Brevet FR2132266A1 — publié le 19721117

i 2132266 La présente invention est relative à des stratifiés comprenant au moins une couche constituée d'une matière fibreuse, et au moins une couche constituée principalement d'un polymère, et à l'utilisation de tels stratifiés dans la fabrication de câblés 5 pour la transmission de l'énergie électrique? L'invention est relative en particulier à des stratifiés dans lesquels le polymère dérive principalement du propylène ou est un polymère " haute densité " dérivant principalement de l'éthylène, mais on peut utiliser d'autres polymères ayant des propriétés électriques appropriées, 10 par exemple les polycarbonates, les polysulfones, les polyesters linéaires saturés, par exemple le polyéthylène téréphtalate, l'oxyde de polyphénylène, le poly-(4-méthyl-pentène-l), le polytétrafluoro-éthylène, les copolymères éthylène-propylène non caoutchouteux, les copolymères éthylène-propylène fluorés, le polyfluorostyrène ou le 15 polyvinyl carbazole. Conformément à un aspect de l'invention, un ruban stratifié comprend au moins une couche de matière fibreuse (la couche fibreuse) et au moins une couche polymère, cette couche polymère contenant un agent gonflant absorbé, qui est un isolant électrique. 20 Par "agent gonflant11, on entend un liquide qui, par contact et avec ou sans chauffage, est absorbé par la matière polymère utilisée, avec une augmentation concomitante notable du volume de la matière polymère. Conformément à un second aspect de l'invention, un 25 procédé de fabrication d'un câble de transmission de l'énergie électrique comprend les opérations d'enroulement sur un conducteur de plusieurs des rubans qu'on vient de décrire et d'imprégnation du corps diélectrique résultant avec un produit d'imprégnation liquide isolant qui fait gonfler la matière polymère des rubans, 30 l'agent gonflant présent dans les rubans étant choisi de manière à réduire le degré de gonflement qui se produit par contact avec ce produit d'imprégnation liquide. L'invention vise également les câbles obtenus par ce procédé. L'agent gonflant et le produit d'imprégnation liquide 35 sont normalement tous deux des huiles hydrocarbonées ( des huiles minérales ou synthétiques telles que les polybutènes ou les dodéeyl- et autres alkyl-benzènes, ou des mélanges de ceux-ci). Il est préférable qu'ils soient identiques, cependant l'utilisation de liquides différents mais compatibles n'est pas totalement exclue. 40 La couche polymère est de préférence non fibreuse et 72 11303 2 2132266 non perforée, et est de préférence intercalée entre deux couches fibreuses; la couche fibreuse est de préférence constituée d'une matière qui ne gonfle pas au contact des agents gonflants concernés! un stratifié du type décrit dans la demande de brevet n° 51.783/69 5 déposée par la demanderesse est préféré. Dans la plupart des cas, l'agent gonflant doit être introduit dans la couche polymère du stratifié déjà terminé, mais dans certains cas, il peut être introduit dans la couche polymère avant la formation du stratifié; ceci réduit la perturbation dans 10 la distribution des contraintes mécaniques à l'intérieur du stratifié. Dans certains cas, lorsqu'on utilise une technique d'extru-sion-stratification pour obtenir un stratifié "précontraint", il peut être possible d'introduire l'agent gonflant dans la matière polymère avant 1'extrusion, par exemple dans la partie cylindrique 15 de 1'extrudeuse. Dans le cas où l'agent gonflant est introduit dans une feuille polymère préformée ou dans un stratifié préformé, ceci peut être effectué par immersion de la feuille ou du stratifié dans l'agent gonflant liquide; on peut les faire passer très len-20 tement à travers un bain de l'agent gonflant, de préférence à température élevée, de façon qu'ils sortent avec le degré désiré de gonflement; ou on peut les faire passer relativement rapidement à travers un bain, puis les chauffer pour permettre à l'agent gonflant se trouvant sur leurs surfaces d'être absorbé. Si on uti-25 lise la première technique, on élimine de préférence l'excès de liquide de la feuille ou du stratifié en les essuyant ou en les lavant rapidement avec un solvant volatil. Cependant, on amène de préférence la feuille ou le stratifié à l'état prégonflé en les exposant à la vapeur de l'agent 30 gonflant choisi jusqu'à ce qu'ils aient absorbé une quantité notable d'agent gonflant. Cela présente deux avantages majeurs et surprenants? d'abord(malgré la concentration plus faible de la vapeur par rapport au liquide et même à une température identique) l'absorption de l'agent gonflant est plus rapide avec la vapeur 35 que lorsqu'on utilise le liquide, et deuxièmement, le ruban pré-gonflé peut être facilement obtenu avec des surfaces pratiquement exemptes d'huile et dans le cas d'un stratifié dans lequel la matière fibreuse n'est pas susceptible de gonfler au contact de l'agent gonflant utilisé, il peut être obtenu avec des couches 40 fibreuses pratiquement sèches, ceci étant impossible à obtenir 72 11303 3 2132266 après immersion dans un liquide. Un avantage supplémentaire réside dans le fait que le stratifié peut être prégonflé par traitement à la vapeur sous forme de bobines à enroulement lâche ( qui peuvent être utilisées directement pour l'enroulement sur 5 une âme de câble ). L'utilisation du prégonflement conforme à la présente invention réduit les pressions interfaciales élevées et les tensions élevées des rubans qui tendent à augmenter pendant l'imprégnation, puis en service ( ce qui peut entraîner dans des cas extrêmes la rupture des rubans ). En particulier, l'invention 10 rend possible pour la première fois la fabrication de câbles dont le diélectrique est formé de rubans stratifiés imprégnés d'huile comportant une couche centrale de polypropylène et des couches externes de papier dans lesquelles la pression interfaciale est inférieure ou sensiblement égale à 0,6 méganewton par mètre carré. 15 On a constaté que ceci est essentiel si le câble doit être suffisamment flexible pour être enroulé sur une bobine, parce que si la pression interfaciale est plus élevée, les rubans ne glissent pas les uns sur les autres. On a constaté qu'il est désirable, lorsqu'on utilise 20 le prégonflement, de former les stratifiés avec du papier ou une autre matière fibreuse ayant une imperméabilité relativement faible. Avec des papiers d'imperméabilité élevée ( par exemple supérieure à 10.000 secondes Gurley dans le cas d'un stratifié lisse papier de cellulose/polypropylène prégonflé dans une huile 25 minérale ), le procédé de prégonflement est assez lent et un certain décollement tend à se produire. Les papiers ayant une faible imperméabilité réduisent cependant la résistance aux chocs du diélectrique et on doit par conséquent trouver un compromis approprié. 3q Lorsque les rubans stratifiés prégonflés conformément à l'invention sont stockés, une certaine perte d'agent gonflant peut se produire: on a constaté cependant qu'une telle perte d'agent gonflant est compensée très rapidement lorsque le stratifié est immergé ensuite dans l'agent gonflant, par exemple lorsqu'on 35 imprègne un câble terminé. Les exemples suivants de fabrication de câbles électriques conformément à l'invention faciliteront sa compréhension. Les stratifiés utilisés dans les exemples sont des stratifiés liés par extrusion comportant une couche centrale de polypropylène de 40 50 micromètres d'épaisseur et deux couches superficielles de papier 72 11303 4 2132266 de cellulose ayant chacune une épaisseur de 25 micromètres. Le stratifié A est fabriqué avec un papier kraft non calandré, de qualité électrique, d'un type recommandé pour les enroulements de bobines, ayant une imperméabilité Gurley supérieure à 10,000 5 secondes. Le stratifié B est fabriqué avec un papier kraft "élec-trolytique" ayant une imperméabilité beaucoup plus faible. Exemple A On enroule un ruban de chaque stratifié avec une tension très faible et on expose les enroulements à 100°C à de 10 l'air saturé par la vapeur d'une huile usuelle pour câbles (vendue par Dessek Bros. Ltd., Crayford,-Kent, Angleterre sous la désignation "CIO" ). On prélève des échantillons périodiquement et on obtient les mesures suivantes; Augmentât!on Epaisseur (0* Poids (tf) * Tenir) 3 Stratifié Stratifié Stratifié Stratifié û ' exposition B B (heures) A A 1 0 5 1 5,5 2 0 7,5 1 6,5 /l 0 00 VI 1 8 6 1 9,5 1 5 9,5 s 0 7 1 9 12 1 10 2 10 *! le . 4 9 4,5 11 24 4,5 10 6,5 12,5 O CN CN m CN m o m CN 1^ 72 11303 6 2132266 *Les pourcentages se rapportent à l'épaisseur et au poids de la totalité du stratifié, et non à la couche polymère seule. On observe un certain décollement du stratifié A à la fin de cet essai. 5 Dans un autre essai utilisant le stratifié B, de la vapeur d'huile pratiquement exempte d'air est utilisée pour effectuer le prégonflement ( à une pression de 1 mm de mercure ). Dans ce cas, un prégonflement correspondant à une augmentation d'environ 8$ de l'épaisseur et du poids du stratifié est obtenu en 1 heure. 10 Dans tous les cas, les surfaces de papier exposées restent pratiquement exemptes d'huile. Exemple B On prélève les stratifiés sur des bobines débitrices et on les fait passer à travers un bain de la même huile chauffée à 15 100°C à une vitesse telle que la durée de l'immersion soit de 30 secondes. Après rebobinage à faible tension, ils sont maintenus dans une étuve à la même température pendant 4 heures. Exemple C Le mode opératoire est le même que dans l'exemple B, sauf 20 qu'au lieu de chauffer dans l'air on utilise de la vapeur d'huile sous vide. Ceci permet de réduire le temps de chauffage à 1 heure. Les rubans stratifiés prégonflés obtenus selon le procédé de l'un des exemples peuvent être enroulés sur un conducteur de câble pour l'isoler, pratiquement comme s'ils étaient des rubans 25 de papier ordinaires. Le conducteur isolé est ensuite séché sous vide ( et à chaud si nécessaire ), après quoi il peut être imprégné d'huile et gainé; l'imprégnation peut également avoir lieu api&s le gainage. Dans les deux cas, l'imprégnation peut avoir lieu à température ambiante, et une durée d'environ 48 heures est néces-30 saire pour atteindre la stabilité. 72 11303 7 2132266 REVENDICATIONS 1. Ruban stratifié comprenant au moi&s une couche de matière fibreuse et au moins une couche polymère, caractérisé par le fait que ladite couche polymère contient un agent gonflant 5 absorbé, cet agent gonflant étant un isolant électrique. 2. Ruban stratifié selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite matière fibreuse n'est pas susceptible de gonfler au contact dudit agent gonflant. 3. Ruban stratifié selon la revendication 2, caractérisé 10 par le fait que ladite couche de matière fibreuse est pratiquement exempte dudit agent gonflant. 4. Ruban stratifié selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite couche polymère est intercalée entre deux couches fibreuses. jg 5. Ruban stratifié selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 4, caractérisé par le fait que ladite couche polymère ' est non fibreuse et non perforée. 6. Ruban stratifié selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est constitué par la 20 combinaison de matières suivantes, à savoir du polypropylène pour la couche polymère, du papier de cellulose pour la couche fibreuse, et ttne huile hydrocarbonée, de préférence une huile minérale raffinée isolante pour l'agent gonflant. 7. Procédé de fabrication d'un câble de transmission 25 d'énergie électrique comprenant les opérations d'enroulement de plusieurs rubans sur un conducteur et d'imprégnation du corps diélectrique résultant avec un produit d'imprégnation liquide isolant qui fait gonfler la matière de la couche polymère, ce procédé étant caractérisé par le fait que les rubans sont conformes 30 à l'une quelconque des revendications 1 à 6 et que l'agent gonflant est choisi de manière à réduire le degré de gonflement qui se produit par contact avec ledit produit d'imprégnation liquide. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par 35 le fait que ledit produit d'imprégnation liquide isolant est identique à l'agent gonflant. 9. Câble de transmission d'énergie électrique, caractérisé par le fait qu'il est fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8. 40 10. Câble de transmission d'énergie électrique compor 72 11303 2132266 tant un diélectrique formé de rubans stratifiés enroulés imprégnés avec une huile hydrocarbonée, chacun de ces rubans comprenant au moins une couche de papier et au moins une couche polymère constituée principalement d'un polymère dérivant essentiellement du pro-pylène, ce câble étant caractérisé par une pression interfaciale non supérieure à 0,6 MN/m , en conséquence de quoi le câble est suffisamment flexible pour être enroulé sur une bobine. 11. Câble selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la couche polymère de chaque ruban stratifié est intercalée entre deux couches fibreuses. 12. Câble selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la couche polymère est non fibreuse et non perforée.