Brevet FR2550655A1 — publié le 19850215

i 2550655 La présente invention concerne des diélectriques polymères et en particulier des techniques destinées à améliorer la résistance au claquage électrique de ces diélectriques. Les matériaux polymères sont largement utilisés comme isola05 teurs dans les environnements de haute tension Des applications types sont les câbles électriques et les douilles haute tension. Dans la conception de ces éléments, il convient de tenir compte de la résistance au claquage électrique du matériau polymère. La résistance globale in situ au claquage électrique d'un 10 mdtériau polymère déend à la fois de la nature du matériau et, souvent, des traitements thermique et mécanique subis par le matériau avant son utilisation Par exemple, lorsque le polymère doit être appliqué par extrusion sur un câble, les contraintes mécaniques et thermiques intervenant peuvent avoir un effet important sur 15 la taille des sphérulites. Un certain nombre de facteurs peuvent influer sur la résistance au claquage in situ d'un matériau Pour les thermoplastiques comme le polyéthylène et le polypropylène, un facteur important est la structure cristalline du matériau Ces matériaux comprennent des 20 sphérulites, qui sont des groupes radiants substantiellement sphériques de cristaliites Ces sphérulites ont un diamètre type de 4 U à 6 u microns et constituent toute la structure du polymère On peut les comparer aux grains des métaux, la taille des sphérulites correspondant à la taille des grains La manière dont les sphérulites z 5 influent sur la résistance au claquage n'est pas totalement élucidée, mais il est apparu qu'un grand diamètre moyen des sphérulites avait des conséquences néfastes sur la résistance au claquage in situ. L'objet de la présente invention est d'améliorer les caracté30 ristiques électriques d'un diélectrique polymère en contrôlant la taille des spnérulites. L'invention concerne un polymère thermoplastique comprenant un agent de nucléation grâce auquel la taille moyenne des sph 6 rulites du polymère est réduite. Nous avons trouvé que l'incorporation de petites quantités d'un agent de nucleation dans un polymère tel que le polyéthylène ou le polypropylène entraîne une réduction significative à la fois 2 2550655 du ciamètre moyen ces sphérulites et de l'écart par rapport au diamètre moyen Cela s'est avéré augmenter la résistance au claquage in situ et réduire i'écart-type de la résistance in situ de la valeur moyenne. OS Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées, qui représentent la figure 1, le rapport entre la résistance au claquage in 1 U situ etle diamètre des sphérulites pour le polyéthylène, les figures 2 a et 2 b, des coupes microscopiques illustrant la structure des spliérulites d'un polyéthylène non traité (figure 2 a) et d'un polyéthylène contenant un agent de nucléation (figure 2 b). Nous avons amélioré la résistance au claquage des polymères tels que le polyéthylène et le polypropylène en y incorporant de 0,01 à 5 pour cent en poids, de préférence 0,05 à 2 pour cent en poids, d'un agent de nucléation comprenant une cire substantiellement non polaire Nous préférons utiliser à cet effet la cire cé20 résine, mais d'autres compositions de cires naturelles et synthétiques peuvent également être employées Nous avons également utilisé à cet effet avec succès des matériaux inorganiques inertes finement réduits en poudre Le diamètre moyen d'une telie poudre doit être inférieur à 1 micron et les matériaux adéquats comprennent notan25 ment le talc, la silice fumée ou la silice de diatomées. Un polyéthylène non traité type peut avoir un diamètre moyen des sphérulites supérieur à 40 microns, et dans certains cas atteignant même 70 microns A l'aide d'un agent de nucléation tel que ceux décrits ici, la taille moyenne des sphérulites est réduite typiquement à 25 à 30 microns avec une augmentation correspondante de la résistance au claquage in situ Le rapport entre les diamètre des sphérulites et la résistance in situ est illustrée à la figure 1 Comme on peut le voir, alors qu'un polyéthylène non traité a un diamètre des sphérulites de 40 microns et une résistance au cla35 quage ae 80 k V/mm, les chiffres types correspondants pour un polyéthylène traité par un agent de nucléation Sont de 30 microns et de 88 k V/mm Lorsque le diamètre des sphérulites est réduit à 25 microns, nous avons mesuré une résistance au claquage in situ de 89 k V/mm L'effet de la réduction de la taille des sphérulites est également illustré par les figures 2 a et 2 b, qui montrent respecti- j 255065 5 vemen L un poiythylènt avant et après traitement par 0,1 pour cent en poids de cérésine. Toutes les mesures de tension de claquage on L été faites en appliquant la méthode d&crite dans la norme British Standard u 5 n 27 ô 2, méthode 2 o 1. L'agent de nucléation peut être incorporé dans le matériau polymère en utilisant une technique de mélange par étapes Une quantité mesurée de l'agent est mélangée à une quantit& mesurée de polymère, puis l'ensemble est à son tour mélangé à une grande quantité de lu matériau polymère non traité Lorsqu'on utilise un matériau inorganique, un agent de dispersion est nécessaire pour éviter la floculation Un mélange poussé du polymère et de l'agent de nucléation est effectué lorsque le matériau est extrudé ou moulé par injection. Le matériau nucléé peut être utilisé dans une grande variété d'applications, mais il convient particulièrement bien pour la fabrication de câbles électriques, de fils et de douilles pour haute tension. Il est bien évident que les descriptions qui précèdent ont été données qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 4 2550655 Revendications 1 Diélectrique polymère thermoplastique, caractérisé en ce qu'il lui est incorporé un agent de nucleation, si bien que la taille moyenne des sphérulites est réduite. 2 Diélectrique polymère selon la revendication 1, caracta05 risé en ce que l'agent de nucléation est une cire substantiellement non polaire. 3 Diélectrique polymère selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent de nucléation contient de la cire cérésine. 4 Diélectrique polymère selon la revendication 1, caracté10 risi en ce que l'agent de nucléation est un solide inorganique inerte ayant un diamètre moyen des particules inférieur à 1 micron. Diélectrique polymère selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent de nucléation comprend du talc, de la silice fumée de la silice de diatomées ou des mélanges de ceux-ci. 6 Diélectrique polymère selon l'une des revendications 1 à , comprenant le polyéthylène. 7 Diélectrique polymère selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre moyen des sphérulites est de à 30 microns. 8 Diélectrique polymère selon les revendications b ou 7, caractérisé en ce que l'agent de nucléation représente 0,01 à 5 pour cent en poids du polymère 9 Câble électrique ou fil caractérisé en ce qu'il incorpore un diélectrique polymère selon l'une des revendications 1 à 8.