WO2019113699A1 - Composite, traverse enrobée du composite et leur utilisation dans un réseau électrique - Google Patents

Composite, traverse enrobée du composite et leur utilisation dans un réseau électrique Download PDF

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WO2019113699A1
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resin
coating
epoxy
matrix
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PCT/CA2018/051589
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Jean-François LABRECQUE
Sylvio Savoie
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HYDRO-QUéBEC
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Definitions

  • the present invention relates to a composite, in particular a composite that can be used to manufacture or coat a part, for example a part for dielectric and / or structural applications and / or used in an electrical network, preferably a cross.
  • the present invention also relates to said cross and its use in an electrical network.
  • the sleepers (10) are parts used in electrical networks, as shown in FIG. 1.
  • the sleepers serve, among other things, mechanical supports for supporting the overhead lines (14) at a certain distance from the posts ( 16) and / or maintain a sufficient spacing between the electrical phases, in the case of a multiphase network, according to the voltage levels used. Therefore, sleepers play, among other things, the role of structural parts, that is to say parts supporting a mechanical load, and are therefore essential in the electrical networks.
  • sleepers are used in all kinds of environments, including in the most aggressive environments, such as saline environments (eg near stretches or saltwater streams, places with high use of de-icing salts) and polluted environments (eg urban environments).
  • the crosspieces (10) generally consist of a rod (18) carrying at each of their ends a fixing piece (20), either a tip to support the insulator (12) or the power line (14). (if the crossmember is used without an insulator) and a bit to anchor the cross member to the vertical structure, such as a post - see for example the end caps shown in Figure 2.
  • the sleepers can be used in electrical transport networks, that is to say a relatively high voltage network (> 100 kV) which carries electricity over long distances, and in electrical distribution networks. , ie a lower voltage (medium voltage) network ( ⁇ 100 kV) that carries electricity to primary and secondary users.
  • Figure 1 shows the typical use of sleepers in an electrical distribution network.
  • the sleepers are, over their length, subjected to electric fields of varying intensity. During normal use, spot and localized electrical charges are formed on the transom.
  • the sleepers currently in use show the following disadvantages:
  • Electric erosion is a loss of material of the crossbar.
  • the electrical path is a modification, degradation or combustion of the material of the crossbar which has the effect of leaving a conductive residue on the cross.
  • This conductive residue irreversibly reduces the distance between the high voltage (HV) and the grounding (MAT) and thus decreases the electrical insulation performance of the crossbar.
  • a polyurethane or epoxy surface protection is generally applied to slow UV degradation and protect the core of the cross member, which is typically a profile, tube or matrix FRP ("Fiber Reinforced Polymer"). Pultruded. The network experiment and laboratory tests show that these protections do not work in the long term in aggressive environments and that the FRP matrix has a low resistance to partial discharges (electrical path) and electrical erosion.
  • FRP Fiber Reinforced Polymer
  • the present invention relates to:
  • a composite comprising a matrix of a thermosetting or thermoplastic polymer, at least one insulating filler dispersed in the matrix and at least one non-linear conductivity filler dispersed in the matrix.
  • the insulating charge has an average particle size of at least about 50 nm, about 100 nm, about 250 nm, about 0.5 mhh, about 1 mhh. about 2 mhh, about 10 mhh or about 25 mhh, and / or at most about 200 mhh, about 100 mhh, about 50 mhh, about 25 mhh, about 1 mhh or about 100 nm.
  • the composite of any one of embodiments 1 to 7, wherein the insulating filler has an average particle size of less than 100mhh.
  • the composite of any one of embodiments 1 to 10, wherein the non-linear conductivity powder has an average particle size of between 50nm and 200mhi, preferably with a d50 of 5mhi and a d90 of 8mhi.
  • the composite of any one of embodiments 1 to 12 wherein the non-linear conductivity load is a non-linear conductivity load having a particle size of less than 100mHi.
  • the composite of any one of embodiments 1 to 13, wherein the insulating load is:
  • An inorganic oxide, an inorganic hydroxide and / or an inorganic oxyhydroxide preferably silica, quartz, a known silicate, aluminum oxide, aluminum trihydrate, mica, the oxide of a metal transition materials (especially Ti Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W or Fe) or dolomite, magnesium oxide, magnesium hydroxide, wollastonite, calcium oxide,
  • a nitride preferably silicon nitride, boron nitride and aluminum nitride,
  • the insulating filler is silica and / or quartz, preferably silica flour, more preferably silica having a SiO 2 content of about 95 to 98% by weight.
  • CA 2943645 preferably a powder comprising aluminum boride, FeB or ZrB 2 produced according to the process of said application, or a mixture thereof.
  • the composite of embodiment 23, wherein the matrix is a matrix of a thermoplastic polymer, preferably a polyester, a polyethylene, a polypropylene, a polyamide, a polyimide, or a mixture thereof.
  • the composite of embodiment 23 wherein the matrix is a matrix of a polymer thermosetting, preferably polyester or vinyl ester of bisphenol A (BPA), an epoxy or polymer (eg polyurethane).
  • BPA bisphenol A
  • the matrix is an epoxy matrix, more preferably an epoxy matrix derived from a reaction between an epoxy resin and a hardener.
  • the epoxy resin is a cycloaliphatic epoxy resin comprising unsubstituted glycidyl groups and / or methyl-substituted glycidyl groups, wherein these glycidyl compounds have an epoxy value (equiv / kg) ) at least two 1,2-epoxy groups per molecule, preferably at least three, preferably at least four and in particular about five or more, preferably an epoxy value of about 5, 0 to 6.1 (equiv / kg).
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the hardener is an acid anhydride, preferably an aliphatic or cycloaliphatic polycarboxylic acid anhydride, preferably a phthalic anhydride, a tetrahydrophthalic anhydride, an anhydride hexahydrophthalic anhydride, methylhydrophthalic anhydride, methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, methylnadic anhydride or a mixture thereof.
  • the hardener is an anhydride, phenol or amine crosslinking agent, preferably based on a cycloaliphatic anhydride.
  • the part according to embodiment 47 wherein the attachment ferrules are attached to the rod with an adhesive.
  • the piece according to the any of embodiments 46 to 50, wherein the tie rod has a core at least partially, preferably completely, covered with a coating of the composite according to any one of embodiments 1 to 42.
  • the part according to embodiment 52 in which the heart of the cross rod, with the exception of its two ends, is completely covered with a coating of the composite.
  • the thermosetting resin is a bisphenol A polyester or vinyl ester, an epoxy or a polymer, for example a polyurethane, having a mechanical deformation temperature higher than the polymerization temperature of the matrix of the composite.
  • thermoplastic resin is a polyester, a polyethylene, a polypropylene, a polyamide, a polyimide or a mixture thereof.
  • the coating has a thickness of at least about 500 microns or about 1 mm and / or at most about 10 mm or about 4 mm.
  • the part according to embodiment 58, wherein the coating has a thickness of about Va of an inch (about 3 mm).
  • the coating according to embodiment 66, wherein the part is a part according to any one of embodiments 43 to 65.
  • the coating according to embodiment 66 or 67, wherein the part is a cross rod for an electrical network, preferably for an electrical distribution network.
  • the use of the embodiment 70, wherein the part is the part according to any one of the embodiments 43 to 65.
  • the use of the embodiment 70 or 71, wherein the part is a transom rod as defined in FIG. any of embodiments 46 to 65.
  • the reinforcement is non-conductive.
  • the method according to embodiment 80 or 81, wherein the part is a part of an electrical network.
  • the method of any of embodiments 80 to 82, wherein the part is a tie rod for an electrical network.
  • the method according to any of embodiments 80 to 83, wherein the reinforcement is a fabric, a mat or fibers, preferably continuous and longitudinal fibers and more preferably glass fibers.
  • any of embodiments 80 to 85 wherein the first resin is a bisphenol A polyester or vinyl ester, an epoxy or polymer having a mechanical deformation temperature greater than the polymerization temperature of the epoxy resin.
  • any one of embodiments 80 to 89, wherein the accelerator is a heterocyclic amine, preferably Araldite DY070.
  • the method of any one of the embodiments 80 to 94 wherein the method comprises the subsequent step of cutting the crosspiece member / shank to thereby provide a cross member / shank of desired length.
  • the method of any of embodiments 80 to 95 wherein the method further comprises the step of adding a fastener to one or each, preferably each, of the ends of the workpiece.
  • the method of embodiment 96 wherein the end caps are attached to the crosspiece member / shank with an adhesive.
  • a method of increasing the resistance to electrical erosion of a part the method comprising the step of coating the part with the composite according to any one of embodiments 1 to 42.
  • a method of increasing the resistance to the electrical path of a part comprising the step of coating the part with the composite according to any one of embodiments 1 to 42.
  • a method of increasing the life of a part comprising the step of coating the part with the composite according to any one of embodiments 1 to 42.
  • a method for simplifying an electrical network comprising the step of replacing an assembly comprising a cross member and an insulator, said assembly being used to fix an electrical line to a support, by a cross member as defined any one achievements 46 to 65 used without insulator to fix the power line to the support.
  • Figures 1 a shows cross ties of the prior art installed in an electrical distribution network.
  • Figure 1 b is a partial close-up of Figure 1a.
  • Figure 2 shows a cross member comprising a rod and fasteners at each end of the rod.
  • Figure 3 shows a sectional view of a cross rod comprising a coating on a cylindrical core.
  • Figure 4a shows a mold (30) in two parts, to manufacture a part of an electrical network according to the principle of injection-pressure-freezing.
  • Figure 4b shows a plate (60), front view, for use with the mold (30) shown in Figure 4a).
  • Figure 5a shows a conventional method of manufacturing by pultrusion.
  • Figure 5b shows a method of manufacture by co-pultrusion of a cross rod according to the invention.
  • Figure 6 is a partial close-up of Figure 5b showing the coating mechanism of the second resin and the second heated die.
  • Figure 7 shows the salt spray test chamber under tension with four (4) sleepers installed to be tested.
  • Figure 8a shows the underside of a Composite Traverse A according to the invention after a test of salt spray under tension of 10OOh.
  • Figure 8b shows above the same Traverse Composite A according to the invention after a salt spray test under tension of 10OOh.
  • Figure 8c shows the underside of a Comparative Traverse 1 after a salt spray test under 1000h.
  • Figure 8d shows the top of the same Comparative Traverse 1 after a salt spray test under tension of 1000h.
  • Figure 9 shows sleepers having undergone a salt spray test under tension, from left to right: a Traverse Composite A according to the invention after 3000 hrs in salt spray under tension, Traverse Comparative 1 after 1000 hrs in salt spray under tension, a Comparative Traverse 2 after 401 hrs in salt spray under tension and Comparative Traverse 3 after 401 hrs salt spray under tension.
  • Figure 10a shows the measurement of the erosion depth of a Composite A undergoing a salt spray test of 100 h: vernier tare on a non-eroded part.
  • Figure 10b shows the measurement of the erosion depth of a Traverse Composite A having undergone a salt spray test of 100 h: measurement of the diameter defect.
  • Figure 11a shows the current as a function of time during a salt spray test for a
  • Figure 11b presents the current as a function of time during a salt spray test for another
  • Figure 11c shows the current as a function of time during a salt spray test for another
  • Figure 11 d presents the current as a function of time during a salt spray test for a
  • Figure 12 shows a Composite Traverse A (left) and Comparative Traverse 2 (right), after 407 hours in salt spray.
  • Figure 13a shows the current as a function of time during a salt spray test for a
  • Figure 13b presents the current as a function of time during a salt spray test for another
  • Figure 13c presents the current as a function of time during a salt spray test for another
  • Figure 13d shows the current as a function of time during a salt spray test for a Comparative Traverse 3.
  • Figure 14 shows a Composite Traverse A (left) and Comparative Traverse 3 (right) after 401 hours in salt spray.
  • Figure 15a has a Composite Traverse A according to the invention having undergone a test of 3000h in salt spray under tension: entire cross-member seen from below.
  • Figure 15b shows the same Traverse Composite A: entire crosshead seen from above.
  • Figure 15c has the same Traverse Composite A: high voltage end of the cross, seen from below.
  • Figure 15d shows the same Traverse Composite A: grounded end of the crosshead seen from the front.
  • Figure 15e shows the same Traverse Composite A: grounded end of the cross-piece seen from the side.
  • Figure 16a shows the electrical current flowing to the surface of an epoxy sample wafer and ZnO (40% w / w) during an inclined plane test according to IEC-60587.
  • Figure 16b shows the electrical current flowing to the surface of an epoxy sample wafer without ZnO during an inclined plane test according to IEC-60587.
  • Figure 17a shows the electrical current flowing to the surface of a sample plate of Composite A during an inclined plane test according to standard IEC-60587.
  • Figure 17b shows the electrical current flowing to the surface of a sample plate of the composite AIN-S1O2 during an inclined plane test according to standard IEC-60587.
  • Figure 18 shows the current-voltage curve of a composite of the invention.
  • the present invention relates to a composite comprising a matrix of a thermosetting or thermoplastic polymer, at least one insulating filler dispersed in the matrix and at least one load with non-linear conductivity dispersed in the matrix.
  • This composite can, among other things, be used as a coating of a part used in an electrical network, for example an external electrical network (aerial), preferably as a coating of a cross.
  • an external electrical network preferably as a coating of a cross.
  • the present invention also relates to said part, in particular said cross, and its use in an electrical network.
  • the composite of the invention When exposed to an electric field, the composite of the invention shows a very significant reduction of partial discharges and electrical erosion ("tracking") compared to some commercial products. Specifically, as shown in the Examples below, when the composite is used as a tie rod for an electrical network, the composite shows a reduction in leakage current of 20%, less electrical erosion, and none. conductive residue (electrical path) after more than 3000 hrs under tension exposed to salt spray (ie accelerated aging test in an aggressive environment) compared to conventional sleepers (complete or near-complete path (93%) after only about 400 hrs).
  • the sleepers rods are exposed, especially in wet environments, saline or polluted, the electrical path that degrades their dielectric performance.
  • a conventional tie rod offers little resistance to degradation.
  • the insulating filler due to its thermal stability offers increased resistance to tracking, much more resistant to degradation than a polymer.
  • it lowers the thermal expansion coefficient of the polymer to a level similar to the FRP core in order to prevent induced internal stress due to thermal shock and delamination that could occur at the FRP core-coating interface.
  • the performances are significantly increased.
  • the sleepers of the invention can be used to attach an electrical line to a support, especially in the absence of insulator.
  • the crossbar of the invention used without an insulator for fixing an electrical line to a support, replaces an assembly conventionally used to fix the electrical line to the support, said assembly comprising a conventional cross member and an insulator.
  • the sleepers of the invention therefore have a dual role: they are structural and insulating parts.
  • the composite of the invention has characteristics of improved resistance to UV radiation and electrical path and, where appropriate, protects the heart it covers.
  • the composite demonstrates high resistance to electrical tracking and electrical erosion (a result of partial discharges) even after the loss of hydrophobicity of the surface.
  • the composite improves the quality of surfaces by making them resistant to impact or scratches.
  • the composite also contributes to the mechanical integrity of a part.
  • a thick coating that is, thicker than a paint, for example 500mHi or more, preferably about Va or greater
  • it can be reduce the diameter of the heart correspondingly (from 2 inches to 1 3 L inches) and thus obtain a piece of the same diameter as the conventional piece (painted crossbar) whose mechanical integrity is little or not compromised.
  • such a transom rod still meets the specifications in force for this type of equipment.
  • the part obtained is therefore more resistant to external conditions (UV, abrasion, pollutants), and partial discharges (electrical erosion and electrical routing) while not compromising its ability to carry a load. It can also be used with existing equipment according to standard procedures because its size will not have changed and its mechanical resistance will remain unaffected.
  • the part has a longer life in a very significant way. Lifetime is defined as the period during which the part is installed on a functioning electrical network before its performance degrades to the point where it must be replaced. Some electrical network operators are aiming for the replacement of sleepers after 50 years of service life, even in aggressive environments. Aggressive environments are environments in which the environment includes one or more factors that accelerate the deterioration of parts of electrical networks. Aggressive environments include wetlands (eg near stretches or streams), saline environments (eg near stretches or saltwater streams, areas with high use of de-icing salts), and aquatic environments. polluted (eg urban areas). Conventional synthetic sleepers generally do not withstand aggressive media and need to be replaced long before their intended life (50 years).
  • the use of the composite of the invention makes it possible to lengthen the service life of the electrical network parts, in particular the sleepers, potentially until reaching their desired lifetime (50 years). This makes it possible to have a service life equivalent to the other components (pole and isolator) of the electrical network. All elements of the network therefore have a similar life, which facilitates maintenance work and reduces the number of necessary interventions and therefore costs.
  • the present invention therefore relates to a method:
  • said piece is a part of an electrical network, preferably a crossbar rod.
  • said piece is used in an aggressive environment, for example in a humid, saline and / or polluted environment.
  • the present invention relates to a composite comprising a matrix of a thermosetting or thermoplastic polymer, at least one insulating filler dispersed in the matrix and at least one charge with nonlinear conductivity dispersed in the matrix.
  • thermosetting polymer may be, for example, a polyester or vinyl bisphenol A ester (BPA), an epoxy or a polymer (e.g., a polyurethane).
  • BPA vinyl bisphenol A ester
  • epoxy an epoxy or a polymer (e.g., a polyurethane).
  • thermoplastic polymer may be a polyethylene, a polypropylene, a polyamide, a polyimide or a mixture thereof.
  • the matrix is a matrix of a thermosetting polymer, preferably an epoxy matrix.
  • thermosetting matrices eg epoxy matrices
  • the accelerator is a catalyst optionally used to accelerate and / or complete the reaction between the epoxy resin and the hardener.
  • the epoxy matrix may be any epoxy matrix known to those skilled in the art or a mixture thereof.
  • the epoxy resin is a cycloaliphatic epoxy resin comprising unsubstituted glycidyl groups and / or methyl substituted glycidyl groups, wherein these glycidyl compounds have an epoxy value (equiv. / kg) of at least two 1,2-epoxy groups per molecule, preferably at least three, preferably at least four and in particular about five or more, preferably an epoxy value of about 5.0 to 6.1 (equiv / kg).
  • the epoxy resin is a hexahydro-o-phthalic acid bis-glycidyl ester, a m-hexahydro-phthalic acid bis-glycidyl ester, a bis-acid hexahydro-p-phthalic glycidyl or a mixture thereof.
  • the epoxy resin is a cycloaliphatic epoxy resin having a certain resistance to UV radiation and a certain hydrophobicity, for example:
  • Araldite® CY 179 resin which is a low viscosity epoxy resin
  • Araldite® CY184 resin which is a low viscosity epoxy resin
  • Araldite® XU9509 resin which is also a low-viscosity epoxy resin
  • Araldite® CY5622 resin which is a hydrophobic cycloaliphatic epoxy resin (HCEP - "hydrophobic cycloaliphatic epoxyti") modified with polydimethylsiloxane (PDMS) and
  • Araldite® CW5625 resin which is in fact the Araldite® CY5622 resin mentioned above premixed with an insulating filler, ie 64% SiO 2 ,
  • the epoxy resin is Araldite® CY5622 resin.
  • the hardener is any known compound used as a hardener component with the epoxy resins mentioned above.
  • the epoxy resins are normally sold, with recommendations on the hardeners with which they can preferably be used.
  • the hardener is Aradur® 917, Aradur® HY9519, Aradur® HY 1235 or Aradur® HW5625-1 (which is Aradur®). ® HY1235 pre-blended with 64% S1O2), all from Huntsman®, or one of their blends. In most preferred embodiments, the hardener of choice is Aradur® HY 1235.
  • the weight ratio of the epoxy resin to the hardener is generally about 50:50. However, this weight ratio may vary depending on the epoxy resin and hardener chosen for the composite. Once again, the manufacturer's recommendations can be followed on this point. In preferred embodiments, the% by weight of the epoxy matrix in the composite is between 20% and 80% and preferably between 30% and 70%.
  • the accelerator is a tertiary amine and / or a heterocyclic amine preferably used with anhydride hardeners.
  • the accelerator is Araldite® DY-062 and / or Araldite® DY070 from Huntsman®.
  • the accelerator is Araldite® DY-062 and, optionally, additionally Araldite® DY-070,
  • the epoxy matrix is an epoxy matrix which is hydrophobic. It is understood that this hydrophobicity is present / determined at the time of manufacture of the composite. The surface hydrophobicity of the composite may decrease thereafter, for example during its long-term use in aggressive media.
  • solid materials can be classified into three groups: insulators, semiconductors and conductors.
  • Insulators are materials with electrical conductivity ⁇ 10 -8 S / c while semiconductors have conductivity 10 ⁇ 8 S / c ⁇ s ⁇ 10 3 S / c and finally, conductors are conductivity materials high 10 3 S / c ⁇ s.
  • charge with nonlinear conductivity is understood to mean a charge which has a Electrical conductivity that does not vary linearly with the electric field. Indeed, when considering the current-voltage curve of a charge with nonlinear conductivity in a matrix, there is observed, as the voltage is raised, an area where the material is insulating or very slightly conductive, a threshold (or a threshold voltage) is then reached from which the conductivity increases non-linearly (i.e. it has a non-zero nonlinearity coefficient), to a full conduction or short circuit.
  • Semiconductors are a load class with non-linear conductivity.
  • the insulating charge and the nonlinear conductivity load are both dispersed in the matrix of the thermosetting or thermoplastic polymer.
  • the synergy of these greatly increases the resistance of the composite to partial discharges and erosion.
  • the insulating filler is dispersed in the resin and / or the hardener and the non-linear conductivity filler is also dispersed in the resin and / or the hardener before the The epoxy resin and the hardener are mixed together to form the epoxy matrix.
  • the insulating load and the non-linear conductivity load are dispersed in the die as it is formed.
  • the fillers are found in the same proportion in the hardener as in the resin.
  • the composite comprises between about 1% w / w and about 60% w / w of the insulating filler, more preferably between about 10% and about 50%, even more so. preferred between about 20% and about 40% and most preferably about 29%.
  • the composite comprises between about 1% w / w and about 75% w / w of the charge with non-linear conductivity, more preferably between about 5% and about 50%, even more preferably between about 10% and about 30%, and most preferably about 23%.
  • the characteristics and the concentrations of the charges will be adjusted according to the operating voltages. For example, in general, a higher operating voltage requires a lower concentration of the non-linear conductivity load and a higher concentration of the insulating load.
  • the composite comprises about 29% w / w of the insulating load and about 23% w / w of the non-linear conductivity load when the operating voltage is 14.4 kV, that is to say a voltage typical of electrical distribution networks such as that shown in Figure 1.
  • the insulating load and / or the non-linear conductivity load are in the form of a plurality of particles, preferably a powder.
  • the insulating powder has an average particle size of between about 50 nm and 200 mhh. In embodiments of the invention, the average particle size is:
  • the insulating load is an insulating load whose average particle size is less than 100 mhh.
  • the insulating powder has an average particle size of between 2mhi and 100mhi, preferably with a dso of 16mhi and a dgs of 50mhi.
  • the insulating powder may be spherical or other (lamella, filament, whisker).
  • the nonlinear conductivity load is a nonlinear conductivity load whose average particle size is less than 100 .mu.m.
  • the non-linear conductivity powder has an average particle size of between 50nm and 200mhi, preferably with a dso of 5mhi and a dgo of 8mhi.
  • the average particle size is
  • the conductivity threshold and the current / voltage slope varies with the average particle size of the non-linear conductivity load. Therefore, the conductivity in the working voltage zone of the composite is determined by the average particle size of the non-linear conductivity filler and its concentration used in the composite matrix. The epoxy used and the addition of insulating charges also determine the final dielectric characteristics.
  • the insulating load is an inorganic oxide; an inorganic hydroxide and / or an inorganic oxyhydroxide, preferably silica (SiO 2), quartz, a known silicate, aluminum oxide, aluminum trihydrate, mica, transition metal oxide (especially Ti Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W or Fe) or dolomite, magnesium oxide, magnesium hydroxide, wollastonite, calcium oxide, talc, glass beads, a nitride, preferably silicon nitride, boron nitride and aluminum nitride, silicon boride or a carbide, preferably boron carbide or aluminum carbide and the fibers cut or continuous reinforcements of known composition, length and diameter or a mixture of such filler materials, preferably silica and / or quartz, preferably silica flour, with an SiO 2 content of about 95 to 98% in weight.
  • silica silica
  • quartz a known silicate
  • aluminum oxide aluminum trihydrate
  • the insulating filler is silica and, more preferably, silica functionalized on the surface with epoxysilane, for example Silbond® W12 EST from the Quarzwerke® group or Novakup® 202 V from Malvern®.
  • the load with non-linear conductivity is silicon carbide (SiC), the ZnO and / or one of the non-linear conductivity powders described in patent application CA 2943645 (hereby incorporated by reference), preferably a powder comprising aluminum boride, FeB or ZrB 2 produced according to the process of said application .
  • the non-linear conductivity load is SiC. This SiC can be black or green. Both types of SiC are typically produced by heating silica in the presence of a carbon source.
  • the SiC is green SiC.
  • the SiC black or green
  • the SiC is SiC 1000 grit, for economic reasons and because of its particle size, wettability, hardness and non-linear conductivity.
  • the SiC is 1000 grit green SiC, for example that sold by Panadyne®.
  • the epoxy matrix is derived from the reaction between the epoxy resin Araldite® CY 5622 and the hardener Aradur® 1235, and the composite comprises about 29% w / w S1O 2 functionalized on the surface with epoxysilane, preferably Silbond® W12 EST Quarzwerke®, as insulating filler and 23% w / w green SiC 1000 grit (preferably Panadyne®) as a non-linear conductivity filler.
  • the present invention also relates to the use of the composite described above to fully or partially form, or to fully or partially coat a part.
  • the present invention therefore relates to a part which is either wholly or partly composed, preferably in all, of the composite described above or which comprises a core at least partially, preferably completely, covered with a coating of the composite described above. .
  • this part is a part of an electrical network, that is to say either an electrical transport network or an electrical distribution network.
  • the part is a cross rod for an electrical network. More preferably, the part is a cross rod for an electrical distribution network, for example similar to the conventional crossbar of Figure 1.
  • the cross rod (18) carries, at one or each, preferably each, at its ends, a fixing piece (20). ), either a pole anchoring end and a fastening end of the insulator (12) or the overhead line (14), to form a cross member (10) adapted to be installed on an electrical network.
  • the attachment ferrules (20) are attached to the rod with an adhesive, preferably of "structural" grade.
  • the cross rod is of elongate shape, preferably cylindrical or prismatic.
  • the cross rod is cylindrical as seen in FIG. crossbeam may comprise an internal void or be full, preferably the cross rod is full as seen in Figure 3.
  • the part / cross rod is constituted, in whole or in part, preferably in all, the composite described above.
  • the crosspiece piece / shank comprises a core at least partially, preferably completely, covered with a coating of the composite described above.
  • Figure 3 shows a cross rod (18) consisting of a core (22) coated with a composite (24).
  • the core of the crosspiece piece / rod is completely covered with the composite coating.
  • the core of the crosspiece piece / rod is completely covered with the coating of the composite.
  • the core of the part / cross rod is preferably non-conductive, particularly when the part / cross rod is intended to be used in an electrical network.
  • the core of the part / cross rod is made of fiberglass reinforced resin.
  • This resin may be, among others, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or a mixture thereof.
  • the thermosetting resin may be, for example, a polyester or bisphenol A vinyl ester (BPA), an epoxy or a polymer (eg a polyurethane) having a mechanical deformation temperature higher than the polymerization temperature of the matrix (eg the epoxy resin) of coating.
  • the thermoplastic resin may be, inter alia, a polyester, a polyethylene, a polypropylene, a polyamide, a polyimide or a mixture thereof.
  • the resin is a thermosetting resin, preferably a bisphenol A polyester or vinyl ester (BPA).
  • the thickness of the coating will depend on its intended use for the part / cross rod. In polluted environments, even very polluted, the thickness of the coating of a rod of an electric transport network should be higher to better protect the rod.
  • the coating has a thickness of at least about 500 microns or about 1 mm and / or at most about 10 mm or about 4 mm, preferably about 1 inch (about 3 mm) . This last thickness, according to the tests reported below, offers a very good protection when used in an electrical distribution network.
  • the core of the tie rod is at least about 1 inch in diameter (about 25 mm) and / or at most about 8 inches in diameter (about 200 mm).
  • the heart of the transom rod is approximately VA inch (about 45 mm), about 2 inches (about 50 mm), about 21 ⁇ 4 inches (about 57 mm), about Th inches (about 64 mm), about TA inches (about 70 mm) or 3 inches (about 76 mm) in diameter.
  • the cross rod is about 1 3 L, 21 ⁇ 4, or 23 ⁇ 4 inches in diameter, more preferably VA inches in diameter.
  • the composite formulation varies from one region of the part / cross rod to the other.
  • a gradient of these charges leading to a composite with a lower conductivity threshold at both ends of a cross and a higher conductivity threshold in the central part of the cross would be considered. This would reduce the voltage peaks observed at both ends of the crossbar.
  • the crosspiece / rod is for use outdoors, that is to say exposed, among others, to temperature changes due to weather conditions.
  • the coating preferably has a low coefficient of thermal expansion similar to that of the core of the crosspiece / shank to prevent or reduce problems of delamination, cracking, etc.
  • the present invention also relates to a coating comprising the composite described above, to coat, fully or partially, a part.
  • the coating is for coating a part described above, preferably a cross rod for an electrical network, even more preferably for an electrical distribution network.
  • the coating is the coating described above. Since the coating comprises the composite described above, the coating has the advantages of said composite and can impart them to the part.
  • the part / cross rod described above can be manufactured using any means known in the art, in particular by molding, by injection-pressure-freezing (APG, "automatic pressure freezing"), by pultrusion, by spraying, dipping or the co-pultrusion manufacturing method described below.
  • APG injection-pressure-freezing
  • pultrusion by spraying, dipping or the co-pultrusion manufacturing method described below.
  • the molding comprises injecting the composite of the coating around the heart of the rod.
  • Figures 4 a) and b) shows a molding system according to the principle of injection-pressure-freezing of the resin, for example an epoxy, to manufacture a part of an electrical network, for example a rod of crosses.
  • the molding system comprises a two-part mold (30) (32, 34) as seen in Figure 4a). These two parts (32, 34) are provided with heating cartridges (36) for polymerization and pierced with holes (38) at each of their ends.
  • This mold is used with two plates (60) shown in Figure 4b). These plates are positioned at the ends of the mold (30).
  • Each of the plates (60) has a central positioning system of the rod core to be coated (for example a housing (62) set back to accommodate one of the ends of said core), an input or output port (64) for injecting the composite, spaces (66) ) arranged through the plate (60) to allow the insertion of the heating cartridges (36) and holes (68) aligned with the corresponding holes (38) in the mold (30) to allow the plate to be secured to the two parts (32, 34) of the mold (30) for example by means of screws.
  • a central positioning system of the rod core to be coated for example a housing (62) set back to accommodate one of the ends of said core
  • an input or output port (64) for injecting the composite
  • spaces (66) ) arranged through the plate (60) to allow the insertion of the heating cartridges (36) and holes (68) aligned with the corresponding holes (38) in the mold (30) to allow the plate to be secured to the two parts (32, 34) of the mold (30) for example by means of screws.
  • the piece / cross rod is manufactured using the APG.
  • an insert preferably rod-shaped
  • the epoxy resin matrix is injected into the mold from an inlet at the bottom of the mold by applying pressure to a resin mixing tank or using a proportional pump. After injection of the epoxy resin matrix into the hot mold, the resin matrix cures while the pressure applied to the epoxy resin matrix in the resin mixing tank is maintained at about 0.1 to about 1.0 MPa.
  • the projection is characterized in that the composite of the coating is projected on the core of the rod by a thermal spraying technique to cover said coating the heart of the room.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing by co-pultrusion of a crosspiece / rod comprising an elongated core, preferably cylindrical, coated with the composite as described above.
  • the pultrusion comprises continuous rollers (40) of a reinforcement which is pulled by a pulling mechanism (42) through a bath (44) of a resin (to impregnate resin the reinforcement) and a die heated (46) to polymerize the resin.
  • the impregnated and polymerized reinforcement is cut by a cutting mechanism (48) and then coated with a paint or coating with a wrapper (50).
  • the coating of the composite is applied using a second die, subsequent to the first, as shown in Figure 5b.
  • This method includes the following steps:
  • the co-pultrusion apparatus of Figure 5b) comprises continuous rollers (40) of a reinforcement which is pulled by a pull mechanism (42) through:
  • the impregnated and coated reinforcement is cut by a cutting mechanism (48).
  • FIG. 6 is a close-up of the second heated die (52) and the coating mechanism (54) shown in Figure 5b).
  • FIG. 6 shows a cross rod stem (22) passing first through the coating mechanism (54) of the second resin, this mechanism being provided with an injection port (56) for this resin, and then through the second heated die (52), whose temperature is regulated for example by a heating sheath or by a heating element (eg a heating cartridge).
  • Figure 6 shows the core (22) of the cross rod coated with the coating (24) of the invention emerging from the second heated die (52).
  • the reinforcement is a fabric, a mat or fibers, preferably continuous and longitudinal fibers, and more preferably glass fibers.
  • the reinforcement is non-conductive, more particularly when the part is intended to be used in an electrical network.
  • the first resin may be any thermosetting resin, or even a thermoplastic matrix, known in the art, as long as the resin does not undesirably react with the second resin.
  • the person skilled in the art will know that a certain amount, for example 5%, of a thermoplastic resin may be mixed with the thermosetting resin in order to improve the drawability during step a).
  • Well known additives can also be used for this purpose.
  • the first resin is a thermosetting resin used for the pultrusion of glass fibers.
  • the first resin may be a polyester or vinyl ester of BPA, an epoxy or polymer having mechanical deformation temperatures higher than the polymerization temperature of the coating.
  • the step of pulling the reinforcement through the bath to impregnate the reinforcement of the first resin can be carried out by any means known in the art.
  • the step of pulling the reinforcement through the first heated die to polymerize the first resin can also be accomplished by any means known in the art.
  • the first heated sector controls the content in resin and determines the shape of the section.
  • the first heated die is such that the reinforcement becomes cylindrical.
  • the step of pulling the core of the piece / cross rod through a second heated die to coat the reinforcement with the composite and to polymerize the composite is performed before the heart of the piece / cross rod cut, resulting in a faster and more efficient manufacturing method.
  • the second heated die coats the reinforcement with a composite coating of about 1/8 inches.
  • the polymerization / freezing time is adjusted to 3 minutes with 2.5% w / w of an accelerator (relative to the weight of the epoxy resin).
  • the accelerator is a heterocyclic amine (preferably Araldite® DY070).
  • the temperature of the polymerization zone is about 130 ° C.
  • the reinforcement can be pulled using any means known in the art.
  • the reinforcement is pulled by a pull mechanism.
  • the travel speed is 1.5 to 2 inches per minute for a 6 inch long heating die.
  • steps a), b) and c) are performed continuously.
  • the method comprises the subsequent step of cutting the piece / cross rod to thereby obtain a part / cross rod desired length.
  • the step of cutting the reinforcement to obtain the workpiece can be accomplished by any means known in the art and preferably by a cutting mechanism.
  • the method further comprises the step of adding a fastener to one or each, preferably each, of the ends of the part / cross rod.
  • the end pieces are attached to the crosspiece piece / rod with an adhesive.
  • An example of a coin manufactured by co-pultrusion is a FRP rod used at the entrance of the second die.
  • the second resin is Hunkesman® HCEP CW5625 resin and HW5625-1 hardener, these being premixed with 64% S1O2, previously containing 0.45 phr (parts per 100 parts resin) of an Araldite® DY accelerator. -062 (tertiary amine).
  • the polymerization / gelling time was adjusted to about 3 minutes with 2.5% w / w epoxy of an Araldite® DY070 accelerator (heterocyclic amine).
  • the temperature of the polymerization zone is 6 inches. long was 130 ° C. The speed of movement was 1.5 to 2 inches per minute.
  • Composite A Araldite® CY5622 resin with Aradur® HY 1235 hardener and Si02 fillers (Novakup® 202 V from Malvern®, 29% w / w) and SiC (SiC 1000 grit, green, from Panadyne®, 23% p / w).
  • Comparative Composite 1 CW5625 Resin with Hardener HW5625-1 and Pre-mixed Filler of S1O 2 (64% w / w). This composite contained no charge with non-linear conductivity.
  • Comparative Traverses 2 and 3 were also tested. These were conventional sleepers from two different suppliers. These comparative sleepers included a stem comprising a cylindrical fiberglass and polyester core of bisphenol A (BPA) (for Comparative Traverse 2) or BPA ester vinyl (for Comparative Traverse 3) which was 2 inches in diameter and was covered with a polyurethane (PU) paint of conventional thickness, that is to say about 50 microns.
  • BPA bisphenol A
  • PU polyurethane
  • Tests were also made on sample plates according to IEC-60112 (T4-41 apparatus) and inclined plane (ASTM D2303).
  • Figure 7 shows the live salt spray test chamber, in which the test voltage was 14.4kV rms. We can see 4 sleepers mounted on the test bench.
  • Figure 8 shows the qualitative results of a salt spray test under tension of 10OOh (under the conditions described above for Figure 7).
  • a) and b) we see the Traverse Composite A. This shows very little damage after 10OOh.
  • the photos show the faces above and below the end of the crossbar mass side.
  • Figure 9 shows the qualitative results of a salt spray test under tension (under the conditions described above for Figure 7) of varied duration. We see, from left to right,
  • Figure 10 shows the salt spray test results under tension (under the conditions described above for Figure 7) for the Composite Traverse A.
  • Figure 10a) shows the rod prior to the test
  • FIG. 10 b) shows the rod after 1000h of test. After 10OOh, the diameter of the stem has decreased by only about 500 microns, which is very little and shows a high resistance to tracking and electrical erosion.
  • Figures 16 and 17 show the results of a test according to the standard inclined plane (IEC-60587) for different platelets-samples.
  • a comparison of Figures 16 a) and b) shows the effect of adding a non-linear conductivity (ZnO) filler in a pure epoxy matrix.
  • Figure 17 a) and b) show the effect of the nonlinear charge and insulating load combination of composite A versus the same polymer matrix, but where the non-linear conductivity load has been replaced by an insulating load at high thermal conductivity.
  • Figure 16b shows the electric current passing on the surface of a wafer of an epoxy matrix (XU 9509 / Aradur® HY 9519, without insulating load and without non-linear conductivity load).
  • Figure 16a shows the electric current passing to the surface of a wafer of the same epoxy matrix, but further comprising 40% w / w of ZnO as a non-linear conductivity filler.
  • the results show a reduction in partial discharge activity for the wafer composed of the epoxy matrix comprising ZnO.
  • the epoxy matrix wafer leakage current including ZnO is still too high for long-term use. Indeed, the wafer of Figure 16a overheated and was destroyed after a short period of time.
  • Figure 18 shows the current-voltage curve of a composite of the invention comprising 25% w / w of S1O2 and 25% w / w of SiC Black in a CY5622-HY 1235 epoxy matrix.
  • Patent Application CA 2 943645 Method for producing a field grading material with tailored

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Abstract

La présente invention concerne donc un composite comprenant une matrice d'un polymère thermodurcissable ou thermoplastique, au moins une charge isolante dispersée dans la matrice et au moins une charge à conductivité non-linéaire dispersée dans la matrice, ainsi qu'un enrobage comprenant ce composite et une pièce (préférablement une tige de traverse) constituée en tout ou en partie du composite ou qui comporte un cœur au moins partiellement recouvert d'un enrobage dudit composite. La présente invention concerne aussi différentes méthodes de fabrication et d'utilisation du composite, de l'enrobage et de la pièce, notamment dans des réseaux électriques.

Description

COMPOSITE, TRAVERSE ENROBÉE DU COMPOSITE ET LEUR UTILISATION DANS UN RÉSEAU ÉLECTRIQUE
DOMAINE DE L’INVENTION
[0001] La présente invention concerne un composite, en particulier un composite pouvant être utilisé pour fabriquer ou enrober une pièce, par exemple une pièce pour des applications diélectriques et/ou structurales et/ou utilisée dans un réseau électrique, préférablement une traverse. La présente invention est relative également à ladite traverse et son utilisation dans un réseau électrique.
CONTEXTE DE L’INVENTION
[0002] Les traverses (10) sont des pièces utilisées dans les réseaux électriques, tel que démontré dans la Figure 1. Les traverses servent, entre autres, de supports mécaniques pour soutenir les lignes aériennes (14) à une certaine distance des poteaux (16) et/ou maintenir un espacement suffisant entre les phases électriques, dans le cas d’un réseau multiphasé, selon les niveaux de tension électrique utilisés. Donc, les traverses jouent, entre autres, le rôle de pièces structurales, c’est-à-dire de pièces supportant une charge mécanique, et sont à ce titre essentielles dans les réseaux électriques. Ainsi, les traverses sont utilisées dans toutes sortes de milieux, y compris dans les environnements les plus agressifs, tels que les milieux salins (e.g. près d’étendues ou de cours d’eau salée, endroits à haute utilisation de sels de déglaçage) et les milieux pollués (e.g. milieux urbains).
[0003] La plupart des traverses utilisées sur des poteaux de bois ne possèdent que des caractéristiques d’isolation électrique de base, contribuent peu à augmenter le niveau d’isolation d’un système isolateur-traverse-poteau, ont une faible résistance de surface (UV, cheminement électrique) et sont donc des pièces essentiellement structurales. Celles-ci sont utilisés en conjonction avec des isolateurs (12) tel que montré à la Figure 1 (où on voit également la ligne neutre (15), supportée par un isolateur (12) maintenu par un support (11), par exemple une tige métallique). Cependant, certaines conceptions de traverses sont suffisamment isolantes et ne nécessitent pas l’utilisation d’un isolateur pour atteindre le niveau d’isolation approprié et une résistance adéquate face au cheminement et à l’érosion électrique.
[0004] Les traverses (10) sont généralement constituées d’une tige (18) portant à chacune de leurs extrémités un embout de fixation (20), soit un embout pour supporter l’isolateur (12) ou la ligne électrique (14) (si la traverse est utilisée sans isolateur) et un embout pour ancrer la traverse à la structure verticale, tel un poteau - voir par exemple les embouts montrés à la Figure 2.
[0005] Les traverses peuvent être utilisées dans les réseaux de transport électriques, c’est-à-dire un réseau à relativement haute tension (>100 kV) qui transporte l’électricité sur de longues distances, et dans les réseaux de distribution électrique, c’est-à-dire un réseau à plus basse tension (moyenne tension) (<100 kV) qui achemine l’électricité aux utilisateurs primaires et secondaires. La Figure 1 montre l’utilisation typique de traverses dans un réseau de distribution électrique.
[0006] Il existe principalement 2 types de traverses soit celle de bois ou celle de composite. Les technologies actuelles utilisées dans la fabrication des traverses en composite sont basées principalement sur l’utilisation de profilés, de tubes ou de tiges de fibre de verre pultrudés contenant environ 75% massique de fibres de verre de classe E imprégnées le plus souvent dans une résine de polyester de bisphénol A (BPA), de vinyle ester de BPA ou, plus rarement, d’époxy. Une protection de surface, sous forme de peinture ou revêtement mince, donc de faible épaisseur (< 100 mhh), souvent de polyuréthane ou d’époxy, est appliquée pour ralentir la dégradation UV et protéger les profilés, tubes ou tiges.
[0007] Malgré la présence d’isolateurs, les traverses sont, sur leur longueur, soumises à des champs électriques d’intensité variable. En cours d’utilisation normale, des charges électriques ponctuelles et localisées se forment sur la traverse. Les traverses actuellement utilisées montrent les désavantages suivants :
• Les polluants atmosphériques et le sel de déglaçage collent à la surface (hydrophobicité déficiente ou dégradation de surface (« chalking »));
• Dans des conditions de pluie, bruine, neige ou verglas, il y a formation d’un électrolyte sur les surfaces partant du conducteur jusqu’à la mise à la terre (poteau); lorsque la densité du courant de fuite dépasse un certain seuil, la chaleur générée sèche la surface inégalement, des bandes sèches et des bandes humides apparaissent et cause des décharges partielles; et
• Les décharges partielles répétées peuvent générer du cheminement électrique (« tracking ») et de l’érosion électrique.
[0008] J-’érosion électrique est une perte de matériel de la traverse. Le cheminement électrique est une modification, dégradation ou combustion du matériel de la traverse qui a pour effet de laisser un résidu conducteur sur la traverse. Ce résidu conducteur réduit de façon irrémédiable la distance entre la haute tension (HT) et la mise à la terre (MAT) et donc diminue les performances d’isolation électrique de la traverse.
[0009] Comme indiqué précédemment, une protection de surface de polyuréthane ou d’époxy est généralement appliquée pour ralentir la dégradation UV et protéger le cœur de la traverse, qui est typiquement un profilé, un tube ou une matrice FRP (« Fiber Reinforced Polymer ») pultrudée. L’expérience en réseau et des tests en laboratoire montrent que ces protections ne fonctionnent pas à long terme dans des milieux agressifs et que la matrice FRP comporte une faible résistance aux décharges partielles (cheminement électrique) et à l’érosion électrique.
[0010] Par ailleurs, la tendance actuelle pour améliorer les performances des équipements dans des milieux agressifs est l’utilisation de revêtements hydrophobes ou autonettoyants. Le défaut de l’utilisation de tels revêtements est qu’ils sont effectifs pour une durée limitée et qu’à partir du moment où ils perdent leurs fonctions premières, soit d’empêcher les contaminants de coller et la formation d’un film électrolytique à la surface, ils n’offrent aucune résistance efficace aux décharges partielles (cheminement) et conduisent à une érosion électrique rapide de la traverse FRP.
RÉSUMÉ DE L’INVENTION
[0011] La présente invention concerne :
1. Un composite comprenant une matrice d’un polymère thermodurcissable ou thermoplastique, au moins une charge isolante dispersée dans la matrice et au moins une charge à conductivité non-linéaire dispersée dans la matrice.
2. Le composite selon la réalisation 1, dans lequel le composite comprend entre environ 1% p/p et environ 60% p/p de la charge isolante, de manière plus préférée entre environ 10% et environ 50%, de manière encore plus préférée entre environ 20% et environ 40% et de manière la plus préférée environ 29%.
3. Le composite selon la réalisation 1 ou 2, dans lequel le composite comprend entre environ 1% p/p et environ 75% p/p de la charge à conductivité non-linéaire, de manière plus préférée entre environ 5% et environ 50%, de manière encore plus préférée entre environ 10% et environ 30% et de manière la plus préférée environ 23%.
4. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 3, dans lequel le composite comprend environ 29% p/p de la charge isolante et environ 23% p/p de la charge à conductivité non-linéaire.
5. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 4, dans lequel la charge isolante et/ou la charge à conductivité non-linéaire sont sous forme d’une pluralité de particules, préférablement d’une poudre.
6. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 5, dans lequel la charge isolante a une taille moyenne de particules comprise entre environ 50 nm et environ 200mhh.
7. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 6, dans lequel la charge isolante a une taille moyenne de particules : d’au moins environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 mhh, environ 1 mhh, environ 2 mhh, environ 10 mhi ou environ 25 mhh, et/ou d’au plus environ 200 mhh, environ 100 mhh, environ 50 mhh, environ 25 mhh, environ 1 mhi ou environ 100 nm. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 7, dans lequel la charge isolante a une taille moyenne de particules inférieure à 100mhh. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 8, dans lequel la charge isolante a une taille moyenne de particules comprise entre 2 m et 100mhi, préférablement avec un d50 de 16mhh et un d95 de 50mhi. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 9, dans lequel la charge isolante est de forme sphérique, lamelle, filament ou « whisker ». Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 10, dans lequel la poudre à conductivité non- linéaire a une taille moyenne de particules comprise entre 50nm et 200mhi, préférablement avec un d50 de 5mhi et un d90 de 8mhi. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 1 1 , dans lequel la poudre à conductivité non- linéaire a une taille moyenne de particules : d’au moins environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 mhi, environ 1 mhi, environ 2 mhi, environ 10 mhi ou environ 25 mhi, et/ou d’au plus environ 200 mhi, environ 100 mhi, environ 50 mhi, environ 25 mhi, environ 1 mhi ou environ 100 nm. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 12, dans lequel la charge à conductivité non- linéaire est une charge à conductivité non-linéaire dont la taille des particules est inférieure à 100mhi. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 13, dans lequel la charge isolante est :
• un oxyde inorganique, un hydroxyde inorganique et/ou un oxyhydroxyde inorganique, de préférence la silice, le quartz, un silicate connu, l’oxyde d’aluminium, le trihydrate d’aluminium, le mica, l’oxyde d’un métal de transition (notamment le Ti Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W ou Fe) ou la dolomite, l’oxyde de magnésium, l’hydroxyde de magnésium, la wollastonite, l’oxyde de calcium,
• du talc,
• des perles de verre,
• un nitrure, de préférence le nitrure de silicium, le nitrure de bore et le nitrure d’aluminium,
• le borure de silicium,
• un carbure, de préférence le carbure de bore ou le carbure d’aluminium ou • des fibres de renforcement coupées ou continues de composition, longueur et diamètre connus, ou un de leurs mélanges, de préférence la charge isolante est de la silice et/ou du quartz, préférablement de la farine de silice, plus préférablement de la farine de silice ayant une teneur en S1O2 d’environ 95 à 98% en poids. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 14, dans lequel la charge isolante est de la silice, préférablement de la silice fonctionnalisée en surface avec de l’époxysilane, plus préférablement le Silbond® W12 EST Quarzwerke® ou le Novakup® 202 V de Malvern®. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 15, dans lequel la charge isolante est le Novakup® 202 V de Malvern®. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 16, dans lequel la charge à conductivité non- linéaire est le carbure de silicium (SiC), le ZnO et/ou une des poudres à conductivité non-linéaire décrites dans la demande de brevet CA 2943645, préférablement une poudre comprenant le borure d’aluminium, le FeB ou le ZrB2 produite selon le procédé de ladite demande, ou un de leurs mélanges. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 17, dans lequel la charge à conductivité non- linéaire est du SiC, préférablement du SiC vert ou noir, le SiC vert ou noir étant préférablement du carbure de silicium (SiC) 1000 grit. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 18, dans lequel la charge à conductivité non- linéaire est du SiC vert 1000 grit, préférablement de Panadyne®. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 19, dans lequel les charges sont dispersées uniformément dans la matrice. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 19, dans lequel il existe un gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité non-linéaire dans le composite. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 21, dans lequel la matrice est comprise dans le composite dans un pourcentage en poids entre 20% et 80% et préférablement entre 30% et 70%. Le composite selon la réalisation 23, dans lequel la matrice est une matrice d’un polymère thermoplastique, préférablement un polyester, un polyéthylène, un polypropylène, un polyamide, un polyimide ou un mélange de ceux-ci. Le composite selon la réalisation 23, dans lequel la matrice est une matrice d’un polymère thermodurcissable, préférablement un polyester ou vinyle ester de bisphénol A (BPA), un époxy ou polymère (e.g. un polyuréthane). Le composite selon la réalisation 23 ou 24, dans lequel la matrice est une matrice d’époxy, plus préférablement une matrice d’époxy provenant d’une réaction entre une résine époxy et un durcisseur. Le composite selon la réalisation 25, dans lequel la résine époxy est une résine époxy cyclo-aliphatique comprenant des groupes glycidyle non substitués et/ou des groupes glycidyle substitués par des groupes méthyle, où ces composés glycidyliques ont une valeur époxy (équiv./kg) d’au moins deux groupes 1,2- époxy par molécule, de préférence d’au moins trois, de préférence d’au moins quatre et en particulier d’environ cinq ou plus, de préférence une valeur époxy d’environ 5,0 à 6,1 (équiv./kg). Le composite selon la réalisation 25 ou 26, dans lequel la résine époxy est un ester d’acide-bis-glycidyle hexahydro-o-phtalique, un ester d’acide-bis-glycidyle m-hexahydro-phtalique, un ester d’acide-bis-glycidyle hexahydro-p-phtalique ou un de leurs mélanges. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 27, dans lequel la résine époxy est une résine époxy cycloaliphatique, par exemple la résine Araldite® CY179, la résine Araldite® CY184, la résine Araldite® XU9509, la résine Alraldite® CY5622, éventuellement modifiée avec du polydimethylsiloxane (PDMS), la résine Araldite® CW5625 ou un de leurs mélanges. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 28, dans lequel la résine époxy est de l’époxy cycloaliphatique la résine Araldite® CY5622. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 29, dans lequel le durcisseur est tout composé connu utilisé comme composant durcisseur avec la résine d’époxy. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 30, dans lequel le durcisseur est un anhydride d’acide, de préférence un anhydride d’acide polycarboxylique aliphatique ou cyclo-aliphatique, de préférence un anhydride phtalique, un anhydride tétrahydrophtalique, un anhydride hexahydrophtalique, un anhydride méthylhydrophthalique, un anhydride méthyltétrahydrophtalique, un anhydride méthylhexahydrophtalique un anhydride méthylnadique ou un de leurs mélanges. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 31, dans lequel le durcisseur est un agent de réticulation à base d’anhydride, de phénol ou d’amine, préférablement à base d’un anhydride cycloaliphatique. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 32, dans lequel le durcisseur est l’Aradur® 917, l’Aradur® HY9519, l’Aradur® HY 1235, l’Aradur® HW5625-1 ou un de leurs mélanges. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 33, dans lequel le durcisseur est l’Aradur® HY 1235. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 34, dans lequel la réaction entre la résine époxy et le durcisseur est en présence d’un accélérateur. Le composite selon la réalisation 35, dans lequel l’accélérateur est une amine tertiaire et/ou une amine hétérocyclique préférablement utilisée avec les durcisseurs anhydrides. Le composite selon la réalisation 35 ou 36, dans lequel l’accélérateur est l’Araldite® DY-062 et/ou l’Araldite® DY070. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 37, dans lequel la résine époxy est l’Araldite® CY 5622; le durcisseur est l’Aradur® HY 1235, et optionnellement, l’accélérateur est l’Araldite® DY-062 et, encore optionnellement, de plus l’Araldite® DY-070. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 38, dans lequel la matrice d’époxy est une matrice d’époxy hydrophobe. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 39, dans lequel la charge isolante est dispersée dans la résine et/ou le durcisseur et/ou la charge à conductivité non-linéaire est également dispersée dans la résine et/ou le durcisseur avant que la résine époxy et le durcisseur soient mélangés ensemble afin de former la matrice. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 25 à 40, dans lequel la charge isolante et la charge à conductivité non-linéaire se retrouvent en même proportion dans le durcisseur et dans la résine. Le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 41 , dans lequel : la matrice d’époxy provient de la résine époxy l’Araldite® CY 5622 et du durcisseur Aradur® 1235, et le composite comprend : environ 29% p/p de S1O2, préférablement le Novakup® 202 V de Malvern®, comme charge isolante et environ 23% p/p de SiC vert 1000 grit, préférablement de Panadyne®, comme charge à conductivité non-linéaire. Une pièce qui est constituée en tout ou en partie, préférablement en tout, du composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42 ou qui comporte un cœur au moins partiellement, préférablement complètement, recouvert d’un enrobage dudit composite. La pièce selon la réalisation 43, dans laquelle le cœur est non-conducteur. La pièce selon la réalisation 42 ou 44, dans laquelle la pièce est une pièce d’un réseau électrique, préférablement une pièce d’un réseau de transport électrique ou d’un réseau de distribution électrique. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 42 à 45, dans laquelle la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique, préférablement pour un réseau de distribution électrique. La pièce selon la réalisation 46, dans laquelle la tige comprend à l’une ou à chacune, préférablement chacune, de ses extrémités, un embout de fixation pour former une traverse. La pièce selon la réalisation 47, dans laquelle les embouts de fixation sont fixés à la tige avec un adhésif. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 46 à 48, dans laquelle la tige de traverse est de forme allongée, préférablement cylindrique ou prismatique, plus préférablement cylindrique. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 46 à 49, dans laquelle la tige de traverse comprend un interne vide ou plein, préférablement plein. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 46 à 50, dans laquelle la tige de traverse est constituée, en tout ou en partie, préférablement en tout, du composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 46 à 50, dans laquelle la tige de traverse comporte un cœur au moins partiellement, préférablement complètement, recouvert d’un enrobage du composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42. La pièce selon la réalisation 52, dans laquelle le cœur de la tige de traverse, à l’exception de ses deux extrémités, est complètement recouvert d’un enrobage du composite. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 46 à 53, dans laquelle le cœur de la tige est en résine renforcée de fibres de verre. La pièce selon la réalisation 54, dans laquelle la résine est une résine thermodurcissable, une résine thermoplastique ou un de leurs mélanges, préférablement une résine thermodurcissable. La pièce selon la réalisation 54, dans laquelle la résine thermodurcissable est un polyester ou vinyle ester de bisphénol A, un époxy ou polymère, par exemple un polyuréthane, ayant une température de déformation mécanique supérieure à la température de polymérisation de la matrice du composite. La pièce selon la réalisation 54 ou 55, dans laquelle la résine thermoplastique est un polyester, un polyéthylène, un polypropylène, un polyamide, un polyimide ou un de leurs mélanges. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 46 à 57, dans laquelle l’enrobage a une épaisseur d’au moins environ 500 microns ou environ 1 mm et/ou d’au plus environ 10 mm ou environ 4 mm. La pièce selon la réalisation 58, dans laquelle l’enrobage a une épaisseur d’environ Va de pouce (environ 3 mm). La pièce selon l’une quelconque des réalisations 46 à 59, dans laquelle le cœur de la tige de traverse est d’au moins environ 1 pouce de diamètre (environ 25 mm) et/ou d’au plus environ 8 pouces de diamètre (environ 200 mm), par exemple environ 13U pouce (environ 45 mm), environ 2 pouces (environ 50 mm), environ 2¼ pouces (environ 57 mm), environ Th pouces (environ 64 mm), environ TU pouces (environ 70 mm) ou encore 3 pouces (environ 76 mm) de diamètre. La pièce selon la réalisation 60, dans laquelle le cœur de la tige de traverse est d’environ VU, 2¼, ou TU pouces de diamètre, plus préférablement VU pouce de diamètre. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 46 à 61, dans laquelle la traverse a un diamètre total d’environ 2 pouces, environ Th pouces ou encore environ 3 pouces. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 62, dans laquelle il a un gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité non-linéaire dans le composite. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 63, dans laquelle la pièce est pour utilisation à l’extérieur, c’est-à-dire exposée, entre autres, à des changements de température dus aux conditions météorologiques. La pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 64, dans laquelle, dans le cas d’une pièce enrobée du composite, l’enrobage a un coefficient de dilatation thermique faible et semblable à celui du cœur de la pièce. Un enrobage comprenant le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42, pour enrober, entièrement ou partiellement, une pièce. L’enrobage selon la réalisation 66, dans lequel la pièce est une pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 65. L’enrobage selon la réalisation 66 ou 67, dans lequel la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique, préférablement pour un réseau de distribution électrique. L’enrobage selon l’une quelconque des réalisations 66 à 68, dans lequel l’enrobage est un enrobage tel que défini à l’une quelconque des réalisations 43 à 65. Utilisation du composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42 pour entièrement ou partiellement former, ou encore pour entièrement ou partiellement enrober, une pièce. L’utilisation de la réalisation 70, dans laquelle la pièce est la pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 65. L’utilisation de la réalisation 70 ou 71 , dans laquelle la pièce est une tige de traverse tel que définie à l’une quelconque des réalisations 46 à 65. Utilisation d’une pièce telle que définie l’une quelconque des réalisations 43 à 65 dans un réseau électrique. L’utilisation selon la réalisation 73 dans laquelle la pièce est une tige de traverse tel que définie à l’une quelconque des réalisations 46 à 65. Utilisation d’une traverse telle que définie l’une quelconque des réalisations 46 à 65, pour fixer une ligne électrique à un support. Utilisation selon la réalisation 75, dans laquelle la traverse est utilisée sans isolateur. Une méthode de fabrication par moulage de la pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 65, comprenant l’injection du composite de l’enrobage autour du cœur de la pièce. Une méthode de fabrication par injection-pression-gélation de la pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 65. Une méthode de fabrication par projection de la pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 65, dans laquelle le composite de l’enrobage est projeté sur le cœur de la pièce par une technique de projection thermique afin de recouvrir dudit enrobage le cœur de la pièce. Une méthode de fabrication par co-pultrusion d’une pièce comprenant un cœur de forme allongée, préférablement cylindrique, enrobé du composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42, comprenant les étapes suivantes : a. tirer un renfort à travers un bain d’une première résine thermodurcissable afin d’imprégner le renfort d’une première résine ; b. tirer le renfort à travers une première filière chauffée afin de polymériser la première résine formant ainsi le cœur de la pièce ; et c. tirer le cœur de la pièce à travers une deuxième filière chauffée afin d’enrober le cœur de la pièce avec le composite et de polymériser le composite afin d’obtenir la pièce. La méthode selon la réalisation 80, dans laquelle le renfort est non-conducteur. La méthode selon la réalisation 80 ou 81 , dans laquelle la pièce est une pièce d’un réseau électrique. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 82, dans laquelle la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 83, dans laquelle le renfort est un tissu, un mat ou des fibres, préférablement des fibres continues et longitudinales et plus préférablement des fibres de verre. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 84, dans laquelle la première résine est une résine thermodurcissable utilisée pour la pultrusion de fibres de verre. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 85, dans laquelle la première résine est un polyester ou vinyle ester de bisphénol A, un époxy ou polymère ayant une température de déformation mécanique supérieure à la température de polymérisation de la résine époxy. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 86, dans laquelle la première filière chauffée est telle que le renfort devient de forme cylindrique. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 87, dans laquelle la deuxième filière chauffée enrobe le renfort avec un enrobage du composite d’environ 1/8 pouces d’épaisseur. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 88, dans laquelle le temps de polymérisation/gélation est ajusté à environ 3 minutes avec 2,5% p/p époxy d’un accélérateur. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 89, dans laquelle l’accélérateur est une amine hétérocyclique, préférablement l’Araldite DY070. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 90, dans laquelle la température de la zone de polymérisation est d’environ 130°C. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 91, dans laquelle le renfort est tiré par un mécanisme de tirage. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 92, dans laquelle la vitesse de déplacement est de 1,5 à 2 po./min pour une filière chauffée de 6 po. de long. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 93, dans laquelle les étapes a), b) et c) sont effectuées de manière continue. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 94, dans laquelle la méthode comprend l’étape subséquente de couper la pièce/tige de traverse pour ainsi obtenir une pièce/tige de traverse de longueur désirée. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 95, dans laquelle la méthode comprend de plus l’étape d’ajouter un embout de fixation à l’une ou à chacune, préférablement chacune, des extrémités de la pièce. La méthode selon la réalisation 96, dans laquelle les embouts sont fixés à la pièce/tige de traverse avec un adhésif. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 80 à 97, dans laquelle la pièce est une pièce selon l’une quelconque des réalisations 43 à 65. Une méthode d’augmenter la résistance à l’érosion électrique d’une pièce, la méthode comprenant l’étape d’enrober la pièce avec le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42. Une méthode d’augmenter la résistance au cheminement électrique d’une pièce, la méthode comprenant l’étape d’enrober la pièce avec le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42. Une méthode d’augmenter la durée de vie d’une pièce, la méthode comprenant l’étape d’enrober la pièce avec le composite selon l’une quelconque des réalisations 1 à 42.
102. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 99 à 101 , dans laquelle la pièce est une pièce d’un réseau électrique.
103. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 99 à 102, dans laquelle la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique.
104. Une méthode pour simplifier un réseau électrique, la méthode comprenant l’étape de remplacer un assemblage comprenant une traverse et un isolateur, ledit assemblage étant utilisé pour fixer une ligne électrique à un support, par une traverse tel que définie l’une quelconque des réalisations 46 à 65 utilisée sans isolateur pour fixer la ligne électrique au support.
105. La méthode selon l’une quelconque des réalisations 99 à 104, dans laquelle la pièce est exposée à un milieu agressif.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0012] La Figures 1 a) présente des traverses de l’art antérieur installées dans un réseau de distribution électrique.
[0013] La Figure 1 b) est un gros plan partiel de la Figure 1 a.
[0014] La Figure 2 montre une traverse comprenant une tige et des fixations à chaque extrémité de la tige.
[0015] La Figure 3 montre une vue de coupe d’une tige de traverse comprenant un enrobage sur un cœur cylindrique.
[0016] La Figure 4a) montre un moule (30) en deux parties, pour fabriquer une pièce d’un réseau électrique selon le principe d’injection-pression-gélation.
[0017] La Figure 4b) montre une plaque (60), vue de face, pour utilisation avec le moule (30) montré en Figure 4a).
[0018] La Figure 5a) présente une méthode conventionnelle de fabrication par pultrusion.
[0019] La Figure 5b) présente une méthode de fabrication par co-pultrusion d’une tige de traverse selon l’invention.
[0020] La Figure 6 est un gros plan partiel de la Figure 5b montrant le mécanisme d’enrobage de la seconde résine et la deuxième filière chauffée.
[0021] La Figure 7 montre la chambre de test en brouillard salin sous tension avec quatre (4) traverses installées pour être testées.
[0022] La Figure 8a) présente le dessous d’une Traverse Composite A selon l’invention après un test de brouillard salin sous tension de 10OOh.
[0023] La Figure 8b) présente le dessus la même Traverse Composite A selon l’invention après un test de brouillard salin sous tension de 10OOh.
[0024] La Figure 8c) présente le dessous d’une Traverse Comparative 1 après un test de brouillard salin sous tension de 1000h.
[0025] La Figure 8d) présente le dessus de la même Traverse Comparative 1 après un test de brouillard salin sous tension de 1000h.
[0026] La Figure 9 présente des traverses ayant subi un test de brouillard salin sous tension, de gauche à droite : une Traverse Composite A selon l’invention après 3000 hrs en brouillard salin sous tension, Traverse Comparative 1 après 1000 hrs en brouillard salin sous tension, une Traverse Comparative 2 après 401 hrs en brouillard salin sous tension et Traverse Comparative 3 après 401 hrs brouillard salin sous tension.
[0027] La Figure 10a) représente la mesure de la profondeur d’érosion d’une traverse Composite A ayant subi un test en brouillard salin de 10OOh : tare du vernier sur une partie non-érodé.
[0028] La Figure 10b) présente la mesure de la profondeur d’érosion d’une Traverse Composite A ayant subi un test en brouillard salin de 10OOh : mesure du défaut de diamètre.
[0029] La Figure 11a) présente le courant en fonction du temps lors d’un test en brouillard salin pour une
Traverse Composite A selon l’invention.
[0030] La Figure 11b) présente le courant en fonction du temps lors d’un test en brouillard salin pour une autre
Traverse Composite A selon l’invention.
[0031] La Figure 11c) présente le courant en fonction du temps lors d’un test en brouillard salin pour une autre
Traverse Composite A selon l’invention.
[0032] La Figure 11 d) présente le courant en fonction du temps lors d’un test en brouillard salin pour une
Traverse Comparative 2.
[0033] La Figure 12 montre une Traverse Composite A (gauche) et une Traverse Comparative 2 (droite), après 407 heures en brouillard salin.
[0034] La Figure 13a) présente le courant en fonction du temps lors d’un test en brouillard salin pour une
Traverse Composite A selon l’invention.
[0035] La Figure 13b) présente le courant en fonction du temps lors d’un test en brouillard salin pour une autre
Traverse Composite A selon l’invention.
[0036] La Figure 13c) présente le courant en fonction du temps lors d’un test en brouillard salin pour une autre
Traverse Composite A selon l’invention.
[0037] La Figure 13d) présente le courant en fonction du temps lors d’un test en brouillard salin pour une Traverse Comparative 3.
[0038] La Figure 14 montre une Traverse Composite A (gauche) et une Traverse Comparative 3 (droite), après 401 heures en brouillard salin.
[0039] La Figure 15a) présente une Traverse Composite A selon l’invention ayant subi un test de 3000h en brouillard salin sous tension : traverse entière vue du dessous.
[0040] La Figure 15b) présente la même Traverse Composite A: traverse entière vue du dessus.
[0041] La Figure 15c) présente la même Traverse Composite A : extrémité haute tension de la traverse, vue du dessous.
[0042] La Figure 15d) présente la même Traverse Composite A : extrémité mise à la terre de la traverse vue de face.
[0043] La Figure 15e) présente la même Traverse Composite A : extrémité mise à la terre de la traverse vue de côté.
[0044] La Figure 16a) montre le courant électrique passant à la surface d’une plaquette-échantillon d’époxy et ZnO (40% p/p) pendant un test de plan incliné selon la norme IEC-60587.
[0045] La Figure 16b) montre le courant électrique passant à la surface d’une plaquette-échantillon d’époxy sans ZnO pendant un test de plan incliné selon la norme IEC-60587.
[0046] La Figure 17a) montre le courant électrique passant à la surface d’une plaquette-échantillon du Composite A pendant un test de plan incliné selon la norme IEC-60587.
[0047] La Figure 17b) montre le courant électrique passant à la surface d’une plaquette-échantillon du composite AIN-S1O2 pendant un test de plan incliné selon la norme IEC-60587.
[0048] Figure 18 montre la courbe courant-tension d’un composite de l’invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
[0049] La présente invention concerne un composite comprenant une matrice d’un polymère thermodurcissable ou thermoplastique, au moins une charge isolante dispersée dans la matrice et au moins une charge à conductivité non-linéaire dispersée dans la matrice.
[0050] Ce composite peut, entres autres, être utilisé comme enrobage d’une pièce utilisée dans un réseau électrique, par exemple un réseau électrique extérieur (aérien), préférablement comme enrobage d’une traverse. La présente invention concerne également ladite pièce, en particulier ladite traverse, et son utilisation dans un réseau électrique.
[0051] Lorsqu’exposé à un champ électrique, le composite de l’invention montre une réduction très significative des décharges partielles et de l’érosion électrique (« tracking ») comparativement à certains produits commerciaux. Plus précisément, tel que montré dans les Exemples ci-dessous, lorsque le composite est utilisé comme enrobage d’une tige de traverse pour un réseau électrique, le composite montre une réduction du courant de fuite de 20%, une érosion électrique moindre et aucun résidu conducteur (cheminement électrique) après plus de 3000 hrs sous tension exposée à un brouillard salin (i.e. test de vieillissement accéléré en milieu agressif) comparativement aux traverses conventionnelles (cheminement complet ou quasi complet (93%) après seulement environ 400 hrs).
[0052] Les tiges de traverses sont exposées, surtout en milieux humides, salins ou pollué, au cheminement électrique qui dégrade leur performance diélectrique. Une tige de traverse conventionnelle offre peu de résistance à la dégradation. Par contre, dans le composite selon l’invention, la charge isolante de par sa stabilité thermique offre une résistance accrue au cheminement, beaucoup plus résistante à la dégradation qu’un polymère. De plus, elle abaisse le coefficient d’expansion thermique du polymère à un niveau similaire au cœur FRP afin de prévenir les stress internes induits dus aux chocs thermiques et une délamination qui pourrait survenir à l’interface enrobage- cœur FRP. Lorsqu’utilisé en synergie avec un matériau à conductivité non-linéaire, les performances, sont accrues significativement. Ce dernier court-circuite l’accumulation de charges ou de dépôts conducteurs en surface de la tige qui peuvent survenir en milieu pollué ou lors d’événements climatiques particuliers. Il réduit grandement l’activité des décharges partielles à la surface qui mène à une dégradation prématurée. Les résultats expérimentaux rapportés dans les Exemples ci-dessous montrent la synergie que procure la combinaison des deux types de charge dans le composite, donnant une résistance, accrue et une durée de vie allongée à la tige de la traverse.
[0053] En conséquence, les traverses de l’invention peuvent être utilisées pour fixer une ligne électrique à un support, en particulier en l’absence d’isolateur. En autres mots, la traverse de l’invention, utilisée sans isolateur pour fixer une ligne électrique à un support, remplace un assemblage conventionnellement utilisé pour fixer la ligne électrique au support, le dit assemblage comprenant une traverse conventionnelle et un isolateur. Les traverses de l’invention ont donc un rôle double : elles sont des pièces structurales et isolantes.
[0054] De plus, le composite de l’invention comporte des caractéristiques de résistance améliorée aux rayons UV et au cheminement électrique et, le cas échéant, protège le cœur qu’il recouvre. Le composite démontre une grande résistance au cheminement électrique et à l’érosion électrique (un résultat des décharges partielles) même après la perte d’hydrophobicité de la surface. Le composite améliore la qualité des surfaces en les rendant résistantes à l’impact ou aux égratignures.
[0055] Le composite participe également à l’intégrité mécanique d’une pièce. Ainsi, si on utilise un enrobage épais (c’est-à-dire plus épais qu’une peinture, par exemple 500mhi ou plus, préférablement environ Va de pouce ou plus) afin d’améliorer les caractéristiques susmentionnées de la pièce, on peut diminuer le diamètre du cœur de manière correspondante (de 2 pouces à 13L pouce) et ainsi obtenir une pièce du même diamètre que la pièce conventionnelle (tige de traverse peinturée) dont l’intégrité mécanique n’est peu ou pas compromise. En fait, selon les tests faits par les inventeurs, une telle tige de traverse répond encore aux spécifications en vigueur pour ce type d’équipement. La pièce obtenue est donc davantage résistante aux conditions extérieures (UV, abrasion, polluants), et aux décharges partielles (érosion électrique et cheminement électrique) tout en ne compromettant sa capacité à porter une charge. Elle peut également être utilisée avec les équipements existants selon les procédures standards car sa taille n’aura pas changé et sa résistance mécanique restera peu affectée.
[0056] Grâce au composite de l’invention, la pièce a une durée de vie prolongée de manière très significative. La durée de vie se défini comme la période pendant laquelle la pièce est installée sur un réseau électrique en fonction avant que ses performances se dégradent au point où elle doit être remplacée. Certains opérateurs de réseaux électriques visent le remplacement des traverses qu’après 50 années de durée de vie et ce, même en milieux agressifs. Les milieux agressifs sont des milieux où l’environnement comportent un ou plusieurs facteurs qui accélèrent la dégradation des pièces des réseaux électriques. Les milieux agressifs comptent les milieux humides (e.g. près d’étendues ou de cours d’eau), les milieux salins (e.g. près d’étendues ou de cours d’eau salée, endroits à haute utilisation de sels de déglaçage) et les milieux pollués (e.g. milieux urbains). Les traverses synthétiques conventionnelles ne résistent généralement pas bien aux milieux agressifs et doivent être remplacées bien avant leur durée de vie souhaitées (50 ans). L’utilisation du composite de l’invention permet d’allongée la durée de vie des pièces de réseau électrique, en particulier les traverses, potentiellement jusqu’à atteindre leur durée de vie souhaitée (50 ans). Cela permet d’avoir une durée de vie équivalente aux autres composantes (poteau et isolateur) du réseau électrique. L’ensemble des éléments du réseau a donc une durée de vie semblable, ce qui facilite les travaux d’entretien et diminue le nombre d’interventions nécessaires et donc les coûts.
[0057] Dans certains aspects, la présente invention concerne donc une méthode :
• d’augmenter la résistance à l’érosion électrique d’une pièce,
• d’augmenter la résistance au cheminement électrique d’une pièce,
• d’augmenter la durée de vie d’une pièce,
la méthode comprenant l’étape d’enrober la pièce avec le composite selon l’invention, préférablement selon les techniques décrites ci-dessous. Dans des réalisations préférentielles, ladite pièce est une pièce d’un réseau électrique, préférablement une tige de traverse. Dans des réalisations préférentielles, ladite pièce est utilisée en milieu agressif, par exemple en milieu humide, salin et/ou pollué.
Composite selon l’invention
[0058] La présente invention concerne un composite comprenant une matrice d’un polymère thermodurcissable ou thermoplastique, au moins une charge isolante dispersée dans la matrice et au moins une charge à conductivité non-linéaire dispersée dans la matrice.
[0059] Le polymère thermodurcissable peut être par exemple un polyester ou vinyle ester de bisphénol A (BPA), un époxy ou polymère (e.g. un polyuréthane).
[0060] Le polymère thermoplastique peut être un polyéthylène, un polypropylène, un polyamide, un polyimide ou un mélange de ceux-ci. [0061] Dans des réalisations de l’invention, la matrice est une matrice d’un polymère thermodurcissable, préférablement une matrice d’époxy. Tel que bien connu de l’homme de l’art, les matrices thermodurcissables (e.g. les matrices d’époxy) proviennent d’une réaction entre une résine thermodurcissable (e.g. une résine époxy) et un durcisseur, optionnellement en présence d’un accélérateur. En effet, la résine époxy réagit avec le durcisseur et, ainsi, durci afin de former la matrice d’époxy. L’accélérateur est un catalyseur optionnellement utilisé pour accélérer et/ou compléter la réaction entre la résine époxy et le durcisseur.
[0062] Dans le composite de l’invention, la matrice d’époxy peut être n’importe quelle matrice d’époxy connue de l’homme de l’art ou un de leurs mélanges.
[0063] Dans des réalisations de l’invention, la résine époxy est une résine époxy cyclo-aliphatique comprenant des groupes glycidyle non substitués et/ou des groupes glycidyle substitués par des groupes méthyle, où ces composés glycidyliques ont une valeur époxy (équiv./kg) d’au moins deux groupes 1,2-époxy par molécule, de préférence d’au moins trois, de préférence d’au moins quatre et en particulier d’environ cinq ou plus, de préférence une valeur époxy d’environ 5,0 à 6,1 (équiv./kg).
[0064] Dans des réalisations préférentielles, la résine époxy est un ester d’acide-bis-glycidyle hexahydro-o- phtalique, un ester d’acide-bis-glycidyle m-hexahydro-phtalique, un ester d’acide-bis-glycidyle hexahydro-p-phtalique ou un de leurs mélanges.
[0065] Dans des réalisations préférentielles, la résine époxy est une résine époxy cycloaliphatique possédant une certaine résistance aux rayonnements UV et une certaine hydrophobicité, par exemple :
• la résine Araldite® CY 179, qui est une résine époxy à basse viscosité,
• la résine Araldite® CY184, qui est une résine époxy à basse viscosité,
• la résine Araldite® XU9509, qui est aussi une résine époxy à basse viscosité,
• la résine Araldite® CY5622, qui est une résine époxy cycloaliphatique hydrophobe (HCEP - « hydrophobie cycloaliphatic epoxyti) modifiée avec du polydimethylsiloxane (PDMS) et
• la résine Araldite® CW5625, qui est en fait la résine Araldite® CY5622 mentionnée ci-dessus pré mélangée avec une charge isolante, soit 64% S1O2,
qui sont toutes vendues par Huntsman®, ou un de leurs mélanges.
[0066] Dans des réalisations préférentielles, la résine époxy est de la résine Araldite® CY5622.
[0067] Dans des réalisations de l’invention, le durcisseur est tout composé connu utilisé comme composant durcisseur avec les résines époxy mentionnées ci-dessus. En particulier, les résines époxy sont normalement vendues, accompagnées de recommandations sur les durcisseurs avec lesquels elles peuvent préférablement être utilisées.
[0068] Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le durcisseur est de préférence un anhydride d’acide, de préférence un anhydride d’acide polycarboxylique aliphatique ou cyclo-aliphatique, de préférence un anhydride phtalique, un anhydride tétrahydrophtalique, un anhydride hexahydrophtalique, un anhydride méthylhydrophthalique, un anhydride méthyltétrahydrophtalique, un anhydride méthylhexahydrophtalique ou un anhydride méthylnadique ou un de leurs mélanges. Dans des réalisations préférentielles, le durcisseur est un agent de réticulation à base d’anhydride, de phénol ou d’amine, préférablement à base d’un anhydride cycloaliphatique.
[0069] Dans des réalisations encore plus préférentielles de l’invention, le durcisseur est l’Aradur® 917, l’Aradur® HY9519, l’Aradur® HY 1235 ou l’Aradur® HW5625-1 (qui est de l’Aradur® HY1235 pré-mélangé avec 64% S1O2), tous de la compagnie Huntsman®, ou un de leurs mélanges. Dans des réalisations les plus préférentielles, le durcisseur de choix est l’Aradur® HY 1235.
[0070] Le rapport en poids de la résine époxy au durcisseur est généralement environ 50:50. Cependant, ce rapport en poids peut varier selon la résine époxy et le durcisseur choisis pour le composite. Encore une fois, les recommandations du manufacturier peuvent être suivies sur ce point. Dans des réalisations préférentielles, le % en poids de la matrice d’époxy dans le composite est compris entre 20% et 80% et préférablement entre 30% et 70%.
[0071] Dans des réalisations de l’invention, l’accélérateur est une amine tertiaire et/ou une amine hétérocyclique préférablement utilisée avec les durcisseurs anhydrides. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, l’accélérateur est l’Araldite® DY-062 et/ou l’Araldite® DY070 de la compagnie Huntsman®.
[0072] Dans certaines réalisations préférentielles de l’invention :
• la résine époxy est l’Araldite® CY 5622;
• le durcisseur est l’Aradur® HY 1235;
• optionnellement, l’accélérateur est l’Araldite® DY-062 et, encore optionnellement, de plus l’Araldite® DY- 070,
qui sont utilisés à des concentrations variables, choisies selon les recommandations du manufacturier et adaptées au procédé de fabrication et au temps de gélation/polymérisation souhaité, tel que bien connu de l’homme de l’art.
[0073] Dans des réalisations préférentielles, la matrice d’époxy est une matrice d’époxy qui est hydrophobe. Il est entendu que cette hydrophobicité est présente/déterminée au moment de la fabrication du composite. L’hydrophobicité de surface du composite peut diminuer par la suite, par exemple lors de son utilisation à long terme dans des milieux agressifs.
[0074] Généralement, les matériaux solides peuvent être classés en trois groupes: isolants, semi-conducteurs et conducteurs. Les isolateurs sont des matériaux ayant une conductivité électrique s < 10-8 S/c tandis que les semi-conducteurs ont une conductivité 10 ~8 S/c < s < 103 S/c et enfin, les conducteurs sont des matériaux à conductivité élevée 103 S/c < s .
[0075] Dans la présente, on entend par « charge isolante », une charge qui présente une propriété d’isolation électrique. C’est-à-dire une charge qui présente une conductivité électrique s < 10-8 S/c .
[0076] Dans la présente, on entend par « charge à conductivité non-linéaire », une charge qui présente une conductivité électrique qui ne varie pas linéairement avec le champ électrique. En effet, lorsqu’on considère la courbe courant-tension d’une charge à conductivité non-linéaire dans une matrice, on observe, à mesure que l’on élève la tension, une zone ou le matériau est isolant ou très peu conducteur, on atteint ensuite un seuil (ou une tension de seuil) à partir duquel la conductivité augmente de manière non-linéaire (c’est-à-dire qu’elle présente un coefficient de non-linéarité non-nul), jusqu'à pleine conduction ou court-circuit. Les semiconducteurs sont une classe de charge à conductivité non-linéaire.
[0077] La charge isolante et la charge à conductivité non-linéaire sont toutes deux dispersées dans la matrice du polymère thermodurcissable ou thermoplastique. La synergie de celles-ci permet d’augmenter grandement la résistance du composite aux décharges partielles et à l’érosion.
[0078] Dans le cas d’une matrice d’un thermodurcissable, la charge isolante est dispersée dans la résine et/ou le durcisseur et la charge à conductivité non-linéaire est également dispersée dans la résine et/ou le durcisseur avant que la résine époxy et le durcisseur soient mélangés ensemble afin de former la matrice d’époxy. Par conséquent, la charge isolante et la charge à conductivité non-linéaire sont dispersées dans la matrice lorsqu’elle est formée. Dans des réalisations préférentielles, les charges se retrouvent en même proportion dans le durcisseur que dans la résine.
[0079] Dans des réalisations de l’invention, le composite comprend entre environ 1% p/p et environ 60% p/p de la charge isolante, de manière plus préférée entre environ 10% et environ 50%, de manière encore plus préférée entre environ 20% et environ 40% et de manière la plus préférée environ 29%.
[0080] De plus, dans des réalisations de l’invention, le composite comprend entre environ 1% p/p et environ 75% p/p de la charge à conductivité non-linéaire, de manière plus préférée entre environ 5% et environ 50%, de manière encore plus préférée entre environ 10% et environ 30% et de manière la plus préférée environ 23%.
[0081] Lorsque le composite est utilisé dans un réseau électrique, les caractéristiques et les concentrations des charges seront ajustées en fonction des tensions d’opération. Par exemple, en général, une tension d’opération plus élevée requiert une concentration moins élevée de la charge à conductivité non-linéaire et une concentration plus élevée de la charge isolante. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le composite comprend environ 29% p/p de la charge isolante et environ 23% p/p de la charge à conductivité non-linéaire lorsque la tension d’opération est de 14,4 kV, c’est-à-dire une tension typique des réseaux de distribution électrique tels que celui représenté à la Figure 1.
[0082] Dans des réalisations de l’invention, la charge isolante et/ou la charge à conductivité non-linéaire sont sous forme d’une pluralité de particules, préférablement d’une poudre.
[0083] Dans des réalisations de l’invention, la poudre isolante a une taille moyenne de particules comprise entre environ 50 nm et 200 mhh. Dans des réalisations de l’invention, la taille moyenne des particules est :
d’au moins environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 mhh, environ 1 mhh, environ 2 mhh, environ 10 mhh ou environ 25 mhti, et/ou
d’au plus environ 200 mhti, environ 100 mhh, environ 50 mhti, environ 25 mhti, environ 1 mhh ou environ 100 nm.
[0084] Dans des réalisations de l’invention, la charge isolante est une charge isolante dont la taille moyenne des particules est inférieure à 100 mhh. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la poudre isolante a une taille moyenne de particules comprise entre 2mhi et 100mhi, préférablement avec un dso de 16mhi et un dgs de 50mhi. Dans des réalisations de l’invention, la poudre isolante peut être de forme sphérique ou autres (lamelle, filament, « whisker »).
[0085] Dans des réalisations de l’invention, la charge à conductivité non-linéaire est une charge à conductivité non-linéaire dont la taille moyenne des particules est inférieure à 100 pm. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la poudre à conductivité non-linéaire a une taille moyenne de particules comprise entre 50nm et 200mhi, préférablement avec un dso de 5mhi et un dgo de 8mhi. Dans des réalisations de l’invention, la taille moyenne des particules est
d’au moins environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 mhh, environ 1 mhh, environ 2 mhh, environ 10 mhi ou environ 25 mhh, et/ou
d’au plus environ 200 mhh, environ 100 mhh, environ 50 mhh, environ 25 mhh, environ 1 mhi ou environ 100 nm.
[0086] En général, le seuil de conductivité et la pente courant/tension varie avec la taille moyenne des particules de la charge à conductivité non-linéaire. Par conséquent, la conductivité dans la zone de tension de travail du composite est déterminée par la taille moyenne des particules de la charge à conductivité non-linéaire et sa concentration utilisée dans la matrice composite. L’époxy utilisé et l’adjonction de charges isolantes déterminent également les caractéristiques diélectriques finales.
[0087] Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la charge isolante est un oxyde inorganique; un hydroxyde inorganique et/ou un oxyhydroxyde inorganique, de préférence la silice (S1O2), le quartz, un silicate connu, l’oxyde d’aluminium, le trihydrate d’aluminium, le mica, l’oxyde d’un métal de transition (notamment le Ti Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W ou Fe) ou la dolomite, l’oxyde de magnésium, l’hydroxyde de magnésium, la wollastonite, l’oxyde de calcium, du talc, des perles de verre, un nitrure, de préférence le nitrure de silicium, le nitrure de bore et le nitrure d’aluminium, le borure de silicium ou un carbure, de préférence le carbure de bore ou le carbure d’aluminium ainsi que les fibres de renforcement coupées ou continues de composition, longueur et diamètre connus ou un mélange de tels matériaux de charge, de préférence de silice et/ou de quartz, de préférence de farine de silice, avec une teneur en S1O2 d’environ 95 à 98% en poids. Dans des réalisations préférentielles, la charge isolante est de la silice et, plus préférablement, de la silice fonctionnalisée en surface avec de l’époxysilane, par exemple du Silbond® W12 EST du groupe Quarzwerke® ou le Novakup® 202 V de Malvern®.
[0088] Dans des réalisations de l’invention, la charge à conductivité non-linéaire est le carbure de silicium (SiC), le ZnO et/ou une des poudres à conductivité non-linéaire décrites dans la demande de brevet CA 2943645 (incorporée ici par référence), préférablement une poudre comprenant le borure d’aluminium, le FeB ou le ZrB2 produite selon le procédé de ladite demande. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la charge à conductivité non-linéaire est du SiC. Ce SiC peut être noir ou vert. Ces deux types de SiC sont typiquement produit en chauffant de la silice en présence d’une source de carbone. La différence de couleur est due à la pureté du carbure de silicium, le SiC vert étant d’une plus grande pureté alors que le SiC noir comprend du carbone résiduel, ce qui augmente sa conductivité électrique par rapport au SiC vert, mais de façon non délétère à son utilisation dans le présent composite. Dans des réalisations préférentielles, le SiC est du SiC vert. Préférablement, le SiC (noir ou vert) est du SiC 1000 grit, pour des raisons économiques et à cause de sa granulométrie, mouillabilité, dureté et conductivité non-linéaire. Dans des réalisations plus préférentielles, le SiC est du SiC vert 1000 grit, par exemple celui vendu par Panadyne®.
[0089] Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la matrice d’époxy provient de la réaction entre la résine époxy l’Araldite® CY 5622 et le durcisseur Aradur® 1235, et le composite comprend environ 29% p/p de S1O2 fonctionnalisée en surface avec de l’époxysilane, préférablement du Silbond® W12 EST Quarzwerke®, comme charge isolante et 23% p/p de SiC vert 1000 grit (préférablement de Panadyne®) comme charge à conductivité non- linéaire.
Pièces et enrobages comprenant le composite selon l’invention
[0090] La présente invention concerne aussi l’utilisation du composite décrit ci-dessus pour entièrement ou partiellement former, ou encore pour entièrement ou partiellement enrober, une pièce. La présente invention concerne donc une pièce qui est soit constituée en tout ou en partie, préférablement en tout, du composite décrit ci- dessus ou qui comporte un cœur au moins partiellement, préférablement complètement, recouvert d’un enrobage du composite décrit ci-dessus.
[0091] Dans certaines réalisations de l’invention, cette pièce est une pièce d’un réseau électrique, c’est-à-dire soit un réseau de transport électrique ou un réseau de distribution électrique. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique. Plus préférablement, la pièce est une tige de traverse pour un réseau de distribution électrique, par exemple similaire à la traverse conventionnelle de la Figure 1.
[0092] Dans des réalisations préférentielles de l’invention, tel que vu à la Figure 2, la tige de traverse (18) porte, à l’une ou à chacune, préférablement chacune, de ses extrémités, un embout de fixation (20), soit un embout d’ancrage poteau et un embout de fixation de l’isolateur (12) ou de la ligne aérienne (14), pour former une traverse (10) apte à être installée sur un réseau électrique. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, les embouts de fixation (20) sont fixés à la tige avec un adhésif, préférablement de grade « structural ».
[0093] Dans certaines réalisations de l’invention, la tige de traverse est de forme allongée, préférablement cylindrique ou prismatique. De préférence, la tige de traverse est cylindrique tel que vu à la Figure 3. La tige de traverse peut comprendre un vide interne ou bien être pleine, préférablement, la tige de traverse est pleine tel que vu à la Figure 3.
[0094] Dans certaines réalisations de l’invention, la pièce/tige de traverse est constituée, en tout ou en partie, préférablement en tout, du composite décrit ci-dessus. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la pièce/tige de traverse comporte un cœur au moins partiellement, préférablement complètement, recouvert d’un enrobage du composite décrit ci-dessus. Par exemple, la Figure 3 montre une tige de traverse (18) constituée d’un cœur (22) enrobé par un composite (24). Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le cœur de la pièce/tige de traverse est complètement recouvert de l’enrobage du composite. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le cœur de la pièce/tige de traverse, à l’exception de ses deux extrémités, est complètement recouvert de l’enrobage du composite.
[0095] Le cœur de la pièce/tige de traverse est préférablement non-conducteur, en particulier lorsque la pièce/tige de traverse est destinée à être utilisée dans un réseau électrique.
[0096] Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le cœur de la pièce/tige de traverse est en résine renforcée de fibres de verre. Cette résine peut être, entre autres, une résine thermodurcissable, une résine thermoplastique, ou un de leur mélange. La résine thermodurcissable peut être par exemple un polyester ou vinyle ester de bisphénol A (BPA), un époxy ou polymère (e.g. un polyuréthane) ayant une température de déformation mécanique supérieure à la température de polymérisation de la matrice (e.g. la résine époxy) de l’enrobage. La résine thermoplastique peut être, entre autres, un polyester, un polyéthylène, un polypropylène, un polyamide, un polyimide ou un de leurs mélanges. Dans des réalisations préférentielles, la résine est une résine thermodurcissable préférablement un polyester ou vinyle ester de bisphénol A (BPA).
[0097] L’épaisseur de l’enrobage dépendra de son utilisation prévue pour la pièce/tige de traverse. Dans les milieux pollués, voire très pollués, l’épaisseur de l’enrobage d’une tige d’un réseau de transport électrique devrait être plus élevée afin de mieux protéger la tige. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, l’enrobage a une épaisseur d’au moins environ 500 microns ou environ 1 mm et/ou d’au plus environ 10 mm ou environ 4 mm, préférablement environ Va pouce (environ 3 mm). Cette dernière épaisseur, selon les tests rapportés ci-dessous, offre une très bonne protection lors d’utilisation dans un réseau de distribution électrique.
[0098] La taille et la forme exacte de la pièce/tige de traverse dépendront de son utilisation prévue. Plus la charge mécanique à porter sera importante, plus la taille de la traverse tendra à augmenter. Cependant, dans la plupart des réseaux électriques, on tente de limiter les variations de taille et on retrouve plutôt des traverses de tailles standardisées, ce qui permet de limiter la taille des inventaires. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le cœur de la tige de traverse est d’au moins environ 1 pouce de diamètre (environ 25 mm) et/ou d’au plus environ 8 pouces de diamètre (environ 200 mm). Par exemple, le cœur de la tige de traverse est environ VA pouce (environ 45 mm), environ 2 pouces (environ 50 mm), environ 2¼ pouces (environ 57 mm), environ Th pouces (environ 64 mm), environ TA pouces (environ 70 mm) ou encore 3 pouces (environ 76 mm) de diamètre. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la tige de traverse est d’environ 13L, 2¼, ou 2¾ pouces de diamètre, plus préférablement VA pouce de diamètre. En utilisant un enrobage d’environ Va de pouce, on obtiendra ainsi avantageusement des traverses de diamètre total d’environ 2 pouces, environ TA pouces ou environ 3 pouces, qui sont des tailles standards de traverse dans l’industrie.
[0099] Dans certaines réalisations de l’invention, la formulation du composite varie d’une région de la pièce/tige de traverse à l’autre. Il peut y avoir par exemple un gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité non-linéaire dans le composite. Par exemple, un gradient de ces charges menant à un composite avec un seuil de conductivité moindre aux deux extrémités d’une traverse et un seuil de conductivité plus élevé dans la partie centrale de la traverse pourrait être envisagé. Cela permettrait de réduire les pics de tension observés aux deux extrémités de la traverse.
[00100] Dans certaines réalisations de l’invention, la pièce/tige de traverse est pour utilisation à l’extérieur, c’est-à- dire exposée, entre autres, à des changements de température dus aux conditions météorologiques. Dans le cas d’une pièce/tige de traverse enrobée du composite, l’enrobage a préférablement un coefficient de dilatation thermique faible et semblable à celui du cœur de la pièce/tige de traverse pour empêcher ou réduire les problèmes de délamination, fendillements, etc.
[00101] La présente invention concerne aussi un enrobage comprenant le composite décrit ci-dessus, pour enrober, entièrement ou partiellement, une pièce.
[00102] Dans certaines réalisations de l’invention, l’enrobage est pour enrober une pièce décrite ci-dessus, préférablement une tige de traverse pour un réseau électrique, encore plus préférablement pour un réseau de distribution électrique. Dans certaines réalisations de l’invention, l’enrobage est l’enrobage décrit ci-dessus. Comme l’enrobage comprend le composite décrit ci-dessus, l’enrobage possède les avantages dudit composite et peut les conférer à la pièce.
Fabrication des pièces/tiges de traverse
[00103] La pièce/tige de traverse décrite ci-dessus peut être fabriquée utilisant n’importe quel moyen connu dans la technique, notamment par moulage, par injection-pression-gélation (APG, « automatic pressure gélation »), par pultrusion, par projection, par trempage ou par la méthode de fabrication par co-pultrusion décrite ci-dessous.
[00104] Dans certaines réalisations de l’invention, le moulage comprend l’injection du composite de l’enrobage autour du cœur de la tige. Par exemple, les Figures 4 a) et b) montre un système de moulage selon le principe d’injection-pression-gélation de la résine, par exemple un époxy, pour fabriquer une pièce d’un réseau électrique, par exemple une tige de traverse. Le système de moulage comprend un moule (30) en deux parties (32, 34) tel que vu à la Figure 4a). Ces deux parties (32, 34) sont munies de cartouches chauffantes (36) pour la polymérisation et percées de trous (38) à chacune de leurs extrémités. Ce moule est utilisé avec deux plaques (60) montrées à la Figure 4b). Ces plaques sont positionnées aux extrémités du moule (30). Chacune des plaques (60) comporte un système de positionnement central du cœur de tige à enrober (par exemple un logement (62) en retrait apte à accueillir une des extrémités dudit cœur), un port d’entrée ou de sortie (64) pour injection du composite, des espaces (66) aménagés à travers la plaque (60) pour permettre l’insertion des cartouches chauffantes (36) et des trous (68) aligné aux trous (38) correspondant dans le moule (30) pour permettre fixer la plaque aux deux parties (32, 34) du moule (30) par exemple à l’aide de vis.
[00105] Dans certaines réalisations de l’invention, la pièce/tige de traverse est fabriquée utilisant le APG. Dans un procédé APG typique, un insert (préférablement en forme de tige), qui est préchauffé et séché, est placé dans un moule. La matrice de résine époxy est injectée dans le moule à partir d’une entrée située au fond du moule en appliquant une pression sur un réservoir de mélange de résine ou en utilisant une pompe proportionnelle. Après l’injection de la matrice de résine époxy dans le moule chaud, la matrice de résine durcit tandis que la pression appliquée à la matrice de résine époxy dans le réservoir de mélange de résine est maintenue à environ 0, 1 à environ 1 ,0 MPa.
[00106] Dans certaines réalisations de l’invention, la projection est caractérisée en ce que le composite de l’enrobage est projeté sur le cœur de la tige par une technique de projection thermique afin de recouvrir dudit enrobage le cœur de la pièce.
[00107] La présente invention concerne aussi une méthode de fabrication par co-pultrusion d’une pièce/tige de traverse comprenant un cœur de forme allongée, préférablement cylindrique, enrobé du composite tel que décrit ci- dessus.
[00108] Conventionnellement, les peintures (PU ou autre) sont uniquement appliquées sur des pièces dont la pultrusion est complétée (c’est-à-dire la peinture est une étape complètement distincte de la pultrusion, tel que démontré dans la Figure 5a). Dans cette figure, la pultrusion comprend des rouleaux continus (40) d’un renfort qui est tiré par un mécanisme de tirage (42) à travers un bain (44) d’une résine (pour imprégner de résine le renfort) et une filière chauffée (46) pour polymériser la résine. En sortant du mécanisme de tirage (42), le renfort imprégné et polymérisé est coupé par un mécanisme de coupage (48), puis enrobé d’une peinture ou d’un revêtement à l’aide d’une enrobeuse (50).
[00109] Cependant, avec la méthode de fabrication par co-pultrusion de l’invention, l’enrobage du composite est appliqué à l’aide d’une deuxième filière, subséquente à la première, tel que démontré dans la Figure 5b. Cette méthode comprend les étapes suivantes :
a. tirer un renfort à travers un bain d’une première résine thermodurcissable afin d’imprégner le renfort d’une première résine ;
b. tirer le renfort à travers une première filière chauffée afin de polymériser la première résine formant ainsi le cœur de la pièce/tige de traverse ; et
c. tirer le cœur de la pièce/tige de traverse à travers une deuxième filière chauffée afin d’enrober le cœur de la pièce/tige de traverse avec le composite et de polymériser le composite afin d’obtenir la pièce/tige de traverse.
[00110] L’appareil de co-pultrusion de la Figure 5b) comprend des rouleaux continus (40) d’un renfort qui est tiré par un mécanisme de tirage (42) à travers :
• un bain (44) d’une première résine, pour imprégner de résine le renfort,
• une filière chauffée (46) pour polymériser la première résine, et former ainsi un cœur (22) de tige de traverse, et
• une deuxième filière chauffée (52) équipée d’un mécanisme d’enrobage (54) d’une seconde résine, pour enrober le cœur de la seconde résine et polymériser la seconde résine.
En sortant du mécanisme de tirage (42), le renfort imprégné et enrobé est coupé par un mécanisme de coupage (48).
[00111] La Figure 6 est un gros plan de la deuxième filière chauffée (52) et du mécanisme d’enrobage (54) montrés à la Figure 5b). La Figure 6 présente un cœur (22) de tige de traverse passant d’abord à travers le mécanisme d’enrobage (54) de la seconde résine, ce mécanisme étant muni d’un port d’injection (56) pour cette résine, et ensuite à travers la deuxième filière chauffée (52), dont la température est régulée par exemple par une gaine chauffante ou encore par un élément chauffant (e.g. une cartouche chauffante). Enfin, la Figure 6 montre le cœur (22) de tige de traverse enrobé de l’enrobage (24) de l’invention ressortant de la deuxième filière chauffée (52).
[00112] Dans certaines réalisations de l’invention, le renfort est un tissu, un mat ou des fibres, préférablement des fibres continues et longitudinales, et plus préférablement des fibres de verre. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le renfort est non-conducteur, plus particulièrement lorsque la pièce est destinée à être utilisée dans un réseau électrique.
[00113] La première résine peut être n’importe quelle résine thermodurcissable, ou même une matrice thermoplastique, connue dans la technique, tant que la résine ne réagit pas de façon indésirable avec la deuxième résine. La personne versée dans l’art saura qu’on peut mélanger à la résine thermodurcissable une certaine quantité, par exemple 5%, d’une résine thermoplastique afin d’améliorer la tirabilité lors de l’étape a). Des additifs bien connus peuvent aussi être utilisés à cette fin.
[00114] Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la première résine est une résine thermodurcissable utilisée pour la pultrusion de fibres de verre. La première résine peut être un polyester ou vinyle ester de BPA, un époxy ou polymère comportant des températures de déformation mécanique supérieure à la température de polymérisation de l’enrobage.
[00115] L’étape de tirer le renfort à travers le bain afin d’imprégner le renfort de la première résine peut être réalisée par n’importe quel moyen connu dans la technique.
[00116] L’étape de tirer le renfort à travers la première filière chauffée afin de polymériser la première résine peut aussi être réalisée par n’importe quel moyen connu dans la technique. La première filière chauffée contrôle la teneur en résine et détermine la forme de la section. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la première filière chauffée est telle que le renfort devient de forme cylindrique.
[00117] L’étape de tirer le cœur de la pièce/tige de traverse à travers une deuxième filière chauffée afin d’enrober le renfort avec le composite et de polymériser le composite est réalisée avant que le cœur de la pièce/tige de traverse soit coupé, d’où il résulte une méthode de fabrication plus rapide et plus efficace. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la deuxième filière chauffée enrobe le renfort avec un enrobage du composite d’environ 1/8 pouces. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le temps de polymérisation/gélation est ajusté à 3 minutes avec 2,5% p/p d’un accélérateur (par rapport au poids de la résine époxy). Dans des réalisations préférentielles de l’invention, l’accélérateur est une amine hétérocyclique (préférablement l’Araldite® DY070). Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la température de la zone de polymérisation est d’environ 130°C.
[00118] Le renfort peut être tiré utilisant n’importe quel moyen connu dans la technique. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, le renfort est tiré par un mécanisme de tirage. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la vitesse de déplacement est de 1 ,5 à 2 po./min pour une filière chauffante de 6 pouces de long.
[00119] Optionnellement, les étapes a), b) et c) sont effectuées de manière continue.
[00120] Optionnellement, la méthode comprend l’étape subséquente de couper la pièce/tige de traverse pour ainsi obtenir une pièce/tige de traverse de longueur désirée. L’étape de couper le renfort afin d’obtenir la pièce peut être réalisée par n’importe quel moyen connu dans la technique et préférablement par un mécanisme de coupage.
[00121] Dans des réalisations préférentielles de l’invention, la méthode comprend de plus l’étape d’ajouter un embout de fixation à l’une ou à chacune, préférablement chacune, des extrémités de la pièce/tige de traverse. Dans des réalisations préférentielles de l’invention, les embouts sont fixés à la pièce/tige de traverse avec un adhésif.
[00122] Un exemple d’une pièce fabriquée par co-pultrusion est une tige FRP utilisée à l’entrée de la deuxième filière. La deuxième résine est la résine HCEP CW5625 et de durcisseur HW5625-1 de Huntsman®, ceux-ci étant pré-mélangés avec 64% S1O2, contenant au préalable 0.45 phr (parties par 100 parties de résine) d’un accélérateur Araldite® DY-062 (amine tertiaire). Le temps de polymérisation/gélation a été ajusté à environ 3 minutes avec 2,5% p/p époxy d’un accélérateur Araldite® DY070 (amine hétérocyclique). La température de la zone de polymérisation de 6 po. de long a été de 130°C. La vitesse de déplacement a été de 1 ,5 à 2 po./min.
EXEMPLES - TESTS ET RÉSULTATS
[00123] Le composite de l’invention suivant a été préparé :
Composite A : la résine Araldite® CY5622 avec le durcisseur Aradur® HY 1235 et les charges Si02 (Novakup® 202 V de Malvern®, 29% p/p) et SiC (SiC 1000 grit, vert, de Panadyne®, 23% p/p).
[00124] Le composite comparatif suivant a également été préparé:
Composite comparatif 1 : la résine CW5625 avec le durcisseur HW5625-1 et une charge pré-mélangée de S1O2 (64% p/p). Ce composite ne contenait aucune charge à conductivité non-linéaire.
[00125] Des tiges de traverse de 2 pouces de diamètre, telles que celles illustrées à la Figure 2, comprenant un enrobage de Va de pouce (3.18 mm) d’épaisseur soit du Composite A, soit du Composite comparatif 1, sur un cœur cylindrique en époxy/fibre de verre (G 10) de VA pouce de diamètre et sur un cœur en polyester de BPA/fibre de verre ou vinyle ester de BPA/fibre de verre ont également manufacturées. Des embouts de fixation ont été collés aux extrémités des tiges ci-dessus à l’aide d’un adhésif pour former des traverses telles qu’illustrées à la Figure 3. On a nommé les traverses obtenues : Traverse Composite A et Traverse Comparative 1.
[00126] Des Traverses Comparatives 2 et 3 ont aussi été testées. Il s’agissait de traverses conventionnelles provenant de deux fournisseurs différents. Ces traverses comparatives comportaient une tige comprenant un cœur cylindrique en fibre de verre et en polyester de bisphénol A (BPA) (pour la Traverse Comparative 2) ou en vinyle ester de BPA (pour la Traverse Comparative 3) qui faisait 2 pouces de diamètre et était recouvert d’une peinture polyuréthane (PU) d’épaisseur conventionnelle, c’est-à-dire environ 50 microns.
[00127] Des tests ont aussi été faits sur des plaquettes-échantillons selon la norme IEC-60112 (l’appareil T4-41) et plan incliné (ASTM D2303).
[00128] La Figure 7 montre la chambre de test de brouillard salin sous tension, dans laquelle la tension d’essai était de 14,4kV rms. On peut voir 4 traverses montées sur le banc d’essai.
[00129] La Figure 8 présente les résultats qualitatifs d’un test en brouillard salin sous tension de 10OOh (dans les conditions décrites ci-dessus pour la Figure 7). En a) et b), on voit la Traverse Composite A. Celle-ci montre très peu de dommage après 10OOh. En comparaison, on voit en c) et d) la Traverse Comparative 1. Celle-ci est visiblement plus endommagée. Les photos montrent les faces dessus et dessous de l’extrémité de la traverse côté masse.
[00130] La Figure 9 présente les résultats qualitatifs d’un test de brouillard salin sous tension (dans les conditions décrites ci-dessus pour la Figure 7) de durée variée. On y voit, de gauche à droite,
• la Traverse Composite A, après 3000h en brouillard salin, qui montre très peu de dommage,
• la Traverse Comparative 1, après 1000h en brouillard salin, qui est significativement plus endommagée par l’érosion électrique malgré qu’elle n’ait subit que le tiers de la durée d’exposition de la Traverse Composite A,
• la Traverse Comparative 2, après seulement 401 h, qui montre un cheminement (i.e. des résidus conducteurs) et une érosion de 3 mm de profondeur et qui, de plus, a subi un contournement et
• la Traverse Comparative 3, après seulement 401 h, qui montre du cheminement électrique sur 93% de sa longueur (30 pouces de cheminement sur une longueur totale de 32 pouces).
[00131] La Figure 10 présente les résultats de test de brouillard salin sous tension (dans les conditions décrites ci- dessus pour la Figure 7) pour la Traverse Composite A. La Figure 10 a) montre la tige avant le test, et la Figure 10 b) montre la tige après 1000h de test. Après 10OOh, le diamètre de la tige a diminué de seulement environ 500 microns, ce qui est très peu et démontre une résistance élevée au cheminement et à l’érosion électrique.
[00132] D’autres tests en brouillard salin ont été effectués pour mieux caractériser les performances de la Traverse Composite A par rapport aux Traverse Comparative 2 et Traverse Comparative 3.
[00133] On a donc testé trois Traverse Composite A identiques et une Traverse Comparative 2 en brouillard salin sous tension (dans les conditions décrites ci-dessus pour la Figure 7) et on a observé leur état après 195, 358 et 407 hrs. Les résultats sont rapportés dans le tableau ci-dessous. On a aussi mesuré le courant électrique permis par ces traverses pendant le test. Ceux-ci sont rapportés à la Figure 11. Enfin, une Traverse Composite A identique et une Traverse Comparative 3, après 407 heures sont montrées à la Figure 12.
Figure imgf000031_0001
[00134] On a aussi testé trois Traverse Composite A identiques et une Traverse Comparative 3 en brouillard salin sous tension (dans les conditions décrites ci-dessus pour la Figure 7) et on a observé leur état après 162, 307 et 401 hrs. Les résultats sont rapportés dans le tableau ci-dessous. On a aussi mesuré le courant électrique permis par ces traverses pendant le test. Ceux-ci sont rapportés à la Figure 13. Enfin, une Traverse Composite A identiques et une Traverse Comparative 3, après 401 heures sont montrées à la Figure 14.
Figure imgf000032_0001
[00135] Les conditions de test ont été rendues encore plus difficile afin des tester les limites de résistance de la Traverse Composite A. Cette traverse a donc été soumise à un test de brouillard salin sous tension (dans les conditions décrites ci-dessus pour la Figure 7). Après 2000h, la tige, qui montrait très peu de dommage. La Figure 15 présente les résultats après 10OOh supplémentaires en brouillard salin sous tension (donc après une exposition totale de 3000h), la tige est légèrement endommagée. On constate donc que la Traverse Composite A a résisté environ 10 fois plus longtemps que les traverses conventionnelles recouvertes de peinture PU.
[00136] Les Figures 16 et 17 présentent les résultats d’un test selon la norme plan incliné (IEC-60587) pour différentes plaquettes-échantillons. Une comparaison des Figures 16 a) et b) montre l’effet d’ajouter une charge à conductivité non-linéaire (ZnO) dans une matrice d’époxy pur. La figure 17 a) et b) montre l’effet de la combinaison charge à conductivité non-linéaire et charge isolante du composite A versus la même matrice polymérique, mais où la charge à conductivité non-linéaire a été remplacée par une charge isolante à haute conductivité thermique.
[00137] Plus précisément, la Figure 16b présente le courant électrique passant à la surface d’une plaquette d’une matrice d’époxy (XU 9509 / Aradur® HY 9519, sans charge isolante et sans charge à conductivité non-linéaire). La Figure 16a présente le courant électrique passant à la surface d’une plaquette de la même matrice d’époxy, mais comprenant en outre 40% p/p de ZnO comme charge à conductivité non-linéaire. Les résultats montrent une réduction de l’activité des décharges partielles pour la plaquette composée de la matrice d’époxy comprenant le ZnO. Cependant, comparativement à une tige de traverse enrobée du Composite A (qui comprend une charge isolante et une charge à conductivité non-linéaire), le courant de fuite de la plaquette de la matrice d’époxy comprenant le ZnO est toujours trop élevé pour l’utilisation à long terme. En effet, la plaquette de la Figure 16a a surchauffé et a été détruite après une courte période de temps.
[00138] La Figure 17a) présente le courant électrique passant à la surface d’une plaquette du Composite A tandis que la Figure 17b) présente le courant électrique pour une plaquette similaire, mais où on a remplacé le SiC par le nitrure d’aluminium (AIN) (dans le même pourcentage massique et avec une même granulométrie). Le test a été effectué à 3,5 kV et arrêté avec 67 minutes. Les conductivités thermiques à 20°C du SiC et de l’AIN sont similairement élevées : 125 W-nr1 - K·1 pour le SiC et 160-190 W m 1 · K 1 pour GAIN. Cependant, l’AIN est un bon isolant électrique : 1 e13 C cm. On voit que la plaquette avec l’AIN a subi un contournement par cheminement après 33 minutes. Par contre, le Composite A ne montre aucun problème sur les 67 minutes reportées dans la figure et, en fait, a maintenu ces bonnes performances jusqu’à 6 heures de test.
[00139] Les résultats reportés à la Figure 17 montrent que les performances du composite de l’invention ne sont pas dues à la conductivité thermique de la charge utilisée, mais bien au fait que la charge possède une conductivité électrique non-linéaire. Combiné aux résultats reportés à la Figure 16, ils démontrent aussi la nécessité d’avoir une charge isolante ainsi qu’une charge à conductivité non-linéaire; c’est la synergie des deux types de charges dans le composite qui procure une résistance accrue et une durée de vie allongée à la tige de la traverse.
[00140] La Figure 18 montre la courbe courant-tension d’un composite de l’invention comprenant 25% p/p de S1O2 et 25% p/p de SiC Black dans une matrice époxy CY5622-HY 1235. RÉFÉRENCES
1. Le brevet no. EP 2 198434 B1 (“Surface modified electrical insulation System with improved tracking and érosion résistance”, Greuter)
2. Le brevet no. CA 2 715651 (“Field-controlled composite insulator”, Denndorfer)
3. Le brevet no. US 6,764,616 B1 (“Hydrophobie epoxide resin System”, Beisele)
4. Le brevet no. US 7,989,704 B2 (“Electric insulator and a method for the production thereof”, Bessede)
5. La demande de brevet no. US2011/0027532 A1 (“Surface modified electrical insulation System”, Schmidt)
6. La demande de brevet no. US 2011/0017488 A1 (“Field-Controlled Composite Insulator and Method for Producing the Composite Insulator”, Denndorfer)
7. Le brevet no. US 3,791,859 (“Stress grading coating for insulators - Hirayama”)
8. Le brevet no. EP 2230 267 (“Method of producing a curable epoxy resin composition”)
9. La demande de brevet CA 2 943645 (“Method for producing a field grading material with tailored
properties”)

Claims

REVENDICATIONS
1. Un composite comprenant une matrice d’un polymère thermodurcissable ou thermoplastique, au moins une charge isolante dispersée dans la matrice et au moins une charge à conductivité non-linéaire dispersée dans la matrice.
2. Le composite selon la revendication 1, dans lequel le composite comprend entre environ 1% p/p et environ 60% p/p de la charge isolante, de manière plus préférée entre environ 10% et environ 50%, de manière encore plus préférée entre environ 20% et environ 40% et de manière la plus préférée environ 29%.
3. Le composite selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le composite comprend entre environ 1% p/p et environ 75% p/p de la charge à conductivité non-linéaire, de manière plus préférée entre environ 5% et environ 50%, de manière encore plus préférée entre environ 10% et environ 30% et de manière la plus préférée environ 23%.
4. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le composite comprend environ 29% p/p de la charge isolante et environ 23% p/p de la charge à conductivité non-linéaire.
5. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la charge isolante et/ou la charge à conductivité non-linéaire sont sous forme d’une pluralité de particules, préférablement d’une poudre.
6. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la charge isolante a une taille moyenne de particules comprise entre environ 50 nm et environ 200 m.
7. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la charge isolante a une taille moyenne de particules : d’au moins environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 mhi, environ 1 mhi, environ 2 mhi, environ 10 mhi ou environ 25 mhi, et/ou d’au plus environ 200 mhi, environ 100 mhi, environ 50 mhi, environ 25 mhi, environ 1 mhi ou environ 100 nm.
8. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la charge isolante a une taille moyenne de particules inférieure à 100mhi.
9. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la charge isolante a une taille moyenne de particules comprise entre 2 m et 100mhi, préférablement avec un d50 de 16mhh et un d95 de 50mhi.
10. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la charge isolante est de forme sphérique, lamelle, filament ou « whisker ».
11. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la poudre à conductivité non- linéaire a une taille moyenne de particules comprise entre 50nm et 200mhi, préférablement avec un d50 de 5mhi et un d90 de 8mhi.
12. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , dans lequel la poudre à conductivité non- linéaire a une taille moyenne de particules : d’au moins environ 50 nm, environ 100 nm, environ 250 nm, environ 0.5 mhi, environ 1 mhi, environ 2 mhi, environ 10 mhi ou environ 25 mhi, et/ou d’au plus environ 200 mhi, environ 100 mhi, environ 50 mhi, environ 25 mhi, environ 1 mhi ou environ 100 nm.
13. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la charge à conductivité non- linéaire est une charge à conductivité non-linéaire dont la taille des particules est inférieure à 100mhi.
14. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la charge isolante est :
• un oxyde inorganique, un hydroxyde inorganique et/ou un oxyhydroxyde inorganique, de préférence la silice, le quartz, un silicate connu, l’oxyde d’aluminium, le trihydrate d’aluminium, le mica, l’oxyde d’un métal de transition (notamment le Ti Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W ou Fe) ou la dolomite, l’oxyde de magnésium, l’hydroxyde de magnésium, la wollastonite, l’oxyde de calcium,
• du talc,
• des perles de verre,
• un nitrure, de préférence le nitrure de silicium, le nitrure de bore et le nitrure d’aluminium,
• le borure de silicium,
• un carbure, de préférence le carbure de bore ou le carbure d’aluminium ou
• des fibres de renforcement coupées ou continues de composition, longueur et diamètre connus, ou un de leurs mélanges, de préférence la charge isolante est de la silice et/ou du quartz, préférablement de la farine de silice, plus préférablement de la farine de silice ayant une teneur en S1O2 d’environ 95 à 98% en poids.
15. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel la charge isolante est de la silice, préférablement de la silice fonctionnalisée en surface avec de l’époxysilane, plus préférablement le Silbond® W12 EST Quarzwerke® ou le Novakup® 202 V de Malvern®.
16. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel la charge isolante est le Novakup® 202 V de Malvern®.
17. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel la charge à conductivité non- linéaire est le carbure de silicium (SiC), le ZnO et/ou une des poudres à conductivité non-linéaire décrites dans la demande de brevet CA 2943645, préférablement une poudre comprenant le borure d’aluminium, le FeB ou le ZrB2 produite selon le procédé de ladite demande, ou un de leurs mélanges.
18. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel la charge à conductivité non- linéaire est du SiC, préférablement du SiC vert ou noir, le SiC vert ou noir étant préférablement du carbure de silicium (SiC) 1000 grit.
19. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel la charge à conductivité non- linéaire est du SiC vert 1000 grit, préférablement de Panadyne®.
20. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel les charges sont dispersées uniformément dans la matrice.
21. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel il existe un gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité non-linéaire dans le composite.
22. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 21, dans lequel la matrice est comprise dans le composite dans un pourcentage en poids entre 20% et 80% et préférablement entre 30% et 70%.
23. Le composite selon la revendication 23, dans lequel la matrice est une matrice d’un polymère thermoplastique, préférablement un polyester, un polyéthylène, un polypropylène, un polyamide, un polyimide ou un mélange de ceux-ci.
24. Le composite selon la revendication 23, dans lequel la matrice est une matrice d’un polymère thermodurcissable, préférablement un polyester ou vinyle ester de bisphénol A (BPA), un époxy ou polymère (e.g. un polyuréthane).
25. Le composite selon la revendication 23 ou 24, dans lequel la matrice est une matrice d’époxy, plus préférablement une matrice d’époxy provienant d’une réaction entre une résine époxy et un durcisseur.
26. Le composite selon la revendication 25, dans lequel la résine époxy est une résine époxy cyclo-aliphatique comprenant des groupes glycidyle non substitués et/ou des groupes glycidyle substitués par des groupes méthyle, où ces composés glycidyliques ont une valeur époxy (équiv./kg) d’au moins deux groupes 1 ,2- époxy par molécule, de préférence d’au moins trois, de préférence d’au moins quatre et en particulier d’environ cinq ou plus, de préférence une valeur époxy d’environ 5,0 à 6, 1 (équiv./kg).
27. Le composite selon la revendication 25 ou 26, dans lequel la résine époxy est un ester d’acide-bis-glycidyle hexahydro-o-phtalique, un ester d’acide-bis-glycidyle m-hexahydro-phtalique, un ester d’acide-bis-glycidyle hexahydro-p-phtalique ou un de leurs mélanges.
28. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 27, dans lequel la résine époxy est une résine époxy cycloaliphatique, par exemple la résine Araldite® CY179, la résine Araldite® CY184, la résine Araldite® XU9509, la résine Alraldite® CY5622, éventuellement modifiée avec du polydimethylsiloxane (PDMS), la résine Araldite® CW5625 ou un de leurs mélanges.
29. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 28, dans lequel la résine époxy est de l’époxy cycloaliphatique la résine Araldite® CY5622.
30. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 29, dans lequel le durcisseur est tout composé connu utilisé comme composant durcisseur avec la résine d’époxy.
31. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 30, dans lequel le durcisseur est un anhydride d’acide, de préférence un anhydride d’acide polycarboxylique aliphatique ou cyclo-aliphatique, de préférence un anhydride phtalique, un anhydride tétrahydrophtalique, un anhydride hexahydrophtalique, un anhydride méthylhydrophthalique, un anhydride méthyltétrahydrophtalique, un anhydride méthylhexahydrophtalique un anhydride méthylnadique ou un de leurs mélanges.
32. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 31 , dans lequel le durcisseur est un agent de réticulation à base d’anhydride, de phénol ou d’amine, préférablement à base d’un anhydride cycloaliphatique.
33. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 32, dans lequel le durcisseur est l’Aradur® 917, l’Aradur® HY9519, l’Aradur® HY 1235, l’Aradur® HW5625-1 ou un de leurs mélanges.
34. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, dans lequel le durcisseur est l’Aradur® HY 1235.
35. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 34, dans lequel la réaction entre la résine époxy et le durcisseur est en présence d’un accélérateur.
36. Le composite selon la revendication 35, dans lequel l’accélérateur est une amine tertiaire et/ou une amine hétérocyclique préférablement utilisée avec les durcisseurs anhydrides.
37. Le composite selon la revendication 35 ou 36, dans lequel l’accélérateur est l’Araldite® DY-062 et/ou l’Araldite® DY070.
38. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 37, dans lequel la résine époxy est
l’Araldite® CY 5622; le durcisseur est l’Aradur® HY 1235, et optionnellement, l’accélérateur est l’Araldite® DY-062 et, encore optionnellement, de plus l’Araldite® DY-070.
39. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 38, dans lequel la matrice d’époxy est une matrice d’époxy hydrophobe.
40. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 39, dans lequel la charge isolante est dispersée dans la résine et/ou le durcisseur et/ou la charge à conductivité non-linéaire est également dispersée dans la résine et/ou le durcisseur avant que la résine époxy et le durcisseur soient mélangés ensemble afin de former la matrice.
41. Le composite selon l’une quelconque des revendications 25 à 40, dans lequel la charge isolante et la charge à conductivité non-linéaire se retrouvent en même proportion dans le durcisseur et dans la résine.
42. Le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 41, dans lequel : la matrice d’époxy provient de la résine époxy l’Araldite® CY 5622 et du durcisseur Aradur® 1235, et le composite comprend : environ 29% p/p de S1O2, préférablement le Novakup® 202V de Malvern®, comme charge isolante et environ 23% p/p de SiC vert 1000 grit, préférablement de Panadyne®, comme charge à conductivité non-linéaire.
43. Une pièce qui est constituée en tout ou en partie, préférablement en tout, du composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42 ou qui comporte un cœur au moins partiellement, préférablement complètement, recouvert d’un enrobage dudit composite.
44. La pièce selon la revendication 43, dans laquelle le cœur est non-conducteur.
45. La pièce selon la revendication 42 ou 44, dans laquelle la pièce est une pièce d’un réseau électrique, préférablement une pièce d’un réseau de transport électrique ou d’un réseau de distribution électrique.
46. La pièce selon l’une quelconque des revendications 42 à 45, dans laquelle la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique, préférablement pour un réseau de distribution électrique.
47. La pièce selon la revendication 46, dans laquelle la tige comprend à l’une ou à chacune, préférablement chacune, de ses extrémités, un embout de fixation pour former une traverse.
48. La pièce selon la revendication 47, dans laquelle les embouts de fixation sont fixés à la tige avec un adhésif.
49. La pièce selon l’une quelconque des revendications 46 à 48, dans laquelle la tige de traverse est de forme allongée, préférablement cylindrique ou prismatique, plus préférablement cylindrique.
50. La pièce selon l’une quelconque des revendications 46 à 49, dans laquelle la tige de traverse comprend un interne vide ou plein, préférablement plein.
51. La pièce selon l’une quelconque des revendications 46 à 50, dans laquelle la tige de traverse est constituée, en tout ou en partie, préférablement en tout, du composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42.
52. La pièce selon l’une quelconque des revendications 46 à 50, dans laquelle la tige de traverse comporte un cœur au moins partiellement, préférablement complètement, recouvert d’un enrobage du composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42.
53. La pièce selon la revendication 52, dans laquelle le cœur de la tige de traverse, à l’exception de ses deux extrémités, est complètement recouvert d’un enrobage du composite.
54. La pièce selon l’une quelconque des revendications 46 à 53, dans laquelle le cœur de la tige est en résine renforcée de fibres de verre.
55. La pièce selon la revendication 54, dans laquelle la résine est une résine thermodurcissable, une résine thermoplastique ou un de leurs mélanges, préférablement une résine thermodurcissable.
56. La pièce selon la revendication 54, dans laquelle la résine thermodurcissable est un polyester ou vinyle ester de bisphénol A, un époxy ou polymère, par exemple un polyuréthane, ayant une température de déformation mécanique supérieure à la température de polymérisation de la matrice du composite.
57. La pièce selon la revendication 54 ou 55, dans laquelle la résine thermoplastique est un polyester, un polyéthylène, un polypropylène, un polyamide, un polyimide ou un de leurs mélanges.
58. La pièce selon l’une quelconque des revendications 46 à 57, dans laquelle l’enrobage a une épaisseur d’au moins environ 500 microns ou environ 1 mm et/ou d’au plus environ 10 mm ou environ 4 mm.
59. La pièce selon la revendication 58, dans laquelle l’enrobage a une épaisseur d’environ Va de pouce (environ 3 mm).
60. La pièce selon l’une quelconque des revendications 46 à 59, dans laquelle le cœur de la tige de traverse est d’au moins environ 1 pouce de diamètre (environ 25 mm) et/ou d’au plus environ 8 pouces de diamètre (environ 200 mm), par exemple environ 13U pouce (environ 45 mm), environ 2 pouces (environ 50 mm), environ 2¼ pouces (environ 57 mm), environ Th pouces (environ 64 mm), environ TU pouces (environ 70 mm) ou encore 3 pouces (environ 76 mm) de diamètre.
61. La pièce selon la revendication 60, dans laquelle le cœur de la tige de traverse est d’environ VU, TU, ou TU pouces de diamètre, plus préférablement VU pouce de diamètre.
62. La pièce selon l’une quelconque des revendications 46 à 61, dans laquelle la traverse a un diamètre total d’environ 2 pouces, environ Th pouces ou encore environ 3 pouces.
63. La pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 62, dans laquelle il a un gradient de concentration en charge isolante et/ou charge à conductivité non-linéaire dans le composite.
64. La pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 63, dans laquelle la pièce est pour utilisation à l’extérieur, c’est-à-dire exposée, entre autres, à des changements de température dus aux conditions météorologiques.
65. La pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 64, dans laquelle, dans le cas d’une pièce enrobée du composite, l’enrobage a un coefficient de dilatation thermique faible et semblable à celui du cœur de la pièce.
66. Un enrobage comprenant le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42, pour enrober, entièrement ou partiellement, une pièce.
67. L’enrobage selon la revendication 66, dans lequel la pièce est une pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 65.
68. L’enrobage selon la revendication 66 ou 67, dans lequel la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique, préférablement pour un réseau de distribution électrique.
69. L’enrobage selon l’une quelconque des revendications 66 à 68, dans lequel l’enrobage est un enrobage tel que défini à l’une quelconque des revendications 43 à 65.
70. Utilisation du composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42 pour entièrement ou partiellement former, ou encore pour entièrement ou partiellement enrober, une pièce.
71. L’utilisation de la revendication 70, dans laquelle la pièce est la pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 65.
72. L’utilisation de la revendication 70 ou 71 , dans laquelle la pièce est une tige de traverse tel que définie à l’une quelconque des revendications 46 à 65.
73. Utilisation d’une pièce telle que définie l’une quelconque des revendications 43 à 65 dans un réseau électrique.
74. L’utilisation selon la revendication 73 dans laquelle la pièce est une tige de traverse tel que définie à l’une quelconque des revendications 46 à 65.
75. Utilisation d’une traverse telle que définie l’une quelconque des revendications 46 à 65, pour fixer une ligne électrique à un support.
76. Utilisation selon la revendication 75, dans laquelle la traverse est utilisée sans isolateur.
77. Une méthode de fabrication par moulage de la pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 65, comprenant l’injection du composite de l’enrobage autour du cœur de la pièce.
78. Une méthode de fabrication par injection-pression-gélation de la pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 65.
79. Une méthode de fabrication par projection de la pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 65, dans laquelle le composite de l’enrobage est projeté sur le cœur de la pièce par une technique de projection thermique afin de recouvrir dudit enrobage le cœur de la pièce.
80. Une méthode de fabrication par co-pultrusion d’une pièce comprenant un cœur de forme allongée, préférablement cylindrique, enrobé du composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42, comprenant les étapes suivantes : a. tirer un renfort à travers un bain d’une première résine thermodurcissable afin d’imprégner le renfort d’une première résine ; b. tirer le renfort à travers une première filière chauffée afin de polymériser la première résine formant ainsi le cœur de la pièce ; et c. tirer le cœur de la pièce à travers une deuxième filière chauffée afin d’enrober le cœur de la pièce avec le composite et de polymériser le composite afin d’obtenir la pièce.
81. La méthode selon la revendication 80, dans laquelle le renfort est non-conducteur.
82. La méthode selon la revendication 80 ou 81, dans laquelle la pièce est une pièce d’un réseau électrique.
83. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 82, dans laquelle la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique.
84. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 83, dans laquelle le renfort est un tissu, un mat ou des fibres, préférablement des fibres continues et longitudinales et plus préférablement des fibres de verre.
85. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 84, dans laquelle la première résine est une résine thermodurcissable utilisée pour la pultrusion de fibres de verre.
86. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 85, dans laquelle la première résine est un polyester ou vinyle ester de bisphénol A, un époxy ou polymère ayant une température de déformation mécanique supérieure à la température de polymérisation de la résine époxy.
87. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 86, dans laquelle la première filière chauffée est telle que le renfort devient de forme cylindrique.
88. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 87, dans laquelle la deuxième filière chauffée enrobe le renfort avec un enrobage du composite d’environ 1/8 pouces d’épaisseur.
89. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 88, dans laquelle le temps de polymérisation/gélation est ajusté à environ 3 minutes avec 2,5% p/p époxy d’un accélérateur.
90. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 89, dans laquelle l’accélérateur est une amine hétérocyclique, préférablement l’Araldite DY070.
91. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 90, dans laquelle la température de la zone de polymérisation est d’environ 130°C.
92. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 91 , dans laquelle le renfort est tiré par un mécanisme de tirage.
93. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 92, dans laquelle la vitesse de déplacement est de 1 ,5 à 2 po./min pour une filière chauffée de 6 po. de long.
94. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 93, dans laquelle les étapes a), b) et c) sont effectuées de manière continue.
95. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 94, dans laquelle la méthode comprend l’étape subséquente de couper la pièce/tige de traverse pour ainsi obtenir une pièce/tige de traverse de longueur désirée.
96. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 95, dans laquelle la méthode comprend de plus l’étape d’ajouter un embout de fixation à l’une ou à chacune, préférablement chacune, des extrémités de la pièce.
97. La méthode selon la revendication 96, dans laquelle les embouts sont fixés à la pièce/tige de traverse avec un adhésif.
98. La méthode selon l’une quelconque des revendications 80 à 97, dans laquelle la pièce est une pièce selon l’une quelconque des revendications 43 à 65.
99. Une méthode d’augmenter la résistance à l’érosion électrique d’une pièce, la méthode comprenant l’étape d’enrober la pièce avec le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42.
100. Une méthode d’augmenter la résistance au cheminement électrique d’une pièce, la méthode comprenant l’étape d’enrober la pièce avec le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42.
101. Une méthode d’augmenter la durée de vie d’une pièce, la méthode comprenant l’étape d’enrober la pièce avec le composite selon l’une quelconque des revendications 1 à 42.
102. La méthode selon l’une quelconque des revendications 99 à 101 , dans laquelle la pièce est une pièce d’un réseau électrique.
103. La méthode selon l’une quelconque des revendications 99 à 102, dans laquelle la pièce est une tige de traverse pour un réseau électrique.
104. Une méthode pour simplifier un réseau électrique, la méthode comprenant l’étape de remplacer un assemblage comprenant une traverse et un isolateur, ledit assemblage étant utilisé pour fixer une ligne électrique à un support, par une traverse tel que définie l’une quelconque des revendications 46 à 65 utilisée sans isolateur pour fixer la ligne électrique au support.
105. La méthode selon l’une quelconque des revendications 99 à 104, dans laquelle la pièce est exposée à un milieu agressif.
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