preferably ranging from 0.87 at 0.91 g/cm 3 ; in particular determined according to the ISO 1183A standard (at a temperature of 23°C).
  • the homophasic propylene polymer can represent from 55 to 90% by weight approximately, and particularly preferably from 60 to 80% by weight approximately, relative to the total weight of polymers in the polymer composition.
  • the polymer composition further includes a homophasic ethylene polymer.
  • the homophasic ethylene polymer is an ethylene homopolymer or copolymer, and preferably an ethylene copolymer.
  • the homophasic ethylene polymer preferably comprises at least about 80% by mole of ethylene, more preferably at least about 90% by mole of ethylene, and more particularly preferably at least about 95% by mole of ethylene, based on the total number of moles of the ethylene polymer.
  • the ethylene polymer has an elastic modulus of at least 300 MPa, preferably an elastic modulus of at least 325 MPa, and particularly preferably at least 350 MPa. This thus makes it possible to obtain improved thermomechanical properties while optimizing the cost of production.
  • the ethylene polymer preferably has an elastic modulus of at most 600 MPa, and particularly preferably at most 500 MPa.
  • the ethylene polymer is a low density polyethylene, a linear low density polyethylene, a medium density polyethylene, or a high density polyethylene; in particular according to the ISO 1183A standard (at a temperature of 23°C).
  • the expression “low density” means having a density ranging from 0.91 to 0.925 g/cm 3 approximately, said density being measured according to the ISO 1183A standard (at a temperature of 23° C.).
  • the expression “medium density” means having a density ranging from 0.926 to 0.940 g/cm 3 approximately, said density being measured according to the ISO 1183A standard (at a temperature of 23° C.).
  • the expression “high density” means having a density ranging from 0.941 to 0.965 g/cm 3 , said density being measured according to the ISO 1183A standard (at a temperature of 23° C.).
  • the ethylene polymer has a density of at most 0.936 g/cm 3 , particularly preferably of at most 0.930 g/cm 3 , and more particularly preferably not more than 0.925 g/cm 3 ; said density being in particular measured according to the ISO 1183A standard (at a temperature of 23° C.).
  • density being in particular measured according to the ISO 1183A standard (at a temperature of 23° C.).
  • the ethylene polymer can be a low density polyethylene, a linear low density polyethylene, or a medium density polyethylene, and in a particularly preferred manner a linear low density polyethylene.
  • linear low density polyethylene By way of example of linear low density polyethylene, mention may be made of that marketed by the company Exxon under the reference LL 1004YB, that marketed by the company Sabic under the reference 318B, or that marketed by the company Versalis under the reference Flexirene CL 10 .
  • the homophasic ethylene polymer can represent from 10 to 45% by weight approximately, and particularly preferably from 20 to 40% by weight approximately, relative to the total weight of polymers in the polymer composition.
  • the mass proportion (i.e. quantity by weight) of the homophasic propylene polymer is strictly greater than the mass proportion (i.e. quantity by weight) of the homophasic ethylene polymer, relative to the total weight of polymers in the polymer composition. This has the advantage of obtaining a layer with good mechanical properties, particularly in terms of breaking strength and elongation at break, at high temperatures (e.g. temperatures greater than or equal to 90°C).
  • the homophasic ethylene polymer can have a melt index ranging from 0.5 to 5 g/10 min, and preferably ranging from 1 to 3 g/10 min; in particular determined at approximately 230° C. with a load of approximately 2.16 kg according to the ASTM D1238-00 standard, or the ISO 1133 standard.
  • the polymer composition can comprise at least one heterophase (or heterophase) propylene polymer.
  • the polymer composition comprises at most 10% by weight approximately of a heterophasic propylene polymer, preferably from 0 to 8% by weight approximately, and in a particularly preferred manner from 3 to 6% by weight approximately of a heterophasic propylene polymer based on the total weight of polymers in the polymer composition.
  • a heterophasic propylene polymer preferably from 0 to 8% by weight approximately, and in a particularly preferred manner from 3 to 6% by weight approximately of a heterophasic propylene polymer based on the total weight of polymers in the polymer composition.
  • Such maximum proportions of heterophasic propylene polymer make it possible to reduce the production cost of the layer, which is of great interest in low voltage applications.
  • its presence makes it possible to obtain better compatibility between the homophasic propylene polymer and the homophasic ethylene polymer, and thus to further optimize the thermomechanical properties of the layer.
  • the heterophasic propylene polymer is a heterophasic propylene copolymer.
  • thermoplastic phase of the propylene type may comprise a thermoplastic phase of the propylene type and a thermoplastic elastomer phase of the copolymer type of ethylene and an olefin 012.
  • the olefin 012 of the thermoplastic elastomer phase of the heterophasic propylene copolymer can be propylene.
  • thermoplastic elastomer phase of the heterophasic propylene copolymer may represent at least 20% by weight approximately, and preferably at least 45% by weight approximately, relative to the total weight of the heterophasic propylene copolymer.
  • the heterophasic propylene copolymer preferably has an elastic modulus ranging from approximately 50 to 1200 MPa, and in a particularly preferred manner: either an elastic modulus ranging from approximately 50 to 550 MPa, and more particularly preferably ranging from approximately 50 to 300 MPa ; or an elastic modulus ranging from approximately 600 to 1200 MPa, and more particularly preferably ranging from approximately 800 to 1200 MPa.
  • heterophasic propylene copolymer By way of example of a heterophasic propylene copolymer, mention may be made of the heterophasic propylene copolymers marketed by the company LyondelIBasell under the references Adflex® Q 200 F, Moplen EP®2967, Hifax CA 10A, or Hifax CA 12A.
  • the heterophasic propylene polymer may have a melting temperature above approximately 140°C, particularly preferably above approximately 145°C, and more particularly preferably ranging from approximately 150 to 175°C.
  • the heterophasic propylene polymer can have an enthalpy of fusion ranging from 20 to 100 J/g approximately, and preferably from 20 to 50 J/g approximately.
  • the heterophasic propylene polymer can have a melt index ranging from 0.5 to 5 g/10 min, and preferably ranging from 0.6 to 2 g/10 min approximately; in particular determined at approximately 230° C. with a load of approximately 2.16 kg according to the ASTM D1238-00 standard, or the ISO 1133 standard.
  • the heterophasic propylene polymer may have a density ranging from 0.81 to 0.92 g/cm 3 approximately, preferably ranging from 0.85 to 0.91 g/cm 3 , and particularly preferably ranging from 0.87 at 0.91 g/cm 3 ; in particular determined according to the ISO 1183A standard (at a temperature of 23°C).
  • the polymer composition may also comprise other polymers other than the aforementioned polymers.
  • the homophasic propylene polymer, the homophasic ethylene polymer, and the heterophasic propylene polymer when it is present represent at least 80% by weight approximately, preferably at least 85 % by weight approximately, and particularly preferably from 90 to 100% by weight approximately, relative to the total weight of polymers in the polymer composition.
  • the mass proportion (i.e. quantity by weight) of polymers of homophasic propylene is preferably strictly greater than the mass proportion (i.e. amount by weight) of homophasic ethylene polymers, relative to the total weight of polymers in the polymer composition.
  • the polymers of the polymer composition together preferably form a heterophase thermoplastic material (i.e. comprising several phases).
  • the presence of several phases generally comes from the mixture of two different polyolefins, such as a mixture of different propylene polymers and/or a mixture of a propylene polymer and an ethylene polymer.
  • the polymer composition of the electrically insulating layer of the invention is a thermoplastic polymer composition. It is therefore not reticulum labiate.
  • the polymer composition does not include crosslinking agents, silane-type coupling agents, peroxides and/or additives which allow crosslinking. Indeed, such agents degrade the thermoplastic polymer material based on polypropylene.
  • the polymer composition preferably does not comprise olefin polymers grafted with crosslinkable functions, such as for example olefin vinyl silane polymers.
  • the polymer composition is preferably recyclable.
  • the polymer composition of the cable of the invention may comprise at most 20% by weight approximately, preferably at most 10% by weight approximately, and in a particularly preferred manner at most 5% by weight approximately, of polar polymer(s). ) relative to the total weight of polymer(s) in the polymer composition.
  • polar means that the polymer of this type comprises one or more polar functions, such as for example acetate, acrylate, hydroxyl, nitrile, carboxyl, carbonyl, ether, ester groups, or any other groups of a polar nature well known in the prior art such as in particular silane groups.
  • a polar polymer is a polymer chosen from ethylene copolymers of the ethylene and vinyl acetate (EVA) copolymer, ethylene and butyl acrylate (EBA) copolymer, ethylene and d ethyl acrylate (EEA), ethylene methyl acrylate copolymer (EMA), and ethylene acrylic acid copolymer (EAA).
  • the polymer composition preferably does not include polar polymer(s). Indeed, these can reduce the resistance to thermal aging of the electrically insulating layer of the invention.
  • the polymer composition may further comprise one or more additives.
  • Additives may be selected from processing aids such as lubricants, compatibilizers, coupling agents, antioxidants, anti-UV agents, antioxidants, anti-copper agents, anti-treeing agents of water, pigments, and a mixture thereof.
  • processing aids such as lubricants, compatibilizers, coupling agents, antioxidants, anti-UV agents, antioxidants, anti-copper agents, anti-treeing agents of water, pigments, and a mixture thereof.
  • the polymer composition preferably includes at least one antioxidant and/or at least one anti-copper agent (also called metal deactivator).
  • the polymer composition may typically comprise from 0.01 to 5% by weight approximately, and preferably from 0.1 to 2% by weight approximately, of additives, relative to the total weight of the polymer composition.
  • the antioxidants make it possible to protect the polymer composition from the thermal stresses generated during the stages of manufacture of the cable or operation of the cable.
  • the antioxidants are preferably selected from hindered phenols, thioesters, sulfur-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, amine-type antioxidants, and a mixture thereof.
  • hindered phenols include 1,2-bis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamoyl)hydrazine (Irganox® MD 1024), pentaerythritol tetrakis(3-(3, 5-di-te/'t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate) (Irganox® 1010), octadecyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate (Irganox® 1076), 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-te/'t-butyl-4-hydroxybenzyl)benzene (Irganox® 1330), 4,6-bis(octylthiomethyl) -o-cresol (Irgastab® KV10 or Irganox® 1520), 2,2'-thiobis(6-te/'t-butyl
  • sulfur-based antioxidants include thioethers such as didodecyl-3,3'-thiodipropionate (Irganox® PS800), distearyl thiodipropionate or dioctadecyl-3,3'-thiodipropionate (Irganox® PS802), bis[2-methyl-4- ⁇ 3-n-alkyl (C12 or C14) thiopropionyloxy ⁇ -5-te/'t-butylphenyl]sulphide, thiobis-[2-te/7-butyl-5 - methyl-4,1-phenylene] bis [3-(dodecylthio)propionate], or 4,6-bis(octylthiomethyl)-o-cresol (Irganox® 1520 or Irgastab® KV10).
  • thioethers such as didodecyl-3,3'-thiodipropionate (Irganox® PS
  • phosphorus-based antioxidants examples include tris(2,4-di-te/7-butyl-phenyl)phosphite (Irgafos® 168) or bis(2,4-di-te /7-butylphenyl)pentaerythritol diphosphite (Ultranox® 626).
  • amine-type antioxidants include phenylene diamines (e.g. paraphenylene diamines such as 1 PPD or 6PPD), diphenylamine styrene, diphenylamines, 4-(1-methyl-1-phenylethyl)- N-[4-(1-methyl-1-phenylethyl)phenyl]aniline (Naugard 445), mercapto benzimidazoles, or polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2 dihydroquinoline (TMQ).
  • phenylene diamines e.g. paraphenylene diamines such as 1 PPD or 6PPD
  • diphenylamine styrene diphenylamines
  • diphenylamines 4-(1-methyl-1-phenylethyl)- N-[4-(1-methyl-1-phenylethyl)phenyl]aniline (Naugard 445)
  • mercapto benzimidazoles or polymerized 2,
  • Irganox B 225 which comprises an equimolar mixture of Irgafos 168 and Irganox 1010 as described above.
  • the presence of oxygen in the metal deactivator is important in order to be able to permanently immobilize the metal ions.
  • the metal deactivator is preferably different from a hindered amine.
  • the metal deactivator preferably does not include one or more tetramethylpiperidine groups.
  • nitrogenous aromatic heterocyclics examples include quinoline derivatives such as polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinolines (TMQ).
  • Some metal deactivators are also antioxidants.
  • the polymer composition is particularly used for low voltage applications, it preferably does not comprise a dielectric liquid, or in other words a liquid chosen from a mineral oil (e.g. naphthenic oil, paraffinic oil or aromatic oil), a vegetable oil (e.g. soybean oil, linseed oil, rapeseed oil, corn oil or castor oil), a synthetic oil such as an aromatic hydrocarbon (alkylbenzene, alkylnaphthalene, alkylbiphenyl, alkydiarylethylene, etc.), an oil of silicone, an ether-oxide, an organic ester, and an aliphatic hydrocarbon.
  • a mineral oil e.g. naphthenic oil, paraffinic oil or aromatic oil
  • a vegetable oil e.g. soybean oil, linseed oil, rapeseed oil, corn oil or castor oil
  • a synthetic oil such as an aromatic hydrocarbon (alkylbenzene, alkylnaphthalene, alkylbi
  • the electrically insulating layer of the cable of the invention is a non-crosslinked layer or in other words a thermoplastic layer.
  • the expression "uncrosslinked layer” or “thermoplastic layer” means a layer whose gel content according to the ASTM D2765-01 standard (xylene extraction) is at most approximately 30%, preferably at most approximately 20%, particularly preferably at most approximately 10%, more particularly preferably at most 5%, and even more particularly preferably 0%.
  • the electrically insulating layer preferably non-crosslinked, has a tensile strength (RT) of at least 8.5 MPa, preferably of at least approximately 10 MPa, and particularly preferably of at least approximately 15 MPa, before aging (according to standard CEI 20-86).
  • RT tensile strength
  • the electrically insulating layer preferably non-crosslinked, has an elongation at break (ER) of at least approximately 250%, preferably of at least approximately 300%, and particularly preferably of at least approximately 350%, before aging (according to standard CEI 20-86).
  • ER elongation at break
  • the electrically insulating layer preferably non-crosslinked, has a tensile strength (RT) of at least 8.5 MPa, preferably of at least approximately 10 MPa, and particularly preferably of at least approximately 15 MPa, after aging (according to standard CEI 20-86.
  • RT tensile strength
  • the electrically insulating layer preferably non-crosslinked, has an elongation at break (ER) of at least approximately 250%, preferably of at least approximately 300%, and particularly preferably of at least approximately 350%, after aging (according to standard CEI 20-86).
  • ER elongation at break
  • RT tensile strength
  • ER elongation at break
  • Aging is generally carried out at 135°C for 240 hours (or 10 days).
  • the electrically insulating layer of the cable of the invention is preferably a recyclable layer.
  • the electrically insulating layer of the invention may be an extruded layer, in particular by methods well known to those skilled in the art.
  • the electrically insulating layer has a variable thickness depending on the type of cable envisaged.
  • the thickness of the electrically insulating layer is generally approximately 1 to 2 mm. The aforementioned thicknesses depend on the size of the elongated electrically conductive element.
  • the term "electrically insulating layer” means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10'8 S/m (siemens per meter), preferably at most 1.10'9 S/m, and particularly preferably at most 1.10'1 ° S/m, measured at approximately 25° C. in direct current.
  • the electrically insulating layer of the invention may comprise at least the homophasic propylene polymer, at least the homophasic ethylene polymer, optionally the heterophasic propylene polymer, and optionally the dielectric liquid, the aforementioned ingredients being as defined in the invention.
  • the proportions of the various ingredients in the electrically insulating layer may be identical to those as described in the invention for these same ingredients in the polymer composition.
  • the cable of the invention relates more particularly to the field of electric cables operating in direct current (DC) or in alternating current (AC).
  • the electrically insulating layer of the invention surrounds the elongated electrically conductive element.
  • the elongated electrically conductive element is preferably positioned in the center of the cable.
  • the elongated electrically conductive element can be a single-body conductor such as for example a metal wire or a multi-body conductor such as a plurality of twisted or untwisted metal wires.
  • the elongated electrically conductive member can be aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, or a combination thereof.
  • the cable may further comprise an outer protective sheath surrounding the electrically insulating layer.
  • the outer protective sheath may be in direct physical contact with the electrically insulating layer.
  • the outer protective sheath may be an electrically insulating sheath.
  • the electrically insulating layer is directly in physical contact with the elongated electrically conductive element.
  • the cable of the invention is a low voltage cable. In other words, it does not include any semiconductor layer(s).
  • Figure 1 shows a cable according to the invention.
  • the low-voltage electric cable 1 in accordance with the invention comprises a central elongated electrically conductive element 2, in particular made of copper or aluminum.
  • the electric cable 1 further comprises an electrically insulating layer 3, and possibly an outer protective sheath 4.
  • the electrically insulating layer 3 is a non-crosslinked extruded layer, obtained from the polymer composition as defined in the invention.
  • outer protective sheath 4 is preferential, but not essential, this cable structure being as such well known to those skilled in the art.
  • a layer in accordance with the invention ie obtained from a polymer composition comprising at least 50% by weight of a homophasic propylene polymer relative to the total weight of said polymer composition, - at least one homophasic ethylene polymer having an elastic modulus strictly greater than 300 MPa,
  • said propylene polymer being present in the polymer composition in an amount by mass strictly greater than that of the homophasic ethylene polymer, relative to the total weight of said polymer composition, and the polymer composition comprising at most 20% by weight of a heterophasic propylene polymer, based on the total weight of said polymer composition.
  • Table 1 below collates the amounts of the compounds present in the polymer composition in accordance with the invention which are expressed in percentages by weight, relative to the total weight of the polymer composition.
  • Irganox® B 225 comprising an equimolar mixture of Irgafos® 168 and Irganox® 1010.
  • the following constituents are mixed in a container: random copolymer of propylene, linear low density polyethylene of the polymer composition referenced in Table 1. Then, the resulting mixture is mixed using a twin-screw extruder (“Berstorff twin screw extruder”) at a temperature of approximately 160 to 180° C., then melted at approximately 200° C. (screw speed: 80 rpm). The resulting homogenized and molten mixture is then put into the form of granules.
  • a twin-screw extruder (“Berstorff twin screw extruder”) at a temperature of approximately 160 to 180° C., then melted at approximately 200° C. (screw speed: 80 rpm).
  • Screw speed 80 rpm
  • the granules were then hot pressed to form a layer in the form of a plate.
  • the polymer composition was thus prepared in the form of a 1 mm thick layer for the evaluation of its mechanical and electrical properties.

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Abstract

L'invention concerne un câble comprenant au moins une couche électriquement isolante obtenue à partir d'une composition polymère comprenant au moins un polymère de propylène homophasique, et au moins un polymère d'éthylène homophasique ayant un module élastique supérieur à 300 MPa, lesdits polymères de propylène et d'éthylène étant dans des proportions spécifiques.

Description

Description
Titre de l'invention : Câble électrique comprenant une couche isolante thermoplastique aux performances électriques et mécaniques améliorées
L’invention concerne un câble comprenant au moins une couche électriquement isolante obtenue à partir d’une composition polymère comprenant au moins un polymère de propylène homophasique, et au moins un polymère d’éthylène homophasique ayant un module élastique supérieur à 300 MPa, lesdits polymères de propylène et d’éthylène étant dans des proportions spécifiques.
L’invention s’applique typiquement mais non exclusivement aux câbles électriques destinés au transport d’énergie, notamment aux câbles d’énergie à basse tension (notamment inférieure ou égale à 6 kV), qu’ils soient en courant continu ou alternatif, dans les domaines du transport d’électricité aérien, sous-marin, terrestre, ou encore de l’aéronautique.
L’invention s’applique en particulier aux câbles électriques présentant des propriétés thermomécaniques et électriques améliorées.
Un câble de transport d’énergie à basse tension comprend de préférence, de l’intérieur vers l’extérieur :
- un élément électriquement conducteur allongé, notamment en cuivre ou en aluminium ;
- une couche électriquement isolante entourant ledit élément électriquement conducteur allongé ; et
- éventuellement une gaine de protection électriquement isolante entourant ladite couche électriquement isolante.
Du brevet US 6,162,548 est connu un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche comprenant un matériau polymère non réticulé incluant un homopolymère ou copolymère de propylène cristallin et un élastomère d’éthylène et d’une oléfine alpha ayant de 3 à 12 atomes de carbone. Toutefois, les propriétés thermomécaniques et électriques ne sont pas optimisées. Le but de la présente invention est par conséquent de pallier les inconvénients des techniques de l’art antérieur en proposant un câble électrique, notamment à basse tension, à base de polymère(s) de propylène, ledit câble pouvant fonctionner à des températures supérieures à 70°C, et présentant des propriétés thermomécaniques améliorées, tout en garantissant de bonnes propriétés électriques.
Le but est atteint par l’invention qui va être décrite ci-après.
L’invention a pour premier objet un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche électriquement isolante obtenue à partir d’une composition polymère, caractérisé en ce que la composition polymère comprend :
- au moins 50% en poids d’un polymère de propylène homophasique par rapport au poids total de polymères dans ladite composition polymère,
- au moins un polymère d’éthylène homophasique ayant un module élastique strictement supérieur à 300 MPa,
- ledit polymère de propylène représentant une proportion massique strictement supérieure à celle du polymère d’éthylène homophasique, par rapport au poids total de polymères de ladite composition polymère, et
- la composition polymère comprenant au plus 10% en poids d’un polymère de propylène hétérophasique, par rapport au poids total de polymères dans ladite composition polymère.
Le câble de l’invention présente l’avantage de pouvoir fonctionner à des températures supérieures à 70°C, et possède des propriétés thermomécaniques améliorées, tout en garantissant de bonnes propriétés électriques.
Le polymère de propylène
Dans la présente invention, on entend par « polymère homophasique », tout polymère présentant une unique phase, ou phase sensiblement homogène.
Plus particulièrement, un polymère homophasique n’est pas un polymère hétérophasique. À titre d’exemples de polymères hétérophasiques, on peut citer les copolymères hétérophasiques de propylène, tels que par exemple ceux décrits dans le document WO2011/092533, à savoir : Adflex Q200F ou Hifax CA 7441A, de la société Basell (LyondelIBasell). Le polymère hétérophasique comprend au moins deux phases distinctes : l’une comprenant une matrice polymère, et l’autre comprenant des particules ou nodules dispersé(e)s dans cette matrice polymère, qui peut être par exemple une phase élastomérique. Ce type de polymère peut être facilement identifiable par des techniques bien connues de l’homme du métier, telles que par exemple par microscopie électronique à balayage (MEB). Plus particulièrement, avec un grossissement x 10 000, il est classique d’observer lesdites particules ou nodules dispersé(e)s dans ladite matrice polymère, lesdites particules ayant avec une taille moyenne en nombre allant de 200 nm à 10 pm, et de préférence entre 500 nm et 1 pm.
Un polymère homophasique ne comprend notamment pas ce type de particules ou nodules dispersé(e)s dans une matrice polymère. En effet, grâce une analyse par MEB, une unique phase sensiblement homogène peut être observée. Plus particulièrement, avec un grossissement x 10 000, il est classique d’observer une matrice polymère homogène ne comportant sensiblement pas de particules ou nodules dispersé(e)s dans ladite matrice.
Le polymère de propylène homophasique peut être un homopolymère ou un copolymère de propylène, et de préférence un copolymère de propylène.
À titre d’exemples de copolymères de propylène homophasique, on peut citer les copolymères de propylène et d’oléfine, l’oléfine étant notamment choisie parmi l’éthylène et une oléfine ai différente du propylène.
L’éthylène ou l’oléfine ai différente du propylène du copolymère de propylène homophasique représente de préférence au plus 45% en mole environ, de façon particulièrement préférée au plus 35% en mole environ, de façon plus particulièrement préférée au plus 20% en mole environ, et de façon plus particulièrement préférée au plus 10% en mole environ, par rapport au nombre de moles total de copolymère de propylène homophasique.
L’éthylène ou l’oléfine ai différente du propylène du copolymère de propylène homophasique peut représenter au moins 1 % en mole environ, par rapport au nombre de moles total de copolymère de propylène homophasique.
Le pourcentage en mole d’éthylène ou d’oléfine ai dans le copolymère de propylène homophasique peut être déterminé par résonance magnétique nucléaire (RMN), par exemple selon la méthode décrite dans Masson ét al., Int. J. Polymer Analysis & Characterization, 1996, Vol .2, 379-393.
L’oléfine ai différente du propylène peut répondre à la formule CH2=CH-R1, dans laquelle R1 est un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 2 à 12 atomes de carbone, notamment choisie parmi les oléfines suivantes : 1 -butène, 1-pentène, 4- méthyl-1-pentène, 1-hexène, 1-octène, 1 -décène, 1-dodécène, et un de leurs mélanges.
Les copolymères de propylène et d’éthylène sont préférés à titre de copolymères de propylène homophasique.
Le copolymère de propylène homophasique est avantageusement un copolymère statistique de propylène.
À titre d’exemple de copolymère statistique de propylène homophasique, on peut citer celui commercialisé par la société Borealis sous la référence Bormed® RB 845 MO, celui commercialisé par la société Total Petrochemicals sous la référence PPR 3221 , celui commercialisé par la société Sabic sous la référence PP 620P, ou celui commercialisé par la société Repsol Isplen sous la référence RC530S2E.
L’homopolymère de propylène homophasique a de préférence un module élastique allant de 1250 à 1600 MPa environ.
Le copolymère de propylène homophasique a de préférence un module élastique allant de 600 à 1200 MPa environ, et de façon particulièrement préférée allant de 800 à 1100 MPa environ.
Dans la présente invention, le module élastique ou module d’Young d’un polymère (connu sous l’anglicisme « Tensile Modulus ») est bien connu de l’homme du métier, et peut être facilement déterminé selon la norme ISO 527-1 , -2 (2012). La norme ISO 527 présente une première partie, notée « ISO 527-1 », et une deuxième partie, notée « ISO 527-2 » spécifiant les conditions d’essai relatives aux principes généraux de la première partie de la norme ISO 527.
Le polymère de propylène homophasique peut avoir une température de fusion supérieure à 130°C environ, de façon particulièrement préférée supérieure à 135°C environ, et de façon plus particulièrement préférée allant de 140 à 175°C environ. Le polymère de propylene homophasique peut avoir une enthalpie de fusion allant de 20 à 100 J/g environ.
L’homopolymère de propylène homophasique a de préférence une enthalpie de fusion allant de 80 à 90 J/g environ.
Le copolymère de propylène homophasique a de préférence une enthalpie de fusion allant de 40 à 90 J/g environ, et de façon particulièrement préférée allant de 50 à 85 J/g.
Le polymère de propylène homophasique peut avoir un indice de fluidité allant de 0,5 à 3,5 g/10 min, de préférence allant de 1 ,0 à 2,8 g/10 min, et de façon particulièrement préférée allant de 1 ,2 à 2,5 g/10 min ; notamment déterminé à 230°C environ avec une charge de 2,16 kg environ selon la norme ASTM D1238-00, ou la norme ISO 1133.
Le polymère de propylène homophasique peut avoir une densité allant de 0,81 à 0,92 g/cm3 environ, de préférence allant de 0,85 à 0,91 g/cm3, et de façon particulièrement préférée allant de 0,87 à 0,91 g/cm3 ; notamment déterminé selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).
Le polymère de propylène homophasique peut représenter de 55 à 90% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 60 à 80% en poids environ, par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère.
Le polymère d’éthylène homophasique
La composition polymère comprend en outre un polymère d’éthylène homophasique.
Le polymère d’éthylène homophasique est un homopolymère ou un copolymère d’éthylène, et de préférence un copolymère d’éthylène.
Le polymère d’éthylène homophasique comprend de préférence au moins 80% en mole environ d’éthylène, de façon particulièrement préférée au moins 90% en mole environ d’éthylène, et de façon plus particulièrement préférée au moins 95% en mole environ d’éthylène, par rapport au nombre de moles total du polymère d’éthylène.
Le polymère d’éthylène a un module élastique d’au moins 300 MPa, de préférence un module élastique d’au moins 325 MPa, et de façon particulièrement préférée d’au moins 350 MPa. Celui permet ainsi d’obtenir des propriétés thermomécaniques améliorées tout en optimisant le côut de production . Le polymère d’éthylène a de préférence un module élastique d’au plus 600 MPa, et de façon particulièrement préférée d’au plus 500 MPa.
Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le polymère d’éthylène est un polyéthylène basse densité, un polyéthylène linéaire basse densité, un polyéthylène moyenne densité, ou un polyéthylène haute densité ; notamment selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).
Dans la présente invention, l’expression « basse densité » signifie ayant une densité allant de 0,91 à 0,925 g/cm3 environ, ladite densité étant mesurée selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).
Dans la présente invention, l’expression « moyenne densité » signifie ayant une densité allant de 0,926 à 0,940 g/cm3 environ, ladite densité étant mesurée selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).
Dans la présente invention, l’expression « haute densité » signifie ayant une densité allant de 0,941 à 0,965 g/cm3, ladite densité étant mesurée selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).
Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, le polymère d’éthylène a une densité d’au plus 0,936 g/cm3, de façon particulièrement préférée d’au plus 0,930 g/cm3, et de façon plus particulièrement préférée d’au plus 0,925 g/cm3 ; ladite densité étant notamment mesurée selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C). De telles densités permettent de diminuer la dureté ou rigidité de la couche, et ainsi d’obtenir une meilleure flexibilité.
Selon ce mode de réalisation, le polymère d’éthylène peut être un polyéthylène basse densité, un polyéthylène linéaire basse densité, ou un polyéthylène moyenne densité, et de façon particulièrement préférée un polyéthylène linéaire basse densité.
À titre d’exemple de polyéthylène linéaire basse densité, on peut citer celui commercialisé par la société Exxon sous la référence LL 1004YB, celui commercialisé par la société Sabic sous la référence 318B, ou celui commercialisé par la société Versalis sous la référence Flexirene CL 10. Le polymère d’éthylène homophasique peut représenter de 10 à 45% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 20 à 40% en poids environ, par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère.
La proportion massique (i.e. quantité en poids) du polymère de propylène homophasique est strictement supérieure à la proportion massique (i.e. quantité en poids) du polymère d’éthylène homophasique, par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère. Cela a pour avantage d’obtenir une couche ayant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de résistance à la rupture et d’élongation à la rupture, à des températures élevées (e.g. températures supérieures ou égales à 90°C).
Le polymère d’éthylène homophasique peut avoir un indice de fluidité allant de 0,5 à 5 g/10 min, et de préférence allant de 1 à 3 g/10 min ; notamment déterminé à 230°C environ avec une charge de 2,16 kg environ selon la norme ASTM D1238-00, ou la norme ISO 1133.
Le polymère de
La composition polymère peut comprendre au moins un polymère de propylène hétérophasique (ou hétérophasé).
La composition polymère comprend au plus 10% en poids environ d’un polymère de propylène hétérophasique, de préférence de 0 à 8% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 3 à 6% en poids environ d’un polymère de propylène hétérophasique par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère. De telles proportions maximales de polymère de propylène hétérophasique permettent de diminuer le coût de production de la couche, ce qui présente un grand intérêt dans les applications basse tension. D’autre part sa présence permet d’obtenir une meilleure compatibilité entre le polymère de propylène homophasique et le polymère d’éthylène homophasique, et ainsi d’optimiser encore les propriétés thermomécaniques de la couche.
Le polymère de propylène hétérophasique est un copolymère de propylène hétérophasique.
Il peut comprendre une phase thermoplastique de type propylène et une phase élastomère thermoplastique de type copolymère d’éthylène et d’une oléfine 012. L’oléfine 012 de la phase élastomère thermoplastique du copolymère de propylène hétérophasique peut être le propylène.
La phase élastomère thermoplastique du copolymère de propylène hétérophasique peut représenter au moins 20% en poids environ, et de préférence au moins 45% en poids environ, par rapport au poids total du copolymère de propylène hétérophasique.
Le copolymère de propylène hétérophasique a de préférence un module élastique allant de 50 à 1200 MPa environ, et de façon particulièrement préférée : soit un module élastique allant de 50 à 550 MPa environ, et de façon plus particulièrement préférée allant de 50 à 300 MPa environ ; soit un module élastique allant de 600 à 1200 MPa environ, et de façon plus particulièrement préférée allant de 800 à 1200 MPa environ.
À titre d’exemple de copolymère de propylène hétérophasique, on peut mentionner les copolymères de propylène hétérophasiques commercialisés par la société LyondelIBasell sous les références Adflex® Q 200 F, Moplen EP®2967, Hifax CA 10A, ou Hifax CA 12A.
Le polymère de propylène hétérophasique peut avoir une température de fusion supérieure à 140°C environ, de façon particulièrement préférée supérieure à 145°C environ, et de façon plus particulièrement préférée allant de 150 à 175°C environ.
Le polymère de propylène hétérophasique peut avoir une enthalpie de fusion allant de 20 à 100 J/g environ, et de préférence de 20 à 50 J/g environ.
Le polymère de propylène hétérophasique peut avoir un indice de fluidité allant de 0,5 à 5 g/10 min, et de préférence allant de 0,6 à 2 g/10 min environ ; notamment déterminé à 230°C environ avec une charge de 2,16 kg environ selon la norme ASTM D1238-00, ou la norme ISO 1133.
Le polymère de propylène hétérophasique peut avoir une densité allant de 0,81 à 0,92 g/cm3 environ, de préférence allant de 0,85 à 0,91 g/cm3, et de façon particulièrement préférée allant de 0,87 à 0,91 g/cm3 ; notamment déterminé selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).
La composition polymère La composition peut comprendre en outre d’autres polymères différents des polymères précités.
Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le polymère de propylène homophasique, le polymère d’éthylène homophasique, et le polymère de propylène hétérophasique lorsqu’il est présent, représentent au moins 80% en poids environ, de préférence au moins 85% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 90 à 100% en poids environ, par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère.
Lorsque la composition polymère comprend d’autres polymères différents des polymères précités, tels que par exemple un ou plusieurs polymères de propylène et/ou d’éthylène (homophasiques et/ou hétérophasiques), la proportion massique (i.e. quantité en poids) de polymères de propylène homophasiques est de préférence strictement supérieure à la proportion massique (i.e. quantité en poids) de polymères d’éthylène homophasiques, par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère.
Les polymères de la composition polymère forment de préférence ensemble un matériau thermoplastique hétérophasé (i.e. comprenant plusieurs phases). La présence de plusieurs phases provient généralement du mélange de deux polyoléfines différentes, tel qu’un mélange de polymères de propylène différents et/ou un mélange d’un polymère de propylène et d’un polymère d’éthylène.
La composition polymère de la couche électriquement isolante de l’invention est une composition polymère thermoplastique. Elle n’est donc pas réticu labié.
En particulier, la composition polymère ne comprend pas d’agents de réticulation, d’agents de couplage de type silane, de peroxydes et/ou d’additifs qui permettent une réticulation. En effet de tels agents dégradent le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène.
De la même manière, la composition polymère ne comprend pas de préférence de polymères d’oléfine greffés avec des fonctions réticulables, tels que par exemple de polymères d’oléfine vinyl silane.
La composition polymère est de préférence recyclable. La composition polymère du câble de l’invention peut comprendre au plus 20% en poids environ, de préférence au plus 10% en poids environ, et de façon particulièrement préférée au plus 5% en poids environ, de polymère(s) polaire(s) par rapport au poids total de polymère(s) dans la composition polymère.
Dans la présente invention, l’expression « polaire » signifie que le polymère de ce type comporte une ou plusieurs fonctions polaires, telles que par exemple des groupements acétate, acrylate, hydroxyle, nitrile, carboxyle, carbonyle, éther, ester, ou tous autres groupements à caractère polaire bien connus dans l’art antérieur tels que notamment les groupements silane. Par exemple, un polymère polaire est un polymère choisi parmi les copolymères d’éthylène du type copolymère d’éthylène et d’acétate de vinyle (EVA), copolymère d’éthylène et de butyle acrylate (EBA), copolymère d’éthylène et d’éthyle acrylate (EEA), copolymère d’éthylène et d’acrylate de méthyle (EMA), et copolymère d’éthylène et d’acide acrylique (EAA).
La composition polymère ne comprend pas de préférence de polymère(s) polaire(s). En effet, ceux-ci peuvent diminuer la résistance au vieillissement thermique de la couche électriquement isolante de l’invention.
La composition polymère peut comprendre en outre un ou plusieurs additifs.
Les additifs peuvent être choisis parmi des agents favorisant la mise en œuvre tels que des lubrifiants, des agents compatibilisants, des agents de couplage, des antioxydants, des agents anti-UV, des antioxydants, des agents anti-cuivre, des agents anti-arborescences d’eau, des pigments, et un de leurs mélanges.
La composition polymère comprend de préférence au moins un antioxydant et/ou au moins un agent anti-cuivre (également appelé désactivateur de métaux).
La composition polymère peut typiquement comprendre de 0,01 à 5% en poids environ, et de préférence de 0,1 à 2% en poids environ d’additifs, par rapport au poids total de la composition polymère.
Les antioxydants permettent de protéger la composition polymère des contraintes thermiques engendrées lors des étapes de fabrication du câble ou de fonctionnement du câble. Les antioxydants sont choisis de préférence parmi les phénols encombrés, les thioesters, les antioxydants à base de soufre, les antioxydants à base de phosphore, les antioxydants de type amine, et un de leurs mélanges.
À titre d’exemples de phénols encombrés, on peut citer le 1 ,2-bis(3,5-di-tert-butyl -4- hydroxyhydrocinnamoyl) hydrazine (Irganox® MD 1024), le pentaérythritol tétrakis(3- (3,5-di-te/'t-butyl-4-hydroxyphényl)propionate) (Irganox® 1010), l’octadécyl 3-(3,5-di- tert-butyl-4-hydroxyphényl)propionate (Irganox® 1076), le 1 ,3,5-triméthyl-2,4,6- tris(3,5-di-te/'t-butyl-4-hydroxybenzyl)benzène (Irganox® 1330), le 4,6-bis (octylthiométhyl)-o-crésol (Irgastab® KV10 ou Irganox® 1520), le 2,2’-thiobis(6-te/'t- butyl-4-méthylphénol) (Irganox® 1081 ), le 2,2’- thiodiéthylène bis[3-(3,5-di-te/ -butyl- 4-hydroxyphényl) propionate] (Irganox® 1035), le tris (3,5-di-tert-butyl-4- hydroxybenzyl) isocyanurate (Irganox® 3114), le 2,2'-oxamido-bis(éthyl-3(3,5-di-te/'t- butyl-4-hydroxyphényle)propionate) (Naugard XL-1 ), ou le 2,2’-méthylènebis(6-te/'t- butyl-4-méthylphénol).
À titre d’exemples d’antioxydants à base de soufre, on peut citer les thioéthers tels que le didodécyl-3,3’-thiodipropionate (Irganox® PS800), le distéaryl thiodipropionate ou dioctadecyl-3,3’-thiodipropionate (Irganox® PS802), le bis[2-méthyle-4-{3-n-alkyle (C12 ou C14) thiopropionyloxy}-5-te/'t-butylphényl]sulfide, le thiobis-[2-te/7-butyl-5- méthyle-4,1-phénylène] bis [3-(dodécylthio)propionate], ou le 4,6- bis(octylthiométhyle)-o-crésol (Irganox® 1520 ou Irgastab® KV10).
À titre d’exemples d’antioxydants à base de phosphore, on peut citer le tris(2,4-di- te/7-butyl-phényle)phosphite (Irgafos® 168) ou le bis(2,4-di-te/7- butylphényl)pentaérythritol diphosphite (Ultranox® 626).
À titre d’exemples d’antioxydants de type amine, on peut citer les phénylène diamines (e.g. paraphénylènes diamines tels que 1 PPD ou 6PPD), les diphénylamine styrène, les diphénylamines, le 4-(1 -méthyl-1 -phényléthyl)-N-[4-(1 - méthyl-1 -phényléthyl)phényl]aniline (Naugard 445), les mercapto benzimidazoles, ou le 2,2,4-triméthyl-1 ,2 dihydroquinoline polymérisé (TMQ).
À titre d’exemples de mélanges d’antioxydants utilisables selon l’invention, on peut citer l’Irganox B 225 qui comprend un mélange équimolaire d’Irgafos 168 et d’Irganox 1010 tels que décrits ci-dessus. Le désactivateur de métal peut être choisi parmi les hétérocycles aromatiques azotés, et les composés aromatiques comprenant au moins une fonction -NH- C(=O)-, et de préférence parmi les composés aromatiques comprenant au moins une fonction -NH-C(=O)-. La présence de l’oxygène dans le désactivateur de métal est importante pour pouvoir immobiliser durablement les ions métalliques.
Le désactivateur de métal est de préférence différent d’une amine encombrée. En d’autres termes, le désactivateur de métal ne comprend pas de préférence un ou plusieurs groupements tétraméthylpipéridine.
À titre d’exemples d’hétérocycliques aromatiques azotés, on peut citer les dérivés de la quinoline tels que les 2,2,4-triméthyl-1 ,2 dihydroquinolines polymérisées (TMQ).
À titre d’exemples de composés aromatiques comprenant au moins une fonction - NH-C(=O)-, on peut citer ceux comprenant deux fonctions -NH-C(=O)-, de préférence comprenant deux fonctions -NH-C(=O)- liées de façon covalente, et de façon plus particulièrement préférée comprenant un groupe divalent -NH-C(=O)- C(=O)-NH- ou -C(=O)-NH-NH-C(=O)-, tels que le 2,2’ oxamidobis-[éthyl-3-(3,5-di- tert-butyl-4-hydroxyphényl) propionate] (Naugard XL-1 ), le 2’,3-bis[[3-[3,5-di-tert- butyl-4-hydroxy phenyl]propionyl]] propionohydrazide ou 1 ,2-bis(3,5-di-tert-butyl-4- hydroxyhydrocinnamoyl) hydrazine (Irganox® 1024 ou Irganox® MD 1024), ou l'oxalyl bis(benzylidenehydrazide) (OABH).
Certains désactivateurs de métaux sont également des antioxydants.
La composition polymère étant particulièrement utilisée pour des applications basse tension, elle ne comprend pas de préférence de liquide diélectrique, ou en d’autres termes de liquide choisi parmi une huile minérale (e.g. huile naphténique, huile paraffinique ou huile aromatique), une huile végétale (e.g. huile de soja, huile de lin, huile de colza, huile de maïs ou huile de ricin), une huile synthétique telle qu’un hydrocarbure aromatique (alkylbenzène, alkylnaphtalène, alkylbiphényle, alkydiaryléthylène, etc...), une huile de silicone, un éther-oxyde, un ester organique, et un hydrocarbure aliphatique.
La couche électriquement isolante
La couche électriquement isolante du câble de l’invention est une couche non réticulée ou en d’autres termes une couche thermoplastique. Dans l’invention, l’expression « couche non réticulée » ou « couche thermoplastique » signifie une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d’au plus 30% environ, de préférence d’au plus 20% environ, de façon particulièrement préférée d’au plus 10% environ, de façon plus particulièrement préférence d’au plus 5%, et de façon encore plus particulièrement préférée de 0%.
Dans un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une résistance à la traction (RT) d’au moins 8,5 MPa, de préférence d’au moins 10 MPa environ, et de façon particulièrement préférée d’au moins 15 MPa environ, avant vieillissement (selon la norme CEI 20- 86).
Dans un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une élongation à la rupture (ER) d’au moins 250% environ, de préférence d’au moins 300% environ, et de façon particulièrement préférée d’au moins 350% environ, avant vieillissement (selon la norme CEI 20-86).
Dans un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une résistance à la traction (RT) d’au moins 8,5 MPa, de préférence d’au moins 10 MPa environ, et de façon particulièrement préférée d’au moins 15 MPa environ, après vieillissement (selon la norme CEI 20- 86.
Dans un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une élongation à la rupture (ER) d’au moins 250% environ, de préférence d’au moins 300% environ, et de façon particulièrement préférée d’au moins 350% environ, après vieillissement (selon la norme CEI 20-86).
La résistance à la traction (RT) et l’élongation à la rupture (ER) (avant ou après vieillissement) peuvent être effectués selon la Norme NF EN 60811-1-1 , notamment à l’aide d’un appareil commercialisé sous la référence 3345 par la société Instron.
Le vieillissement est généralement effectué à 135°C pendant 240 heures (ou 10 jours).
La couche électriquement isolante du câble de l’invention est de préférence une couche recyclable. La couche électriquement isolante de l’invention peut être une couche extrudée, notamment par des procédés bien connus de l’homme du métier.
La couche électriquement isolante présente une épaisseur variable en fonction du type de câble envisagé. En particulier, lorsque le câble conforme à l’invention est un câble à basse tension, l’épaisseur de la couche électriquement isolante est généralement de 1 à 2 mm environ. Les épaisseurs précitées dépendent de la taille de l’élément électriquement conducteur allongé.
Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d’au plus 1 ,10’8 S/m (siemens par mètre), de préférence d’au plus 1 ,10’9 S/m, et de façon particulièrement préférée d’au plus 1 ,10’1° S/m, mesurée à 25°C environ en courant continu.
La couche électriquement isolante de l’invention peut comprendre au moins le polymère de propylène homophasique, au moins le polymère d’éthylène homophasique, éventuellement le polymère de propylène hétérophasique, et éventuellement le liquide diélectrique, les ingrédients précités étant tels que définis dans l’invention.
Les proportions des différents ingrédients dans la couche électriquement isolante peuvent être identiques à celles telles que décrites dans l’invention pour ces mêmes ingrédients dans la composition polymère.
Le câble de l’invention concerne plus particulièrement le domaine des câbles électriques fonctionnant en courant continu (DC) ou en courant alternatif (AC).
Le câble
De préférence, la couche électriquement isolante de l’invention entoure l’élément électriquement conducteur allongé.
L’élément électriquement conducteur allongé est de préférence positionné au centre du câble.
L’élément électriquement conducteur allongé peut être un conducteur monocorps tel que par exemple un fil métallique ou un conducteur multicorps tel qu’une pluralité de fils métalliques torsadés ou non.
L’élément électriquement conducteur allongé peut être en aluminium, en alliage d’aluminium, en cuivre, en alliage de cuivre, ou en une de leurs combinaisons. Le câble peut comprendre en outre une gaine extérieure de protection entourant la couche électriquement isolante.
La gaine extérieure de protection peut être en contact physique direct avec la couche électriquement isolante.
La gaine extérieure de protection peut être une gaine électriquement isolante.
Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, la couche électriquement isolante est directement en contact physique avec l’élément électriquement conducteur allongé.
De manière avantageuse, le câble de l’invention est un câble basse tension. En d’autres termes, il ne comprend pas de couche(s) semi-conductrice(s).
Brève description des dessins
[Fig. 1] La figure 1 représente un câble conforme à l’invention.
Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle.
Sur la figure 1 , le câble électrique 1 à basse tension conforme à l’invention, illustré dans la figure 1 , comprend un élément électriquement conducteur 2 allongé central, notamment en cuivre ou en aluminium. Le câble électrique 1 comprend en outre une couche 3 électriquement isolante, et éventuellement une gaine extérieure de protection 4.
La couche électriquement isolante 3 est une couche extrudée non réticulée, obtenue à partir de la composition polymère telle que définie dans l’invention.
La présence de la gaine extérieure de protection 4 est préférentielle, mais non essentielle, cette structure de câble étant en tant que telle bien connue de l’homme du métier.
Exemple
Une couche conforme à l’invention, i.e. obtenue à partir d’une composition polymère comprenant au moins 50% en poids d’un polymère de propylène homophasique par rapport au poids total de ladite composition polymère, - au moins un polymère d’éthylène homophasique ayant un module élastique strictement supérieur à 300 MPa,
- ledit polymère de propylène étant présent dans la composition polymère en une quantité massique strictement supérieure à celle du polymère d’éthylène homophasique, par rapport au poids total de ladite composition polymère, et la composition polymère comprenant au plus 20% en poids d’un polymère de propylène hétérophasique, par rapport au poids total de ladite composition polymère.
Le tableau 1 ci-dessous rassemble les quantités des composés présents dans la composition polymère conforme à l’invention qui sont exprimées en pourcentages en poids, par rapport au poids total de la composition polymère.
[Tableaux 1]
L’origine des composés du tableau 1 est la suivante :
- Copolymère de propylène statistique commercialisé par la société Total Petrochemicals sous la référence PPR 3221 ;
- Polyéthylène linéaire basse densité commercialisé par la société Versai is sous la référence Flexirene CL 10 ; et
- Antioxydant commercialisé par la société Ciba sous la référence Irganox® B 225 comprenant un mélange équimolaire d’Irgafos® 168 et d’Irganox® 1010.
Préparation de la couche non réticulée
Les constituants suivants sont mélangés dans un récipient : copolymère statistique de propylène, polyéthylène linéaire basse densité de la composition polymère référencée dans le tableau 1 . Puis, le mélange résultant est mélangé à l’aide d’une extrudeuse à double vis (« Berstorff twin screw extruder ») à une température de 160 à 180°C environ, puis fondu à 200°C environ (vitesse des vis : 80 tours/min). Le mélange résultant homogénéisé et fondu est ensuite mis sous la forme de granulés.
Les granulés ont ensuite été pressés à chaud pour former une couche sous la forme d’une plaque. On a ainsi préparé la composition polymère sous la forme d’une couche de 1 mm d’épaisseur pour l’évaluation de ses propriétés mécaniques et électriques.
Les tests de résistance à la traction (RT) et d’élongation à la rupture (ER) ont été effectués selon la Norme NF EN 60811 -1 -1 , à l’aide d’un appareil commercialisé sous la référence 3345 par la société Instron. Les résultats correspondant à chacun de ces tests sont reportés dans le tableau 2 ci-dessous :
[Tableaux 2]
L’ensemble de ces résultats montre que l’association des polymères telle que définie dans l’invention permet d’obtenir une couche présentant de bonnes propriétés thermomécaniques et électriques.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche électriquement isolante obtenue à partir d’une composition polymère, caractérisé en ce que la composition polymère comprend :
- au moins 50% en poids d’un polymère de propylène homophasique par rapport au poids total de polymères dans ladite composition polymère,
- au moins un polymère d’éthylène homophasique ayant un module élastique strictement supérieur à 300 MPa,
- ledit polymère de propylène représentant une proportion massique strictement supérieure à celle du polymère d’éthylène homophasique, par rapport au poids total de polymères dans ladite composition polymère, et
- la composition polymère comprenant au plus 10% en poids d’un polymère de propylène hétérophasique, par rapport au poids total de polymères dans ladite composition polymère.
[Revendication 2] Câble électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le polymère de propylène homophasique est un copolymère de propylène et d’éthylène.
[Revendication 3] Câble électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le polymère de propylène homophasique représente de 55 à 90% en poids, par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère.
[Revendication 4] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère d’éthylène a un module élastique d’au moins 325 MPa.
[Revendication 5] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère d’éthylène homophasique représente de 10 à 45% en poids par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère.
[Revendication 6] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère d’éthylène a une densité d’au plus 0,936 g/cm3.
[Revendication 7] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère de propylène homophasique, le polymère d’éthylène homophasique, et le polymère de propylène hétérophasique lorsqu’il est présent, représentent au moins 80% en poids, par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère.
[Revendication 8] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymère comprend de 0 à 8% en poids d’un polymère de propylène hétérophasique par rapport au poids total de polymères dans la composition polymère.
[Revendication 9] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère de propylène hétérophasique est un copolymère de propylène hétérophasique.
[Revendication 10] Câble selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère de propylène hétérophasique comprend une phase thermoplastique de type propylène et une phase élastomère thermoplastique de type copolymère d’éthylène et d’une oléfine 02.
[Revendication 11] Câble électrique selon la revendication 10, caractérisé en ce que la phase élastomère thermoplastique du copolymère de propylène hétérophasique représente au moins 20% en poids environ, et de préférence au moins 45% en poids environ, par rapport au poids total du copolymère de propylène hétérophasique.
[Revendication 12] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymère ne comprend pas de polymère(s) polaire(s).
[Revendication 13] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymère comprend en outre au moins un antioxydant et/ou au moins un désactivateur de métaux.
[Revendication 14] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche électriquement isolante est une couche non réticulée. [Revendication 15] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche électriquement isolante est directement en contact physique avec l’élément électriquement conducteur allongé. [Revendication 16] Câble électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une gaine extérieure de protection entourant la couche électriquement isolante.
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