WO2023002102A1 - Procédé de fabrication d'un câble électrique par extrusion d'une composition à base d'un polymère de propylène et d'un liquide diélectrique avec une vis barrière comportant une section de mélange - Google Patents

Procédé de fabrication d'un câble électrique par extrusion d'une composition à base d'un polymère de propylène et d'un liquide diélectrique avec une vis barrière comportant une section de mélange Download PDF

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Gabriele Perego
Mauro CACCIOTI
Tarik SADIK
Stephan PUISSANT
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    • C08L2203/202—Applications use in electrical or conductive gadgets use in electrical wires or wirecoating

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an electric cable, in particular of the power cable type , comprising an extruded thermoplastic layer obtained from a composition comprising at least one dielectric liquid and at least one thermoplastic polymer chosen from a homopolymer and a copolymer of propylene, as well as a cable obtained by said process.
  • a medium or high voltage power transmission cable generally includes from the inside to the outside:
  • an elongated electrically conductive element in particular made of copper or aluminum
  • the electrically insulating layer may be a polymer layer based on a crosslinked polyolefin such as a crosslinked polyethylene (XLPE) or a crosslinked ethylene-propylene or ethylene-propylene-diene elastomer.
  • Cross-linking is generally carried out during the extrusion step of the polymer composition around the elongated electrically conductive element.
  • XLPE crosslinked polyethylene
  • the use of a crosslinked polyolefin makes it possible to provide a layer having satisfactory electrical and mechanical properties and to lead to a cable which can operate at a temperature greater than 70° C., or even equal to 90° C.
  • cross-linked materials cannot be recycled.
  • the crosslinking process limits the manufacturing speed of cables comprising an insulating layer based on XLPE. Indeed, to obtain a satisfactory crosslinking rate, it is necessary for the polymer to be able to be brought to the temperature required to obtain its crosslinking for a sufficiently long period. Thus, the production speed of cables comprising an insulating layer based on XLPE must be adjusted so that the passage time in the crosslinking tunnel is long enough to obtain a satisfactory crosslinking rate, which represents a binding limit. significant in terms of production capacity.
  • materials based on LDPE for the insulating layers of cables can be an alternative to the use of materials based on XLPE.
  • materials based on LDPE have the disadvantage of not being able to be used at temperatures above 70° C., which also has the consequence of reducing their capacity to transport energy so as to avoid any overheating of the insulating layer at temperatures above 70°C.
  • power cables comprising at least one extruded thermoplastic electrically insulating layer based on a composition comprising a polypropylene matrix intimately mixed with a dielectric liquid
  • the dielectric liquid can represent from 3 to 15% by mass relative to the total mass of the composition.
  • the presence of the dielectric liquid can allow an improvement in the electrical performance of said cables, in particular in terms of dielectric strength, it can also cause problems during the extrusion process for their industrial manufacture.
  • the presence of the dielectric liquid in particular when it is injected during the first stages of extrusion, can cause irregularities in the movement and the plasticization of the polypropylene matrix along the barrel of the extruder.
  • quantities of less than 15% by mass of dielectric liquid relative to the total mass of the composition eg approximately 3-10%
  • a sliding phenomenon at the wall linked to the lubricating effect of the liquid dielectric appears, which can lead to a degradation of the mechanical and/or electrical properties of the thermoplastic layer obtained at the extruder head (structural defects of the layer).
  • international application WO 2005/042226 describes an extrusion process comprising the following steps: a first step during which a propylene-based thermoplastic polymer in solid form is introduced into a zone of feeding an extruder, a second step during which the thermoplastic polymer is brought from the feed zone to at least one intermediate zone allowing the gradual melting of the thermoplastic polymer, then a step of injecting a dielectric liquid into a zone of the extruder adjacent to the extruder head and in which the thermoplastic polymer is in the molten state.
  • This process has the disadvantage of injecting the dielectric liquid, which is a flammable liquid, at high pressures (approximately 30-1500 bars) and in an area close to the extruder party, which leads to major safety problems and damage to the injection device and /or the extruder.
  • a single-screw extruder has the advantage of providing a reliable, simple and clean solution.
  • the quality of mixing, resulting from the physical magnitude "shear rate", of the composition during the extrusion process is not satisfactory and does not allow good homogeneity of the composition to be obtained.
  • such a single-screw extruder has a shear rate of less than or equal to 100 s-1 .
  • a twin-screw extruder has the advantage of obtaining good quality mixing of the composition, but the level of pressure that can be obtained with this type of extruder is not satisfactory, which does not make it possible to meet the requirements. in production.
  • the screws used in these types of extruders can be barrier screws or screws with a barrier profile, i.e. a screw comprising a zone called the “barrier zone”.
  • This barrier zone comprises in particular a secondary thread with a slightly greater pitch (gradually sweeping the width of the channel) which makes it possible to separate the molten polymer from the still solid polymer, as if it materialized the boundary between the two phases. It thus allows a compression of the solid bed and consequently an improvement of the fusion capacity of the screw.
  • barrier screws comprise a feed zone located at a proximal end of the extrusion screw intended to be placed at the feed level of the extrusion screw, eg of a hopper.
  • This feed zone is followed by a barrier or intermediate zone allowing the gradual melting of the polymer and the transport towards the outlet of the extruder ensured by a terminal zone of the screw called the pumping zone.
  • This pumping zone can have a length of up to twice the diameter of the extrusion screw.
  • the barrier or intermediate zone extends up to the pumping zone of the extrusion screw. The composition leaving the barrier or intermediate zone after passing through the pumping zone is transported directly into the head of the extruder to be applied around the elongated electrically conductive element.
  • the object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art and to provide a method of manufacturing an electric cable, in particular of the power cable type, comprising at least one elongated electrically conductive element and at least at least one extruded thermoplastic layer surrounding said elongated electrically conductive element, said layer being obtained from a composition comprising at least one dielectric liquid and at least one thermoplastic polymer based on a propylene homo- or copolymer, said process being simple, economical, allowing an improved rate of mixing of the composition, not requiring the installation of a complex and expensive safety device, and being able to lead to an electrically insulating thermoplastic layer having good electrical and mechanical properties , at least comparable to those obtained with an XLPE crosslinked layer.
  • the first subject of the invention is a method for manufacturing an electric cable comprising at least one elongated electrically conductive element and at least one extruded thermoplastic layer surrounding said elongated electrically conductive element, said method implementing a device comprising at least one extruder containing a sleeve, a barrier screw and an extruder head, characterized in that it comprises at least the following steps: i) a step of introducing a composition comprising: - at least one thermoplastic polymer under solid form chosen from a propylene homopolymer and a propylene copolymer, and - at least one dielectric liquid, said dielectric liquid representing a quantity of less than 15% by mass, relative to the total mass of the composition, in a first zone of the barrier screw, called the feed zone, and located at the inlet of the extruder, ii) a step during which the composition resulting from step i) is brought from the feed zone to one or more intermediate zones of the screw barrier allowing the gradual melting of the
  • the process of the invention is simple, economical and makes it possible to increase the quality of mixing so as to improve the homogeneity of the composition. A homogeneous and intimate mixture of the thermoplastic polymer and the dielectric liquid can thus be obtained.
  • An extruder conventionally comprises a sleeve (or cylinder) in which rotates one or more screws driven in rotation, in particular by a motor-variator, the screw or screws extend along the longitudinal axis of the extruder , and are driven in rotation around their longitudinal axis,
  • a specific sleeve i.e. grooved sleeve
  • the extruder used in the process of the invention makes it possible to implement steps i), ii), iii) and iv). In particular, it makes it possible to convey the composition of step i), to disperse it or to homogenize it, to put it under pressure, to melt the thermoplastic polymer, and to form a thermoplastic layer, in particular of the electrically insulating layer type, around at least one elongated electrically conductive element.
  • the expression “room temperature” means a temperature varying from 15 to 30° C. approximately, and preferably varying from 20 to 25° C. approximately.
  • the extruder implementing the method of the invention is a single-screw extruder. It therefore comprises a single screw.
  • the propylene copolymer of the composition of step i) can be a heterophase copolymer of propylene, a random copolymer of propylene or a mixture thereof.
  • the heterophase propylene copolymer generally comprises a thermoplastic phase of the propylene type and an elastomeric phase of the copolymer type of ethylene and an ⁇ 1 olefin.
  • the elastomeric phase of the heterophase copolymer may represent at least 20% by mass approximately, and preferably at least 45% by mass approximately, relative to the total mass of the heterophase copolymer.
  • the olefin a 1 of the elastomeric phase of the heterophase copolymer can be propylene.
  • the random propylene copolymer can be a copolymer of propylene and of olefin, the olefin being chosen in particular from ethylene and an a2 olefin other than propylene.
  • the ⁇ - 2 olefin preferably represents at most approximately 15% by mole and more preferably at most approximately 10% by mole of the copolymer.
  • a copolymer of propylene and ethylene is preferred as random copolymer of propylene.
  • the random propylene copolymer marketed by the company Borealis under the reference Bormed® RB 845 MO is very particularly preferred.
  • the random propylene copolymers which can be used according to the invention preferably have an elastic modulus ranging from approximately 600 to 1200 MPa.
  • the propylene homopolymers which can be used according to the invention preferably have an elastic modulus ranging from approximately 1250 to 1600 MPa.
  • the homopolymer (respectively the random copolymer of propylene) can have a melting temperature greater than 130 ° C. approximately, preferably greater than 140° C. approximately, and more preferably ranging from 140 to 165° C. approximately.
  • the homopolymer (respectively the random propylene copolymer) can have an enthalpy of fusion ranging from approximately 30 to 100 J/g.
  • the bomopolymer (respectively the random propylene copolymer) may have a melt index ranging from approximately 0.5 to 3 g/10 min, measured at approximately 230° C. with a load of approximately 2.16 kg according to the ASTM D1238-00 standard.
  • composition of step I) may also comprise a polyethylene in solid form.
  • Said dielectric liquid represents a quantity of less than 15% by mass, relative to the total mass of the composition of step I).
  • the polyethylene is preferably a high density polyethylene, a medium density polyethylene or a linear low density polyethylene.
  • a so-called “high density” polyethylene or HDPE according to the ISO 1183A standard is preferably a high density polyethylene, a medium density polyethylene or a linear low density polyethylene.
  • a “medium density” polyethylene or MDPE according to the standard according to the ISO 1183A standard has a density ranging from approximately 0.925 to 0.930 g/cm3.
  • a linear polyethylene called “low density” or LLDPE according to the ISO 1183A standard has a density ranging from approximately 0.91 to 0.925 g/cm3.
  • the propylene homopolymer can represent from 40% to 90% by mass approximately, and preferably from 40 to 70% by mass, approximately relative to the total mass of the composition of step i).
  • the random propylene copolymer can represent from 40% to 90% by mass approximately, and preferably from 40 to 70% by mass approximately, relative to the total mass of the composition of step i).
  • the heterophase propylene copolymer can represent from 5% to 60% by mass, and preferably from 5 to 50% by mass approximately, relative to the total mass of the composition of step I).
  • the polyethylene can represent from 20% to 60% by mass approximately, and preferably from 20 to 50% by mass approximately, relative to the total mass of the composition of step i).
  • the composition comprises, as polymers: - a random copolymer of propylene (e.g. approximately 50-70% by mass, relative to the total mass of the composition), a heterophase copolymer of propylene (e.g. of approximately 5-30% by mass, relative to the total mass of the composition) and a linear low density polyethylene (e.g. of approximately 20-40% by mass, relative to the total mass of the composition), or - a heterophase propylene copolymer (e.g. approximately 35-55% by mass, relative to the total mass of the composition) and a high-density polyethylene (e.g. approximately 35-55% by mass, relative to the total mass of the composition).
  • a random copolymer of propylene e.g. approximately 50-70% by mass, relative to the total mass of the composition
  • a heterophase copolymer of propylene e.g. of approximately 5-30% by mass, relative to the total mass of the composition
  • a linear low density polyethylene e.g.
  • thermoplastic layer in particular of the electrically insulating layer type, having good mechanical properties, in particular in terms of elastic modulus, and electrical properties.
  • the composition of step i) may also comprise one or more additives.
  • the additives are well known to those skilled in the art and can be chosen from antioxidants, anti-UV agents, flame retardants, colorants, anti-copper agents, anti-water treeing agents and a mixture thereof.
  • the composition may typically comprise from 0.01 to 5% by mass approximately, and preferably from 0.1 to 2% by mass approximately, of additives, relative to the total mass of the composition of step i ).
  • the antioxidants make it possible to protect the composition from the thermal stresses generated during the cable manufacturing or cable operation steps.
  • the antioxidants are preferably chosen from hindered phenols, thioesters, sulfur-based antioxidants, phosphorus-based antioxidants, amine-type antioxidants and one of their mixtures.
  • hindered phenols examples include pentaerythritoltetrakis ⁇ 3-(3,5-di-tert-butyl ⁇ 4-hydroxyphenyl)propionate) (Irganox®
  • thioesters examples include didodecyl-3,3'-thiodlpropionate (Irganox® PS800), distearylthiodipropionate (Irganox® PS802) and 4,6-bis(octylthiomethyl)-o-cresol ( Irganox® 1520).
  • sulfur-based antioxidants examples include dioctadecyl-3,3'-thiodipropionate and didodecyl-3,3'-thiodipropionate.
  • antioxidants examples include tris(2,4-di-tert-butyl-phenyl)phosphie (Irgafos® 168) and bis(2,4-di- tert-butylphenyl)pentaerythritoldiphosphite (Ultranox® 826).
  • amine-type antioxidants mention may be made of phenylene diamines (eg 1PPD or 6PPD), diphenylamine styrene, diphenylamines. mercaptobenzimidazoles and polymerized 2,2,4-trimethyl-1,2-dlhydroqulnoline (TMQ).
  • Irganox B 225 which comprises an equimolar mixture of Irgafos 168 and Irganox 1010 as described above.
  • the dielectric liquid can represent approximately 3 to 10% by mass.
  • the pressure can be at most 5 bars, preferably at most 3 bars, and preferably at most 1.5 bars. In a particularly preferred embodiment, the pressure during step i) is approximately equal to atmospheric pressure, namely approximately equal to 1 bar.
  • Step i) allows the composition to be introduced into the extruder.
  • the feed zone or first zone of the screw is located at the inlet of the extruder.
  • the composition comprising the thermoplastic polymer in solid form and the dielectric liquid is introduced into the feed zone of the screw, in particular in order to pass into the space located between the internal surface of the sheath and the outer surface of the screw.
  • the dielectric liquid is introduced at the same time as the thermoplastic polymer in solid form into the feed zone, through the hopper of the extruder.
  • the extruder preferably comprises a single zone for introducing the composition along its longitudinal axis, this introduction zone being located in the feed zone or first zone of the screw. [0066]
  • the extruder comprises the intermediate zone(s), called the zone
  • carrier or second zone of the screw, following the feed zone along the longitudinal axis of the extruder.
  • a barrier screw or screw with a barrier profile comprises at least one zone called the “barrier zone”.
  • the barrier zone comprises in particular a secondary thread with a slightly higher pitch (gradually sweeping the width of the channel) which makes it possible to separate the molten polymer from the polymer still solid, as if it materialized the boundary between the two phases.
  • the height of this thread is lower than that of the main thread to allow the molten polymer to change channels, but remains large enough to prevent the solid polymer (eg granules) from crossing this air gap.
  • the barrier screw can have a nominal diameter D varying from approximately 45 to 200 mm.
  • the barrier screw has an L/D ratio varying from approximately 24 to 30, L designating the length of the screw in mm and D the nominal diameter of the screw in mm.
  • the diameter of the body of the barrier screw preferably increases from the rear or from the entrance to the extruder (i.e. feed zone of the screw) towards the front or the exit from the extruder (head extruder), thirst over the entire length of the screw, or only on parts of the screw.
  • the first zone or feed zone of the screw has a length varying from approximately 1D to 3D.
  • the screw pitch in the feed zone can be approximately 1D.
  • the thickness of the thread in the feed zone can be approximately D/10.
  • the diameter of the body of the screw in the feed zone is constant.
  • the depth of the screw channel in the feed zone (at the entrance and at the exit from the feed zone) varies from D/20 to D/10 approximately.
  • the mixing zone of the extruder is arranged following the barrier zone ( s ) along the longitudinal axis of the extruder. This mixing zone is placed at the end of the screw intended to be placed before the extrusion head.
  • the mixing zone of the barrier screw can comprise a dispersion zone and/or a distribution zone.
  • the dispersion zone precedes the distribution zone along the longitudinal axis of the screw.
  • the dispersion zone is thus situated between the barrier zone(s) and the distribution zone.
  • the mixing zone of the barrier screw comprises a dispersion zone and/or a distribution zone.
  • the mixing zone of the barrier screw comprises a dispersion zone followed by a distribution zone, the dispersion zone being located between the intermediate zone(s) and the distribution zone.
  • the dispersion zone defines at least one inlet channel for the composition in the dispersion zone and at least one outlet channel for the composition from the dispersion zone to the distribution zone, said at least one inlet channel being separated from said at least one outlet channel by a passage net configured to allow passage of the composition from an inlet channel to an outlet channel and to shear said composition during said passage.
  • said at least one inlet channel forming an inlet opening at a first end of the dispersion zone to allow entry of the composition into said at least one channel. inlet and being closed at a second end of the dispersion zone by an obstruction member, said at least one outlet channel being closed at the first end of the dispersion zone and forming an outlet opening at the second end of the dispersion zone to allow the composition to exit from the dispersion zone, each of said at least one inlet channel and at least one outlet channel being formed between a passage net and a scraping of the composition, the scraping net being configured to prevent the composition from exiting said at least one inlet channel or said at least one outlet channel so that passage of the composition from an inlet channel to an Release is achieved by a passing net.
  • the distribution zone comprises a plurality of deflectors extending discontinuously around and along a screw body so as to form a plurality of deflection portions.
  • each deflector extends along a helical path around the screw body, the deflectors being evenly distributed around the screw body.
  • each of the deflection portions of a deflector being separated by a distribution space from an adjacent deflection portion of the same deflector, the distribution spaces of different deflectors being aligned along a helical path to form at least one distribution channel extending in the opposite direction to the extension path of the deflectors.
  • the plurality of deflectors comprises a first and a second group of deflectors angularly offset from each other around the screw body so that each deflection portion of the first group of deflectors is placed through a distribution channel formed by the second group of deflectors, each deflection portion of the second group of deflectors being placed through a distribution channel formed by the first group of deflectors.
  • each deflection portion is defined by a deflection length Ldef along the extension path of the deflector, each distribution space forming a distribution channel being defined by a distribution length Ldis, the deflection length Ldef of each deflection portion being greater than or equal to the distribution length Ldis of the distribution space facing it so as to obstruct the distribution channel formed by said distribution space.
  • the term "grooved sleeve” means a sleeve comprising at least one grooved part, or in other words a part having grooves.
  • the grooved part of the sheath is preferably located in the feed zone of the screw.
  • the composition is introduced directly into a first zone of the supply zone called the introduction zone, then the composition is brought from the introduction zone towards a second zone of the feed zone, in the direction of the head of the extruder.
  • the grooved sleeve preferably comprises from 4 to 10 heating zones and from 4 to 10 cooling zones, and more preferably from 5 to 7 heating zones and from 5 to 7 cooling zones.
  • the grooved sleeve may have an internal diameter varying from approximately 45 to 200 mm.
  • the grooves can be straight (in the axis of the extruder) or helical.
  • the grooves can be rectangular, conical (triangular) or circular, and preferably of triangular conical shape.
  • the grooves can have a length varying from approximately 1.5D to 4D.
  • the grooves may have a width varying from approximately 1 to 4 mm.
  • the grooves preferably have a depth varying from approximately 0.2 to 3 mm. According to one embodiment of the invention, the grooves have an angle of
  • the angle of the grooves can in particular be defined by the helix angle of a spiral groove, measured from the plane perpendicular to the longitudinal axis of the sheath. More particularly, grooves parallel with the longitudinal axis of the sheath have an angle of 90°.
  • the grooved sheath can comprise from 6 to 24 grooves, and preferably from 14 to 22 grooves.
  • the grooves of the sleeve preferably extend longitudinally in the direction going from the feed zone towards the extruder head.
  • the sheath can have a length varying from approximately 24 to 30D.
  • Step i) can be carried out by means of a feed hopper.
  • the device then further comprises a feed hopper.
  • the hopper comprising the composition of step i) opens onto the sheath at the entrance to the screw, and more particularly onto the first zone of the zone of feed.
  • step ii) the composition resulting from step i) is extruded. It is brought (continuously) from the feed zone to one or more intermediate zones of the screw allowing the transport of the composition to the head of the extruder located at the outlet of the extruder and the gradual melting of the polymer thermoplastic.
  • the intermediate zones can comprise one or more heating zones, making it possible to control the temperature in the extruder.
  • thermoplastic polymer optionally mixed with other polymers, is heated to a temperature above or equal to its melting temperature.
  • the temperature during step ii) can vary from approximately 60 to 200° C.
  • the pressure during step ii) can vary from 1 to 300 bars.
  • the intermediate zones are located between the feed zone and the extruder head.
  • the screw of the extruder can be divided into four zones, the first zone being the feed zone as defined above, the second, third and fourth zones being the one or more intermediate zones allowing the transport of the composition towards the head of the extruder located at the outlet of the extruder and the gradual melting of the thermoplastic polymer.
  • the extruder comprises at least one barrier zone as defined above.
  • at least one of the intermediate zones is a barrier zone.
  • the second zone of the screw is a compression zone.
  • the compression zone preferably has a length varying from approximately 4D to 8D.
  • the thread pitch in the compression zone can be approximately 1 D.
  • the thickness of the net in the compression zone can vary from D/10 to D/15 approximately.
  • the diameter of the screw body in the compression zone is not constant. In particular, it increases from the back or screw inlet to the front or screw outlet (i.e. in the direction of the feed zone towards the extruder head).
  • the depth of the screw channel in the compression zone varies from D/20 to D/10 approximately.
  • the third zone is a barrier zone.
  • the barrier zone preferably has a length varying from approximately 4D to 1GD.
  • the thread pitch in the barrier zone can vary from D/2 to approximately 1.5D.
  • the thickness of the net in the barrier zone can vary from D/10 to D/15 approximately.
  • the diameter of the body of the screw in the barrier zone is not constant. In particular, it increases from the back or the screw inlet to the front or the screw outlet (i.e. in the direction of the feed zone towards the extruder head).
  • the depth of the screw channel in the barrier zone (at the entrance and at the exit from the barrier zone and for the main channel and the secondary channel) varies from D/20 to D/10 approximately.
  • the fourth zone is a pumping zone.
  • the pumping zone preferably has a length varying from approximately 2D to 6D.
  • the screw pitch in the pumping zone can be approximately 1D.
  • the thickness of the net in the pumping zone can vary from D/10 to D/15 approximately.
  • the diameter of the body of the screw in the pumping zone is constant.
  • the depth of the screw channel in the pumping zone (at the entrance and at the exit of the pumping zone) varies from D/20 to D/10 approximately.
  • the compression ratio varies from approximately 1.2 to 1.6, the compression ratio being defined as the ratio of the depth of the rear channel of the screw (i.e. to the inlet of the extruder or in the feed zone of the screw) on the depth of the front channel of the screw (i.e. at the outlet of the extruder or in the pumping zone of the screw).
  • the process of the invention makes it possible to produce an electric cable with a production speed varying from approximately 1 to 30 m/min.
  • step iv) the composition comprising the thermoplastic polymer in the molten state and the dielectric liquid passes under pressure through a die, to be applied around the elongated electrically conductive element.
  • the method may further comprise before step i), a step iO) of bringing into contact, in particular at room temperature, the thermoplastic polymer in solid form chosen from a propylene homopolymer and a propylene copolymer , with the dielectric liquid to form the composition of step i) (ie a composition comprising the thermoplastic polymer and the dielectric liquid, said dielectric liquid representing an amount of less than 15% by mass, relative to the total mass of the composition ).
  • the pressure can be at most 5 bars, preferably at most 3 bars, and preferably at most 1.5 bars. In a particularly preferred embodiment, the pressure during step iO) is approximately equal to atmospheric pressure, namely approximately equal to 1 bar.
  • Step iO) can be carried out directly in a feed hopper as defined in the invention or in a mixer, in particular located upstream of the feed hopper, the mixer preferably being a static mixer.
  • step iO) ie bringing into contact
  • the thermoplastic polymer and the dielectric liquid can be introduced separately, or in the form of a mixture, into the feed hopper .
  • step iO) can comprise any one of the following sequences S01 or S02: [0143] S01: supplying the supply hopper with the thermoplastic polymer in solid form and the dielectric liquid (by injection) , simultaneously, or
  • S02 feed the feed hopper with the thermoplastic polymer in solid form and with the dielectric liquid (by injection), the polymer and the dielectric liquid being added to the feed hopper at different stages, or in d other terms non-simultaneously.
  • the device When step iO) is performed in the mixer, the device further comprises a mixer, in particular located upstream of the feed hopper, the mixer preferably being a static mixer.
  • thermoplastic polymer and the dielectric liquid can be introduced separately into the mixer, then the resulting composition can be transferred to the feed hopper.
  • This embodiment makes it possible to improve the homogeneity of the composition comprising the thermoplastic polymer in solid form and the dielectric liquid.
  • the step I0) can then comprise any one of the sequences S'01 or
  • 8 ⁇ 1 supply the mixer with the thermoplastic polymer in solid form, then inject the dielectric liquid into the mixer comprising the thermoplastic polymer, or 8 ⁇ 2: Inject the dielectric liquid into the static mixer, then supply the mixer comprising the dielectric liquid with the thermoplastic polymer in solid form, step SO1 or step SO2 being followed by a step of transferring the resulting composition into the feed hopper.
  • step I0) implements contacting, in particular at room temperature, at least one thermoplastic polymer in solid form chosen from a propylene homopolymer and a propylene copolymer, and other polymers in solid form with a dielectric liquid to form a composition comprising the thermoplastic polymer in solid form, the other polymers in solid form and the dielectric liquid, said dielectric liquid representing a quantity of less than 15% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • Step I0) is preferably not a step of impregnating the thermoplastic polymer with the dielectric liquid.
  • the dielectric liquid is not completely absorbed by the thermoplastic polymer during step 10).
  • a conventional impregnation step is long and requires a minimum amount of dielectric liquid (approximately 10-15% relative to the total mass of the composition).
  • the method may also comprise a step iv) of cooling the cable obtained at the end of step iii) (i.e. at the outlet of the extruder).
  • the cooling can be carried out with water, in particular with one or more cooling tanks supplied continuously with water, in particular in order to maintain a constant temperature of the cooling tanks.
  • the method may also comprise a step v) of drying the cable obtained at the end of step iv). Drying removes water from the surface of the cable.
  • the process of the invention is preferably a continuous process.
  • the method of the invention preferably does not include a step of homogenizing the composition when the thermoplastic polymer is in the molten state.
  • the extruder does not include a mixer, and in particular does not include a static mixer, allowing such homogenization, in particular in one of the intermediate zones as defined above.
  • the thermoplastic layer, in particular of the electrically insulating layer type, of the cable obtained according to the method of the invention has a variable thickness depending on the type of cable envisaged.
  • the thickness of the insulating layer is typically approximately 4 to 5 mm, and more particularly approximately 4.5 mm.
  • the thickness of the insulating layer typically varies from 17 to 18 mm (for voltages of the order of approximately 150 kV) and up to thicknesses ranging from approximately 20 to 25 mm. for voltages above 150 kV (very high voltage cables).
  • the term "electrically insulating layer” means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.109 S/m, and preferably at most 1.10-10 S/m (Siemens per meter ) (at 25°C).
  • the elongated electrically conductive element may be a single-body conductor such as for example a metal wire or a multi-body conductor such as a plurality of twisted or untwisted metal wires.
  • the elongated electrically conductive element can be made of aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, and one of their combinations.
  • the electrically insulating layer of the cable is non-crosslinked.
  • the electrically insulating layer is preferably a recyclable layer.
  • the electrical cable may comprise: - a first semi-conducting layer surrounding the elongated electrically conducting element,
  • semiconductor layer means a layer whose electrical conductivity can be at least 1.10-9 S/m (Siemens per meter), preferably at least 1.10-3 S/m, and preferably may be less than 1.103 S/m (at 25° C.).
  • the first semi-conductive layer, the electrically insulating layer and the second semi-conductive layer constitute a three-layer insulation.
  • the electrically insulating layer is in direct physical contact with the first semiconductor layer
  • the second semiconductor layer is in direct physical contact with the electrically insulating layer.
  • the first and the second semiconductor layers are preferably made of a thermoplastic polymer material.
  • the cable may also comprise an electrically insulating sheath surrounding the second semiconductor layer, and may be in direct physical contact with the latter.
  • the cable may also comprise a metal screen surrounding the second semi-conductor layer. In this case, the electrically insulating sheath surrounds said metal screen.
  • This metallic screen can be a so-called "wired” screen composed of a set of copper or aluminum conductors arranged around and along the second semiconductor layer, a so-called “ribboned” screen composed of one or several conductive metal strips of copper or aluminum optionally placed in a helix around the second semi-conductor layer or a conductive metal strip of aluminum placed longitudinally around the second semi-conductor layer and sealed by means of the glue in the overlapping zones of portions of said tape, or of a so-called “sealed” screen of the metal tube type optionally composed of lead or a lead alloy and surrounding the second semi-conducting layer.
  • This last type screen allows in particular to form a barrier to moisture which tends to penetrate the electrical cable in the radial direction.
  • the metal screen of the electric cable of the invention may comprise a so-called “wired” screen and a so-called “watertight” screen or a so-called “wired” screen and a so-called “taped” screen.
  • All types of metal screens can play the role of earthing the electric cable, and can thus carry fault currents, for example in the event of a short circuit in the network concerned.
  • the second subject of the invention is an electric cable, in particular of the power cable type, comprising at least one elongated electrically conductive element and at least one extruded thermoplastic layer surrounding said elongated electrically conductive element, characterized in that it is capable of being obtained according to a manufacturing method in accordance with the first object of the invention.
  • thermoplastic layer in particular of the electrically insulating layer type, is obtained by extrusion of a composition comprising at least one thermoplastic polymer chosen from a propylene homopolymer and a propylene copolymer, and a dielectric liquid, said dielectric liquid representing a amount less than 15% by mass, relative to the total mass of said composition.
  • composition, the thermoplastic polymer, the dielectric liquid are as defined in the first object of the invention.
  • FIG. 1 schematically represents a view partially in section of an extrusion device according to the invention comprising in particular an extrusion screw.
  • FIG. 2 schematically represents a view partially in section and in perspective of an electric cable according to the invention.
  • FIG. 3 schematically represents a side view of an extrusion screw of the device of FIG. 1, comprising a mixing zone.
  • FIG. 4 schematically represents a perspective view of the dispersion zone of the mixing zone.
  • FIG. 5 schematically represents a perspective view of a first embodiment of a distribution zone of the mixing zone.
  • FIG. 6 schematically represents a perspective view of a second embodiment of a distribution zone of the mixing zone.
  • the device 1 comprises a container 2 which can be fed with granules of a thermoplastic polymer chosen from a homo- and a copolymer of propylene, a container 3 which can be fed with a dielectric liquid, a hopper feed 4 which can be fed at ambient temperature by the granules of the thermoplastic polymer contained in the container 2 and by the dielectric liquid contained in the container 3, and an extruder 5 comprising for example a grooved sleeve 6 and a barrier screw 7, as well than an extruder head 8.
  • a container 2 which can be fed with granules of a thermoplastic polymer chosen from a homo- and a copolymer of propylene
  • a container 3 which can be fed with a dielectric liquid
  • a hopper feed 4 which can be fed at ambient temperature by the granules of the thermoplastic polymer contained in the container 2 and by the dielectric liquid contained in the container 3
  • an extruder 5 comprising for example a grooved slee
  • composition comprising the granules of the thermoplastic polymer and the dielectric liquid is introduced via the feed hopper 4 into a feed zone 9 of the screw according to step I), then fed according to step ii) from the feed zone 9 towards one or more intermediate zones 10 allowing the gradual melting of the thermoplastic polymer, the intermediate zones 10 being located between the feed zone 9 and the extruder head 8.
  • step iii) from said intermediate zones 10 to a mixing zone 18 in which the composition will be mixed and transported to the head of the extruder 8 located at the outlet of i' extruder 5.
  • the mixing zone 18 is located between said intermediate zones 10 and the extruder head 8. Said mixing zone is described in more detail below in connection with FIGS. 3 to 8.
  • the composition is applied around an elongated electrically conductive element according to step iv).
  • the medium or high voltage power cable 11 obtained according to the method of the invention comprises a central elongated electrically conductive element 12, in particular made of copper or aluminum, and, successively and coaxially comprises around this element 12, a first semi-conducting layer 13 called “internal semi-conducting layer”, an electrically insulating layer 14, a second semi-conducting layer 15 called “external semi-conducting layer”, a metal screen 16 of the tube type cylindrical, and an outer protective sheath 17, the electrically insulating layer 14 being obtained from a composition comprising at least one thermoplastic polymer chosen from a propylene homopolymer and a propylene copolymer, and a dielectric liquid according to a process of extrusion as defined in the invention.
  • the layers 13 and 15 are layers extruded by methods well known to those skilled in the art.
  • the presence of the metal screen 16 and the outer protective sheath 17 is preferential, but not essential.
  • This cable structure is as such of known type and outside the scope of the present invention.
  • the mixing zone 18 is arranged at a distal end 20 of the barrier screw 7, opposite a proximal end 22 of this same barrier screw 7.
  • the the proximal end 22 is intended to be placed at the level of the supply hopper 4 while the distal end 20 of the barrier screw 7 is intended to be placed at the level of the extruder head 8.
  • the mixing zone 18 preferably comprises a dispersion zone 24 followed by a distribution zone 26.
  • a discontinuity 25 may be provided between the dispersion 24 and distribution 26 zones.
  • An additional discontinuity 25 may be provided between the mixing zone 18 and the Intermediate zones 10.
  • Zone 26 has the function of interrupting and recombining flows (element Fig.5 or Fig.6).
  • the dispersion zone 24 comprises a succession of passage threads 27 and scraping threads 28 defining between them a plurality of inlet channels 30 and outlet channels 33.
  • the passage 27 and scraping 28 threads alternate around a screw body 31 so as to form an alternation of inlet 30 and outlet 33 channels.
  • each inlet 30 or outlet 33 channel is formed by a passage net 27 and a scraping net 28.
  • the dispersion zone comprises 4 input channels 30 and 4 output channels.
  • screw body means a portion of the body of the barrier screw 7.
  • the screw body 31 is a section of the barrier screw 7 corresponding to the dispersion zone 24.
  • Each inlet channel 30 forms an inlet opening 29 at a proximal end 36 of the dispersion zone 24 to allow entry of the composition into the inlet channel 30.
  • Each channel inlet 30 includes an obstruction member 34 closing the inlet channel 30 at a distal end 38 of the dispersion zone 24. This obstruction member 34 is preferably configured to allow the passage of the composition while shearing it by a predetermined value. Thus, the composition can leave the inlet channel by passing over the obstruction element 34 but is sheared off.
  • Each outlet channel 33 is closed by an obstruction element 34 arranged at the level of the proximal end 36 of the dispersion zone 24 so as to prevent, at least partially, the flow of the composition towards the channels. exit 33 from the barrier zone. The flow of the composition is therefore facilitated towards the inlet channels 30.
  • Each outlet channel 33 also forms an outlet opening 39 formed at the level of the distal end 38 of the dispersion zone 24.
  • This element of Obstruction 34 is preferably configured to allow passage of composition while shearing it by a predetermined amount. For this, the height of the obstruction element is preferably chosen to generate this shear value. Thus, the composition can enter the outlet channel 33 by passing over the obstruction element 34 but is sheared off.
  • the passage threads 27 separating adjacent inlet 30 and outlet 33 channels are configured to allow the passage of the composition while shearing it by a predetermined value.
  • the height of the passage nets 27 is chosen to generate this shear value.
  • the composition can pass from an inlet channel 30 to an outlet channel 33 by passing over a passage net 27 but is sheared.
  • the scraping threads 28 are configured to prevent the passage of the composition between the inlet 30 and exit 33 channels adjacent to the level of this scraping thread 28.
  • the composition is thus guided towards a passage thread 27 or an obstruction element 34 to be sheared off before exiting the dispersal zone 24.
  • the composition therefore passes through the dispersion zone 24 passing through an inlet channel 30 and/or an outlet channel 33 while being sheared by a predetermined value either by at least one obstruction element 34 of an outlet channel 33, either by at least one passage net 27, or by at least one obstruction element 34 of an inlet channel 30.
  • the inlet 30 and outlet 33 channels extend around and along the screw body 31.
  • the inlet 30 and outlet 33 channels preferably extend over at least 75%, preferably at least 95%, of the length of the dispersion zone 24 along a longitudinal axis A of the barrier screw 7.
  • the passage 27 and scraping 28 threads preferably have a different width from each other. This width is defined perpendicular to the extension trajectory of the threads. Preferably, a ratio of 2 is defined between the width of a passing thread 27 and a scraping thread 28.
  • each scraping thread 28 has a width of 15mm and each passage thread 27 has a width of 30mm.
  • the pitch of the passage 27 and scraping 28 threads is for example defined as being 4 * D, D being the diameter of the screw body 31 at the level of the dispersion zone 24.
  • the pitch is thus 800 for a 150mm diameter.
  • This diameter of 150mm is considered to be the nominal diameter of the sleeve receiving the extrusion screw or else the external diameter of the screw threads, neglecting the operating clearance which may be 0.1mm.
  • the dispersion zone 24 has for example a length of 450mm along the longitudinal axis A.
  • the depth of the inlet 30 and outlet 33 channels is for example defined between 0.4 mm and 0.8 mm, preferably 0.6 mm. This depth is defined perpendicular to the outer surface 32 of the screw body 31.
  • the distribution zone 26 comprises a plurality of deflectors 40 extending discontinuously around and along a screw body 42.
  • Each deflector 40 forms a discontinuous thread extending along a path around and along the longitudinal axis A of the barrier screw 7.
  • the thread is discontinuous longitudinally along its extension path.
  • each deflector 40 forms a plurality of deflection portions 44 extending along the extension path of the deflector 40.
  • screw body means a portion of the body of the barrier screw 7.
  • the screw body 42 is a section of the barrier screw 7 corresponding to the distribution zone 26.
  • the screw bodies 31 and 42 are preferably one and the same one-piece screw body with the screw body of the feed 9 and intermediate 10 zones.
  • the deflectors 40 preferably extend along helical paths around and along the screw body 42.
  • the deflectors 40 are preferably evenly distributed around the screw body 42.
  • a first distribution channel 50 is formed between two adjacent deflectors 40 along the extension path of the deflectors 40. In other words , the space between two threads forms the first distribution channel 50 allowing the passage of composition.
  • Each deflector 40 extends from an outer surface 46 of the screw body 42.
  • a distribution space 48 is formed between two adjacent or successive deflection portions 44 of the same deflector 40.
  • a succession deflection portions 44 and distribution spaces 48 is formed along the extension path of a deflector 40.
  • the deflection portions 44 are preferably shaped so as to cause the distribution spaces 48 of different deflectors 40 to coincide to form a second distribution channel. 52 transverse to the first distribution channel 50.
  • the distribution spaces 48 of different deflectors 40 are thus aligned with each other. Deflectors 40 are thus obtained forming a plurality of first 50 and second 52 distribution channels crossing each other.
  • the distribution zone 26 comprises for example eight deflectors 40.
  • the pitch of the deflectors 40 can be defined as being 900 mm for a screw diameter of 150 mm.
  • the width of the deflectors 40 is for example greater than 30mm, for example 45mm.
  • the distribution zone 26 has for example a length of 300 mm along the longitudinal axis A. According to a first embodiment of the distribution zone 26 illustrated in FIG.
  • the plurality of deflectors 40 comprises a first 60 and a second 62 groups of deflectors 40 angularly offset relative to each other around the screw body 42.
  • the deflectors 40 of the first 60 and second group 62 preferably extend along the same path but angularly offset around the longitudinal axis A of the barrier screw 7.
  • An alternation of deflectors of the first group 60 and of deflectors 40 of the second group 62 is thus obtained. This alternation increases the number of obstacles formed by the deflectors 40 along the axis longitudinal A of the barrier screw 7.
  • a first 50 and a second 52 distribution channels are formed by the first group 60 of deflectors 40.
  • Each deflection portion 44 of the second group 62 of deflectors 40 is arranged through the second distribution channel 52 formed by the first group 60 of deflectors 40. It is the same with the deflection portions 44 of the first group 60 vis-à-vis the distribution channels 52 formed by the deflectors of the first group 60.
  • the angular offset between the first 60 and second 62 groups positions the portions of deflectors 40 of the first group 60 at the level of the distribution spaces 48 of the second group 62, and vice versa.
  • the first 60 and second 62 groups of deflectors 40 overlap along their extension path so that the composition can only flow along the first distribution channels 50, between the deflectors 40.
  • the circulation of the composition along the second distribution channels 52 is obstructed.
  • each deflection portion 44 is defined by a deflection length Ldef along the extension path of the deflector 40 and each distribution space 48 forming the second distribution channel 52 is defined by a distribution length Say.
  • the deflection length Ldef of each deflection portion 44 is chosen to be greater than or equal to the distribution length Ldis of the distribution space 48 facing it so as to obstruct the second distribution channel 52 formed by said distribution space 48 .
  • the deflectors 40 are preferably evenly distributed around the longitudinal axis A of the barrier screw 7.
  • Each of the first 60 and second 62 groups of deflectors 40 can comprise three deflectors 40. In this case, an angle of 120° separates each of the deflectors 40 of the same group.
  • the angular offset between the first 60 and second 62 groups can be 180° so that there is a deflector 40 every 60°.
  • the pitch of the deflectors 40 can be defined as being 150mm for a screw diameter of 150mm.
  • the width of the deflectors 40 is for example less than or equal to 5mm, for example 3.75mm.
  • the distribution zone 26 has for example a length of 300mm along the longitudinal axis A.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche thermoplastique extrudée entourant ledit élément électriquement conducteur allongé, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : I) une étape d'introduction d'une composition comprenant au moins un polymère thermoplastique et au moins un liquide diélectrique, ii) une étape au cours de laquelle la composition issue de l'étape i) est amenée de la zone d'alimentation vers une ou plusieurs zones intermédiaires de la vis barrière permettant la fusion graduelle du polymère thermoplastique, iii) une étape de mélange dans laquelle la composition est amenée de la ou des zones intermédiaires vers une zone de mélange de la vis barrière, et iv) une étape d'application au niveau de la tête de l'extrudeuse de la composition issue de l'étape ii) autour de l'élément électriquement conducteur allongé.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de fabrication d’un câble électrique par extrusion d'une composition à base d’un polymère de propylène et d'un liquide diélectrique avec une vis barrière comportant une section de mélange
[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un câble électrique, notamment du type câble d’énergie, comprenant une couche thermoplastique extrudée obtenue à partir d’une composition comprenant au moins un liquide diélectrique et au moins un polymère thermoplastique choisi parmi un homopolymère et un copolymère de propylène, ainsi qu’un câble obtenu par ledit procédé.
[0002] Elle s’applique typiquement mais non exclusivement aux câbles électriques destinés au transport d’énergie, notamment aux câbles d’énergie à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieure à 60 kV, et pouvant aller jusqu’à 400 kV), qu’ils soient en courant continu ou alternatif, dans les domaines du transport d’électricité aérien, sous-marin, terrestre, ou encore de l’aéronautique.
[0003] Un câbie de transport d’énergie à moyenne ou à haute tension comprend généralement de l’intérieur vers l’extérieur :
- un élément électriquement conducteur allongé, notamment en cuivre ou en aluminium ;
- une couche semi-conductrice interne entourant ledit élément électriquement conducteur allongé ;
- une couche électriquement isolante entourant ladite couche semi-conductrice interne ;
- une couche semi-conductrice externe entourant ladite couche isolante ; et
- éventuellement une gaine de protection électriquement isolante entourant ladite couche semi-conductrice externe.
[0004] En particulier, la couche électriquement isolante peut être une couche polymère à base d’une polyoléfine réticulée telle qu’un polyéthylène réticulé (XLPE) ou un élastomère réticulé d’éthylène-propylène ou d’éthylène propylène- diène. La réticulation est généralement effectuée lors de l’étape d'extrusion de la composition polymère autour de l’élément électriquement conducteur allongé. L'utilisation d’une polyoléfine réticulée permet de fournir une couche présentant des propriétés électriques et mécaniques satisfaisantes et de conduire à un câble pouvant fonctionner à une température supérieure à 70°C, voire égale à 90°C. Toutefois, plusieurs problèmes sont rencontrés. D’une part, les matériaux réticulés ne peuvent pas être recyclés. D’autre part, le processus de réticulation limite la vitesse de fabrication des câbles comportant une couche isolante à base de XLPE. En effet, pour obtenir un taux de réticulation satisfaisant, il faut que le polymère puisse être porté à la température requise pour obtenir sa réticulation pendant une durée suffisamment longue. Ainsi, la vitesse de production des câbles comportant une couche isolante à base de XLPE doit être ajustée de manière à ce que le temps de passage dans le tunnel de réticulation soit assez long pour obtenir un taux de réticulation satisfaisant, ce qui représente une limite contraignante non négligeable en termes de capacité de production. De plus, les réactions de réticulation ne doivent en aucun cas avoir lieu pendant l’extrusion du matériau à base de polyéthylène de façon à éviter tout risque de formation de particules de XLPE dans l’extrudeuse (vis, collier, tête de i’extrudeuse), et qui pourraient ensuite migrer dans la couche isolante ou dans la couche de semi- conducteur du câble et y créer des défauts. En effet, la présence de particules de XLPE affecte les propriétés finales du câble dans la mesure où ces particules génèrent un manque d’homogénéité, principalement du matériau de la couche isolante ou bien à l’interface entre la couche isolante et les couches semi- conductrices. Ce phénomène est connu sous la dénomination anglaise « scorch phenomena » pour phénomène de grillage. [0005] L’utilisation de matériaux à base de LDPE pour les couches isolantes de câbles peut être une alternative à l’utilisation de matériaux à base de XLPE. Cependant, les matériaux à base de LDPE présentent l’inconvénient de ne pas pouvoir être utilisés à des températures supérieures à 70°C, ce qui a également pour conséquence de réduire leur capacité à transporter de l’énergie de façon à éviter toute surchauffe de la couche Isolante à des températures supérieures à 70°C.
[0006] Par ailleurs, des câbles d’énergie comprenant au moins une couche électriquement isolante thermoplastique extrudée basée sur une composition comprenant une matrice de polypropylène mélangée intimement avec un liquide diélectrique ont été proposés comme par exemple dans la demande internationale WO 02/03398. Le liquide diélectrique peut représenter de 3 à 15% en masse par rapport à la masse totale de la composition. Pour la production industrielle de tels câbles d’énergie, il est nécessaire de développer un procédé qui permette le mélange homogène et intime de la matrice polypropylène avec le liquide diélectrique tout en garantissant que ce mélange soit facile à extrader. Toutefois, bien que la présence du liquide diélectrique puisse permettre une amélioration des performances électriques desdits câbles, notamment en termes de rigidité diélectrique, elle peut également engendrer des problèmes lors du procédé d’extrusion pour leur fabrication industrielle. En effet, la présence du liquide diélectrique, notamment lorsqu’il est Injecté lors des premières étapes d’extrusion, peut causer des irrégularités dans le mouvement et la plastification de la matrice polypropylène le long du fourreau de l'extrudeuse. Par ailleurs, lorsque des quantités inférieures à 15% en masse de liquide diélectrique par rapport à la masse totale de la composition (e.g. 3-10% environ) sont utilisées, un phénomène de glissement à la paroi lié à l’effet lubrifiant du liquide diélectrique (bien connu sous l’anglicisme « slippage/sliding phenomenon ») apparaît, pouvant entraîner une dégradation des propriétés mécaniques et/ou électriques de la couche thermoplastique obtenue en tête d’extrudeuse (défauts structuraux de la couche).
[0007] En outre, la demande internationale WO 2005/042226 a décrit un procédé d’extrusion comprenant les étapes suivantes : une première étape au cours de laquelle un polymère thermoplastique à base de propylène sous la forme solide est introduit dans une zone d’alimentation d'une extrudeuse, une deuxième étape au cours de laquelle le polymère thermoplastique est amené de la zone d’alimentation vers au moins une zone intermédiaire permettant la fusion graduelle du polymère thermoplastique, puis une étape d’injection d’un liquide diélectrique dans une zone de l’extrudeuse adjacente à la tête d’extrudeuse et dans laquelle le polymère thermoplastique est à l'état fondu. Ce procédé présente le désavantage d’injecter le liquide diélectrique, qui est un liquide inflammable, à des pressions élevées (30-1500 bars environ) et dans une zone proche de la fête d’extrudeuse, ce qui entraîne des problèmes majeurs de sécurité et des dégradations de l’appareil d’injection et/ou de l’extrudeuse.
[0008] Plusieurs types d’extrudeuses sont connus, notamment les extrudeuses à vis unique et les extrudeuses à double vis. [0009] Une extrudeuse à vis unique a pour avantage de fournir une solution fiable, simple et propre. Toutefois, la qualité de mélangeage, résultat de la grandeur physique "taux de cisaillement”, de la composition au cours du processus d'extrusion n’est pas satisfaisant et ne permet pas d’obtenir une bonne homogénéité de la composition. En effet, une telle extrudeuse à vis unique présente un taux de cisaillement inférieur ou égal à 100s-1.
[0010] Une extrudeuse à double vis a pour avantage d’obtenir une bonne qualité de mélangeage de la composition mais le niveau de pression pouvant être obtenu avec ce type d’extrudeuse n’est pas satisfaisant ce qui ne permet pas de répondre aux exigences en matière de production. [0011] Les vis utilisées dans ces types d’extrudeuses peuvent être des vis barrière ou vis à profil barrière, i.e. une vis comprenant une zone dénommée « zone barrière ». Cette zone barrière comprend en particulier un filet secondaire avec un pas légèrement supérieur (balayant progressivement la largeur du chenal) qui permet de séparer le polymère fondu du polymère encore solide, comme s'il matérialisait la frontière entre les deux phases. Elle permet ainsi une compression du lit solide et par conséquent une amélioration de la capacité de fusion de la vis.
[0012] Ces vis barrière comportent une zone d’alimentation située au niveau d’une extrémité proximale de la vis d’extrusion destinée à être disposée au niveau de l’alimentation de la vis d’extrusion, e.g. d’une trémie. Cette zone d'alimentation est suivie d’une zone barrière ou intermédiaire permettant la fusion graduelle du polymère et le transport vers la sortie de l'extrudeuse assuré par une zone terminale de la vis dite zone de pompage. Cette zone de pompage peut avoir une longueur allant jusqu’à 2 fois le diamètre de la vis d’extrusion. La zone barrière ou intermédiaire s’étend jusqu’à la zone de pompage de la vis d’extrusion. La composition sortant de la zone barrière ou intermédiaire après un passage dans la zone de pompage est directement transportée dans la tête de l’extrudeuse pour être appliquée autour de l’élément électriquement conducteur allongé.
[0013] Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur et de fournir un procédé de fabrication d’un câble électrique, notamment du type câble d’énergie, comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche thermoplastique extrudée entourant ledit élément électriquement conducteur allongé, ladite couche étant obtenue à partir d’une composition comprenant au moins un liquide diélectrique et au moins un polymère thermoplastique à base d'un homo- ou d’un copolymère de propyiène, ledit procédé étant simple, économique, permettant un taux amélioré de mélange de la composition, ne nécessitant pas de la mise en place d’un dispositif de sécurité complexe et coûteux, et pouvant conduire à une couche électriquement isolante thermoplastique présentant de bonnes propriétés électriques et mécaniques, du moins comparables à celles obtenues avec une couche réticulée XLPE.
[0014] Le but est atteint par l’invention qui va être décrite ci-après.
[0015] L’invention a pour premier objet un procédé de fabrication d’un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche thermoplastique extrudée entourant ledit élément électriquement conducteur allongé, ledit procédé mettant en œuvre un dispositif comprenant au moins une extrudeuse contenant un fourreau, une vis barrière et une tête d’extrudeuse, caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes : i) une étape d’introduction d’une composition comprenant : - au moins un polymère thermoplastique sous forme solide choisi parmi un homopolymère de propyiène et un copolymère de propyiène, et - au moins un liquide diélectrique, ledit liquide diélectrique représentant une quantité inférieure à 15% en masse , par rapport à la masse totale de la composition, dans une première zone de la vis barrière, dénommée zone d’alimentation, et située à l’entrée de l’extrudeuse, il) une étape au cours de laquelle la composition issue de l’étape i) est amenée de la zone d'alimentation vers une ou plusieurs zones intermédiaires de la vis barrière permettant la fusion graduelle du polymère thermoplastique, iii) une étape de mélange dans laquelle la composition est amenée de la ou des zones intermédiaires vers une zone de mélange de la vis barrière permettant le transport de la composition vers la tête de l’extrudeuse située à la sortie de l’extrudeuse, et iii) une étape d’application au niveau de la tête de l’extrudeuse de la composition issue de l’étape ii) autour de l’élément électriquement conducteur allongé,
[0016] Le procédé de l’invention est simple, économique et permet d’augmenter le qualité de mélangeage de manière à améliorer l’homogénéité de la composition. Un mélange homogène et intime du polymère thermoplastique et du liquide diélectrique peut ainsi être obtenu.
[0017] Une extrudeuse comprend conventionnellement un fourreau (ou cylindre) dans lequel vient tourner une ou plusieurs vis entraînées en rotation, notamment par un moto-variateur, La ou les vis s’étendent le long de l’axe longitudinal de l’extrudeuse, et sont entraînées en rotation autour de leur axe longitudinal,
[0018] Dans le procédé de la présente invention, un fourreau spécifique (i.e. fourreau rainuré) peut être utilisé. Ceci permet, en particulier en combinaison avec une vis barrière, d’obtenir une composition homogène facile à extruder, fout en évitant ou limitant la formation de défauts de structure dans la couche thermoplastique obtenue, notamment du type couche électriquement isolante.
[0019] L’extrudeuse utilisée dans le procédé de l’invention permet de mettre en œuvre les étapes i), il), iii) et iv). En particulier, elle permet de convoyer la composition de l’étape i), la disperser ou i’homogénéiser, la mettre sous pression, faire fondre le polymère thermoplastique, et former une couche thermoplastique, notamment du type couche électriquement isolante, autour d’au moins un élément électriquement conducteur allongé.
[0020] Dans la présente invention, l’expression « température ambiante » signifie une température variant de 15 à 30°C environ, et de préférence variant de 20 à 25°C environ. [0021] Selon un mode de réalisation de l’invention, l’extrudeuse mettant en œuvre le procédé de l’invention est une extrudeuse monovis. Elle comprend donc une unique vis. [0022] Le copoiymère de propylène de la composition de l’étape i) peut être un copolymère hétérophasé de propylène, un copolymère statistique de propylène ou un de leurs mélanges.
[0023] Le copolymère hétérophasé de propylène comprend généralement une phase thermoplastique de type propylène et une phase élastomère de type copolymère d’éthylène et d’une oléfîne α1.
[0024] La phase élastomère du copolymère hétérophasé peut représenter au moins 20% en masse environ, et de préférence au moins 45% en masse environ, par rapport à la masse totale du copolymère hétérophasé. [0025] L’oléfîne a1 de la phase élastomère du copolymère hétérophasé peut être le propylène.
[0026] À titre d’exemple de ce type de copolymère, on peut mentionner le copolymère hétérophasé commercialisé par la société Basell Polyolefins sous la référence Adflex® Q 200 F. [0027] Le copolymère statistique de propylène peut être un copolymère de propylène et d'oléfine, l’oléfine étant notamment choisie parmi l’éthylène et une oléfine a2 différente du propylène.
[0028] L’oléfine a2 différente du propylène peut répondre à la formule CH2=CH R1, dans laquelle R1 est un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 2 à 10 atomes de carbone, notamment choisi parmi les oléfines suivantes : 1 butène, 1- pentène ; 4-méthyl-1-pentène, 1-hexène, 1-octène, 1 -décène, 1-dodécène, et un de leurs mélanges.
[0029] L’oléfine a2 représente de préférence au plus 15% en mole environ et de préférence encore au plus 10% en mole environ du copolymère. [0030] Un copolymère de propylène et d’éthylène est préféré à titre de copolymère statistique de propylène.
[0031] A titre d’exemple, on préfère tout particulièrement le copolymère statistique de propylène commercialisé par la société Borealis sous la référence Bormed® RB 845 MO. [0032] Les copolymères statistiques de propyiène utilisables selon l’invention ont de préférence un module élastique allant de 600 à 1200 MPa environ.
[0033] Les homopolymères de propyiène utilisables selon l’invention ont de préférence un module élastique allant de 1250 à 1600 MPa environ. [0034] L’bomopolymère (respectivement le copolymère statistique de propyiène) peut avoir une température de fusion supérieure à 130ºCC environ, de préférence supérieure à 140°C environ, et de préférence encore allant de 140 à 165°C environ.
[0035] L’bomopolymère (respectivement le copolymère statistique de propyiène) peut avoir une enthalpie de fusion allant de 30 à 100 J/g environ.
[0036] L’bomopolymère (respectivement le copolymère statistique de propyiène) peut avoir un indice de fluidité allant de 0,5 à 3 g/10 min environ, mesuré à 230°C environ avec une charge de 2,16 kg environ selon la norme ASTM D1238-00.
[0037] La composition de l’étape I) peut comprendre en outre un polyéthylène sous forme solide.
[0038] Ledit liquide diélectrique représente une quantité inférieure à 15% en masse, par rapport à la masse totale de la composition de l’étape I).
[0039] Le polyéthylène est de préférence un polyéthylène haute densité, un polyéthylène moyenne densité ou un polyéthylène linéaire basse densité. [0040] Un polyéthylène dit de « haute densité » ou HDPE selon la norme ISO 1183A
(à une température de 23°C) a une densité variant de 0,930 à 0,970 g/cm3 environ, et encore plus préférentiellement de 0,940 à 0,965 g/cm3 environ.
[0041] Un polyéthylène « moyenne densité » ou MDPE selon la norme selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C) a une densité allant de 0,925 à 0,930 g/cm3 environ.
[0042] Un polyéthylène linéaire dit de « basse densité » ou LLDPE selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C) a une densité allant de 0,91 à 0,925 g/cm3 environ. [0043] L’homopolymère de propyiène peut représenter de 40% à 90% en masse environ, et de préférence de 40 à 70% en masse, environ par rapport à la masse totale de la composition de l’étape î).
[0044] Le copolymère statistique de propyiène peut représenter de 40% à 90% en masse environ, et de préférence de 40 à 70% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition de l’étape i).
[0045] Le copolymère hétérophasé de propyiène peut représenter de 5% à 60% en masse, et de préférence de 5 à 50% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition de l’étape I). [0046] Le polyéthylène peut représenter de 20% à 60% en masse environ, et de préférence de 20 à 50% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition de l’étape i).
[0047] Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, la composition comprend à titre de polymères : - un copolymère statistique de propyiène (e.g. de 50-70% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition), un copoiymère hétérophasé de propyiène (e.g. de 5-30% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition) et un polyéthylène linéaire basse densité (e.g. de 20-40% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition), ou - un copolymère hétérophasé de propyiène (e.g. de 35-55% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition) et un polyéthylène haute densité (e.g. de 35-55% en masse environ, par rapport à la masse totale de la composition).
[0048] De telles combinaisons de polymères en association avec le liquide diélectrique permettent d’obtenir une couche thermoplastique, notamment du type couche électriquement isolante, présentant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de module élastique, et électriques.
[0049] Les polymères de la composition étant sous forme solide, ils peuvent être sous la forme de pastilles ou de granulés. [0050] La composition de l’étape i) peut comprendre en outre un ou plusieurs additifs. [0051] Les additifs sont bien connus de l’homme du métier et peuvent être choisis parmi des antioxydants, des agents anti-UV, des retardateurs de flamme, des colorants, des agents anti-cuivre, des agents anti-arborescences d’eau et un de leurs mélanges. [0052] La composition peut typiquement comprendre de 0,01 à 5% en masse environ, et de préférence de 0,1 à 2% en masse environ d’additifs, par rapport à la masse totale de la composition de l’étape i).
[0053] Plus particulièrement, les antioxydants permettent de protéger la composition des contraintes thermiques engendrées lors des étapes de fabrication du câble ou de fonctionnement du câble.
[0054] Les antioxydants sont choisis de préférence parmi les phénols encombrés, les thioesters, les antioxydants à base de soufre, les antioxydants à base de phosphore, les antioxydants de type amine et un de leurs mélanges.
[0055] À titre d’exemples de phénols encombrés, on peut citer le pentaérythritoltétrakis{3-(3,5-di-tert-butyl~4-hydroxyphényl)propionate) (Irganox®
1010), l’octadécyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphényl)propionate (Irganox®
1078), le 1.3,5-triméthyl-2,4.6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzène (irganox® 1330), le 4,8-bis (octylthiométhyl)-o-crésol (Irgastab® KV10), le 2,2' thiobis(6 tert-butyl-4-méthylphénol) (Irganox® 1081), le 2,2’ thiodléthylène bis[3- (3,5-di-tert-buty!-4~bydroxyphényl) propionate] (Irganox® 1035), le 2,2’ méthylènebls(6-tert-butyl-4-métbylpbénol), le 1,2 bis(3,5-di-tert-butyl-4- hydroxyhydrocinnamoyl) hydrazine (Irganox® MD 1024), et le 2,2‘-oxamido- bis(éthyl-3(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphényle)propionate).
[0056] À titre d’exemples de thioesters, on peut citer le didodécyl-3,3'- thiodlpropionate (Irganox® PS800), ledistéarylthiodipropionate (Irganox® PS802) et le 4,6-bïs(octylthiométhyle)-o-crésol (Irganox® 1520).
[0057] À titre d’exemples d’antioxydants à base de soufre, on peut citer le dioctadecyl-3,3'-thiodipropionate et le didodecyl-3,3'-thïodipropionate.
[0058] À titre d’exemples d’antioxydants à base de phosphore, on peut citer le tris(2,4-di-tert-butyl-phényle)phosphiie (Irgafos® 168) et le bis(2,4-di-tert- butylphényl)pentaérythritoldiphosphite(Ultranox® 826). [0059] À titre d’exemples d’antioxydants de type amine, on peut citer les phénylène diamines (e.g. 1PPD ou 6PPD), les diphénylamine styrène, les diphényîamines. les mercaptobenzimidazoles et le 2,2,4-triméthyl-1,2 dlhydroqulnoline polymérlsé (TMQ). [0060] À titre d’exemples de mélanges d’antioxydants, on peut citer i’irganox B 225 qui comprend un mélange équimolaire d’Irgafos 168 et d’Irganox 1010 tels que décrits ci-dessus.
[0061] Le liquide diélectrique peut représenter de 3 à 10% en masse environ.
[0062] Lors de l’étape i), la pression peut être d’au plus 5 bars, de préférence d’au plus 3 bars, et de préférence d’au plus 1,5 bars. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la pression lors de l’étape i) est environ égale à la pression atmosphérique, à savoir environ égale à 1 bar.
[0063] L’étape i) permet d'introduire la composition dans l’extrudeuse.
[0064] La zone d’alimentation ou première zone de la vis se situe à l'entrée de l’extrudeuse. Au cours de l’étape i), la composition comprenant le polymère thermoplastique sous forme solide et le liquide diélectrique est introduite dans la zone d’alimentation de la vis, notamment afin de passer dans l’espace situé entre la surface interne du fourreau et la surface externe de la vis. En d’autres termes, au cours de l’étape i), le liquide diélectrique est introduit en même temps que le polymère thermopiastique sous forme solide dans la zone d’alimentation, à travers la trémie de l’extrudeuse.
[0065] L’extrudeuse comprend de préférence une seule zone d’introduction de la composition le long de son axe longitudinal, cette zone d’introduction se situant dans la zone d’alimentation ou première zone de la vis. [0066] L’extrudeuse comprend la ou les zones intermédiaires, appelée zone
« barrière » ou deuxième zone de la vis, à la suite de la zone d’alimentation le long de l’axe longitudinal de l’extrudeuse.
[0067] Une vis barrière ou vis à profil barrière comporte au moins une zone dénommée « zone barrière ». La zone barrière comprend en particulier un filet secondaire avec un pas légèrement supérieur (balayant progressivement la largeur du chenal) qui permet de séparer le polymère fondu du polymère encore solide, comme s'il matérialisait la frontière entre les deux phases. La hauteur de ce filet est inférieure à celle du filet principal pour permettre au polymère fondu de changer de chenal, mais reste suffisamment grande pour empêcher le polymère solide (e.g. granulés) de franchir cet entrefer. [0068] La vis barrière peut avoir un diamètre nominal D variant de 45 à 200 mm environ.
[0069] Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, la vis barrière présente un rapport L/D variant de24 à 30 environ, L désignant la longueur de la vis en mm et D le diamètre nominal de la vis en mm. [0070] Le diamètre du corps de la vis barrière augmente de préférence de l’arrière ou de l’entrée de l’extrudeuse (i.e. zone d’alimentation de la vis) vers l’avant ou la sortie de l’extrudeuse (tête d’extrudeuse), soif sur toute la longueur de la vis, soit sur des parties seulement de la vis.
[0071] Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, la première zone ou zone d’alimentation de la vis présente une longueur variant de 1 D à 3D environ.
[0072] Le pas de vis dans la zone d’alimentation peut être de 1D environ.
[0073] L’épaisseur du filet dans la zone d’alimentation peut être de D/10 environ.
[0074] Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre du corps de la vis dans la zone d’alimentation est constant. [0075] Dans un mode de réalisation préféré, la profondeur du chenal de la vis dans la zone d’alimentation (à l’entrée et à la sortie de la zone d’alimentation) varie de D/20 à D/10 environ.
[0076] La zone de mélange de l’extrudeuse, ou troisième zone de la vis, est disposée à la suite de la ou des zones barrières le long de l’axe longitudinal de l’extrudeuse. Cette zone de mélange est disposée au niveau de l’extrémité de la vis destinée à être disposée avant la tête d’extrusion.
[0077] La zone de mélange de la vis barrière peut comprendre une zone de dispersion et/ou une zone de distribution. [0078] De manière préférée, la zone de dispersion précède la zone de distribution le long de l’axe longitudinal de la vis. La zone de dispersion est ainsi située entre la ou les zones barrières et la zone de distribution.
[0079] Selon un mode de réalisation, la zone de mélange de la vis barrière comprend une zone de dispersion et/ou une zone de distribution.
[0080] Selon un mode de réalisation, la zone de mélange de la vis barrière comprend une zone de dispersion suivie d’une zone de distribution, la zone de dispersion étant située entre la ou les zones intermédiaires et la zone de distribution. [0081] Selon un mode de réalisation, la zone de dispersion définit au moins un canal d’entrée de la composition dans la zone de dispersion et au moins un canal de sortie de la composition depuis la zone de dispersion vers la zone de distribution, ledit au moins un canal d’entrée étant séparé dudit au moins un canal de sortie par un filet de passage configuré pour autoriser ie passage de la composition depuis un canal d'entrée vers un canal de sortie et cisailler ladite composition lors dudit passage.
[0082] Selon un mode de réalisation, ledit au moins un canal d’entrée formant une ouverture d’entrée au niveau d’une première extrémité de la zone de dispersion pour permettre l’entrée de la composition dans ledit au moins un canal d’entrée et étant fermé au niveau d’une deuxième extrémité de la zone de dispersion par un élément d’obstruction, ledit au moins un canal de sortie étant fermé au niveau de la première extrémité de la zone de dispersion et formant une ouverture de sortie au niveau de la deuxième extrémité de la zone de dispersion pour permettre à la composition de sortie de la zone de dispersion, chacun desdits au moins canal d’entrée et au moins un canal de sortie étant formé entre un filet de passage et un filet de raclage de la composition, le filet de raclage étant configuré pour empêcher la composition de sortir dudit au moins un canal d’entrée ou dudit au moins un canal de sortie de sorte que le passage de la composition depuis un canal d’entrée vers un canal de sortie est réalisé par un filet de passage. [0083] Selon un mode de réalisation, la zone de distribution comprend une pluralité de déflecteurs s’étendant de manière discontinue autour et le long d’un corps de vis de manière à former une pluralité de portions de déflexion.
[0084] Selon un mode de réalisation, chaque déflecteur s’étend le long d’une trajectoire hélicoïdale autour du corps de vis, les déflecteurs étant équirépartis autour du corps de vis.
[0085] Selon un mode de réalisation, chacune des portions de déflexion d’un déflecteur étant séparée par un espace de distribution d’une portion de déflexion adjacente du même déflecteur, les espaces de distribution de différents déflecteurs étant alignés le long d’une trajectoire hélicoïdale pour former au moins un canal de distribution s’étendant en sens opposé à la trajectoire d'extension des déflecteurs.
[0086] Selon un mode de réalisation, la pluralité de déflecteurs comprend un premier et un deuxième groupes de déflecteurs décalés anguiairement l’un par rapport à l’autre autour du corps de vis de sorte que chaque portion de déflexion du premier groupe de déflecteurs est disposée au travers d’un canal de distribution formé par le deuxième groupe de déflecteurs, chaque portion de déflexion du deuxième groupe de déflecteurs étant disposée au travers d’un canal de distribution formé par le premier groupe de déflecteurs. [0087] Selon un mode de réalisation, chaque portion de déflexion est définie par une longueur de déflexion Ldef le long de la trajectoire d’extension du déflecteur, chaque espace de distribution formant un canal de distribution étant défini par une longueur de distribution Ldis, la longueur de déflexion Ldef de chaque portion de déflexion étant supérieure ou égale à la longueur de distribution Ldis de l’espace de distribution qui lui fait face de manière à obstruer le canal de distribution former par ledit espace de distribution.
[0088] Dans la présente invention, on entend par « fourreau rainuré » un fourreau comprenant au moins une partie rainurée, ou en d’autres termes une partie ayant des rainures. [0089] La partie rainurée du fourreau se trouve de préférence dans la zone d’alimentation de la vis. [0090] Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, lors de l’étape i), la composition est introduite directement dans une première zone de la zone d’alimentation appelée zone d’introduction, puis la composition est amenée de la zone d’introduction vers une deuxième zone de la zone d’alimentation, en direction de la tête de l’extrudeuse.
[0091] La partie rainurée du fourreau se trouve alors plus particulièrement dans la deuxième zone de la zone d’alimentation,
[0092] Le fourreau rainuré comprend de préférence de 4 à 10 zones de chauffage et de 4 à 10 zones de refroidissement, et de préférence encore de 5 à 7 zones de chauffage et de 5 à 7 zones de refroidissement.
[0093] Le fourreau rainuré peut avoir un diamètre interne variant de 45 à 200 mm environ.
[0094] Dans la partie rainurée, les rainures peuvent être droites (dans l’axe de l’extrudeuse) ou hélicoïdales. [0095] Les rainures peuvent être de forme rectangulaire, conique (triangulaire) ou circulaire, et de préférence de forme conique triangulaire.
[0096] Les rainures peuvent avoir une longueur variant de 1,5D à 4D environ.
[0097] Les rainures peuvent avoir une largeur variant de 1 à 4 mm environ.
[0098] Les rainures ont de préférence une profondeur variant de 0,2 à 3 mm environ. [0099] Selon une forme de réalisation de l’invention, les rainures ont un angle de
45°, 60°, 90° ou 120°, et de préférence de 90°
[0100] L’angle des rainures peut notamment être défini par l’angle d’hélice d’une rainure en spirale, mesurée à partir du plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du fourreau. Plus particulièrement, des rainures parallèles avec l’axe longitudinal du fourreau ont un angle de 90°.
[0101] Le fourreau rainuré peut comprendre de 6 à 24 rainures, et de préférence de 14 à 22 rainures.
[0102] Les rainures du fourreau s’étendent de préférence longitudinalement selon la direction allant de la zone d’alimentation vers la tête d’extrudeuse. [0103] Le fourreau peut avoir une longueur variant de 24 à 30D environ. [0104] L’étape i) peut être réalisée au moyen d’une trémie d’alimentation. Le dispositif comprend alors en outre une trémie d’alimentation.
[0105] Lorsqu'une trémie d'alimentation est utilisée, la trémie comprenant la composition de l’étape i) s’ouvre sur le fourreau à l’entrée de la vis, et plus particulièrement sur la première zone de la zone d’alimentation.
[0106] Etape ii)
[0107] Au cours de l’étape ii), la composition issue de l’étape i) est extrudée. Elle est amenée (de façon continue) de la zone d’alimentation vers une ou plusieurs zones intermédiaires de la vis permetant le transport de la composition vers la tête de l’extrudeuse située à la sortie de l’extrudeuse et la fusion graduelle du polymère thermoplastique.
[0108] Les zones intermédiaires peuvent comprendre une ou plusieurs zones de chauffe, permettant de contrôler la température dans i’extrudeuse.
[0109] L’état fondu (fusion) est atteint lorsque le polymère thermoplastique, éventuellement en mélange avec d’autres polymères, est chauffé à une température supérieure ou égaie à sa température de fusion.
[0110] La température pendant l’étape ii) peut varier de 60 à 20Q°C environ.
[0111] La pression pendant l'étape ii) peut varier de 1 à 300 bars.
[0112] Les zones intermédiaires sont situées entre la zone d’alimentation et la tête d'extrudeuse.
[0113] La vis de l'extrudeuse peut être divisée en quatre zones, la première zone étant la zone d’alimentation telle que définie précédemment, les deuxième, troisième et quatrième zones étant les une ou plusieurs zones intermédiaires permettant le transport de la composition vers la tête de l’extrudeuse située à la sortie de l’extrudeuse et la fusion graduelle du polymère thermoplastique.
[0114] Lorsqu'une vis barrière est utilisée, l’extrudeuse comprend au moins une zone barrière telle que définie ci-dessus. En d’autres termes, au moins une des zones intermédiaires est une zone barrière.
[0115] Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, la deuxième zone de la vis est une zone de compression. [0116] La zone de compression présente de préférence une longueur variant de 4D à 8D environ.
[0117] Le pas de vis dans la zone de compression peut être de 1 D environ.
[0118] L’épaisseur du filet dans la zone de compression peut varier de D/10 à D/15 environ.
[0119] Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre du corps de la vis dans la zone de compression n’est pas constant. En particulier, il augmente de l’arrière ou entrée de la vis vers l’avant ou sortie de la vis (i.e. dans la direction de la zone d’alimentation vers la tête d’extrudeuse). [0120] Dans un mode de réalisation préféré, la profondeur du chenal de la vis dans la zone de compression (à l’entrée et à la sortie de la zone de compression) varie de D/20 à D/10 environ.
[0121] Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, la troisième zone est une zone barrière. [0122] La zone barrière présente de préférence une longueur variant de 4D à 1GD environ.
[0123] Le pas de vis dans la zone barrière peut varier de D/2 à 1,5D environ.
[0124] L’épaisseur du filet dans la zone barrière peut varier de D/10 à D/15 environ.
[0125] Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre du corps de la vis dans la zone barrière n’est pas constant. En particulier, il augmente de l’arrière ou l’entrée de la vis vers l’avant ou la sortie de la vis (i.e. dans la direction de la zone d’alimentation vers la tête d’extrudeuse).
[0126] Dans un mode de réalisation préféré, la profondeur du chenal de la vis dans la zone barrière (à l’entrée et à la sortie de la zone barrière et pour le chenal principal et le chenal secondaire) varie de D/20 à D/10 environ.
[0127] Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, la quatrième zone est une zone de pompage.
[0128] La zone de pompage présente de préférence une longueur variant de 2D à 6D environ. [0129] Le pas de vis dans la zone de pompage peut être de 1D environ. [0130] L’épaisseur du filet dans la zone de pompage peut varier de D/10 à D/15 environ.
[0131] Dans un mode de réalisation préféré, le diamètre du corps de la vis dans la zone de pompage est constant. [0132] Dans un mode de réalisation préféré, la profondeur du chenal de la vis dans la zone de pompage (à l’entrée et à la sortie de la zone de pompage) varie de D/20 à D/10 environ.
[0133] Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le taux de compression varie de 1,2 à 1,6 environ, le taux de compression étant défini comme le rapport de la profondeur du chenal arrière de la vis (i.e. à l’entrée de l’extrudeuse ou dans la zone d’alimentation de la vis) sur la profondeur du chenal avant de la vis (i.e. à la sortie de l’extrudeuse ou dans la zone de pompage de la vis).
[0134] Etape iv)
[0135] Le procédé de l'invention permet de produire un câble électrique avec une vitesse de production variant de 1 à 30 m/min environ.
[0136] Lors de l’étape iv), la composition comprenant le polymère thermoplastique à l’état fondu et le liquide diélectrique passe sous pression au travers d’une filière, pour être appliquée autour de l’élément électriquement conducteur allongé.
F01371 Etape 101 [0138] Le procédé peut comprendre en outre avant l’étape i), une étape iO) de mise en contact, notamment à température ambiante, du polymère thermoplastique sous forme solide choisi parmi un homopolymère de propylène et un copoiymère de propylène, avec le liquide diélectrique pour former la composition de l’étape i) (i.e. une composition comprenant le polymère thermoplastique et le liquide diélectrique, ledit iiquide diélectrique représentant une quantité Inférieure à 15% en masse, par rapport à la masse totale de la composition).
[0139] Lors de l’étape iO), la pression peut être d’au plus 5 bars, de préférence d’au plus 3 bars, et de préférence d’au plus 1,5 bars. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la pression lors de l’étape iO) est environ égale à la pression atmosphérique, à savoir environ égale à 1 bar. [0140] L’étape iO) peut être effectuée directement dans une trémie d’alimentation telle que définie dans l’invention ou dans un mélangeur, notamment situé en amont de la trémie d’alimentation, le mélangeur étant de préférence un mélangeur statique. [0141] Lorsque l’étape iO) (i.e. la mise en contact) est effectuée dans une trémie d’alimentation, le polymère thermoplastique et le liquide diélectrique peuvent être introduits séparément, ou sous forme de mélange, dans la trémie d’alimentation.
[0142] En particulier, l’étape iO) peut comprendre l’une quelconque des séquences S01 ou S02 suivantes : [0143] S01 : alimenter la trémie d’alimentation avec le polymère thermoplastique sous forme solide et le liquide diélectrique (par injection), de façon simultanée, ou
[0144] S02 : alimenter la trémie d’alimentation avec le polymère thermoplastique sous forme solide et avec le liquide diélectrique (par injection), le polymère et le liquide diélectrique étant ajoutés dans la trémie d'alimentation à des étapes différentes, ou en d’autres termes de façon non simultanée.
[0145] Lorsque l’étape iO) est effectuée dans le mélangeur, le dispositif comprend en outre un mélangeur, notamment situé en amont de la trémie d’alimentation, le mélangeur étant de préférence un mélangeur statique.
[0146] Dans ce mode de réalisation, le polymère thermoplastique et le liquide diélectrique peuvent être introduits séparément dans le mélangeur, puis la composition résultante peut être transférée dans la trémie d'alimentation. Ce mode de réalisation permet d’améliorer l’homogénéité de la composition comprenant le polymère thermoplastique sous forme solide et le liquide diélectrique. [0147] L’étape I0) peut alors comprendre l’une quelconque des séquences S’01 ou
8Ό2 suivantes :
8Ό1 : alimenter le mélangeur avec le polymère thermoplastique sous forme solide, puis injecter le liquide diélectrique dans le mélangeur comprenant le polymère thermoplastique, ou 8Ό2 : Injecter le liquide diélectrique dans le mélangeur statique, puis alimenter le mélangeur comprenant le liquide diélectrique avec le polymère thermoplastique sous forme solide, l’étape SO1 ou l’étape SO2 étant suivie d’une étape de transfert de la composition résultante dans la trémie d’alimentation.
[0148] Lorsque la composition de l’étape i) comprend d’autres polymères que le polymère thermoplastique sous forme solide choisi parmi un homopolymère de propylène et un copolymère de propylène, l’étape I0) met en œuvre la mise en contact, notamment à température ambiante, d’au moins un polymère thermoplastique sous forme solide choisi parmi un homopolymère de propylène et un copolymère de propylène, et des autres polymères sous forme solide avec un liquide diélectrique pour former une composition comprenant le polymère thermoplastique sous forme solide, les autres polymères sous forme solide et le liquide diélectrique, ledit liquide diélectrique représentant une quantité inférieure à 15% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
[0149] L’étape I0) n’est de préférence pas une étape d’imprégnation du polymère thermoplastique par le liquide diélectrique. En d’autres termes, le liquide diélectrique n’est pas absorbé complètement par le polymère thermoplastique au cours de l’étape 10). En effet, une étape d’imprégnation conventionnelle est longue et requiert une quantité minimale de liquide diélectrique (10-15% environ par rapport à la masse totale de la composition).
[0150] Dans le procédé de l’invention, il est particulièrement préféré d’avoir un fourreau rainuré et une vis barrière.
[0151] Autres étapes
[0152] Le procédé peut comprendre en outre une étape iv) de refroidissement du câble obtenu à l’issue de l’étape iiî) (i.e. à la sortie de l’extrudeuse).
[0153] Le refroidissement peut être effectué avec de l’eau, en particulier avec un ou plusieurs bacs de refroidissement alimentés en continu avec de l’eau, notamment afin de conserver une température constante des bacs de refroidissement.
[0154] Le procédé peut comprendre en outre une étape v) de séchage du câble obtenu à l’issue de l’étape iv). Le séchage permet d’enlever l’eau de la surface du câble. [0155] Le procédé de l’invention est de préférence un procédé continu. [0156] Le procédé de i’invention ne comprend pas de préférence d’étape d'homogénéisation de la composition lorsque le polymère thermoplastique est à l’état fondu. En particulier, l’extrudeuse ne comprend pas de mélangeur, et notamment ne comprend pas de mélangeur statique, permettant une telle homogénéisation, notamment dans une des zones intermédiaires telles que définies précédemment.
[0157] La couche thermoplastique, notamment du type couche électriquement isolante, du câble obtenu selon le procédé de l’invention présente une épaisseur variable en fonction du type de câble envisagé. En particulier, lorsque ie câble est un câble à moyenne tension, l’épaisseur de la couche Isolante est typiquement de 4 à 5 mm environ, et plus particulièrement de 4,5 mm environ. Lorsque le câble est un câble haute tension, l’épaisseur de la couche isolante varie typiquement de 17 à 18 mm (pour des tensions de l’ordre 150 kV environ) et pour aller jusqu’à des épaisseurs allant de 20 à 25 mm environ pour des tensions supérieures à 150 kV (câbles à très haute tension).
[0158] Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d’au plus 1.109 S/m, et de préférence d’au plus 1.10-10 S/m (Siemens par mètre) (à 25°C).
[0159] L’élément électriquement conducteur allongé peut être un conducteur monocorps tel que par exemple un fil métallique ou un conducteur muiticorps tel qu’une pluralité de fils métalliques torsadés ou non.
[0160] L’élément électriquement conducteur allongé peut être en aluminium, en alliage d’aluminium, en cuivre, en alliage de cuivre, et en un de leurs combinaisons. [0161] Dans la présente invention, la couche électriquement isolante du câble est non réticulée.
[0162] La couche électriquement isolante est de préférence une couche recyclable.
[0163] Selon une forme de réalisation préférée du procédé de l’invention, le câble électrique peut comprendre : - une première couche semi-conductrice entourant l’élément électriquement conducteur allongé,
- une couche électriquement isolante entourant la première couche serni- conductrice, ladite couche électriquement isolante étant telle que définie dans l’invention, et
- une deuxième couche semi-conductrice entourant la couche électriquement isolante. [0164] Dans la présente invention, on entend par « couche semi-conductrice » une couche dont la conductivité électrique peut être d’au moins 1.10-9 S/m (Siemens par mètre), de préférence d’au moins 1.10-3 S/m, et de préférence peut être inférieure à 1.103 S/m (à 25°C).
[0165] Dans un mode de réalisation particulier, la première couche semi conductrice, la couche électriquement isolante et la deuxième couche semi conductrice constituent une isolation tricouche. En d’autres termes, la couche électriquement isolante est en contact physique direct avec la première couche semi- conductrice, et la deuxième couche semi-conductrice est en contact physique direct avec la couche électriquement isolante. [0166] La première et la deuxième couches semi-conductrices sont de préférence en un matériau polymère thermoplastique.
[0167] Le câble peut comprendre en outre une gaine électriquement isolante entourant la deuxième couche semi conductrice, et peut être en contact physique direct avec celle-ci. [0168] Le câble peut comprendre en outre un écran métallique entourant la deuxième couche semi-conductrice. Dans ce cas, la gaine électriquement isolante entoure ledit écran métallique.
[0169] Cet écran métallique peut être un écran dit « filaire » composé d’un ensemble de conducteurs en cuivre ou en aluminium arrangé autour et le long de la deuxième couche semi-conductrice, un écran dit « rubané » composé d’un ou de plusieurs rubans métalliques conducteurs en cuivre ou en aluminium posé(s) éventuellement en hélice autour de la deuxième couche semi-conductrice ou d'un ruban métallique conducteur en aluminium posé longitudinalement autour de la deuxième couche semi-conductrice et rendu étanche grâce à de la colle dans les zones de chevauchement de parties dudit ruban, ou d’un écran dit « étanche » de type tube métallique composé éventuellement de plomb ou d’alliage de plomb et entourant la deuxième couche semi-conductrice. Ce dernier type d’écran permet notamment de faire barrière à i’humidité ayant tendance à pénétrer le câble électrique en direction radiale.
[0170] L’écran métallique du câble électrique de l’invention peut comprendre un écran dit « fiiaire » et un écran dit « étanche » ou un écran dit « filaire » et un écran dit « rubané ».
[0171] Tous les types d’écrans métalliques peuvent jouer le rôle de mise à la terre du câble électrique, et peuvent ainsi transporter des courants de défaut, par exemple en cas de court-circuit dans le réseau concerné.
[0172] D’autres couches, telles que des couches gonflantes en présence d’humidité peuvent être ajoutées entre la deuxième couche semi-conductrice et l’écran métallique, entre l’écran métallique et la gaine électriquement isolante lorsqu’ils existent, ces couches permettant d’assurer l’étanchéité longitudinale du câble électrique à l’eau.
[0173] L’invention a pour deuxième objet un câble électrique, notamment du type câble d’énergie, comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche thermoplastique extrudée entourant ledit élément électriquement conducteur allongé, caractérisé en ce qu’il est susceptible d'être obtenu selon un procédé de fabrication conforme au premier objet de l’invention.
[0174] La couche thermoplastique, notamment du type couche électriquement isolante, est obtenue par extrusion d’une composition comprenant au moins un polymère thermoplastique choisi parmi un homopolymère de propylène et un copolymère de propylène, et un liquide diélectrique, ledit liquide diélectrique représentant une quantité inférieure à 15% en masse, par rapport à la masse totale de ladite composition.
[0175] La composition, le polymère thermoplastique, le liquide diélectrique sont tels que définis dans le premier objet de l’invention.
[0176] Brève description des dessins
[0177] Les dessins annexés Illustrent l’invention :
[0178] [Fig. 1] représente schématiquement une vue partiellement en coupe d’un dispositif d’extrusion selon l’invention comprenant notamment une vis d’extrusion. [0179] [Fig. 2] représente schématiquement une vue partiellement en coupe et en perspective d’un câble électrique selon l’invention.
[0180] [Fig. 3] représente schématiquement une vue de côté d'une vis d’extrusion du dispositif de la figure 1 , comprenant une zone de mélange.
[0181] [Fig. 4] représente schématiquement une vue en perspective de la zone de dispersion de la zone de mélange.
[0182] [Fig. 5] représente schématiquement une vue en perspective d’un premier mode de réalisation d’une zone de distribution de la zone de mélange.
[0183] [Fig. 6] représente schématiquement une vue en perspective d’un deuxième mode de réalisation d’une zone de distribution de la zone de mélange.
Description de mode(s) de réalisation
[0184] Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l’invention ont été représentés de manière schématique sur ces figures, et ceci sans respect de l’échelle.
[0185] Le concept de l’invention est décrit plus complètement ci-après avec référence aux dessins joints, sur lesquels des modes de réalisation du concept de l’invention sont montrés. Sur les dessins, la taille et les tailles relatives des éléments peuvent être exagérées à des fins de clarté. Des numéros similaires font référence à des éléments similaires sur tous les dessins. Cependant, ce concept de l'invention peut être mis en œuvre sous de nombreuses formes différentes et ne devrait pas être interprété comme étant limité aux modes de réalisation exposés ici. Au lieu de cela, ces modes de réalisation sont proposés de sorte que cette description soit complète, et communiquent l'étendue du concept de l’invention aux hommes du métier.
[0186] Une référence dans toute la spécification à « un mode de réalisation » signifie qu'une fonctionnalité, une structure, ou une caractéristique particulière décrite en relation avec un mode de réalisation est incluse dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, l’apparition de l'expression « dans un mode de réalisation » à divers emplacements dans toute la spécification ne fait pas nécessairement référence au même mode de réalisation. En outre, les fonctionnalités, les structures, ou les caractéristiques particulières peuvent être combinées de n'importe quelle manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation, De plus, le terme « comprenant » n’exclut pas d’autres éléments ou étapes.
[0187] Sur la figure 1, le dispositif 1 comprend un container 2 pouvant être alimenté par des granulés d’un polymère thermoplastique choisi parmi un homo- et un copolymère de propylène, un container 3 pouvant être alimenté par un liquide diélectrique, une trémie d’alimentation 4 pouvant être alimentée à température ambiante par les granulés du polymère thermoplastique contenues dans le container 2 et par ie liquide diélectrique contenu dans le container 3, et une extrudeuse 5 comprenant par exemple un fourreau rainuré 6 et une vis barrière 7, ainsi qu’une tête d’extrudeuse 8.
[0188] La composition comprenant ies granulés du polymère thermoplastique et le liquide diélectrique est introduite via la trémie d’alimentation 4 dans une zone d’alimentation 9 de la vis selon l’étape I), puis amenée selon l’étape ii) de la zone d’alimentation 9 vers une ou plusieurs zones intermédiaires 10 permettant la fusion graduelle du polymère thermoplastique, iesdiies zones Intermédiaires 10 étant situées entre la zone d'alimentation 9 et la tête d’extrudeuse 8.
[0189] Ensuite, la composition est amenée selon l’étape iii) depuis lesdites zones intermédiaires 10 vers une zone de mélange 18 dans laquelle la composition va être mélangée et transportée vers la tête de î’extrudeuse 8 située à la sortie de i’extrudeuse 5. La zone de mélange 18 est située entre lesdites zones intermédiaires 10 et la tête de G extrudeuse 8. Ladite zone de mélange est décrite plus en détails ci-après en lien avec les figures 3 à 8.
[0190] Enfin, au niveau de la tête d’extrudeuse 8, la composition est appliquée autour d'un élément électriquement conducteur allongé selon l’étape iv).
[0191] Sur la figure 2, le câble d’énergie 11 à moyenne ou haute tension obtenu selon le procédé de l’invention, comprend un élément électriquement conducteur allongé central 12, notamment en cuivre ou en aluminium, et, successivement et coaxialement comprend autour de cet élément 12, une première couche semi- conductrice 13 dite « couche semi-conductrice interne », une couche électriquement isolante 14, une deuxième couche semi conductrice 15 dite « couche semi-conductrice externe », un écran métallique 16 du type tube cylindrique, et une gaine extérieure de protection 17, la couche électriquement isolante 14 étant obtenue à partir d'une composition comprenant au moins un polymère thermoplastique choisi parmi un homopolymère de propylène et un copolymère de propylène, et un liquide diélectrique selon un procédé d'extrusion tel que défini dans l’invention.
[0192] Les couches 13 et 15 sont des couches extrudées par des procédés bien connus de l’homme du métier.
[0193] La présence de l’écran métallique 16 et de la gaine extérieure de protection 17 est préférentielle, mais non essentielle. Cette structure de câble est en tant que telle de type connu et hors du cadre de la présente invention.
[0194] Un exemple de la zone de mélange 18 de la vis barrière 7 est ensuite décrit en référence aux figures 3 à 6.
[0195] Tel que visible sur la figure 3, la zone de mélange 18 est disposée au niveau d'une extrémité distale 20 de la vis barrière 7, à l’opposé d'une extrémité proximale 22 de cette même vis barrière 7. L’extrémité proximale 22 est destinée à être disposée au niveau de la trémie d’alimentation 4 tandis que l’extrémité distale 20 de la vis barrière 7 est destinée à être disposée au niveau de la tête d'extrudeuse 8.
[0196] La zone de mélange 18 comprend de préférence une zone de dispersion 24 suivie d’une zone de distribution 26. Une discontinuité 25 peut être prévue entre les zones de dispersion 24 et de distribution 26. Une discontinuité additionnelle 25 peut être prévue entre la zone de mélange 18 et les zones Intermédiaires 10.
[0197] La zone de dispersion 24 a pour fonction de générer un effort important de cisaillement sur la composition. La zone 26 a pour fonction une interruption et recombinaison des flux (élément Fig.5 ou Fig.6).
[0198] En référence à la figure 4, la zone de dispersion 24 comprend une succession de filets de passage 27 et de filets de raclage 28 définissant entre eux une pluralité de canaux d’entrée 30 et de canaux de sortie 33. En particulier, les filets de passage 27 et de raclage 28 s’alternent autour d’un corps de vis 31 de manière à former une alternance de canaux d’entrée 30 et de sortie 33. Ainsi, chaque canal d’entrée 30 ou de sortie 33 est formé par un filet de passage 27 et un filet de raclage 28. Sur l’exemple de la figure 4, la zone de dispersion comprend 4 canaux d’entrée 30 et 4 canaux de sorties.
[0199] On entend par « corps de vis », une portion du corps de la vis barrière 7. Autrement dit, le corps de vis 31 est une section de la vis barrière 7 correspondant à la zone de dispersion 24.
[0200] Les filets de passage 27 et de raclage 28 s’étendent de préférence le long de trajectoires hélicoïdales autour et le long du corps de vis 31. Les filets de passage et de raclage 28 sont de préférence équirépartis autour de ce corps de vis 31. [0201] Chaque canal d’entrée 30 forme une ouverture d’entrée 29 au niveau d’une extrémité proximale 36 de la zone de dispersion 24 pour permettre l’entrée de la composition dans le canal d’entrée 30. Chaque canal d’entrée 30 comprend un élément d'obstruction 34 fermant le canal d'entrée 30 au niveau d’une extrémité distale 38 de la zone de dispersion 24. Cet élément d’obstruction 34 est de préférence configuré pour permettre le passage de la composition tout en la cisaillant d’une valeur prédéterminée. Ainsi, la composition peut sortir du canal d'entrée en passant par-dessus l’élément d'obstruction 34 mais se fait cisailler.
[0202] Chaque canal de sortie 33 est fermé par un élément d’obstruction 34 disposé au niveau de l’extrémité proximale 36 de la zone de dispersion 24 de manière à empêcher, au moins partiellement, l'écoulement de la composition vers les canaux de sortie 33 depuis la zone barrière. L’écoulement de la composition est donc facilité vers les canaux d’entrée 30. Chaque canal de sortie 33 forme en outre une ouverture de sortie 39 formé au niveau de l’extrémité distale 38 de la zone de dispersion 24. Cet élément d’obstruction 34 est de préférence configuré pour permettre le passage de la composition tout en la cisaillant d’une valeur prédéterminée. Pour cela, la hauteur de l’élément d’obstruction est de préférence choisie pour générer cette vaieur de cisaillement. Ainsi, la composition peut entrer dans le canal de sortie 33 en passant par-dessus l’élément d’obstruction 34 mais se fait cisailler. [0203] Les filets de passage 27 séparant des canaux d’entrée 30 et de sortie 33 adjacents sont configurés pour permettre le passage de la composition tout en la cisaillant d’une valeur prédéterminée. Pour cela, la hauteur des filets de passage 27 est choisie pour générer cette valeur de cisaillement. Ainsi, la composition peut passer d’un canal d’entrée 30 vers un canal de sortie 33 en passant pardessus d’un filet de passage 27 mais se fait cisailler.
[0204] Les filets de raclage 28 sont configurés pour empêcher le passage de la composition entre des canaux d’entrée 30 et de sortie 33 adjacents au niveau de ce filet de raclage 28. La composition est ainsi guidée vers un filet de passage 27 ou un élément d’obstruction 34 pour se faire cisailler avant de sortir de la zone de dispersion 24.
[0205] A la sortie des zones intermédiaires 10, la composition traverse donc la zone de dispersion 24 en passant par un canal d’entrée 30 et/ou un canal de sortie 33 en étant cisaillé d’une valeur prédéterminée soit par au moins un élément d'obstruction 34 d’un canal de sortie 33, soit par au moins un filet de passage 27, soit par au moins un élément d’obstruction 34 d’un canal d’entrée 30.
[0208] [0207] Les canaux d’entrée 30 et de sortie 33 s’étendent autour et le long du corps de vis 31. Les canaux d’entrée 30 et de sortie 33 s’étendnt de préférence sur au moins 75%, de préférence au moins 95%, de la longueur de la zone de dispersion 24 le long d'un axe longitudinal A de la vis barrière 7.
[0208] Les filets de passage 27 et de raclage 28 ont de préférence une largeur différente les uns des autres. Cette largeur est définie perpendiculairement à la trajectoire d’extension des filets. De manière préférée, un rapport de 2 est défini entre la largeur d’un filet de passage 27 et d’un filet de raclage 28.
[0209] Selon un exemple de réalisation de la zone de dispersion 24, chaque filet de raclage 28 présente une largeur de 15mm et chaque filet de passage 27 présente une largeur de 30mm.
[0210] Le pas des filets de passage 27 et de raclage 28 est par exemple défini comme étant 4*D, D étant le diamètre du corps de vis 31 au niveau de la zone de dispersion 24. Le pas est ainsi de 800 pour un diamètre de 150mm. Ce diamètre de 150mm est considéré comme étant le diamètre nominal du fourreau recevant la vis d’extrusion ou bien le diamètre externe des filets de vis, en négligeant le jeu de fonctionnement pouvant être de 0,1mm. La zone de dispersion 24 présente par exemple une longueur de 450mm le long de l’axe longitudinal A. [0211] La profondeur des canaux d’entrée 30 et de sortie 33 est par exemple définie entre 0,4mm et 0,8mm, de préférence 0,6mm. Cette profondeur est définie perpendiculairement à la surface externe 32 du corps de vis 31.
[0212] La zone de distribution 26 comprend une pluralité de déflecteurs 40 s’étendant de manière discontinue autour et le long d'un corps de vis 42. Chaque déflecteur 40 forme un filet discontinu s’étendant le long d’une trajectoire autour et le long de l’axe longitudinal A de la vis barrière 7. Le filet est discontinu longitudinalement le long de sa trajectoire d’extension. Ainsi, chaque déflecteur 40 forme une pluralité de portions de déflexion 44 s'étendant le long de la trajectoire d’extension du déflecteur 40.
[0213] On entend par « corps de vis », une portion du corps de la vis barrière 7. Autrement dit, le corps de vis 42 est une section de la vis barrière 7 correspondant à la zone de distribution 26. Les corps de vis 31 et 42 sont de préférence un seul et même corps de vis monobloc avec le corps de vis des zones d’alimentation 9 et intermédiaires 10. Les déflecteurs 40 s'étendent de préférence le long de trajectoires hélicoïdales autour et le long du corps de vis 42.
[0214] Les déflecteurs 40 sont de préférence équirépartis autour du corps de vis 42.
[0215] Un premier canal de distribution 50 est formé entre deux déflecteurs 40 adjacents le long de la trajectoire d’extension des déflecteurs 40. En d’autres termes, l’espace entre deux filets forme le premier canal de distribution 50 permettant le passage de la composition.
[0216] Chaque déflecteur 40 s’étend à partir d’une surface externe 46 du corps de vis 42. Un espace de distribution 48 est formé entre deux portions de déflexion 44 adjacentes ou successives d’un même déflecteur 40. Ainsi, une succession de portions de déflexion 44 et d’espaces de distribution 48 est formée le long de la trajectoire d’extension d’un déflecteur 40.
[0217] Selon un premier mode de réalisation de la zone de distribution 26 illustré en figure 5, les portions de déflexion 44 sont de préférence conformées de manière à faire coïncider des espaces de distribution 48 de déflecteurs 40 différents pour former un deuxième canal de distribution 52 transversal au premier canal de distribution 50. Les espaces de distribution 48 de déflecteurs 40 différents sont ainsi alignés entre eux. On obtient ainsi des déflecteurs 40 formant une pluralité de premiers 50 et deuxièmes 52 canaux de distribution se croisant entre eux.
[0218] Cet alignement est de préférence réalisé le long d’une trajectoire hélicoïdale s’étendant autour et le long du corps de vis 42. Ainsi, on obtient des premiers 50 et des deuxièmes 52 canaux s’étend selon des trajectoires hélicoïdales de sens respectivement inversés pour se croiser. Par exemple, les portions de déflexion 44 présentent toutes la même longueur le long de leur trajectoire d’extension pour obtenir cet alignement. Un exemple d’un tel alignement est visible en figure 5. [0219] La zone de distribution 26 comprend par exemple huit déflecteurs 40. Le pas des déflecteurs 40 peut être défini comme étant de 900mm pour un diamètre de vis de 150mm. La largeur des déflecteurs 40 est par exemple supérieure à 30mm, par exemple de 45mm. La zone de distribution 26 présente par exemple une longueur de 300mm le long de l’axe longitudinal A. [0220] Selon un premier mode de réalisation de la zone de distribution 26 illustré en figure 6, la pluralité de déflecteurs 40 comprend un premier 60 et un deuxième 62 groupes de déflecteurs 40 décalés angulairemenî l’un par rapport à l’autre autour du corps de vis 42. Les déflecteurs 40 des premier 60 et deuxième groupe 62 s’étendent de préférence selon une même trajectoire mais décalés angulairement autour de i’axe longitudinal A de la vis barrière 7. On obtient ainsi une alternance de déflecteurs du premier groupe 60 et de déflecteurs 40 du deuxième groupe 62. Cette alternance augmente le nombre d’obstacles formés par les déflecteurs 40 le long de l’axe longitudinal A de la vis barrière 7.
[0221] De manière similaire au premier mode de réalisation de la zone de distribution 26, un premier 50 et un deuxième 52 canaux de distribution sont formés par le premier groupe 60 de déflecteurs 40. Chaque portion de déflexion 44 du deuxième groupe 62 de déflecteurs 40 est disposée au travers du deuxième canal de distribution 52 formé par le premier groupe 60 de déflecteurs 40. Il en est de même avec les portions de déflexion 44 du premier groupe 60 vis-à-vis des canaux de distribution 52 formés par les déflecteurs du premier groupe 60. Ainsi, le décalage angulaire entre les premier 60 et deuxième 62 groupes positionne les portions de déflecteurs 40 du premier 60 groupe au niveau des espaces de distribution 48 du deuxième groupe 62, et inversement.
[0222] En d’autres termes, les premier 60 et deuxième 62 groupes de déflecteurs 40 se chevauchent le long de leur trajectoire d’extension de sorte que la composition ne peut circuler que le long des premiers canaux de distribution 50, entre les déflecteurs 40. La circulation de la composition le long des deuxième canaux de distribution 52 est obstruée.
[0223] Pour cela, chaque portion de déflexion 44 est définie par une longueur de déflexion Ldef le long de la trajectoire d’extension du déflecteur 40 et chaque espace de distribution 48 formant le deuxième canal de distribution 52 est défini par une longueur de distribution Ldis. La longueur de déflexion Ldef de chaque portion de déflexion 44 est choisi supérieure ou égale à la longueur de distribution Ldis de l’espace de distribution 48 qui lui fait face de manière à obstruer le deuxième canal de distribution 52 former par ledit espace de distribution 48.
[0224] Les déflecteurs 40 sont de préférence équirépartis autour de l’axe longitudinale A de la vis barrière 7.
[0225] Chacun des premier 60 et deuxième 62 groupes de déflecteurs 40 peut comprendre trois déflecteurs 40. Un angle de 120° sépare dans ce cas chacun des déflecteurs 40 d’un même groupe. Le décalage angulaire entre les premier 60 et deuxième 62 groupes peut être de 180° de sorte qu’il y a un déflecteur 40 tous les 60°.
[0226] Le pas des déflecteurs 40 peut être défini comme étant de 150mm pour un diamètre de vis de 150mm. La largeur des déflecteurs 40 est par exemple inférieure ou égale à 5mm, par exemple de 3.75mm. La zone de distribution 26 présente par exemple une longueur de 300mm le long de l’axe longitudinal A.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de fabrication d’un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche thermoplastique extrudée entourant ledit élément électriquement conducteur allongé, ledit procédé mettant en œuvre un dispositif comprenant au moins une extrudeuse contenant un fourreau, une vis barrière et une tête d’extrudeuse, caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes : i) une étape d’introduction d'une composition comprenant : - au moins un polymère thermoplastique sous forme solide choisi parmi un homopolymère de propylène et un copoiymère de propylène, et - au moins un liquide diélectrique, dans une première zone de la vis barrière, dénommée zone d’alimentation, et située à l’entrée de l' extrudeuse, ii) une étape au cours de laquelle la composition issue de l’étape i) est amenée de la zone d’alimentation vers une ou plusieurs zones intermédiaires de la vis barrière permettant la fusion graduelle du polymère thermoplastique, iii) une étape de mélange dans laquelle la composition est amenée de la ou des zones intermédiaires vers une zone de mélange de la vis barrière permettant le transport de la composition vers la tête de l’extrudeuse située à la sortie de l' extrudeuse, et iv) une étape d’application au niveau de la tête de l’extrudeuse de la composition issue de l’étape ii) autour de l’élément électriquement conducteur allongé.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel la zone de mélange de la vis barrière comprend une zone de dispersion et/ou une zone de distribution.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, dans lequel la zone de mélange de la vis barrière comprend une zone de dispersion suivie d'une zone de distribution, la zone de dispersion étant située entre la ou les zones intermédiaires et la zone de distribution.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la zone de dispersion définit au moins un canal d'entrée de la composition dans la zone de dispersion et au moins un canal de sortie de la composition depuis la zone de dispersion vers la zone de distribution, ledit au moins un canal d’entrée étant séparé dudit au moins un canal de sortie par un filet de passage configuré pour autoriser le passage de la composition depuis un canal d’entrée vers un canal de sortie et cisailler ladite composition lors dudit passage.
[Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit au moins un canal d’entrée formant une ouverture d’entrée au niveau d’une première extrémité de la zone de dispersion pour permettre l’entrée de la composition dans ledit au moins un canal d’entrée et étant fermé au niveau d’une deuxième extrémité de la zone de dispersion par un élément d’obstruction, ledit au moins un canal de sortie étant fermé au niveau de la première extrémité de la zone de dispersion et formant une ouverture de sortie au niveau de la deuxième extrémité de la zone de dispersion pour permettre à la composition de sortie de la zone de dispersion, chacun desdits au moins canal d’entrée et au moins un canal de sortie étant formé entre un filet de passage et un filet de raclage de la composition, le filet de raclage étant configuré pour empêcher la composition de sortir dudit au moins un canal d’entrée ou dudit au moins un canal de sortie de sorte que le passage de la composition depuis un canal d’entrée vers un canal de sortie est réalisé par un filet de passage.
[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendication 2 à 5, dans lequel la zone de distribution comprend une pluralité de déflecteurs s’étendant de manière discontinue autour et le long d’un corps de vis de manière à former une pluralité de portions de déflexion.
[Revendication 7] Procédé selon la revendication 6, dans lequel chaque déflecteur s’étend le long d’une trajectoire hélicoïdale autour du corps de vis, les déflecteurs étant équirépartis autour du corps de vis.
[Revendication 8] Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel chacune des portions de déflexion d’un déflecteur étant séparée par un espace de distribution d’une portion de déflexion adjacente du même déflecteur, les espaces de distribution de différents déflecteurs étant alignés le long d’une trajectoire hélicoïdale pour former au moins un canal de distribution s’étendant en sens opposé à la trajectoire d’extension des déflecteurs.
[Revendication 9] Procédé selon la revendication 8, dans lequel la pluralité de déflecteurs comprend un premier et un deuxième groupes de déflecteurs décalés angulairement l’un par rapport à l’autre autour du corps de vis de sorte que chaque portion de déflexion du premier groupe de déflecteurs est disposée au travers d’un canal de distribution formé par le deuxième groupe de déflecteurs, chaque portion de déflexion du deuxième groupe de déflecteurs étant disposée au travers d'un canal de distribution formé par le premier groupe de déflecteurs.
[Revendication 10] Procédé selon la revendication 9, dans lequel chaque portion de déflexion est définie par une longueur de déflexion Ldei le long de la trajectoire d'extension du déflecteur, chaque espace de distribution formant un canal de distribution étant défini par une longueur de distribution Ldis, la longueur de déflexion Ldef de chaque portion de déflexion étant supérieure ou égale à la longueur de distribution Ldis de l'espace de distribution qui lui fait face de manière à obstruer le canal de distribution former par ledit espace de distribution.
[Revendication 11] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le copolymère de propylène de la composition de l’étape I) est un copolymère hétérophasé de propylène, un copolymère statistique de propylène ou un de leurs mélanges.
[Revendication 12] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la composition de l’étape I) comprend en outre un polyéthylène sous forme solide.
[Revendication 13] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liquide diélectrique représente de 3 à 10% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
[Revendication 14] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de l’étape i), la pression est d’au plus 5 bars, de préférence d’au plus 3 bars, et de préférence d’au plus 1,5 bars.
[Revendication 15] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vis barrière a un diamètre nominal D variant de 45 à 200 mm. [Revendication 16] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vis barrière présente un rapport L/D variant de24 à 30 , L désignant la longueur de la vis en mm et D désignant le diamètre nominal de la vis en mm, [Revendication 17] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre du corps de la vis barrière augmente de l’arrière ou de l’entrée de l’extrudeuse vers l’avant ou la sortie de l’extrudeuse, soit sur toute la longueur de la vis, soit sur des parties seulement de la vis, [Revendication 18] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comprend en outre avant l’étape i), une étape 10) de mise en contact du polymère thermoplastique sous forme solide choisi parmi un homopolymère de propylène et un copolymère de propylène, avec le liquide diélectrique pour former la composition de l’étape i). [Revendication 19] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit liquide diélectrique représente une quantité inférieure à 15% en masse, par rapport à la masse totale de la composition, [Revendication 20] Câble électrique (11 ) comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé (12) et au moins une couche thermoplastique extrudée (14) entourant ledit élément électriquement conducteur allongé, caractérisé en ce qu’il est susceptible d’être obtenu selon un procédé de fabrication tel que défini à l’une quelconque des revendications précédentes.
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