Brevet FR2353119A1 — publié le 19771223

L'invention concerne un cable electrique de puissance resistant a lthumi- dite et permettant notamment de trarsporter dans le sol une puissance electrique importante, par exemple 10 A. Un tel cable représente classiquement une structure coaxiale. Il comporte une ame conductrice axiale, constituée de fils de cuivre ou d'aluminiar. Ces fils sont entourés par une gaine semi-conductrice, "interne" constituée de polyethylène chargé de noir de carbone et destinée a former une surface équipo- tentielle cylindrique.Cette aine est entourée par une couche isolante épaisse généralement constituez de polyethylène et réalisée par extrusion autour de l'ame. La couche isolante est elle-même entourée par une gaine semi-condiictrice "externe", qui constitue le conducteur extérieur de la structure coaxiale, et définit elle aussi une surface équipotentielle portée au potentiel de la terre. Cette gaine semi-conductrice externe est constituée de polyethylène ou de copolymère d'ethylene ou analogue chargé de noir de carbone. Elle est ellemême entourée par d'autres couches qui ont pour fonction d'assurer une honne résistance mécanique, de contribuer a un hon contact électrique avec la terre, et d'assurer une conduction électrique suffisante dans le sens longitudinal. Ces autres couches peuvent être constituoes en continuant à s'éloigner de l'axe, par un ruban de cuivre, par une deuxième aine semi-conductrice externe plus extérieure que la premicre et enfin par une gaine de plomb dans le cas de cables a haute tension. D'autres structures de cables sont éviderrment possibles en couches coaxiales avec une couche isolante principale autour de l'ame conductrice, et au moins une gaine entourant cette couche isolante principale et constituée dtun haut polymère organique tel que le polyethylene. Une difficulté apparait lorsque le cable est enterré et mis en service sfalgre le soin mis à la réalisation des diverses couches externes, de l'eau peut migrer progressivement de l'extérieur jusqu'a la couche isolante principale, et il en résulte une détérioration des qualités isolantes du matériau constituant cette couche avec formation d'arborescences. Cela entraine à la longue des claquages électriques et la mise hors service du cable. La présente invention a pour but la réalisation d'un cable électrique de puissance présentant une résistance accrue à l'hunidité. Elle a pour objet un cable électrique de puissance résistant à l'humidité et comportant, - une ame conductrice, - une couche isolante entourant cette ame et constituée d'un haut polymère organique extrudable, - une gaine semi-conductrice entourant cette couche isolante et constituée d'un haut polymère organique extrudable, chargé par du noir de carbone, - caractérisé par le fait que cette gaine comporte tinte proportion de silane ccnprise entre 0,05 et 4 % en poids tout en restant semi-conductrice. A l'aide de la figure schématique unique ci-jointe, on va décrire ci-aprts, titre non limitatif, un mode de mise en oeuvre de ltinvention. Ta figure unique représente une vue en coupe d'un cable selon l'invention. On sait que les silanes non polymérisés sont des "agents de couplage" dont la structure moléculaire générale est de la forme cor0)3 - Si - R', dans laquelle R peut être un radical nethyl ou éthyl par exemple, et R' peut être un groupe organique quelconque. En présence d'eau lthydrolyse de la fonction alkoxy se fait selon la réaction (RO)3 - Si - R' + 37-T20~+ (EO)3 - Si - R' + 3ROM Il y a ensuite autopolymérisation selon la réaction Il y a donc élimination d'un alcool et formation d'une structure reticulée. )ans le cadre de la présente invention le silane de départ peut être avantageusement choisi dans l'un des groupes suivants le groupe des vinyl silanes tels que le vinyl-tris (2 méthoxyethoxy) silane, le groupe des mercapto-silanes tels que le nercaptopropyltriméthoxysilane et le groupe des amino silanes tels que les N-Béta (Aminoethyl) gamma aninopronyl triméthoxys ilane. Les silanes ont déjà été utilisés pour faciliter l'adhérence des fibres de verre et de résines époxy, et aussi pour retenir l'antioxydant dans le polyethy lène constituant la couche isolante d'un cable de télécommunications. Ils ont été encore utilises pour empêcher l'humidification de charges blanches telles que kaolin, silice, magnésie, craie, en les mélangeant a ces charges avant leur incorporation dans une résine ou dans du polymère. On doit remarquer que si on incorporait un silane dans le polyethylène constituant la couche isolante d'un cable de puissance il en résulterait un risque de diminution des qualités isolantes de cette couche avec le temps. Si on utilisait un silane pour la fabrication d'une gaine semi-conductrice chargée en noir de carbone en employant le même procédé que celui qui permet d'éviter l'humidification des charges blanches, c'est-8-dire si on ajoutait le silane a la charge avant son incorporation dans un haut polymère organique, il en résulterait une élévation gênante de la résistivité électrique de la gaine ainsi fabriquée. Selon la présente invention il a été trouvé que si l'on incorporait un silane à des granulés de polyéthylène préalablement chargé de noir de carbone il en résultait une imperméabilisation remarquable de la gaine réalisée par extrusion à partir de ces granulés, sans augmentation sensible de la résistivité électrique. La résistivité d'un mélange semi-conducteur dans lequel on a introduit 1 Z de silane augmente de façon négligeable, inférieure à 5 Z, par rapport à la résistivité du mélange initial. De plus la rigidité diélectrique d'une plaque de polyéthylène prise en sandwich entre deux plaques de semi-conducteur évoluera très peu, de moins de 4 X, quand l'-échantillon sous champ électrique est plongé pendant 300 heures dans l'eau. Quand les semi-conducteurs ne contiennent pas de silanes la diminution de la rigidité diélectrique est d'environ 3n s. Le cable selon 1 invention comporte, dans un mode de réalisation, une ame constituée de fils 2 de cuivre ou d'aluminium, d'un diamètre total de 28mm, entourée par une gaine semi-conductrice interne constituée classiquement de polyéthylène chargé de noir de carbone avec une épaisseur de 1,5 min. Cette gaine interne est entourée par une couche isolante 6 épaisse de 1,5 cm, et constituée de polyéthylène basse densité comportant un antioxydant aminé tel que la diphénylparaphénylene diamine avec une proportion comprise entre 500 et 6000 parties par million. Cette couche isolante est entourée par une première gaine semi-conductrice externe 8 épaisse de 2 mm, constituée de polyéthylène ou d'un copolymère d'éthylène tel que l'élastomère éthylène-propylène-diene-monomère. Cette gaine comporte une charge de noir de carbone avec une proportion comprise entre 10 % et 40 Z en poids, et un silane répondant, avant polymérisation, à la formule, 2 (CH2)2NH(cH2)3 Si(oCH3)3 La proportion de silane est comprise entre 0,1 X et 2 % en poids. Dans le cas ou l'on utiliserait d'autres hauts polymères organiques pour constituer la gaine 8, cette proportion pourrait être comprise entre 0,05 x et 4 5. Lors de la fabrication de cette gaine on a d'abord introduit le noir de carbone par des procédés classiques dans le polyéthylène ou le copolymère d'éthylène utilisé. Le noir du carbone est incorporé au polymère dans un mélangeur interne ou sur un mélangeur à cylindres. Dans le cas d'une incorporation sur mélangeur à cylindres le noir est incorporé à une temperature voisine de 120'. On a ensuite introduit le silane liquide dans ces granulés l'aide d'un mélangeur à cylindres, à une température voisine de 120C pendant 10 mn environ jusqu'à complète absorption du liquide. On a enfin réalisé la gaine par extrusion autour de 1 'atne conductrice préalablement revêtue de la couche isolante, selon les procèdes habituels connus de lthomme de l'art. La première gaine externe 8 est entourée par un ruban de cuivre 10 permet tant d'améliorer la conductivité longitudinale, lui-meme revetu par une deuxième gaine semi-conductrice externe 12, de même composition que la gaine 8 nais pouvant ne pas comporter de silane. L'incorporation de silane selon l'invention peut par ailleurs être utilisée pour éviter la pénétration d'eau au cours du processus de fabrication du cable lorsque ce processus comporte une phase de réticulation du polymère organique sous pression de vapeur d'eau. Il suffit alors d' incorporer le silane dans la couche semiconductrice externe avant la phase de réticulation. REVFNDICATIONS 1/ Cable électrique de puissance résistant a I1 humidité et comportant, - une ame conductrice, - une couche isolante entourant cette ame et constituée d'un haut polymère organique extrudable, - une gaine semi-conductrice entourant cette couche isolante et constituée dtun haut polymère organique extrudable, chargé par du noir de carbone, caractérisé par le fait que cette gaine comporte une proportion de silane comprise entre 0,05 et 4 0 en poids tout en restant semi-conductrice. 2/ Cahle selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite gaine comnorte une proportion de noir de carbone comprise entre 10 et 40 x en poids. 3/ Cable selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite gaine présente une résistivité électrique inférieure a 100 ohm. cent imètre. 4/ Cable selon la revendication 3, dans lequel ledit silane répond a la formule générale (RO)3 - Si - 9', caractérisé par le fait que ce silane est choisi dans l'un des groupes suivants le groupe des vinyl silanes tels que le vinyl-tris (2 méthoxyethoxy) silane, le groupe des mercapto-silanes tels que le mercaptopropyltriméthoxysilane et le groupe des amino silanes tels que les xT-Beta (Aminoethyl) gamma aminopropyltrime- thorysilane. 5/ Cable selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite gaine est en contact avec ladite couche isolante et est constituée d'un matériau choisi dans le groupe formé par le polyéthylène, et l'élastomère éthylène-propylene- diène-monanere, et comporte une proportion de silane comprise entre 0,1 et 2 Z en poids. 6/ Procédé de fabrication de la gaine semi-conductrice d'un cable électrique résistant a lthumidite et comportant une are conductrice entourée par une couche isolante constituée d'un haut polymère organique extrudable, cette couche étant elle-même entourée par ladite gaine semi-conductrice, procédé selon lequel on incorpore du noir de carbone dans des granulés d'un haut polymere organique extrudable, puis on réalise la gaine a partir de ces granulés par extrusion autour de l'aine entourée par la couche isolante, caractérisé par le fait que, avant ladite extrusion, on mélange ces granulés avec un silane dont la proportion est comprise entre 0,05 et 4 Z en poids. 7/ Procédé selon la revendication 6 caractérisé par le fait que la proportion de noir de carbone incorporée dans les granulés dudit haut polymère organique extrudable est comprise entre 10 Z et 40 x en poids. 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le matériau constituant lesdits granulés est choisi dans le groupe formé par le polyethylene et l'élastomère éthylène-propylènediene-sonomère, et la proportion de silane mélangée a ces grains est comprise entre 0,1 et 2 , en poids. 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'on mélange lesdits granulés avec un silane après ladite incorporation de noir de carbone dans ces granulés.