Brevet FR2503440A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne un câble électrique du type comprenant une âme constituée d'au moins un conducteur recouvert d'un isolant et éventuellement d'une gaine. Elle concerne aussi la matière formant cet isolant et cette gaine. Un problème que posent les câbles électriques est celui de la résistance au vieillissement, en particulier lorsque le câble, l'isolant et la gaine de ce dernier sont soumis à de fortes sollicitations thermiques. Ce problème est très important si l'on tient compte du fait que les sollicitations thermiques auxquelles est soumis un câble, et plus particulièrement l'isolant et la gaine d'un câble, peuvent être fortes, en raison non seulement de la température qui peut être attein- te dans le conducteur, laquelle peut être élevée, mais aussi de la température de l'ambiance dans laquelle le câble est placé, laquelle peut être élevée elle-aussi. Il existe des normes qui fixent des valeurs de résistance au vieillissement des isolants et des gaines qui doivent être dépassées en fonction des températures de fonctionnement préétablies pour un câble et des conditions de température de l'ambiance dans laquelle ce câble devra fonctionner. Lorsqu'on utilise, pour la fabrication d'isolants et de gaines pour câbles, des matières à base de polyoléfines, ces normes fixent des valeurs minimales pour la résistance au vieillissement. Le but de la présente invention est d'amélio- rer la résistance au vieillissement des isolants à base de polyoléfines des câbles, et des revêtements à base de poly- oléfines du conducteur des câbles, de façon à pouvoir uti- liser ces matières dans des câbles ayant des températures de fonctionnement supérieures d'environ 30 - 35 % à celles actuellement admissibles dans les câbles connus cités ci- dessus. En conséquence, l'invention a également pour but de permettre une réduction de la section du conducteur d'un câble pour une puissance transmise égale à celle des câbles connus ayant des isolants à base de polyoléfines. Cela étant, la présente invention a pour objet un câble électrique comprenant au mtoinsi un conducteur recou- vert d'au moins un revêtement, caactris on ce (e:e ce revêtement se compose d'un mélange comprenant une polyoléfine réticulée, un polyéthylène halogéné dont l'halogène est choisi parmi le chlore et le brome, un composé à base de mercapto-benzimidazo- le et un produit de condensation d'une diary/amine et d'une cétone. Un autre objet de l'invention est une matière pour la formation d'isolants de câbles électriques et de revête- inents de conducteurs électriques, matière qui est constituée d'un mélange comprenant une polyoléfine réticulable, un polyéthylène halogéné dont l'halogène est choisi parmi le chlore et le brome, un composé alkylé à base de mercapto- benzimidazole et un produit de condensation d'une diamine et d'une cétone. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée donnée à titre d'exemple, donc non limitative, se référant au dessin annexé représentant un tronçon d'un câble conforme à l'invention. Conformément à l'idée la plus générale de réali- sation d'un câble électrique de l'invention, celui-ci com- prend au moins un conducteur recouvert d'un isolant cons- titué d'un mélange comprenant une polyoléfine réticulée, un polyéthylène halogéné dans lequel l'halogène est choisi parmi le chlore et le brome, un composé à base de mercapto- benzimidazole et un produit de condensation d'une diarylami- ne et d'une cétone. La polyoléfine réticulée est plus particulièrement choisie dans l'ensemble constitué par les caoutchoucs de copolymères éthylène/propylène, les terpolymères éthylène/ propylène, les polyéthylènes, les copolymères de l'éthylène et de l'acétate de vinyle, les copolymères de l'éthylène et de l'acrylate d'éthyle, les copolymêres de l'éthylène et de l'acrylate de méthyle et les mélanges de ces substances en proportions quelconques. En outre, le composé à base de mercapto-benzimida- zole est lui-même choisi parmi le mercapto-benzimidazole, le sel de zinc du mercapto-benzimidazole et le sel de zinc d'un mercapto-benzimidazole méthylé. En particulier, dans le cas du sel de zinc d'un mercapto-benzimidazole méthylé, celui-ci est le zinc 2- méthyl mercapto-benzimidazole. Enfin le produit de condensation d'une diarylamine et d'une cétone, qui est lui-aussi un des composés essen- tiels du mélange constituant l'isolant du câble, se compose de préférence du produit de condensation de la diphényl- amine et de l'acétone. Avec un mélange contenant les ingrédients de base décrits ci-dessus pour la fabrication de l'isolant du conducteur électrique d'un câble conforme à l'invention, on peut aussi former un revêtement faisant office en même temps d'isolant et de gaine du câble, et par conséquent aussi uniquement de gaine d'un câble; ceci ne doit cepen- dant pas s'entendre dans un sens limitatif, en ce sens qu'un câble ayant un isolant constitué de la matière indiquée ci-dessus et une gaine constituéed'une matière quelconque connue en soi doit être considéré comme appar- tenant au domaine de l'invention. On a représenté sur la figure du dessin annexé un mode de réalisation particulier d'un câble conforme à l'invention. Comme le montre la figure, le câble électrique représenté sur celle-ci comprend un conducteur électrique 1, par exemple en cuivre, entouré d'un isolant 2 renfermé dans une gaine 3 constituant la gaine du câble. On sait que l'isolant et la gaine d'un câble doi- vent présenter des caractéristiques particulières sans pour autant que les autres caractéristiques en soient limitées. L'isolant d'un câble doit en particulier possé- der de bonnes caractéristiques diélectriques, et la gaine du câble de bonnes caractéristiques de résistance mécanique. 4 2503440 Ceci n'exclut donc pas le fait que les deux caractéristiques citées cidessus peuvent coexister dans la même matière et que l'on peut donc avoir un câble électri- que dont l'isolant et la gaine sont confondus et sont une seule et même matière. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention. EXEMPLE 1: On fabrique un câble électrique conforme à 1'in- vention en formant autour d'un conducteur un isolant cons- titué d'une matière ayant la composition suivante: Caoutchouc éthylène/propylène 100 parties en poids hydrate d'alumine (charge) 100 vinylsilane 1,5 " paraffine halogénée 0,1 + 30 " zinc 2-méthyl mercapto- benzimidazole 0,1 + 10 produit de condensation 0,1 + 10 " paraffine 6 " peroxyde réticulant, par exem- ple peroxyde de dicumyle 10 " On réticule la matière formant l'isolant du câble en soumettant le câble à une température de 2000C pendant deux minutes. Avec l'isolant du câble, on forme des éprouvettes découpées en coupant d'abord cet isolant dans le sens lon- gitudinal après l'avoir séparé du conducteur, de façon à obtenir une bande plane dans laquelle on découpe ensuite des éprouvettes sous la forme de bandesprofilées de 75 mm de long. On introduit les bandes ainsi obtenues dans une étuve thermostatique dans laquelle l'air est renouvelé par ventilation naturelle et on effectue l'essai de la manière suivante. L'étuve thermostatique dans laquelle sont intro- duites les éprouvettes est portée et maintenue à la tempéra- ture d'essai pendant une durée déterminée à l'avance de 168 heures. On laisse refroidir les éprouvettes retirées de l'étuve pendant au moins 16 heures à la température ambiante (20'C environ). Avec les éprouvettes de matière isolante, plus particulièrement, on effectue deux séries d'essais. Une première série d'essais est effectuée à une température de 180 C à + 2 C près. Une seconde série d'essais est effectuée à une température de 1350cà+ 2 C près. Les éprouvettes sont soumises à des essais de traction sur un dynamomètre; les résultats sont lessuivants: Eprouvette qui Eprouvette Eprouvette n'a pas subi de soumise à un soumise à vieillissement vieillisse- un vieillis- ment à 180 C sement à pendant 168 h 135 C pen- dant 168 h Charge de 2 2 2 rupture 9,6 N/mm 9,3 N/mm 9,7 N/mm Allongement à la rupture 310 % 240 % 310 % I EXEMPLE 2: On fabrique un câble électrique conforme à l'in- vention en revêtant un conducteur d'un revêtement faisant office à la fois d'isolant et de gaine. Pour la formation du revêtement du conducteur on utilise une matière ayant la composition suivante: caoutchouc de copolymére éthylène/acétate de vinyle hydrate d'alumine noir de carbone (N-550) vinylsilane paraffine halogénée zinc-2-méthyl mercapto- benzimidazole produit de condensation paraffine peroxyde de dicumyle ]C0 parties en poids Il if.. 20.. 1,5 I 0,1 + 30" 0, 1 + 10 l 0,1 + 10 l 6 " " Il fIf fl1 On réticule le revêtement du conducteur en sou- mettant le câble à la température de 200 C pendant 2 minutes. Avec le revêtement, on prépare des éDrouvettes découpées en coupant d'abord longitudinalement ce revête- ment, après l'avoir séparé du conducteur, de façon à obte- nir une bande plane dans laquelle on découpe des éprouvettes sous la forme de bandes profilées de 75 mm de long. On introduit les éprouvettes ainsi obtenues dans une étuve thermostatique dans laquelle l'air est renouvelé par ventilation naturelle et on effectue l'essai de la même manière qu'à l'exemple 1, et en particulier on effectue deux séries d'essais dans les mêmes conditions qu'à l'exem- ple 1. On laisse les éprouvettes retirées de l'étuve ther- mostatique refroidir pendant 16 heures à la température am- biante (20 C environ), et on les soumet à des essais de traction dans un dynamomètre. Les résultats des essais sont les suivants: Eprouvette qui Epnrouvette Eprouvette n'a pas subi de soumise à un soumise à un vieillissement vieillissement vieillissementà à 180 C pen- 135 C pendant dant 168 h 168 h Charge de 2 2 rupture d il N/mm 10,5 N/mm 11 N/mm Allongement à la rupture 270 % 215 % 260 % On effectue des essais analogues à ceux effec- tués pour les exemples ci-dessus, qui se rapportent à des câbles conformes à l'invention, sur des câbles de type con- nu et plus précisément sur des cables ayant l'isolant et un revêtement du conducteur faisant office à la fois d'iso- lant et de gaine en une matiLre ayant les compositions connues en soi qui sont indiquées dans les exemples ci-après. EXEMPLE 3: On fabrique un câble électrique de type connu en formant autour d'un conducteur un isolant en une matière connue en soi et ayant la composition suivante: caoutchouc éthylène/propylène 100 parties en poids hydrate d'alumine 100 "" vinylsilane 1,5 " antioxydant (triméthyl-dihydro- quinoléine polymérisé) 0,5 + 3 paraffine 6 " peroxyde réticulant (peroxyde de dicumyle) 10 "" On réticule la matière formant l'isolant du cable en soumettant le cable à une température de 200 C pendant 2 minutes. Avec l'isolant du câble,on prépare des éprouvettes découpées de la manière indiquée dans les exemples 1 et 2 et on les sounet à un vieillis- sement en étuve de la même manière que dans les exemples 1 et 2 ci-dessus en effectuant comme pour ces derniers deux séries d'essais, à savoir une première série d'essais à une température de 180 C pendant 168 heures et une seconde série d'essais à une température de 135 C pendant 168 heures. Les éprouvettes ayant subi les deux séries d'es- sais de vieillissement sont soumises, après refroidissement pendant 16 heures à la température ambiante (20 C environ), à une traction dans un dynamomètre. Les résultats sont les suivants: Eprouvette qui Eprouvette Eprouvette n'a pas subi de soumise à un soumise à un vieillissement vieillissement vieillissement à à 180 C pen- 135 C pendant dant 168 h 168 h Charge de 2 2 2 rupture 9,5 N/mm 2,1 N/mm 7,6 N/mm Allongement à la rupture 330 % moins de 50 280 % EXEMPLE 4 On fabrique un câble électrique de type connu en formant autour d'un conducteur un revêtement en une matière connue en soi pour jouer simultanément le rôle d'isolant et de gaine et ayant la composition suivante caoutchouc de copolymère éthylène/acétate de vinyle 100 parties en poids hydrate d'alumine 80 noir de carbone (N-550) 20 " vinylsilane 1,5 antioxydant (triméthyl- hydroquinoléine polymérisée) 0,5 + 3 polycarbodiimide 1 paraffine 6 peroxyde de dicumyle 10 On réticule la matière formant le revêtement du conducteur en soumettant le câble à la température de 200 C pendant 2 minutes. Avec le revêtement du conducteur, on prépare des éprouvettes découpées de la même manière que dans les exemplesi et 2 et on soumet ces éprouvettes à un vieillisse- ment en étuve de la même manière que dans ces exemples 1 et 2 en effectuant, comme dans ceux-ci, deux séries d'essais, à savoir une première série d'essais à une température de 'C pendant 168 heures et une seconde série d'essais à une temtérature de 1350C pendant 168 heures. On soumet les éprouvettes ayant subi les deux séries d'essais de vieillissement, après refroidissement pendant 16 heures à la température ambiante (200C environ), à une traction dans un dynamomètre. Les résultats sont les suivants: 1 0 En comparant les résultats des essais dynamométriques obtenus sur des éprouvettes découpées dans les câbles selon l'invention et ceux obtenus sur des éprou- vettes découpées dans des câbles connus, on constate que les buts que se propose la présente invention sont atteints. En effet, de l'examen des données expéri- mentales, on retire que les câbles de l'invention et les matières selon l'invention pour isolants et couche de revê- tement de conducteurs conforme à l'invention ont une résis- tance au vieillissement nettement accrue par rapport aux câbles connus et aux matières connues à base de polyoléfines pour isolants et revêtement de câbles. Il en résulte donc la possibilité d'augmen- ter la température maximale admissible dans les câbles élec- triques avec isolant et revêtement de conducteurs à base de polyoléfines, et par conséquent aussi de réduire la section d'un conducteur d'un câble avec isolant ou revêtement du conducteur à base de polyoléfines, à égalité de puissance transmise avec les câbles connus. En d'autres termes, si un câble de type connu tel que celui décrit dans l'exemple 3 est capable de fonctionner avec le conducteur à une température de 900C, dès lors que son isolant résiste facilement à un vieillisse- ment de 7 jours (168 heures) à 1350C, un câble de l'inven- tion pourra fonctionner avec un conducteur à une température de 1200C dès lors que son isolant résiste facilement à un vieillissement de 7 jours (168 heures) à 1800C. Eprouvette qui Eprouvette Eprouvette n'a pas subi de soumise à un soumise à un vieillissement vieillissement vieillissement à à 1800C pen- 1350C nendant dant 168 h 168 h Charge de 2 2 2 rupture 10,8 N/dnn 3 N/mn9 N/in Allongenent à la 280 % moins de 50% 210 % rupture __ _ _ _ _ _ _ _ _ __. __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ j R E V E N D I C A T I O N S 1.- Câble électrique comprenant au moins un conducteur recouvert d'au moins un revêtement, caractéri- sé en ce que ce revêtement se compose d'un mélange compre- nant une polyoléfine réticulée, un polyéthylène halogéné dont l'halogène est choisi parmi le chlore et le brome, un composé à base de mercaptobenzimidazole et un produit de condensation d'une diarylamine et d'une cétone. 2.- Câble électrique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la polyoléfine est choisie parmi le caoutchouc d'éthylène/propylène, un terpolymère d'éthylène/propylène, un polyethylène, un copolymère d'éthy- lène et d'acétate de vinyle, un copolymère d'éthylène et d'acrylate d'éthyle, un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle et leurs mélanges. 3.- Cable électrique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le polyéthy- lène halogéné, dans lequel l'halogène est choisi parmi le chlore et le brome, est choisi Darmi les homopolymères et les copolymères de l'éthylène. 4.- Cable électrique suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composé à base de mercapto-benzimidazole est choisi parmi le mercapto-benzimidazole, le sel de zinc du mer- capto-benzimidazole et le sel de zinc d'un mercapto-benzi- midazole méthylé. 5.- Câble électrique suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce que le sel de zinc de mercapto- benzimidazole méthylé est le zinc 2-méthyl mercapto-benzi- midazole. 6.- Câble électrique suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit de condensation d'une diarylamine et d'une cétone est un produit de condensation d'une diphénylamine et de l'acétone. 7.- Matière pour la fabrication d'iso- lants de câbles électriques et de revêtements de conducteurs électriques, caractérisée en ce qu'elle se compose d'un mé- lange comprenant une polyoléfine réticulable, un poly- éthylène halogéné dans lequel l'halogène est choisi parmi le chlore et le brome, un composé alkylé à base de mer- capto-benzimidazole et un produit de condensation d'une diarylamine et d'une cétone. 8.- Matière suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la polyoléfine est choisie parmi un caoutchouc d'éthylène/propylène, un terpolymère d'éthylène/ propylène, un polyéthylène, un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle, un copolymère d'éthylène et d'acrylate d'éthyle, un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle et leurs mélanges. 9.- Matière suivant l'une des revendica- tions 7 et 8, caractérisée en ce que le polyéthylène halo- géné, dans lequel l'halogène est choisi parmi le chlore et le brome, est choisi parmi les homopolymères et les copolymères de l'éthylène. 10.- Matière suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que le composé alkylé à base de mercapto-benzimidazole est choisi parmi le mercapto-benzimidazole, le sel de zinc du mercapto- benzimidazole et le sel de zinc d'un mercapto-benzimida- zole méthylé. 11.- Matière suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le sel de zinc du mercapto-benzimi- dazole méthylé est le zinc 2-méthyl mercapto-benzimidazole. 12.- Matière suivant l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que le produit de condensation d'une diarylamine et d'une cétone est un Dro- duit de condensation de la diphénylamine et de l'acétone.