FR3066637B1 - FIRE RESISTANT CABLE - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un câble comprenant au moins un élément conducteur allongé (1) entouré par au moins : - une première couche polymérique (2) obtenue à partir d'une première composition comprenant un premier matériau polymère et une première charge, et - une deuxième couche polymérique (3) obtenue à partir d'une deuxième composition comprenant un deuxième matériau polymère et une deuxième charge, caractérisé en ce que : - ladite première charge comprend au moins un premier oxyde de type oxyde d'un métal alcalino-terreux, et - ladite deuxième charge comprend au moins un premier silicate et un deuxième silicate, le deuxième silicate étant différent du premier silicate.The present invention relates to a cable comprising at least one elongated conductive element (1) surrounded by at least: - a first polymeric layer (2) obtained from a first composition comprising a first polymer material and a first charge, and - a second polymeric layer (3) obtained from a second composition comprising a second polymeric material and a second filler, characterized in that: - said first filler comprises at least a first oxide of an alkaline earth metal oxide type, and said second filler comprises at least a first silicate and a second silicate, the second silicate being different from the first silicate.
Description
Câble résistant au feu
La présente invention se rapporte à un câble comprenant au moins un élément conducteur allongé entouré par au moins deux couches polymériques résistantes au feu.
Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, au domaine des câbles de sécurité résistant au feu, et notamment sans halogène, susceptible de fonctionner pendant un laps de temps donné dans des conditions d'incendie, sans être pour autant propagateur d'incendie ni générateur de fumées importantes.
Ces câbles de sécurité sont en particulier des câbles de transport d'énergie ou des câbles de transmission basse fréquence, tels que des câbles de contrôle ou de signalisation.
Un des enjeux majeurs de l'industrie du câble est l'amélioration du comportement et des performances des câbles dans des conditions thermiques extrêmes, notamment celles rencontrées lors d'un incendie. Pour des raisons essentiellement de sécurité, il est en effet indispensable de maximiser les capacités du câble à retarder la propagation des flammes d'une part, et à résister au feu d'autre part afin d'assurer une continuité de fonctionnement.
Un ralentissement significatif de la progression des flammes, c'est autant de temps gagné pour évacuer les lieux et/ou pour mettre en œuvre des moyens d'extinction appropriés. En cas d'incendie, le câble doit pouvoir résister au feu afin de fonctionner le plus longtemps possible et limiter sa dégradation. Un câble de sécurité se doit en outre de ne pas être dangereux pour son environnement, c'est-à-dire de ne pas dégager de fumées toxiques et/ou opaques lorsqu'il est soumis à des conditions thermiques extrêmes.
Du document EP-0 942 439 est connu un câble électrique de sécurité résistant au feu et sans halogène comportant un ensemble de conducteurs électriques isolés, ledit ensemble étant entouré par une gaine externe. Chaque conducteur électrique isolé est formé par un conducteur électrique entouré par une couche isolante obtenue à partir d'une composition comprenant une matière polymérique et au moins une charge formatrice de céramique, ladite couche isolante étant ainsi apte à se convertir au moins superficiellement en l'état de céramique à de hautes températures correspondant à des conditions d'incendie. La matière polymérique de cette unique couche isolante est choisie parmi un polysiloxane, un copolymère d'éthylène, et leur mélange.
Toutefois, il a été constaté que ce câble de sécurité de l'art antérieur ne présente pas des propriétés de résistance au feu optimales, et reste relativement coûteux lorsqu'un polysiloxane est choisi comme matériau isolant.
Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant notamment un câble présentant des propriétés de résistance au feu excellentes tout en limitant les risques de dégradation mécanique du ou des conducteurs électriques qui le composent, même à haute température.
La présente invention a pour objet un câble comprenant au moins un élément conducteur allongé entouré par au moins : - une première couche polymérique obtenue à partir d'une première composition comprenant un premier matériau polymère et une première charge, et - une deuxième couche polymérique obtenue à partir d'une deuxième composition comprenant un deuxième matériau polymère et une deuxième charge, caractérisé en ce que : - ladite première charge comprend au moins un premier oxyde de type oxyde d'un métal alcalino-terreux, et - ladite deuxième charge comprend au moins un premier silicate et un deuxième silicate, le deuxième silicate étant différent du premier silicate.
Grâce à l'invention, le câble présente une très bonne résistance au feu, et permet notamment de réduire significativement voire d'éviter la formation de gouttelettes enflammées lors de la combustion du câble. Les propriétés mécaniques du câble de l'invention s'en trouvent également améliorées ce qui lui permet de continuer à fonctionner même à hautes températures.
Le câble de l'invention satisfait avantageusement aux conditions des normes suivantes : - la norme NF C32-070 CRl(2001), - la norme DIN4102-12 avec les exigences de la performance E30, E60, E90, et - la norme NBN 713020 Addendum 3 avec les exigences de la performance Rf60, Rf90 et Rfl20. L’invention telle qu’ainsi définie présente en outre l’avantage d’être économique puisqu'elle permet de limiter de façon significative voire d'éviter l'utilisation de polysiloxane dans la couche isolante, tout en ayant de très bonnes propriétés de résistance au feu. 1, La première couche polymérique 1.1 La première charge L'oxyde d'un métal alcalino-terreux permet avantageusement d'améliorer les propriétés de résistivité électrique à haute température de la première couche polymérique dans les conditions d'un incendie.
De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux peut être de haute pureté.
On entend par « haute pureté » un oxyde d'un métal alcalino-terreux ayant une pureté (par calcination) d'au moins 96,0%, de préférence d'au moins 98,0%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 99,0%. L'oxyde d'un métal alcalino-terreux de haute pureté limite de façon avantageuse la présence de composé(s) électriquement conducteur(s), notamment sous forme d'impureté(s). Les impuretés peuvent contenir par exemple des métaux lourds. De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux peut comprendre au plus 30 ppm de métaux lourds, et de préférence moins de 10 ppm de métaux lourds.
Dans un mode de réalisation préféré, l'oxyde d'un métal alcalinoterreux a une température de fusion d'au moins 1500°C, de préférence d'au moins 2000°C, et de façon particulièrement préférée d'au moins 2500°C. A titre d'exemple préféré, le premier oxyde de la première charge peut être de l'oxyde de magnésium (MgO).
La première charge peut comprendre en outre un deuxième oxyde différent du premier oxyde.
De préférence, le deuxième oxyde peut être du dioxyde de silicium (SiO2).
La première charge peut comprendre de 50 à 90% en poids du premier oxyde par rapport au poids total de la première charge.
La première charge peut comprendre de 10 à 30% en poids du deuxième oxyde par rapport au poids total de la première charge. 1.2 Le premier matériau polymère
Le premier matériau polymère de l'invention comprend un ou plusieurs polymère(s), le terme polymère pouvant s'entendre par tout type de polymère bien connu de l'homme du métier tel que homopolymère ou copolymère (e.g. copolymère séquencé, copolymère statistique, terpolymère, ...etc).
Le polymère peut être du type thermoplastique ou élastomère, et peut être réticulé par des techniques bien connus de l'homme du métier.
Dans un mode de réalisation particulier, le premier matériau polymère, ou en d'autres termes la matrice polymère de la première composition, peut comprendre un ou plusieurs polymères d'oléfine, et de préférence un ou plusieurs polymères d'éthylène. Un polymère d'oléfine est classiquement un polymère obtenu à partir d'au moins un monomère d'oléfine.
Plus particulièrement, le premier matériau polymère peut comprendre plus de 30% en poids de polymère(s) d'oléfine, de préférence plus de 50% en poids de polymère(s) d'oléfine, de préférence plus de 70% en poids de polymère(s) d'oléfine, et de façon particulièrement préférée plus de 90% en poids de polymère(s) d'oléfine, par rapport au poids total du premier matériau polymère dans la première composition. De préférence, le premier matériau polymère est uniquement composé d'un ou de plusieurs polymère(s) d'oléfine. A titre d'exemple, le premier matériau polymère de l'invention peut comprendre un ou plusieurs polymères d'oléfine, et de préférence un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène, choisis parmi un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE); un polyéthylène très basse densité (VLDPE); un polyéthylène basse densité (LDPE); un polyéthylène moyenne densité (MDPE); un polyéthylène haute densité (HDPE); un copolymère élastomère d'éthylène-propylène (EPM); un terpolymère éthylène propylène diène monomère (EPDM); un copolymère d'éthylène et de vinyl ester tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA); un copolymère d'éthylène et d'acrylate tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ou un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA); un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine tel qu'un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO) ou un copolymère d'éthylène et de butène (PEB); et un de leurs mélanges. Le polymère d'éthylène préféré est le copolymère d'éthylène et d'octène (PEO), ou un mélange de copolymères d'éthylène et d'octène (PEO).
Le premier matériau polymère de l'invention peut en outre comprendre un polymère greffé, notamment greffé avec des fonctions polaires.
Ce polymère greffé permet avantageusement d'améliorer les propriétés mécaniques de la première couche polymérique. A titre d'exemple, le polymère greffé peut être un polymère d'oléfine greffé anhydride maléique, et notamment un polymère d'éthylène greffé anhydride maléique.
Lorsqu'un polymère greffé est ajouté au premier matériau polymère, le premier matériau polymère peut comprendre de 1 à 20 % en poids dudit polymère greffé, et de préférence de 1 à 15 % en poids dudit polymère greffé, par rapport au poids total du premier matériau polymère dans la première composition.
Le premier matériau polymère peut avoir un indice de fluidité en fondu (connu sous l'anglicisme « Melt Flow Index »), en gramme/10 minutes selon la norme ISO 1133 à 190°C/2,16 kg, allant de 1,0 à 5.
Lorsque la composition comprend un mélange de deux polymères d'oléfine différents, notamment un mélange de copolymères d'éthylène et d'octène, les indices de fluidité en fondu de ces deux polymères sont différents.
La première composition de l'invention peut comprendre au moins 30 % en poids dudit premier matériau polymère, et de préférence au moins 40 % en poids dudit premier matériau polymère, par rapport au poids total de la première composition. 1.3 La première composition
La première composition peut comprendre de 20 à 60 % en poids du premier oxyde par rapport au poids total de la première composition. De préférence, la première composition peut comprendre de 30 à 50 % en poids du premier oxyde par rapport au poids total de la première composition.
La première composition peut comprendre de 5 à 30 % en poids du deuxième oxyde par rapport au poids total de la première composition. De préférence, la première composition peut comprendre de 5 à 20 % en poids du deuxième oxyde par rapport au poids total de la première composition.
Dans un autre mode de réalisation préféré, la première composition peut comprendre au moins 30 % en poids de ladite première charge, et de préférence au moins 40 % en poids de ladite première charge, par rapport au poids total de la première composition.
Dans un autre mode de réalisation préféré, la première composition peut comprendre au moins 30% en poids dudit premier matériau polymère, et de préférence au moins 40% en poids dudit premier matériau polymère, par rapport au poids total de la première composition.
Afin d'optimiser la résistance au feu du câble de l'invention, la première composition peut avoir une viscosité Mooney d'au moins 40, et de préférence d'au moins 50. La première composition peut avoir une viscosité Mooney d'au plus 100, et de préférence d'au plus 90.
La viscosité Mooney (ML1+4, 160°C) est exprimée en unités Mooney (Me) et peut être facilement déterminée par la norme NFT 43005.
La première composition peut typiquement comprendre en outre des additifs en une quantité de 0,1 à 20 parties en poids pour 100 parties en poids du premier matériau polymère dans la première composition. Les additifs sont bien connus de l'homme du métier et peuvent être par exemple choisis parmi des agents de protection (e.g. des anti-UV, des anti-cuivre), des agents de mise en œuvre (e.g. des plastifiants, des lubrifiants), des pigments, et des antioxydants. 1.4 Caractéristiques de la première couche polymérique
La première couche polymérique peut entourer un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) allongé(s).
La première couche polymérique peut être une couche électriquement isolante.
Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d'au plus 1.10"9 S/m (Siemens par mètre) (à 25°C), de préférence d'au plus 1.10'8 S/m, et de préférence d'au plus 1.10'13 S/m (à 25°C).
Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la première couche polymérique peut aller de 0,05 mm à 2,0 mm, et de préférence de 0,1 mm à 1,0 mm.
Dans un mode de réalisation particulier, la première couche polymérique peut être réticulée ou non réticulée.
Dans la présente invention, on entend par « non réticulée » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au plus 20%, de préférence d'au plus 10%, de préférence d'au plus 5%, et de façon particulièrement préférée de 0%.
Dans la présente invention, on entend par « réticulée » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au moins 50%, de préférence d'au moins 80%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 90%. 2. La deuxième couche polymérique 2.1 La deuxième charge 2.1.1 Le premier silicate
Le premier silicate peut être choisi parmi les phyllosilicates, des composés comprenant du silicate de magnésium, des composés comprenant du silicate d'aluminium, et un de leur mélange.
De préférence, le premier silicate peut être un phyllosilicate. Plus particulièrement, le phyllosilicate peut être du mica.
La deuxième charge peut comprendre de 20 à 40 % en poids de premier silicate par rapport au poids total de la deuxième charge. 2.1.2 Le deuxième silicate
Le deuxième silicate peut être un composé avec une surface spécifique élevée, notamment d'au moins 10 m2/g, et de préférence d'au moins 20 m2/g. La surface spécifique est classiquement déterminée par la méthode B.E.T. selon la norme DIN ISO 9277.
Le deuxième silicate peut être notamment de type lamellaire.
Plus particulièrement, le deuxième silicate peut être choisi parmi les phyllosilicates, des composés comprenant du silicate de magnésium, des composés comprenant du silicate d'aluminium, et un de leur mélange.
De préférence, le deuxième silicate peut être un composé comprenant du silicate de magnésium.
Plus particulièrement, le composé comprenant du silicate de magnésium peut être du talc.
La deuxième charge peut comprendre de 20 à 40 % en poids de deuxième silicate par rapport au poids total de la deuxième charge. 2.1.3 Autres composés dans la deuxième composition
Dans un mode de réalisation préféré, la deuxième charge peut comprendre en outre : - un oxyde d'un métal alcalino-terreux, et/ou - un troisième silicate, le troisième silicate étant différent du premier silicate et du deuxième silicate. L'oxyde d'un métal alcalino-terreux permet avantageusement d'améliorer les propriétés mécaniques de cohésion de la deuxième couche polymérique après combustion sous l'effet d'une flamme.
De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux de la deuxième couche polymérique peut être de haute pureté, afin d'améliorer la résistivité électrique du câble de l'invention.
On entend par « haute pureté » un oxyde d'un métal alcalino-terreux ayant une pureté (par calcination) d'au moins 96,0%, de préférence d'au moins 98,0%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 99,0%. L'oxyde d'un métal alcalino-terreux de haute pureté limite de façon avantageuse la présence de composé(s) électriquement conducteur(s), notamment sous forme d'impureté(s). Les impuretés peuvent contenir par exemple des métaux lourds. De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux peut comprendre au plus 30 ppm de métaux lourds, et de préférence moins de 10 ppm de métaux lourds.
Dans un mode de réalisation préféré, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux a une température de fusion d'au moins 1500°C, de préférence d'au moins 2000°C, et de façon particulièrement préférée d'au moins 2500°C.
De préférence, l'oxyde d'un métal alcalino-terreux peut être de l'oxyde de magnésium (MgO).
Le troisième silicate peut être choisi parmi les phyllosilicates, des composés comprenant du silicate de magnésium, des composés comprenant du silicate d'aluminium, et un de leur mélange.
De préférence, le troisième silicate peut être un composé comprenant du silicate d'aluminium, notamment de type lamellaire.
Plus particulièrement, le troisième silicate peut être choisi parmi la montmorillonite, la bentonite, la kaolinite, l'hectorite, la halloysite, et un de leurs mélanges.
De préférence, le composé comprenant du silicate d'aluminium peut être la montmorillonite. A titre d'exemple préféré de troisième silicate, on peut citer un nanoargile, fonctionnalisé ou non. Plus particulièrement, il peut être traité en surface par des cations du type ammonium quaternaire.
La deuxième charge peut comprendre de 5 à 30 % en poids de troisième silicate par rapport au poids total de la deuxième charge dans la deuxième composition.
Dans un autre mode de réalisation préféré, la deuxième charge peut comprendre, par rapport au poids total de la deuxième charge : - de 20 à 40 % en poids de premier silicate, - de 20 à 40 % en poids de deuxième silicate, - de 5 à 30 % en poids de troisième silicate, et -de 20 à 40 % en poids d'oxyde d'un métal alcalino-terreux. 2.2 Le deuxième matériau polymère
Le deuxième matériau polymère comprend un ou plusieurs polymère(s), le terme polymère pouvant s'entendre par tout type de polymère bien connu de l'homme du métier tel que homopolymère ou copolymère (e.g. copolymère séquencé, copolymère statistique, terpolymère, ...etc).
Le polymère peut être du type thermoplastique ou élastomère, et peut être réticulé par des techniques bien connus de l'homme du métier.
Dans un mode de réalisation particulier, le deuxième matériau polymère, ou en d'autres termes la matrice polymère de la deuxième composition, peut comprendre un ou plusieurs polymères d'oléfine, et de préférence, un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène. Un polymère d'oléfine est classiquement un polymère obtenu à partir d'au moins un monomère d'oléfine.
Plus particulièrement, le deuxième matériau polymère peut comprendre plus de 30% en poids de polymère(s) d'oléfine, de préférence plus de 50% en poids de polymère(s) d'oléfine, de préférence plus de 70% en poids de polymère(s) d'oléfine, et de façon particulièrement préférée plus de 90% en poids de polymère(s) d'oléfine, par rapport au poids total du deuxième matériau polymère dans la deuxième composition. De préférence, le deuxième matériau polymère est uniquement composé d'un ou de plusieurs polymère(s) d'oléfine. A titre d'exemple, le deuxième matériau polymère de l'invention peut comprendre un ou plusieurs polymères d'oléfine, et de préférence un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène, choisis parmi un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE); un polyéthylène très basse densité (VLDPE); un polyéthylène basse densité (LDPE); un polyéthylène moyenne densité (MDPE); un polyéthylène haute densité (HDPE); un copolymère élastomère d'éthylène-propylène (EPM); un terpolymère éthylène propylène diène monomère (EPDM); un copolymère d'éthylène et de vinyl ester tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA); un copolymère d'éthylène et d'acrylate tel qu'un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ou un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA); un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine tel qu'un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO) ou un copolymère d'éthylène et de butène (PEB); et un de leurs mélanges.
Le deuxième matériau polymère de l'invention peut en outre comprendre un polymère greffé, notamment greffé avec des fonctions polaires.
Ce polymère greffé permet avantageusement d'améliorer les propriétés mécaniques de cohésion de la deuxième couche après combustion sous l'effet d'une flamme. A titre d'exemple, le polymère greffé peut être un polymère d'oléfine greffé anhydride maléique, et notamment un polymère d'éthylène greffé anhydride maléique.
Lorsqu'un polymère greffé est ajouté au deuxième matériau polymère, le deuxième matériau polymère peut comprendre de 1 à 20 % en poids dudit polymère greffé, et de préférence de 5 à 15 % en poids dudit polymère greffé, par rapport au poids total du deuxième matériau polymère dans la deuxième composition.
Le deuxième matériau polymère peut comprendre un mélange d'au moins deux polymères d'éthylène différents, et plus particulièrement peut comprendre un mélange d'un homopolymère d'éthylène et d'un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA).
De préférence, le deuxième matériau polymère peut comprendre de 50 à 80 % en poids d'EVA et de 20 à 50 % en poids d'un homopolymère d'éthylène, par rapport au poids total du deuxième matériau polymère dans la deuxième composition.
La deuxième composition peut comprendre au moins 30 % en poids du deuxième matériau polymère, de préférence au moins 50 % en poids du deuxième matériau polymère, et de préférence au moins 60% en poids du deuxième matériau polymère, par rapport au poids total de la deuxième composition. 2.3 La deuxième composition
La deuxième composition peut comprendre au moins 30% en poids de ladite deuxième charge par rapport au poids total de la deuxième composition.
Dans un mode de réalisation préféré, la deuxième composition peut comprendre au moins 30% en poids dudit deuxième matériau polymère par rapport au poids total de la deuxième composition.
Afin d'optimiser la résistance au feu du câble de l'invention, la deuxième composition peut avoir une viscosité Mooney d'au moins 50, et de préférence d'au moins 55. La deuxième composition peut avoir une viscosité Mooney d'au plus 100, et de préférence d'au plus 90.
La viscosité Mooney (ML1+4, 160° C) est exprimée en unités Mooney (Me) et peut être facilement déterminée par la norme NFT 43005.
La deuxième composition peut typiquement comprendre en outre des additifs en une quantité de 0,1 à 20 parties en poids pour 100 parties en poids du deuxième matériau polymère dans la deuxième composition. Les additifs sont bien connus de l'homme du métier et peuvent être par exemple choisis parmi des agents de protection (e.g. des anti-UV, des anti-cuivre), des agents de mise en œuvre (e.g. des plastifiants, des lubrifiants), des pigments, et des antioxydants. 2.4 Caractéristiques de la deuxième couche polymérique
La deuxième couche polymérique peut entourer de préférence la première couche polymérique.
La deuxième couche polymérique peut être avantageusement non réticulée.
Dans la présente invention, on entend par « non réticulée » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au plus 20%, de préférence d'au plus 10%, de préférence d'au plus 5%, et de façon particulièrement préférée de 0%.
Dans un autre mode de réalisation préféré, la deuxième couche polymérique est une couche électriquement isolante.
Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d'au plus 1.10"9 S/m (Siemens par mètre) (à 25°C), de préférence d'au plus 1.10'8 S/m, et de préférence d'au plus 1.10'13 S/m (à 25°C).
Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la deuxième couche polymérique peut aller de 0,05 mm à 2,0 mm, et de préférence de 0,1 mm à 1,0 mm. 3. Autrefs) couchefs)
Le câble selon l'invention peut comprendre en outre une troisième couche polymérique.
La troisième couche polymérique peut entourer de préférence la deuxième couche polymérique.
De préférence, la troisième couche polymérique peut être réticulée.
Dans la présente invention, on entend par « réticulée » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au moins 50%, de préférence d'au moins 80%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 90%.
Dans un mode de réalisation préféré, la troisième couche polymérique est une couche électriquement isolante.
Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d'au plus 1.10"9 S/m (Siemens par mètre) (à 25°C), de préférence d'au plus 1.10'8 S/m, et de préférence d'au plus 1.10'13 S/m (à 25°C).
Dans un autre mode de réalisation particulier, la troisième couche polymérique ne comprend pas de composés halogénés. De préférence, la troisième couche polymérique est une couche dite « HFFR. » pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant » selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011).
La troisième couche polymérique peut comprendre un ou plusieurs polymère(s) d'oléfine et de préférence un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène
Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la troisième couche polymérique peut aller de 0,05 mm à 2 mm, et de préférence de 0,1 mm à 1,0 mm. 4. Le câble L’invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des câbles d’énergie ou de télécommunication destinés à rester opérationnels pendant un temps défini lorsqu'ils sont soumis à de fortes chaleurs et/ou directement à des flammes.
Dans la présente invention, on entend par le terme « câble » un câble électrique et/ou optique, destiné au transport d'énergie et/ou à la transmission de données.
Plus particulièrement, ce type de câble comprend un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) allongé(s) du type électrique et/ou optique.
Lorsque l'élément conducteur allongé est du type électrique, il peut être un monoconducteur tel que par exemple un fil métallique, ou un multiconducteur tel qu'une pluralité de fils métalliques, torsadés ou non.
Le conducteur électrique allongé peut être réalisé à partir d'un matériau métallique notamment choisi parmi l'aluminium, un alliage d'aluminium, du cuivre, un alliage de cuivre, et une de leurs combinaisons.
La section (transversale) du conducteur électrique peut aller de 0,5 mm2 à plus de 240 mm2.
La première couche polymérique peut être directement en contact physique avec l'élément conducteur allongé.
Dans un mode de réalisation préféré, la deuxième couche polymérique peut entourer la première couche polymérique.
Lorsque le câble possède en outre une troisième couche polymérique, la troisième couche polymérique peut entourer la première couche polymérique et/ou la deuxième couche polymérique.
Le câble de l'invention peut en outre comprendre une gaine de protection entourant un ou plusieurs élément(s) conducteur(s) allongé(s) isolé(s) par au moins la première couche polymérique, la deuxième couche polymérique, et optionnellement la troisième couche polymérique, lesdites trois couches étant conformes à l'invention.
Plus particulièrement, lorsque le câble de l'invention comprend un seul élément conducteur isolé par au moins la première couche polymérique, la deuxième couche polymérique, et optionnellement la troisième couche polymérique, la gaine de protection entoure l'unique élément conducteur allongé et ainsi isolé.
Lorsque le câble de l'invention comprend plusieurs éléments conducteurs allongés isolés par au moins la première couche polymérique, la deuxième couche polymérique, et optionnellement la troisième couche polymérique, la gaine de protection entoure l'ensemble desdits éléments conducteurs allongés et ainsi isolés.
La gaine de protection de l'invention peut être une gaine du type tubante ou du type bourrante.
On entend par « gaine tubante » une gaine en forme de tube comprenant une épaisseur sensiblement identique tout le long dudit tube. La gaine tubante peut être plus ou moins serrée autour de l’ensemble des conducteurs isolés tel que précédemment décrit, de manière notamment à immobiliser l’ensemble desdits conducteurs isolés à l’intérieur de ladite gaine.
La gaine tubante est très simple et rapide à réaliser puisqu'elle nécessite une pression à la sortie de l'extrudeuse moins importante que celle nécessaire à la fabrication d'une gaine bourrante.
On entend par « gaine bourrante » une gaine qui remplit les interstices, lorsqu'ils existent, entre les conducteurs électriques isolés par au moins la première couche polymérique et la deuxième couche polymérique, dont les volumes sont accessibles.
Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la gaine de protection peut aller de 0,05 mm à 3 mm, et de préférence de 0,5 mm à 2,0 mm.
La gaine de protection peut être classiquement à base d'un ou de plusieurs polymère(s) d'oléfine, avec optionnellement au moins une charge ignifugeante telle que du trihydroxyde d'aluminium (ATH), du dihydroxyde de magnésium (MDH), de la craie. De préférence, la gaine de protection est une gaine dite « HFFR » pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant » selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011).
Lorsque le câble comprend une gaine de protection, il peut en outre comprendre un élément de bourrage positionné le long du câble entre la gaine de protection et le ou les élément(s) conducteur(s) allongé(s) isolé(s), l'élément de bourrage pouvant en outre entourer le ou les élément(s) conducteur(s) allongé(s) isolé(s). L'élément de bourrage est bien connu de l'homme du métier et peut être par exemple à base d'un ou de plusieurs polymère(s) d'oléfine, avec optionnellement au moins une charge ignifugeante telle que par exemple du trihydroxyde d'aluminium (ATH), du dihydroxyde de magnésium (MDH), de la craie. De préférence, l'élément de bourrage est un élément dit « HFFR. » pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant » selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011).
Afin de garantir un câble dit HFFR pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant », le câble de l'invention, ou en d'autres termes les éléments qui composent ledit câble tels que par exemple la gaine de protection, ne comprend/comprennent de préférence pas de composés halogénés selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011). Ces composés halogénés peuvent être de toutes natures, tels que par exemple des polymères fluorés ou des polymères chlorés comme le polychlorure de vinyle (PVC), des plastifiants halogénés, des charges minérales halogénées, ...etc. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d'exemples non limitatifs de câbles selon l'invention faits en référence aux figures.
La figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique selon un premier mode de réalisation conforme à l'invention.
La figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique selon un deuxième mode de réalisation 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.
Le câble électrique représenté sur la figure 1 comporte deux conducteurs électriques 1, chaque conducteur électrique étant entouré successivement par une première couche polymérique 2 et une deuxième couche polymérique 3, toutes deux conformes à l'invention.
Une gaine de protection 5 de type bourrante entoure l'ensemble des deux conducteurs isolés par les deux couches polymériques de l'invention.
Un élément de bourrage 6 est positionné entre la gaine de protection 5 et l'ensemble des conducteurs électriques isolés par les deux couches polymériques de l'invention. L'élément de bourrage 6 entoure en outre l'ensemble des conducteurs électriques isolés par les deux couches polymériques de l'invention.
Le câble électrique représenté sur la figure 2 comporte trois conducteurs électriques 1, entourés successivement par une première couche polymérique 2 et une deuxième couche polymérique 3, toutes deux conformes à l'invention. En outre, une troisième couche polymérique 4 entoure la deuxième couche polymérique de chacun des conducteurs électriques.
Une gaine de protection 5 de type tubante entoure l'ensemble des trois conducteurs électriques isolés par les trois couches polymériques.
Des espaces vides 7 sont ménagés entre la gaine de protection 5 et l'ensemble des conducteurs électriques isolés par les trois couches polymériques qu'elle entoure. L'ensemble des couches, éléments de bourrage et gaines représentés sur les figures 1 et 2 sont des éléments obtenus par extrusion. La gaine de protection 5 est une gaine classique réalisée à partir d'une composition ignifugeante à base de polyoléfine. L'élément de bourrage 6 est un élément de bourrage classique également réalisé à partir d'une composition ignifugeante à base de polyoléfine.
Exemples
Le tableau 1 ci-dessous rassemble les constituants d'une première composition polymère selon l'invention avec : - un premier matériau polymère constitué du Polymère 1 ; et - une première charge constituée de deux charges différentes à savoir : Oxyde 1 et Oxyde 2.
Tableau 1 L'origine des différents constituants rassemblés dans le tableau 1 est la suivante : - Polymère 1 est un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO) avec une densité de 0,880-0,884 g/cm3, commercialisé par la société EXXONMOBIL sous la référence EXACT 8203 ; - Polymère 2 est un copolymère d'éthylène et d'octène (PEO), avec une densité de 0,882 g/cm3, et commercialisé par la société EXXONMOBIL sous la référence EXACT 8201 ;
- Polymère 3 est polyéthylène greffé anhydride maléique, avec une densité de 0,912 g/cm3, commercialisé par la société Polieco - MPB sous la référence Coesive LL15M ; - Oxyde 1 est un oxyde d'un métal alcalino-terreux du type oxyde de magnésium (MgO), commercialisé par la société Van Mannekus sous la référence MgO AK98, avec une pureté de 97,9% ; et - Oxyde 2 est un dioxyde de silicium (SiO2) commercialisé par la société EVONIK sous la référence Aerosil R.974.
Le tableau 2 ci-dessous rassemble les constituants d'une deuxième composition selon l'invention avec : -un deuxième matériau polymère constitué de trois polymères différents, à savoir : Polymère 10, Polymère 20 et Polymère 30 ; et -une deuxième charge constituée de quatre charges différentes, à savoir : Silicate 10, Silicate 20, Silicate 30 et Oxyde 10.
Tableau 2 L'origine des différents constituants rassemblés dans le tableau 2 est la suivante : - Polymère 10 est un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), avec une densité de 0,950 g/cm3, commercialisé par la société Exxon Mobil sous la référence Elvax 2803 ;
- Polymère 20 est un polyéthylène basse densité, avec une densité de 0,900 g/cm3, commercialisé par la société Polimeri Europa sous la référence Clearflex FFDO ; - Polymère 30 est un polyéthylène greffé anhydride maléique, avec une densité de 0,912 g/cm3, commercialisé par la société Polieco - MPB sous la référence Coesive LL15M ; - Silicate 10 est un silicate du type mica, commercialisé par la société Keyser and Mackay sous la référence Mica SX300 ; - Silicate 20 est un silicate lamellaire du type talc, commercialisé par la société Univar sous la référence Mistron HAR, avec une surface spécifique de 22 m2/g (méthode B.E.T. selon la norme DIN ISO 9277) ; - Silicate 30 est un silicate lamellaire du type montmorillonite, commercialisé par la société BYK sous la référence Cloisite 20 ; - Oxyde 10 est un oxyde d'un métal alcalino-terreux du type oxyde de magnésium (MgO) de grade pharmaceutique, commercialisé par la société SCORA sous la référence MgO PE leger, avec une pureté (par calcination) de 99,0%, et une température de fusion d'environ 2800°C ; - Plastifiant est une cire commercialisée par la société Clariant sous la référence Cire PE 520 ; et - Antioxydant est un antioxydant commercialisé par la société Chemtura sous la référence Naugard XL1.
Afin de vérifier la résistance au feu des compositions de l'invention en configuration opérationnelle, les couches polymériques conformes à l'invention ont été mises en œuvre dans différents types de câbles (voir tableaux 3 et 4 ci-après) afin d'être testées au regard des normes suivantes : - NF C 32-070 CRI (2001), - DIN4102-12 avec la performance E30, E60, E90, et - NBN 713020 Addendum 3 avec la performance Rf60, Rf90, Rfl20.
Le tableau 3 ci-après présente un câble comprenant une première couche polymérique obtenue à partir de la première composition du tableau 1, et une deuxième couche polymérique obtenue à partir de la deuxième composition du tableau 2.
Plus particulièrement, le câble 1 du tableau 3 comprend : - quatre conducteurs électriques entourés respectivement par une isolation tricouche, ladite isolation tricouche comprenant une première couche polymérique selon l'invention, obtenue à partir de la première composition polymère du tableau 1, une deuxième couche polymérique selon l'invention, obtenue à partir de la deuxième composition du tableau 2, et une troisième couche polymérique selon un mode de réalisation particulier de l'invention, - un élément de bourrage entourant les quatre conducteurs électriques isolés, et - une gaine de protection du type bourrante entourant les quatre conducteurs électriques isolés ainsi que l'élément de bourrage.
Tableau 3 L'origine des éléments rassemblés dans le tableau 3 est la suivante : - HFFR1 est une couche extrudée HFFR. à base de polyoléfine chargée(s), la/les polyoléfine(s) étant du type copolymère(s) d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA), et la charge étant au moins une charge ignifugeante du type trihydroxyde d'aluminium ; - HFFR2 est un élément de bourrage extrudé HFFR à base de polyoléfine(s) chargée(s), la/les polyoléfine(s) étant du type copolymère(s) d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA), et la charge étant au moins une charge ignifugeante du type trihydroxyde d'aluminium ; et - HFFR3 est une gaine extrudée HFFR à base de polyoléfine(s) chargée(s), la/les polyoléfine(s) étant du type copolymère(s) d'éthylène et d'acétate de vinyl (EVA), et la charge étant au moins une charge ignifugeante du type trihydroxyde d'aluminium.
Procédé de préparation
Dans un premier temps, la première composition du tableau 1 est extrudée, à l'aide d'une extrudeuse monovis classique, autour de chaque conducteur électrique, formant ainsi la première couche polymérique isolante.
Le profil de température va de 90 à 200 °C, et l'extrudeuse comporte huit zones de chauffe.
Dans un second temps, la deuxième composition du tableau 2 est extrudée classiquement autour de la première couche polymérique, formant ainsi la deuxième couche polymérique isolante.
Dans un troisième temps, une troisième couche telle que définie dans l'invention, lorsqu'elle existe, est extrudée autour des deux couches précédentes.
L'isolation bicouche ou tricouche peut être extrudée en plusieurs étapes successives, mais elle peut également être extrudée par co-extrusion (une seule et même tête d'extrusion).
Le reste des éléments constitutifs du câble 1 est extrudé successivement ou en tandem, à savoir : - l'élément de bourrage lorsqu'il existe, et - la gaine de protection.
Test utilisé
Le câble 1 est soumis : - au test selon la norme NF C 32-070 CRI (2001), - au test selon la norme DIN4120-12, et - au test selon la norme NBN 713020 Addendum 3, les résultats de ces tests étant rassemblés dans le tableau 3.
La norme NF C 32-070 CRI (2001) indique notamment un seuil de résistance au feu de 65 minutes (min) pour valider la performance.
La norme DIN4120-12 indique notamment un seuil de résistance au feu de 30, 60 et 90 minutes (min) pour valider respectivement la performance E30, E60 et E90.
La norme NBN 713020 Addendum 3 indique notamment un seuil de résistance au feu de 60, 90 et 120 minutes (min) pour valider respectivement la performance rf60, rf90 et rfl20.
Les résultats montrent clairement qu'un câble comprenant les deux couches polymériques de l'invention, quelle que soit sa structure, permet de satisfaire avantageusement différentes normes de résistance au feu, notamment les normes NF C 32-070 CRI (2001), DIN4102-12 (E90), et NBN 713020 Addendum 3 (Rfl20), en présentant une résistance au feu améliorée de façon significative.
Fire resistant cable
The present invention relates to a cable comprising at least one elongate conductive element surrounded by at least two fire resistant polymeric layers.
It applies typically, but not exclusively, to the field of fire-resistant, and in particular halogen-free, safety cables capable of operating for a given period of time in fire conditions, without, however, being a fire spreader or generator of important fumes.
These safety cables are in particular power transmission cables or low frequency transmission cables, such as control or signaling cables.
One of the major challenges of the cable industry is the improvement of the behavior and performance of cables in extreme thermal conditions, especially those encountered during a fire. For reasons of safety in particular, it is indeed essential to maximize the capabilities of the cable to delay the spread of flames on the one hand, and resist fire on the other hand to ensure continuity of operation.
A significant slowdown in the progression of the flames, it is as much time gained to evacuate the places and / or to implement appropriate means of extinction. In case of fire, the cable must be able to withstand the fire in order to operate as long as possible and limit its degradation. A safety cable must also not be dangerous for its environment, that is to say, not to release toxic fumes and / or opaque when subjected to extreme thermal conditions.
From EP-0 942 439 is known a fireproof and halogen-free electrical safety cable comprising a set of insulated electrical conductors, said assembly being surrounded by an outer sheath. Each insulated electrical conductor is formed by an electrical conductor surrounded by an insulating layer obtained from a composition comprising a polymeric material and at least one ceramic-forming filler, said insulating layer thus being able to convert at least superficially into the ceramic state at high temperatures corresponding to fire conditions. The polymeric material of this single insulating layer is selected from a polysiloxane, an ethylene copolymer, and their mixture.
However, it has been found that this safety cable of the prior art does not have optimum fire resistance properties, and remains relatively expensive when a polysiloxane is chosen as the insulating material.
The purpose of the present invention is to overcome the drawbacks of prior art techniques by proposing in particular a cable having excellent fire resistance properties while limiting the risk of mechanical degradation of the electrical conductors or conduct that compose it, even at high temperature.
The present invention relates to a cable comprising at least one elongate conductive element surrounded by at least: a first polymeric layer obtained from a first composition comprising a first polymer material and a first filler, and a second polymeric layer obtained from a second composition comprising a second polymer material and a second filler, characterized in that: - said first filler comprises at least a first alkaline earth metal oxide oxide, and - said second filler comprises at least one less a first silicate and a second silicate, the second silicate being different from the first silicate.
Thanks to the invention, the cable has a very good fire resistance, and in particular reduces significantly or even prevent the formation of inflamed droplets during the combustion of the cable. The mechanical properties of the cable of the invention are also improved which allows it to continue to operate even at high temperatures.
The cable of the invention advantageously satisfies the requirements of the following standards: - the standard NF C32-070 CR1 (2001), - the DIN4102-12 standard with the performance requirements E30, E60, E90, and - the standard NBN 713020 Addendum 3 with the performance requirements Rf60, Rf90 and Rfl20. The invention as defined in this way also has the advantage of being economical since it makes it possible to significantly limit or even avoid the use of polysiloxane in the insulating layer, while having very good resistance properties. fire. The first polymer layer 1.1 The first charge The oxide of an alkaline earth metal advantageously makes it possible to improve the high temperature electrical resistivity properties of the first polymeric layer under the conditions of a fire.
Preferably, the alkaline earth metal oxide may be of high purity.
"High purity" is understood to mean an alkaline earth metal oxide having a purity (by calcination) of at least 96.0%, preferably at least 98.0%, and particularly preferably at least 99.0%. The oxide of an alkaline earth metal of high purity advantageously limits the presence of electrically conductive compound (s), especially in the form of impurity (s). The impurities may contain, for example, heavy metals. Preferably, the alkaline earth metal oxide may comprise at most 30 ppm of heavy metals, and preferably less than 10 ppm of heavy metals.
In a preferred embodiment, the alkaline earth metal oxide has a melting point of at least 1500 ° C, preferably at least 2000 ° C, and particularly preferably at least 2500 ° C. . As a preferred example, the first oxide of the first charge may be magnesium oxide (MgO).
The first charge may further comprise a second oxide different from the first oxide.
Preferably, the second oxide may be silicon dioxide (SiO2).
The first charge may comprise from 50 to 90% by weight of the first oxide with respect to the total weight of the first charge.
The first charge may comprise from 10 to 30% by weight of the second oxide with respect to the total weight of the first charge. 1.2 The first polymer material
The first polymeric material of the invention comprises one or more polymer (s), the term polymer being understood by any type of polymer well known to those skilled in the art such as homopolymer or copolymer (eg block copolymer, random copolymer, terpolymer, ... etc).
The polymer may be of the thermoplastic or elastomeric type, and may be crosslinked by techniques well known to those skilled in the art.
In a particular embodiment, the first polymeric material, or in other words the polymer matrix of the first composition, may comprise one or more olefin polymers, and preferably one or more ethylene polymers. An olefin polymer is conventionally a polymer obtained from at least one olefin monomer.
More particularly, the first polymer material may comprise more than 30% by weight of olefin polymer (s), preferably more than 50% by weight of olefin polymer (s), preferably more than 70% by weight of olefin polymer (s), and particularly preferably more than 90% by weight of olefin polymer (s), based on the total weight of the first polymer material in the first composition. Preferably, the first polymeric material is composed solely of one or more olefin polymer (s). By way of example, the first polymer material of the invention may comprise one or more olefin polymers, and preferably one or more ethylene polymers, chosen from a linear low density polyethylene (LLDPE); a very low density polyethylene (VLDPE); low density polyethylene (LDPE); medium density polyethylene (MDPE); high density polyethylene (HDPE); an ethylene-propylene elastomeric copolymer (EPM); an ethylene propylene diene monomer terpolymer (EPDM); a copolymer of ethylene and vinyl ester such as a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA); a copolymer of ethylene and acrylate such as a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA) or a copolymer of ethylene and methyl acrylate (EMA); a copolymer of ethylene and alpha-olefin such as an ethylene-octene copolymer (PEO) or a copolymer of ethylene and butene (PEB); and one of their mixtures. The preferred ethylene polymer is the ethylene-octene copolymer (PEO), or a mixture of ethylene-octene (PEO) copolymers.
The first polymeric material of the invention may further comprise a graft polymer, in particular grafted with polar functions.
This grafted polymer advantageously makes it possible to improve the mechanical properties of the first polymeric layer. By way of example, the graft polymer may be a maleic anhydride grafted olefin polymer, and in particular a maleic anhydride grafted ethylene polymer.
When a graft polymer is added to the first polymer material, the first polymer material may comprise from 1 to 20% by weight of said graft polymer, and preferably from 1 to 15% by weight of said graft polymer, relative to the total weight of the first polymer material. polymeric material in the first composition.
The first polymer material may have a melt flow index (known by the Anglicism "Melt Flow Index"), in gram / 10 minutes according to ISO 1133 at 190 ° C / 2.16 kg, ranging from 1.0 at 5.
When the composition comprises a mixture of two different olefin polymers, especially a mixture of copolymers of ethylene and octene, the melt flow indices of these two polymers are different.
The first composition of the invention may comprise at least 30% by weight of said first polymer material, and preferably at least 40% by weight of said first polymer material, relative to the total weight of the first composition. 1.3 The first composition
The first composition may comprise from 20 to 60% by weight of the first oxide relative to the total weight of the first composition. Preferably, the first composition may comprise from 30 to 50% by weight of the first oxide relative to the total weight of the first composition.
The first composition may comprise from 5 to 30% by weight of the second oxide relative to the total weight of the first composition. Preferably, the first composition may comprise from 5 to 20% by weight of the second oxide relative to the total weight of the first composition.
In another preferred embodiment, the first composition may comprise at least 30% by weight of said first filler, and preferably at least 40% by weight of said first filler, based on the total weight of the first composition.
In another preferred embodiment, the first composition may comprise at least 30% by weight of said first polymeric material, and preferably at least 40% by weight of said first polymeric material, based on the total weight of the first composition.
In order to optimize the fire resistance of the cable of the invention, the first composition may have a Mooney viscosity of at least 40, and preferably at least 50. The first composition may have a Mooney viscosity of at most 100, and preferably at most 90.
Mooney viscosity (ML1 + 4, 160 ° C) is expressed in Mooney units (Me) and can easily be determined by the NFT 43005 standard.
The first composition may typically further include additives in an amount of 0.1 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the first polymeric material in the first composition. The additives are well known to those skilled in the art and may be chosen for example from protection agents (eg anti-UV, anti-copper), processing agents (eg plasticizers, lubricants), pigments, and antioxidants. 1.4 Characteristics of the first polymeric layer
The first polymeric layer may surround one or more elongated conductive member (s).
The first polymeric layer may be an electrically insulating layer.
In the present invention, the term "electrically insulating layer" means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10-9 S / m (Siemens per meter) (at 25 ° C), preferably at most 1.10. 8 S / m, and preferably at most 1.1013 S / m (at 25 ° C).
In a particular embodiment, the thickness of the first polymeric layer may range from 0.05 mm to 2.0 mm, and preferably from 0.1 mm to 1.0 mm.
In a particular embodiment, the first polymeric layer may be crosslinked or uncrosslinked.
In the present invention, the term "non-crosslinked" means a layer whose gel level according to ASTM D2765-01 (xylene extraction) is at most 20%, preferably at most 10%, preferably at most 5%, and particularly preferably 0%.
In the present invention, the term "crosslinked" means a layer whose gel level according to ASTM D2765-01 (xylene extraction) is at least 50%, preferably at least 80%, and so particularly preferred at least 90%. 2. The second polymeric layer 2.1 The second charge 2.1.1 The first silicate
The first silicate may be selected from phyllosilicates, compounds comprising magnesium silicate, compounds comprising aluminum silicate, and a mixture thereof.
Preferably, the first silicate may be a phyllosilicate. More particularly, the phyllosilicate may be mica.
The second filler may comprise from 20 to 40% by weight of first silicate relative to the total weight of the second filler. 2.1.2 The second silicate
The second silicate may be a compound with a high specific surface area, especially at least 10 m 2 / g, and preferably at least 20 m 2 / g. The specific surface area is conventionally determined by the BET method according to DIN ISO 9277.
The second silicate may in particular be of lamellar type.
More particularly, the second silicate may be chosen from phyllosilicates, compounds comprising magnesium silicate, compounds comprising aluminum silicate, and a mixture thereof.
Preferably, the second silicate may be a compound comprising magnesium silicate.
More particularly, the compound comprising magnesium silicate may be talc.
The second filler may comprise from 20 to 40% by weight of second silicate relative to the total weight of the second filler. 2.1.3 Other compounds in the second composition
In a preferred embodiment, the second charge may further comprise: - an oxide of an alkaline earth metal, and / or - a third silicate, the third silicate being different from the first silicate and the second silicate. The oxide of an alkaline earth metal advantageously makes it possible to improve the mechanical cohesion properties of the second polymeric layer after combustion under the effect of a flame.
Preferably, the alkaline earth metal oxide of the second polymeric layer may be of high purity, in order to improve the electrical resistivity of the cable of the invention.
"High purity" is understood to mean an alkaline earth metal oxide having a purity (by calcination) of at least 96.0%, preferably at least 98.0%, and particularly preferably at least 99.0%. The oxide of an alkaline earth metal of high purity advantageously limits the presence of electrically conductive compound (s), especially in the form of impurity (s). The impurities may contain, for example, heavy metals. Preferably, the alkaline earth metal oxide may comprise at most 30 ppm of heavy metals, and preferably less than 10 ppm of heavy metals.
In a preferred embodiment, the alkaline earth metal oxide has a melting temperature of at least 1500 ° C, preferably at least 2000 ° C, and particularly preferably at least 2500 ° C. ° C.
Preferably, the alkaline earth metal oxide may be magnesium oxide (MgO).
The third silicate may be selected from phyllosilicates, compounds comprising magnesium silicate, compounds comprising aluminum silicate, and a mixture thereof.
Preferably, the third silicate may be a compound comprising aluminum silicate, in particular of lamellar type.
More particularly, the third silicate may be chosen from montmorillonite, bentonite, kaolinite, hectorite, halloysite, and a mixture thereof.
Preferably, the compound comprising aluminum silicate may be montmorillonite. As a preferred example of a third silicate, there may be mentioned a nanoclay, functionalized or otherwise. More particularly, it can be surface treated with quaternary ammonium cations.
The second filler may comprise from 5 to 30% by weight of third silicate relative to the total weight of the second filler in the second composition.
In another preferred embodiment, the second filler may comprise, relative to the total weight of the second filler: from 20 to 40% by weight of first silicate, from 20 to 40% by weight of second silicate, 5 to 30% by weight of third silicate, and 20 to 40% by weight of alkaline earth metal oxide. 2.2 The second polymeric material
The second polymer material comprises one or more polymer (s), the term polymer being understood by any type of polymer well known to those skilled in the art such as homopolymer or copolymer (eg block copolymer, random copolymer, terpolymer, etc. .etc).
The polymer may be of the thermoplastic or elastomeric type, and may be crosslinked by techniques well known to those skilled in the art.
In a particular embodiment, the second polymeric material, or in other words the polymer matrix of the second composition, may comprise one or more olefin polymers, and preferably one or more ethylene polymers. . An olefin polymer is conventionally a polymer obtained from at least one olefin monomer.
More particularly, the second polymeric material may comprise more than 30% by weight of olefin polymer (s), preferably more than 50% by weight of olefin polymer (s), preferably more than 70% by weight of olefin polymer (s), and particularly preferably more than 90% by weight of olefin polymer (s), based on the total weight of the second polymer material in the second composition. Preferably, the second polymeric material is composed solely of one or more olefin polymer (s). By way of example, the second polymeric material of the invention may comprise one or more olefin polymers, and preferably one or more ethylene polymers, chosen from a linear low density polyethylene (LLDPE); a very low density polyethylene (VLDPE); low density polyethylene (LDPE); medium density polyethylene (MDPE); high density polyethylene (HDPE); an ethylene-propylene elastomeric copolymer (EPM); an ethylene propylene diene monomer terpolymer (EPDM); a copolymer of ethylene and vinyl ester such as a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA); a copolymer of ethylene and acrylate such as a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA) or a copolymer of ethylene and methyl acrylate (EMA); a copolymer of ethylene and alpha-olefin such as an ethylene-octene copolymer (PEO) or a copolymer of ethylene and butene (PEB); and one of their mixtures.
The second polymeric material of the invention may further comprise a graft polymer, in particular grafted with polar functions.
This grafted polymer advantageously makes it possible to improve the mechanical cohesion properties of the second layer after combustion under the effect of a flame. By way of example, the graft polymer may be a maleic anhydride grafted olefin polymer, and in particular a maleic anhydride grafted ethylene polymer.
When a graft polymer is added to the second polymer material, the second polymer material may comprise from 1 to 20% by weight of said graft polymer, and preferably from 5 to 15% by weight of said graft polymer, relative to the total weight of the second polymeric material in the second composition.
The second polymeric material may comprise a mixture of at least two different ethylene polymers, and more particularly may comprise a blend of a homopolymer of ethylene and a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA) .
Preferably, the second polymeric material may comprise from 50 to 80% by weight of EVA and from 20 to 50% by weight of an ethylene homopolymer, based on the total weight of the second polymeric material in the second composition.
The second composition may comprise at least 30% by weight of the second polymer material, preferably at least 50% by weight of the second polymer material, and preferably at least 60% by weight of the second polymer material, relative to the total weight of the second composition. 2.3 The second composition
The second composition may comprise at least 30% by weight of said second filler relative to the total weight of the second composition.
In a preferred embodiment, the second composition may comprise at least 30% by weight of said second polymer material relative to the total weight of the second composition.
In order to optimize the fire resistance of the cable of the invention, the second composition may have a Mooney viscosity of at least 50, and preferably at least 55. The second composition may have a Mooney viscosity of at most 100, and preferably at most 90.
Mooney viscosity (ML1 + 4, 160 ° C) is expressed in Mooney units (Me) and can easily be determined by the NFT 43005 standard.
The second composition may typically additionally comprise additives in an amount of 0.1 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the second polymeric material in the second composition. The additives are well known to those skilled in the art and may be chosen for example from protection agents (eg anti-UV, anti-copper), processing agents (eg plasticizers, lubricants), pigments, and antioxidants. 2.4 Characteristics of the second polymeric layer
The second polymeric layer may preferably surround the first polymeric layer.
The second polymeric layer may advantageously be uncrosslinked.
In the present invention, the term "non-crosslinked" means a layer whose gel level according to ASTM D2765-01 (xylene extraction) is at most 20%, preferably at most 10%, preferably at most 5%, and particularly preferably 0%.
In another preferred embodiment, the second polymeric layer is an electrically insulating layer.
In the present invention, the term "electrically insulating layer" means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10-9 S / m (Siemens per meter) (at 25 ° C), preferably at most 1.10. 8 S / m, and preferably at most 1.1013 S / m (at 25 ° C).
In a particular embodiment, the thickness of the second polymeric layer may range from 0.05 mm to 2.0 mm, and preferably from 0.1 mm to 1.0 mm. 3. Otherfs) layers)
The cable according to the invention may further comprise a third polymeric layer.
The third polymeric layer may preferably surround the second polymeric layer.
Preferably, the third polymeric layer may be crosslinked.
In the present invention, the term "crosslinked" means a layer whose gel level according to ASTM D2765-01 (xylene extraction) is at least 50%, preferably at least 80%, and so particularly preferred at least 90%.
In a preferred embodiment, the third polymeric layer is an electrically insulating layer.
In the present invention, the term "electrically insulating layer" means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10-9 S / m (Siemens per meter) (at 25 ° C), preferably at most 1.10. 8 S / m, and preferably at most 1.1013 S / m (at 25 ° C).
In another particular embodiment, the third polymeric layer does not comprise halogenated compounds. Preferably, the third polymeric layer is a so-called "HFFR layer. For Anglicism Halogen-Free Flame Retardant according to IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).
The third polymeric layer may comprise one or more olefin polymer (s) and preferably one or more ethylene polymer (s)
In a particular embodiment, the thickness of the third polymeric layer may range from 0.05 mm to 2 mm, and preferably from 0.1 mm to 1.0 mm. 4. The cable The invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application in the field of energy or telecommunications cables intended to remain operational for a defined time when they are subjected to high heat and / or directly to flames.
In the present invention, the term "cable" is understood to mean an electrical and / or optical cable, intended for the transmission of energy and / or the transmission of data.
More particularly, this type of cable comprises one or more elongated conductive element (s) of the electrical and / or optical type.
When the elongated conductive element is of the electric type, it may be a single conductor such as for example a metal wire, or a multiconductor such as a plurality of metal wires, twisted or not.
The elongated electrical conductor may be made from a metallic material chosen in particular from aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, and one of their combinations.
The (transversal) section of the electrical conductor can range from 0.5 mm 2 to more than 240 mm 2.
The first polymeric layer may be in direct physical contact with the elongate conductive member.
In a preferred embodiment, the second polymeric layer may surround the first polymeric layer.
When the cable further has a third polymeric layer, the third polymeric layer may surround the first polymeric layer and / or the second polymeric layer.
The cable of the invention may further comprise a protective sheath surrounding one or more elongated conductive element (s) isolated by at least the first polymeric layer, the second polymeric layer, and optionally the third polymeric layer, said three layers being in accordance with the invention.
More particularly, when the cable of the invention comprises a single conductive element isolated by at least the first polymeric layer, the second polymeric layer, and optionally the third polymeric layer, the protective sheath surrounds the single elongate conductive element and thus isolated .
When the cable of the invention comprises a plurality of elongated conductive elements isolated by at least the first polymeric layer, the second polymeric layer, and optionally the third polymeric layer, the protective sheath surrounds all of said elongated conductive elements and thus isolated.
The protective sheath of the invention may be a sheath of the tubular type or the stuffing type.
The term "tubular sheath" means a tube-shaped sheath comprising a substantially identical thickness all along said tube. The tubular sheath may be more or less tight around all the insulated conductors as previously described, in particular to immobilize all of said insulated conductors inside said sheath.
The tubular sheath is very simple and quick to perform since it requires a pressure at the exit of the extruder smaller than that required for the manufacture of a stuffing sheath.
The term "cladding sheath" means a sheath that fills the interstices, when they exist, between the electrical conductors isolated by at least the first polymeric layer and the second polymeric layer, whose volumes are accessible.
In a particular embodiment, the thickness of the protective sheath can range from 0.05 mm to 3 mm, and preferably from 0.5 mm to 2.0 mm.
The protective sheath may be conventionally based on one or more olefin polymers, optionally with at least one flame retardant filler such as aluminum trihydroxide (ATH), magnesium dihydroxide (MDH), the chalk. Preferably, the protective sheath is a so-called "HFFR" sheath for the "Halogen-Free Flame Retardant" anglicism according to IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).
When the cable comprises a protective sheath, it may further comprise a stuffing element positioned along the cable between the protective sheath and the at least one elongate conductive element (s), stuffing element which may further surround the at least one elongated conductive member (s). The stuffing element is well known to those skilled in the art and may for example be based on one or more olefin polymer (s), with optionally at least one flame retardant filler such as, for example, trihydroxide. aluminum (ATH), magnesium dihydroxide (MDH), chalk. Preferably, the stuffing element is an element called "HFFR. For Anglicism Halogen-Free Flame Retardant according to IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).
In order to guarantee a so-called HFFR cable for the "Halogen-Free Flame Retardant" anglicism, the cable of the invention, or in other words the elements that make up said cable, such as, for example, the protective sheath, do not include / preferably include no halogenated compounds according to IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011). These halogenated compounds may be of any kind, such as, for example, fluorinated polymers or chlorinated polymers such as polyvinyl chloride (PVC), halogenated plasticizers, halogenated mineral fillers, etc. Other features and advantages of the present invention will appear in the light of the description of non-limiting examples of cables according to the invention made with reference to the figures.
Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of an electric cable according to a first embodiment according to the invention.
FIG. 2 represents a schematic cross-sectional view of an electric cable according to a second embodiment in accordance with the invention.
For the sake of clarity, only the essential elements for understanding the invention have been shown schematically, and this without respect of the scale.
The electric cable shown in FIG. 1 comprises two electrical conductors 1, each electrical conductor being successively surrounded by a first polymeric layer 2 and a second polymeric layer 3, both in accordance with the invention.
A tamper-type protective sheath 5 surrounds all of the two insulated conductors by the two polymeric layers of the invention.
A stuffing element 6 is positioned between the protective sheath 5 and the set of electrical conductors insulated by the two polymeric layers of the invention. The stuffing element 6 further surrounds all the electrical conductors insulated by the two polymeric layers of the invention.
The electric cable shown in Figure 2 comprises three electrical conductors 1, successively surrounded by a first polymeric layer 2 and a second polymeric layer 3, both in accordance with the invention. In addition, a third polymeric layer 4 surrounds the second polymeric layer of each of the electrical conductors.
A tubular type protective sheath 5 surrounds all three electrical conductors isolated by the three polymeric layers.
Blank spaces 7 are formed between the protective sheath 5 and all the electrical conductors isolated by the three polymeric layers it surrounds. The set of layers, packing elements and sheaths shown in Figures 1 and 2 are elements obtained by extrusion. The protective sheath 5 is a conventional sheath made from a flame retardant composition based on polyolefin. The stuffing element 6 is a conventional stuffing element also made from a flame retardant polyolefin composition.
Examples
Table 1 below groups together the constituents of a first polymer composition according to the invention with: a first polymer material consisting of Polymer 1; and a first charge consisting of two different charges, namely: Oxide 1 and Oxide 2.
Table 1 The origin of the various constituents summarized in Table 1 is as follows: Polymer 1 is a copolymer of ethylene and octene (PEO) with a density of 0.880-0.884 g / cm 3, marketed by the company EXXONMOBIL under the reference EXACT 8203; Polymer 2 is a copolymer of ethylene and octene (PEO), with a density of 0.882 g / cm 3, and marketed by Exxon Mobil under the reference EXACT 8201;
Polymer 3 is maleic anhydride grafted polyethylene, with a density of 0.912 g / cm 3, marketed by Polieco-MPB under the reference Coesive LL15M; Oxide 1 is an oxide of an alkaline earth metal of the magnesium oxide (MgO) type, sold by Van Mannekus under the reference MgO AK98, with a purity of 97.9%; and Oxide 2 is a silicon dioxide (SiO 2) sold by the company Evonik under the reference Aerosil R.974.
Table 2 below groups together the constituents of a second composition according to the invention with: a second polymer material consisting of three different polymers, namely: Polymer 10, Polymer 20 and Polymer 30; and a second charge consisting of four different charges, namely: Silicate 10, Silicate 20, Silicate 30 and Oxide 10.
Table 2 The origin of the various constituents shown in Table 2 is as follows: Polymer 10 is a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA), with a density of 0.950 g / cm 3, marketed by Exxon Mobil under the reference Elvax 2803;
Polymer 20 is a low density polyethylene with a density of 0.900 g / cm 3 marketed by Polimeri Europa under the trade name Clearflex FFDO; Polymer 30 is a maleic anhydride grafted polyethylene with a density of 0.912 g / cm 3 marketed by Polieco - MPB under the reference Coesive LL15M; Silicate 10 is a silicate of the mica type, sold by the company Keyser and Mackay under the reference Mica SX300; Silicate 20 is a talc-type silicate, marketed by Univar under the reference Mistron HAR, with a specific surface area of 22 m 2 / g (BET method according to DIN ISO 9277); Silicate 30 is a lamellar silicate of the montmorillonite type, sold by BYK under the reference Cloisite 20; Oxide 10 is an alkaline earth metal oxide of the magnesium oxide type (MgO) of pharmaceutical grade, sold by the company SCORA under the reference MgO PE light, with a purity (by calcination) of 99.0%, and a melting temperature of about 2800 ° C; Plasticizer is a wax marketed by Clariant under the reference Wax PE 520; and Antioxidant is an antioxidant marketed by Chemtura under the reference Naugard XL1.
In order to verify the fire resistance of the compositions of the invention in operational configuration, the polymeric layers in accordance with the invention were implemented in different types of cables (see Tables 3 and 4 below) in order to be tested. according to the following standards: - NF C 32-070 CRI (2001), - DIN4102-12 with the performance E30, E60, E90, and - NBN 713020 Addendum 3 with the performance Rf60, Rf90, Rfl20.
Table 3 below shows a cable comprising a first polymeric layer obtained from the first composition of Table 1, and a second polymeric layer obtained from the second composition of Table 2.
More particularly, the cable 1 of Table 3 comprises: four electrical conductors surrounded respectively by a three-layer insulation, said three-layer insulation comprising a first polymeric layer according to the invention, obtained from the first polymer composition of Table 1, a second layer; polymer according to the invention, obtained from the second composition of Table 2, and a third polymeric layer according to a particular embodiment of the invention, - a stuffing element surrounding the four isolated electrical conductors, and - a sheath of tamper type protection surrounding the four insulated electrical conductors as well as the stuffing element.
Table 3 The origin of the elements collected in Table 3 is as follows: HFFR1 is an extruded HFFR layer. based on charged polyolefin (s), the polyolefin (s) being of the copolymer (s) type of ethylene and vinyl acetate (EVA), and the filler being at least one flame retardant filler of the trihydroxide type. aluminum; - HFFR2 is an extruded filling element HFFR based polyolefin (s) loaded (s), the polyolefin (s) being of the copolymer type (s) of ethylene and vinyl acetate (EVA), and the charge being at least one flame retardant filler of the aluminum trihydroxide type; and - HFFR3 is an extruded sheath HFFR based on polyolefin (s) loaded (s), the polyolefin (s) being of the copolymer (s) type of ethylene and vinyl acetate (EVA), and the load being at least one flame retardant filler of the aluminum trihydroxide type.
Preparation process
In a first step, the first composition of Table 1 is extruded, using a conventional single-screw extruder, around each electrical conductor, thus forming the first insulating polymeric layer.
The temperature profile ranges from 90 to 200 ° C, and the extruder has eight heating zones.
In a second step, the second composition of Table 2 is conventionally extruded around the first polymeric layer, thus forming the second insulating polymeric layer.
In a third step, a third layer as defined in the invention, when it exists, is extruded around the two previous layers.
The bilayer or trilayer insulation can be extruded in several successive steps, but it can also be extruded by coextrusion (one and the same extrusion head).
The rest of the constituent elements of the cable 1 is extruded successively or in tandem, namely: - the stuffing element when it exists, and - the protective sheath.
Test used
The cable 1 is subjected to: - the test according to standard NF C 32-070 CRI (2001), - the test according to DIN4120-12, and - the test according to standard NBN 713020 Addendum 3, the results of these tests being collected in Table 3.
The standard NF C 32-070 CRI (2001) indicates in particular a fire resistance threshold of 65 minutes (min) to validate the performance.
The DIN4120-12 standard specifies a fire resistance threshold of 30, 60 and 90 minutes (min) to validate the performance E30, E60 and E90, respectively.
The standard NBN 713020 Addendum 3 indicates in particular a fire resistance threshold of 60, 90 and 120 minutes (min) to validate respectively the performance rf60, rf90 and rfl20.
The results clearly show that a cable comprising the two polymeric layers of the invention, whatever its structure, makes it possible to advantageously satisfy different standards of fire resistance, in particular NF C 32-070 CRI (2001), DIN 4102- 12 (E90), and NBN 713020 Addendum 3 (Rfl20), with significantly improved fire resistance.
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