FR2797087A1 - MULTI-CONDUCTOR CABLE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A CABLE - Google Patents
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Abstract
Le câble électrique souple multi-conducteurs a un faisceau de plusieurs conducteurs munis chacun d'une isolation individuelle, en polymère réticulé de type (co) polymère d'oléfine modifié par greffage de silane et une gaine interne en matériau synthétique souple. La gaine interne est recouverte d'une gaine externe en élastomère fortement réticulé.The flexible multi-conductor electrical cable has a bundle of several conductors each provided with individual insulation, in crosslinked polymer of the olefin (co) polymer type modified by silane grafting and an internal sheath of flexible synthetic material. The inner sheath is covered with an outer sheath of highly crosslinked elastomer.
Description
CABLE MULTI-CONDUCTEURS ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TELMULTI-CONDUCTOR CABLE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH
CABLE La présente invention concerne les câbles de distribution d'électricité comportant plusieurs conducteurs munis chacun d'une isolation et regroupés dans une gaine externe de protection. Pour beaucoup d'applications de tels câbles doivent présenter à la fois des propriétés qui pour certaines sont peu conciliables, telles qu'une résistance élevée aux contraintes mécaniques en traction, compression et/ou pliage, une résistance élevée à l'abrasion et une souplesse permettant une manipulation aisée. Des applications particulières requièrent de plus d'autres qualités telles que la résistance au feu et aux CABLE The present invention relates to electricity distribution cables comprising several conductors each provided with insulation and grouped in an external protective sheath. For many applications, such cables must have both properties which, for some, are difficult to reconcile, such as high resistance to mechanical stresses in tension, compression and / or bending, high resistance to abrasion and flexibility. allowing easy handling. Special applications also require other qualities such as resistance to fire and
agressions chimiques.chemical attack.
Pour les câbles qui ne sont soumis qu'à des conditions peu sévères, on peut utiliser une gaine externe en un matériau thermoplastique peu coûteux, tel que le chlorure de polyvinyle ou PVC. Les propriétés de ce matériau sont insuffisantes pour des sollicitations élevées. On peut utiliser dans ce cas une gaine externe en un matériau tel que le polyuréthane, élastomère très performant mais qui a l'inconvénient d'un prix beaucoup plus élevé. On peut également utiliser des élastomères, tels que le caoutchouc nitrile, le néoprène et le polyéthylène chloré. Ils doivent être réticulés par passage dans un tube o For cables which are only subjected to mild conditions, an external sheath made of an inexpensive thermoplastic material, such as polyvinyl chloride or PVC, can be used. The properties of this material are insufficient for high stresses. One can use in this case an external sheath in a material such as polyurethane, elastomer very powerful but which has the disadvantage of a price much higher. Elastomers such as nitrile rubber, neoprene and chlorinated polyethylene can also be used. They must be crosslinked by passage through a tube o
règnent la température et la pression élevées nécessaires pour réticuler la gaine. prevail the high temperature and pressure necessary to crosslink the sheath.
Mais la fabrication est alors complexe et il faut, dans ce cas, utiliser des isolations But the manufacturing is then complex and it is necessary, in this case, to use insulations
présentant également de hauts degrés de réticulation. also exhibiting high degrees of crosslinking.
Dans ce dernier cas, le processus de fabrication comprend la formation de l'isolation des conducteurs par réticulation d'élastomères tels que des (co)polymères de type oléfine (EPR, EPDM, polychloroprène par exemple) dans un tube de vulcanisation continue en vapeur d'eau sous haute pression et à haute température, puis la formation d'un assemblage torsadé et enfin le revêtement par une gaine externe formée par extrusion et réticulation dans un tube à vulcaniser. La fabrication d'un câble ayant de telles isolations et une In the latter case, the manufacturing process includes the formation of the insulation of the conductors by crosslinking of elastomers such as (co) polymers of olefin type (EPR, EPDM, polychloroprene for example) in a continuous vapor vulcanization tube. of water under high pressure and at high temperature, then the formation of a twisted assembly and finally the coating by an external sheath formed by extrusion and crosslinking in a tube to be vulcanized. The manufacture of a cable having such insulations and a
gaine externe épaisse est coûteuse. thick outer sheath is expensive.
On connaît par ailleurs des procédés de réticulation moins onéreux et plus rapides que le passage dans la vapeur d'eau à haute température. On connaît en particulier des procédés à mise en oeuvre thermoplastique par greffage de silane Furthermore, crosslinking methods are known which are less expensive and faster than passing them through steam at high temperature. Processes for thermoplastic implementation by silane grafting are known in particular
sur un (co)polymère de type oléfine puis réticulation en présence d'humidité. on an olefin type (co) polymer then crosslinking in the presence of moisture.
Mais ces procédés ne permettent d'arriver qu'à un degré de réticulation limité. Si en conséquence on tente de réaliser l'isolation des conducteurs par ce procédé avant de les revêtir d'une gaine externe réticulée par vulcanisation à température élevée, la pression de la vapeur d'eau à cette température (habituellement une vingtaine de bars) déforme les isolants en appui les uns contre les autres et However, these methods only allow a limited degree of crosslinking to be achieved. If, as a consequence, an attempt is made to insulate the conductors by this process before coating them with an outer sheath crosslinked by vulcanization at high temperature, the pressure of the water vapor at this temperature (usually about twenty bars) deforms the insulators pressing against each other and
décentre les conducteurs, d'o une dégradation de l'isolement. off-center the conductors, resulting in a degradation of the insulation.
La présente invention vise notamment à fournir un câble du type ci-dessus défini répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet de concilier un mode de fabrication économique de l'isolation, avec une gaine présenatnt une résistance élevée aux The present invention aims in particular to provide a cable of the above-defined type which better meets those previously known than the requirements of practice, in particular in that it makes it possible to reconcile an economical method of manufacturing insulation, with a sheath present high resistance to
agressions extérieures et une souplesse facilitant 1' emploi du câble. external aggressions and flexibility facilitating the use of the cable.
Dans ce but l'invention propose un câble multi-conducteurs ayant: - un faisceau de plusieurs conducteurs munis chacun d'une isolation individuelle, et -une gaine de protection protégeant les conducteurs, caractérisé en ce que chaque isolation est en polymère de type (co) polymère d'oléfine réticulé par greffage de silane, en ce que les conducteurs, torsadés sous forme d'un assemblage, sont entourés par une gaine interne en matériau synthétique souple, éventuellement réticulée, et en ce qu'une gaine externe est For this purpose, the invention provides a multi-conductor cable having: - a bundle of several conductors, each provided with individual insulation, and - a protective sheath protecting the conductors, characterized in that each insulation is made of polymer of type ( co) olefin polymer crosslinked by silane grafting, in that the conductors, twisted in the form of an assembly, are surrounded by an internal sheath of flexible synthetic material, optionally crosslinked, and in that an external sheath is
en élastomère fortement réticulé. in highly crosslinked elastomer.
Les termes " fortement réticulé " doivent être compris comme signifiant un degré de réticulation comparable à celui que l'on obtient par vulcanisation en The terms "highly crosslinked" should be understood to mean a degree of crosslinking comparable to that obtained by vulcanization in
atmosphère de vapeur d'eau à pression et température élevées. steam atmosphere at high pressure and temperature.
La gaine interne permet dans un premier temps de maintenir les conducteurs torsadés de façon alternée (dite en SZ), puisqu'elle est disposée dès l'assemblage. Ensuite elle participe à la résistance à l'effort de traction que l'on doit faire subir à l'assemblage pour le maintenir tendu dans le tube de réticulation. Elle tend à uniformiser la pression exercée par la pression de vapeur sur les isolations et évite le décentrage des conducteurs. Elle permet de réduire l'épaisseur de la gaine externe et en conséquence d'augmenter la vitesse de The internal sheath initially allows the conductors to be twisted alternately (known as SZ), since it is arranged from the assembly. Then it participates in the resistance to the tensile force that must be subjected to the assembly to keep it taut in the crosslinking tube. It tends to standardize the pressure exerted by the vapor pressure on the insulations and avoids the decentering of the conductors. It makes it possible to reduce the thickness of the external sheath and consequently to increase the speed of
défilement dans le tube de réticulation. scrolling in the crosslinking tube.
La constitution décrite ci-dessus est utilisable aussi bien pour les câbles à basse tension (jusqu'à 1 kV) que pour les câbles à moyenne tension et les câbles The constitution described above can be used for low voltage cables (up to 1 kV) as well as for medium voltage cables and cables
à haute tension, avec simplement des épaisseurs différentes. high voltage, with just different thicknesses.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est prévu un câble multi- According to another aspect of the invention, a multi-cable is provided.
conducteurs ayant: - un faisceau de plusieurs conducteurs munis chacun d'une isolation individuelle en polymère réticulé, torsadés de façon alternée en SZ sous forme d'un assemblage, - une gaine interne en matériau synthétique souple entourant le faisceau, conductors having: - a bundle of several conductors each provided with an individual insulation in crosslinked polymer, twisted alternately in SZ in the form of an assembly, - an internal sheath of flexible synthetic material surrounding the bundle,
- et une gaine externe de protection en élastomère fortement réticulé. - and an outer protective sheath made of highly crosslinked elastomer.
L'invention propose également un procédé de fabrication suivant lequel on munit des conducteurs d'une isolation individuelle souple, en polymère de type (co)polymère d'oléfine réticulé par greffage de silane, - on constitue un assemblage de plusieurs conducteurs isolés, torsadés de façon alternée (assemblage dit SZ), - on recouvre l'assemblage de conducteurs isolés d' une gaine interne en matériau synthétique, et The invention also proposes a manufacturing process according to which the conductors are provided with a flexible individual insulation, of polymer of olefin (co) polymer crosslinked by silane grafting, - an assembly of several insulated, twisted conductors is constituted. alternately (assembly called SZ), - the assembly of insulated conductors is covered with an internal sheath of synthetic material, and
- on recouvre la gaine interne d'une gaine externe de protection en élastomère fortement réticulé. - The internal sheath is covered with an external protective sheath made of highly crosslinked elastomer.
La réticulation de la gaine externe est avantageusement effectuée dans un tube de vulcanisation continue. La gaine interne est avantageusement en matériau thermoplastique; mieux, elle aussi est en (co)polymère d'oléfine The crosslinking of the external sheath is advantageously carried out in a continuous vulcanization tube. The internal sheath is advantageously made of thermoplastic material; better, it is also made of olefin (co) polymer
modifié par greffage de silane ou dans le même matériau que la gaine externe. modified by silane grafting or in the same material as the outer sheath.
Pour l'isolation les (co)polymère peut notamment être choisis dans le groupe constitué par: les polyéthylènes, en abrégé PE, les EPR (caoutchouc d'éthylène-propylène), les EPDM (éthylène-propylène diéne monomère) les EVA (éthylène-vinyl-acétates), les EBA (éthylène-butyl- acrylates), les EEA (éthylène-éthyl-acrylates), les VLDPE (ou élastomères polyoléfine), For the insulation, the (co) polymers can in particular be chosen from the group consisting of: polyethylenes, abbreviated to PE, EPRs (ethylene-propylene rubber), EPDMs (ethylene-propylene diene monomer) EVAs (ethylene -vinyl-acetates), EBA (ethylene-butyl-acrylates), EEA (ethylene-ethyl-acrylates), VLDPE (or polyolefin elastomers),
et -leurs mélanges.and -their mixtures.
Le silane utilisé sera d'un type qui réagit avec les copolymères de type The silane used will be of a type which reacts with the type copolymers.
oléfine. Le plus souvent le silane répondra en général à la formule R1 Si - olefin. Most often the silane will generally respond to the formula R1 Si -
(R2)3 o: Rl désigne un radical ayant au moins une double liaison, par exemple de type vinylique, allylique, isopropylique ou acrylique, R2 désigne un groupe hydrolysable, par exemple méthoxy, ethoxy ou methoxyethoxy. A titre d'exemples de silane utilisables, on peut citer le vinyltriméthoxy silane, le vinyltriéthoxysilane, le y méthacryloxypropyltriméthoxysilane, le vinyltriméthoxyethoxysilane. L'isolation en polymère réticulé par greffage de silane peut être réalisée (R2) 3 o: R1 denotes a radical having at least one double bond, for example of vinyl, allyl, isopropyl or acrylic type, R2 denotes a hydrolyzable group, for example methoxy, ethoxy or methoxyethoxy. As examples of silanes which can be used, mention may be made of vinyltrimethoxy silane, vinyltriethoxysilane, y methacryloxypropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxyethoxysilane. Isolation of crosslinked polymer by silane grafting can be carried out
par divers procédé; on peut en particulier la réaliser en une ou deux phases. by various process; it can in particular be carried out in one or two phases.
Dans le procédé une phase, le produit de départ est un polymère ou un mélange de polymères de type oléfinique tel que défini plus haut. Sur le polymère ou les polymères on greffe, par l'intermédiaire d'un peroxyde, un silane en présence d'un catalyseur. Ce catalyseur peut être l'un de ceux couramment utilisés, et notamment le dibutyl dilaurate d'étain. Le peroxyde peut être l'un de In the one-phase process, the starting product is a polymer or a mixture of olefinic type polymers as defined above. On the polymer or polymers, a silane is grafted, via a peroxide, in the presence of a catalyst. This catalyst can be one of those commonly used, and in particular tin dibutyl dilaurate. Peroxide can be one of
ceux couramment utilisés.those commonly used.
L'opération de greffage peut alors être effectuée dans une extrudeuse à tête d'équerre, qu'on alimente en granulés de polymères et dans laquelle on The grafting operation can then be carried out in a square head extruder, which is supplied with polymer granules and in which
injecte la faible teneur requise de peroxyde, de silane et de catalyseur. injects the required low content of peroxide, silane and catalyst.
L'extrudeuse met en forme le polymère sur le conducteur, à une température qui The extruder forms the polymer on the conductor at a temperature which
peut être d'environ 200 C pour permettre le greffage du silane sur le polymère. can be about 200 C to allow grafting of the silane on the polymer.
Le produit qui sort de l'extrudeuse comporte une isolation qui réticule ensuite en The product leaving the extruder has insulation which then crosslinks
présence d'humidité.presence of moisture.
Dans le procédé deux phases, le greffage total ou partiel du polymère est effectué dans un réacteur continu ou discontinu, qu'on alimente en granulés de In the two-phase process, the total or partial grafting of the polymer is carried out in a continuous or discontinuous reactor, which is fed with granules of
polymère, en silane et en peroxyde. polymer, silane and peroxide.
Le polymère greffé est alors chargé dans une extrudeuse et on y ajoute le catalyseur, par exemple sous forme d'un mélange maître. Comme dans le cas The grafted polymer is then loaded into an extruder and the catalyst is added thereto, for example in the form of a masterbatch. As in the case
précédent, I'isolation est mise en forme par extrusion. above, the insulation is shaped by extrusion.
Dans les deux cas, on peut ajouter différents additifs, qui dépendent des conditions d'emploi envisagées. Ces additifs peuvent notamment être des In both cases, different additives can be added, which depend on the conditions of use envisaged. These additives can in particular be
charges minérales, comme la craie ou la silice. Il peut s'agir d'agents anti- mineral fillers, such as chalk or silica. They can be anti-agents
oxydation, d'amélioration de la résistance aux ultra-violets, de coloration. oxidation, improvement of resistance to ultraviolet, coloring.
Les silanes utilisés pourront notamment être ceux dont le radical R1 se prête particulièrement à la fixation sur le polymère constitutif de la gaine, tandis que le radical R2 sera choisi de façon à favoriser la condensation du silane, donc The silanes used may in particular be those in which the radical R1 is particularly suitable for fixing to the polymer constituting the sheath, while the radical R2 is chosen so as to promote the condensation of the silane, therefore
la réticulation du polymère après extrusion. crosslinking the polymer after extrusion.
Parmi les silanes utilisables, on peut notamment citer les suivants vinyltrimethoxy silane, vinyltriethoxy silane, vinyl tris(2 methoxy) silane, gammamethacryloxypropyltrimethoxy silane, et Among the silanes which can be used, mention may in particular be made of the following vinyltrimethoxy silane, vinyltriethoxy silane, vinyl tris (2 methoxy) silane, gammamethacryloxypropyltrimethoxy silane, and
leurs mélanges.their mixtures.
L'opération suivante consiste à toronner les conducteurs revêtus de leur isolation pour constituer un assemblage. Il est avantageux de mettre en oeuvre un procédé qu'on qualifie de SZ, du fait qu'il associe un enroulement en hélice dans un premier sens à un enroulement de sens contraire, autorisant une constitution rapide de l'assemblage. Un tel procédé est décrit dans le brevet français 2 532 464 auquel on pourra se reporter. Si un tel assemblage est utilisé, il est suivi immédiatement de réalisation d'une gaine interne qui bloque l'assemblage. Cette gaine interne est en matériau synthétique souple, généralement thermoplastique et son épaisseur est suffisante pour que sa surface extérieure soit sensiblement cylindrique en dépit de la section irrégulière de l'assemblage. Enfin la gaine externe est constituée. Elle peut être beaucoup plus mince qu'une gaine unique, ce qui permet un passage beaucoup plus rapide The following operation consists in stranding the conductors coated with their insulation to constitute an assembly. It is advantageous to implement a process which is called SZ, because it combines a helical winding in a first direction with a winding in the opposite direction, allowing rapid assembly of the assembly. Such a process is described in French patent 2,532,464 to which reference may be made. If such an assembly is used, it is immediately followed by production of an internal sheath which blocks the assembly. This internal sheath is made of flexible synthetic material, generally thermoplastic and its thickness is sufficient for its outer surface to be substantially cylindrical in spite of the irregular section of the assembly. Finally the external sheath is formed. It can be much thinner than a single sheath, which allows a much faster passage
dans un tube à vulcaniser et en conséquence une fabrication plus rapide. in a vulcanizing tube and therefore faster manufacturing.
On combine ainsi les avantages de la vitesse d'extrusion élevée qu'autorise la réticulation au silane et les caractéristiques favorables (résistances mécanique et chimique, souplesse, résistance à l'abrasion) que procure la gaine externe This combines the advantages of the high extrusion speed that allows crosslinking with silane and the favorable characteristics (mechanical and chemical resistance, flexibility, abrasion resistance) provided by the external sheath.
réticulée par le procédé continu traditionnel. crosslinked by the traditional continuous process.
Les résultats obtenus sont confirmés par des essais comparatifs. The results obtained are confirmed by comparative tests.
Exemple témoin 1: fabrication classique Les conducteurs sont isolés par extrusion de matériau à base EPR contenant un peroxyde de type dicumyle et vulcanisation continue dans un tube alimenté en vapeur surchauffée à 210 C sous 20 Mpa, à 275 m/min. Les conducteurs isolés sont réunis en assemblages de trois sur assembleuse à lyre, à environ 50 m/min. L'assemblage est gainé par extrusion de NBR/PVC (caoutchouc nitrile) avec accélérateur peroxyde et réticulation dans les mêmes Control example 1: conventional manufacture The conductors are isolated by extrusion of EPR-based material containing a dicumyl type peroxide and continuous vulcanization in a tube supplied with superheated steam at 210 C at 20 Mpa, at 275 m / min. The insulated conductors are assembled in assemblies of three on a lyre assembler, at around 50 m / min. The assembly is sheathed by extrusion of NBR / PVC (nitrile rubber) with peroxide accelerator and crosslinking in the same
conditions que l'isolation, mais à une vitesse de 75 m/min. conditions as insulation, but at a speed of 75 m / min.
Exemple témoin 2: remplacement de la réticulation en continu de l'isolation par une réticulation silane Le procédé est le même que pour l'exemple 1, sauf en ce qui concerne la constitution de l'isolation. Les isolations sont déformées au point que les conducteurs sont décentrés et que le câble n'est pas utilisable commercialement. Exemple I: câble à isolation par réticulation silane, avec gaine interne Un câble à trois conducteurs de 1,5 mm2 de section a été constitué par: Isolation par procédé silane, à une vitesse de 900 /min, réalisation classique d'un assemblage, par toronnage sur assembleuse à lyre, gainage interne en matériau thermoplastique ou à réticulation par silane, d'épaisseur minimale pour obtenir une surface externe régulière, Control example 2: replacement of the continuous crosslinking of the insulation with a silane crosslinking The process is the same as for Example 1, except as regards the constitution of the insulation. The insulations are deformed to the point that the conductors are off-center and that the cable cannot be used commercially. Example I: Cable with Silane Crosslinking Insulation, With Internal Sheath A cable with three conductors of 1.5 mm2 in cross-section was formed by: Insulation by silane process, at a speed of 900 / min, conventional production of an assembly, by stranding on a lyre assembler, internal sheathing in thermoplastic material or crosslinking by silane, of minimum thickness to obtain a regular external surface,
gainage externe réticulée au peroxyde, de façon classique, mais plus mince. external sheathing crosslinked with peroxide, in a conventional manner, but thinner.
Les propriétés du cable obtenues sont équivalentes à celles de l'exemple The properties of the cable obtained are equivalent to those of the example.
témoin 1 et les isolations ne sont pas déformées. witness 1 and the insulations are not distorted.
Exemple 2: câble à isolation par réticulation silane, avec gaine interne Cet exemple diffère du précédent en ce que l'isolation est en deux couches polyoléfine dont une au moins réticulée par silane, à une vitesse de 9Oom/mn. L'assemblage de type SZ est suivi, sur une même ligne, de la mise en place de la première gaine, à une vitesse de 150 m/mn. Le gainage final est classique, mais avec une épaisseur réduite, à 105 m/mn. De nouveau les Example 2: cable with insulation by silane crosslinking, with internal sheath This example differs from the previous one in that the insulation is in two polyolefin layers, one of which is at least crosslinked by silane, at a speed of 9Oom / min. The SZ type assembly is followed, on the same line, by the installation of the first sheath, at a speed of 150 m / min. The final coating is classic, but with a reduced thickness, at 105 m / min. Again the
isolations ne sont pas déformées.insulations are not distorted.
De façon plus générale, I'invention permet de diminuer considérablement More generally, the invention makes it possible to considerably reduce
le temps de fabrication, sans effet défavorable sur les caractéristiques finales. manufacturing time, with no adverse effect on the final characteristics.
Les vitesses de passage dans les appareils d'extrusion et de réticulation sont typiquement dans les plages suivantes: Procédé classique Invention Isolation 200-400 m/min 600-1100 m/min Assemblage 40-100 m/min 150-500 m/min (toronnage classique) (toronnage SZ) Gainage externe 60-100 m/mn 75120 m/min The passage speeds in the extrusion and crosslinking apparatuses are typically in the following ranges: Conventional method Invention Insulation 200-400 m / min 600-1100 m / min Assembly 40-100 m / min 150-500 m / min ( conventional stranding) (SZ stranding) External sheathing 60-100 m / min 75 120 m / min
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