Brevet FR2417167A1 — publié le 19790907

L'invention concerne un matériau isolant pour câbles électriques. De tels matériaux sont généralement constitués de polymères ou copolymères oléfiniques tels que le polyéthylène basse et haute densité, le polyéthylène réticulé chimiquement, les copolymères éthylène-propylène et le polypropylène. Ils présentent généralement de bonnes performances initiales quant à leur rigidité diélectrique. Ils vieillissent malheureusement mal en présence d'humidité c'est-à-dire notamment lorsqu'ils sont enterrés. La tension électrique, par exemple 220 kV efficaces, à fréquence industrielle, c'est-à-dire 50 Hz en France, fait alors régner dans la couche isolante un champ électrique qui peut atteindre 10 kV/mm efficaces au voisinage de l'amie conductrice. L'action conjuguée de l'humidité, de divers ions, et du champ électrique intense provoque alors l'apparition au sein du matériau d'arborescences électriques et électrochimiques qui se développent et provoquent à terme le claquage du câble. La présente invention a pour but d'augmenter la tenue de tels câbles au vieillissement. Elle a pour objet un matériau isolant pour câbles électriques comportant essentiellement un polymère ou copolymère oléfinique avec une charge minérale constituée de dioxyde de titane caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un silane. Il est à remarquer que le dioxyde de titane a déjà été incorporé dans des gaines antérieures à l'isolant principal afin de ralentir la pénétration d'eau à travers ces gaines vers l'isolant principal. D'autres charges minérales telles que la chaux et l'alumine ont été également utilisées de la même manière. Le problème qui se pose dans l'isolant principal est cependant, en raison de la présence d'un champ électrique intense, différent de celui qui se pose dans ces gaines externes qui doivent assurer une simple fonction d'étanchéité, et les techniques utilisées dans ces gaines ne peuvent pas être directement transposées à la fabrication de l'isolant principal. Il est apparu, selon la présente invention, que l'association du dioxyde de titane ou de silane permettait d'obtenir des résultats très utiles. On sait que les silanes non polymérisés sont des "agents de couplage" dont la structure moléculaire générale est de la forme (RO)3 - Si - R', dans laquelle R peut être un radical methyl ou éthyl par exemple, et R' peut etre un groupe organique quelconque. En présence d'eau l'hydrolyse de la fonction alkoxy se fait selon la réaction Il y a ensuite autopolymérisation selon la réaction Il y a donc élimination d'un alcool et formation d'une structure réticulée. 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 polyéthylène constituant la couche isolante d'un câble de télécommunications. Ils ont été encore utilisés pour empecher l'humidification de charges blanches telles que kaolin, silice, magnésie, craie, en les mélangeant à ces charges avant leur incorporation dans une résine ou dans un polymère. A l'aide de la figure unique ci-jointe on va décrire ci-après à titre non limitatif un mode de réalisation de l'invention. Conformément à cette figure un câble comporte une âme constituée de fils 2 de cuivre ou d'aluminium, d'un diamètre total de 21mm, entourée par une gaine semi-conductrice interne 4 constituée classiquement de polyéthylène chargé de noir de carbone avec une épaisseur de 1,5mm. Cette gaine interne est entourée par une couche isolante 6 épaisse de 2,2cm, et constituée de polyéthylène basse densité comportant un matériau stabilisant en tension avec une proportion comprise entre 500 et 1000 parties par million en poids. Cette couche isolante est entourée par une gaine semi-conductrice externe 8 épaisse de 2 mm, constituée de polyéthylène ou d'un copolymère d'éthylène tel que I'élastrmère éthylène-propylène-diene-monomère. Cette gaine comporte une charge de noir de carbone avec une proportion comprise entre 10 % et 40 % en poids. Cette première gaine externe 8 est entourée par un ruban de cuivre 10 permettant d'améliorer la conductivité longitudinale, lui-même revêtu par une deuxième gaine en PVC chargée de noir de carbone isolant. La couche 6 constitue l'isolant principal précedemment mentionné. Elle est obtenue de la manière suivante On part d'un polyéthylène basse densité par exemple le produit vendu sous la référence DFDG 6603 par la Société Union Carbide, sous forme de granulés de quelques millimètres de diamètre. Un stabilisant en tension jouant en même temps le rôle d'antioxydant est incorporé à l'avance dans ce matériau par le fabricant. Ce stabilisant est constitué par la diphénylparaphenylènediamine (DPPD) en proportion comprise entre 0,5 et 1 % en poids mais pourrait être augmentée jusqu'à 5 %. On mélange ce matériau dans un mélangeur à cylindre avec 20 % en poids de dioxyde de titane et 2 % de silane. Ce silane est vendu par la Société Union Carbide sous la références 186. Il répond a la formule o = C6H3 - CH2 ~ CH2 ~ Si (OCH3)3 et il est dégommé (béta 3,4 epoxycyclahexyl) tri methoxysilane. Le mélange est effectué pendant 20 minutes à 1800C. L'extrusion est réalisée ensuite. L'amélioration de la tenue du matériau au vieillissement grâce à la mise en oeuvre de l'invention peut être montrée comme suit On a réalisé avec ce matériau des plaques de 0,5 mm d'épaisseur. Elles ont été soumises pendant 700 heures à un champ électrique alternatif de 3 kV/m à 3 kHz dans une solution aqueuse de chlorure de sodium à 30g/litre. A la fin de la période d'essai la rigidité diélectrique de ces plaques est .supérieure de 25 % à celles de plaques identiques sauf qu'elles n'ont pas reçu de charge de dioxyde de titane ni de silane. Si on incorpore la charge de dioxyde de titane sans silane l'amélioration est seulement de 10 %. Si on incorpore le silane sans le dioxyde de titane il nty a pas d'amélioration pratique. REVENDICATIONS 1/ Matériau isolant pour câbles électriques comportant essentiellement un polymère ou copolymère oléfinique avec un charge minérale constituée de dioxyde de titane caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un silane. 2/ Matériau selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la proportion de dioxyde de titane est comprise entre 5 et 30 % en poids, celle de silane étant comprise entre 5 % et 25 % de celle du dioxyde de titane. 3/ Matériau selon la revendication 2 caractérisé par le fait qutil est constitué par un matériau du groupe constitué par le polyéthylène basse et haute densité le polyéthylène réticulé chimiquement, les copolymères éthylènepropylène et le polypropylène. 4/ Matériau selon la revendication 3 caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un ou pluieurs additifs pour la stabilisation en tension, et pour éviter l'oxydation la proportion de ces matériaux étant comprise entre 0,1 et 5 % en poids.