Brevet FR2793592A1 — publié le 20001117

CABLE D'ENERGIE AYANT DES CARACTERISTIQUES MECANIQUES, THERMIQUES, ELECTRIQUES, ET DE TENUE AU FEU SENSIBLEMENT AMELIOREES L'invention concerne un câble d'énergie ayant des caractéristiques mécaniques, thermiques, électriques ou de tenue au feu sensiblement améliorées. On entend par câble d'énergie tout conducteur électrique destiné à transporter de l'énergie électrique et comprenant au moins une gaine. Les câbliers ont des soucis constants d'amélioration des caractéristiques ci- dessus énumérées et également de la diminution de poids pour les câbles embarqués. - Outre les soucis d'améliorer les caractéristiques des matériaux utilisés, les câbliers recherchent des solutions pouvant s'intégrer facilement dans les chaînes de production existantes telles que la fabrication de câble par extrusion des polymère à l'état fondu autour de l'ame conductrice, ou la fabrication de fils isolés par réticulation d'un polymère à l'état liquide ou en solution. Le but de la présente invention est de proposer un câble d'énergie présentant de sensibles améliorations des caractéristiques ci-dessus décrites, grâce à l'introduction ou de la polymérisation in situ d'un composant nanocomposite utilisable dans les procédés industriels de fabrication existants. L'invention concerne un câble d'énergie comprenant une âme en matériau conducteur, entourée d'une gaine, caractérisé en ce que la gaine est au moins partiellement constitué d'un matériau nanocomposite à base de charge à structure feuilletée et de polymère inséré entre les feuillets de la charge. La charge à structure feuilletée peut être du graphite ou un silicate à structure feuilletée: cette c harge sera du garphite si l'on souhaite obtenir un polymère conducteur, ou un silicate si l'on souhaite obtenir un plymère isolant électrique. Le silicate est choisi de préférence parmi les argiles, la montmorillonite, la beidellite, la nontronite, la saponite, I'hectorite, la vermiculite ou un mélange desdites silicates précités. Dans un procédé de fabrication de câble par extrusion, mettant en oeuvre le polymère à l'état fondu, le polymère pourra être choisi parmi le PE, le PP les copolymères d'éthylène, le PVC, les élastomères halogénés, les élastomères non- halogénés, les élastomères thermoplastique, les silicones, ou un mélange desdits polymères précités. Parmi les copolymères d'éthylène on peut choisir les copolymères d'éthylène vinyl acétate, les copolymères d'éthylène propylène, les copolymères d'éthylène, et d'acrylate d'alkyl, les copolymères d'éthylène et d'acide acrylique, les terpolymères d'éthylène, ou ces même polymères comportant des groupements spécifiques (acides, epoxy, etc...) Dans un procédé de fabrication de câble mettant en oeuvre les polymères à l'état liquide, le polymère pourra être choisi parmi les résines polyester, époxy, polyamides, poly imides, polyetherimides, polyamides imides, polyuréthanes, silicones, ou un mélange desdits polymères précités. La gaine peut être uniquement constituée d'un matériau isolant. La gaine peut être constituée d'une couche de matériau isolant, entourée d'une gaine externe de protection Le matériau isolant peut être au moins partiellement constitué dudit matériau nanocomposite à base de charge à structure feuilletée et de polymère. La gaine externe peut être au moins partiellement constituée dudit matériau nanocomposite à base de charge à structure feuilletée et de polymère. Le câble peut être un câble d'énergie Moyenne à Haute Tension continue, s15 la gaine comprenant au moins un écran semi-conducteur. L'écran semi- conducteur peut être au moins partiellement constitué dudit matériau nanocomposite de charge à structure feuilletée et de polymère. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention résulteront de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique en coupe transversale d'un câble d'énergie selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 est une représentation schématique en coupe transversale d'un câble d'énergie selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La figure 3 est une représentation schématique en coupe transversale d'un câble d'énergie selon un autre mode de réalisation de la présente invention. L'invention concerne un câble d'énergie 1 comprenant une âme 2 en matériau conducteur, entourée d'une gaine 3. Selon l'invention, la gaine 3 est au moins partiellement composé d'un matériau nanocomposite à base de charge à structure feuilletée et de polymère inséré entre les feuillets de la charge à structure feuilletée. Si l'on souhaite avoir un nanocomposite ayant des caractéristiques semi- conductrices la charge à structure feuilletée pourra être, par exemple, du graphite. D'autres charges à structure feuilletée pourront être choisies dans la famille des silicates, par exemple parmi les argiles, la montmorillonite, la 3s beidellite, la nontronite, la saponite, I'hectorite, la vermiculite ou un mélange desdites composants précités. Dans un procédé de fabrication de câble par extrusion, mettant en ceuvre le polymère à l'état fondu, le polymère pourra être choisi parmi le PE, le PP les copolymères d'éthylène, le PVC, les élastomères halogénés, les élastomères non- halogénés, les élastomères thermoplastique, les silicones, ou un mélange desdits polymères précités. Parmi les copolymères d'éthylène on peut choisir les copolymères d'éthylène vinyl acétate, les copolymères d'éthylène propylène, les copolymères d'éthylène, et d'acrylate d'alkyl, les copolymères d'éthylène et d'acide acrylique, les terpolymères d'éthylène, ou ces même polymères comportant des groupements spécifiques (acides, epoxy, etc...) Dans un procédé de fabrication de câble mettant en ceuvre les polymères à l'état liquide, le polymère pourra être choisi parmi les résines polyester, époxy, polyamides, poly imides, polyetherimides, polyamides imides, polyuréthanes, silicones, ou un mélange desdits polymères précités. Le matériau nanocomposite peut être fabriqué selon toute méthode existante. Par exemple: ò On traite la charge à structure feuilletée de manière à la rendre organophile, par exemple avec un sel d'ammonium quaternaire; : On mélange la charge à structure feuilletée traitée avec le polymère choisi, a une température supérieure à la température de fusion dudit polymère; On pourra avantageusement traiter préalablement la charge à structure feuilleté de manière à augmenter la distance inter feuillets. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la gaine 3 est constituée d'une couche de matériau isolant 4 au moins partiellement constituée dudit matériau nanocomposite à charge à structure feuilletée et de polymère. Le fils électrique isolé résultant, a une tenue au feu, et, une résistance à l'eau et aux solvants sensiblement améliorées. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la gaine 3 est constituée, outre la couche de matériau isolant 4, d'un revêtement extérieur de protection 5. La couche de matériau isolant 4 ou le revêtement externe 5 peuvent être au moins partiellement constitués dudit matériau nanocomposite à base de charge à structure feuilletée et de polymère. Le mode de réalisation de la figure 2 est typique des câbles AC basse tension. L'intégration de ce matériau nanocomposite dans la couche 4 de matériau isolant et/ou dans la gaine extérieure 5, permet une augmentation sensible des caractéristiques mécaniques, de tenue et de propagation au feu, et une amélioration sensible de l'imperméabilité à l'eau et aux solvants. Dans un mode de réalisation représenté figure 3, le câble d'énergie est un câble Moyenne à Haute Tension continue, outre la couche de matériau isolant 4 et le revêtement extérieur de protection 5, la gaine 3 comprenant au moins un écran semi-conducteur 6a, 6b. L'écran semiconducteur est au moins partiellement constitué dudit matériau nanocomposite à base de graphite et de polymère. Le mécanisme de formation du matériau nanocomposite et l'extrusion de celui-ci favorisant l'oriantation de la charge limitent la migration de charges d'espace. De ce fait l'introduction de matériau nanocomposite à base de silicate dans la couche 4 de matériau isolant d'un câble DC moyenne ou Haute Tension, permet d'améliorer la résistance au claquage du câble lors d'un changement de polarité. Le mécanisme de formation du matériau nanocomposite, à base de polymère et de graphite, permettant d'abaisser le seuil de percolation du mélange, cela permet de baisser sensiblement le taux de charge dans le polymère. De ce fait, I'utilisation d'un écran semi-conducteur interne 6a au moins partiellement constitués d'un matériau nanocomposite à base de graphite améliore sensiblement l'interface entre l'âme conductrice et la couche isolante Enfin, I'introduction de matériau nanocomposite, à base de silicate ou d'argile silicatée, dans l'écran semi-conducteur externe 6b et/ou la gaine extérieure 4, permet une augmentation sensible des caractéristiques de tenue et de propagation au feu, et une amélioration sensible de l'imperméabilité à l'eau et aux 2 5 solvants. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrit et représenté, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme du métier sans que l'on s'écarte de l'invention. En particulier, la structure des câbles peut être celle de n'importe quel câble d'énergie connu, de même la disposition du matériau nanocomposite dans le câble peut être envisagée partout o il y aurait un isolant, un écran semi-conducteur, une gaine de protection. REVENDICATIONS 1. Câble d'énergie comprenant une âme en matériau conducteur, entourée d'une gaine, caractérisé en ce que la gaine comprend un matériau nanocomposite à base de charge à structure feuilletée et de polymère inséré entre les feuillets la charge à structure feuilletée. 2. Câble d'énergie selon la revendication 1 caractérisé en ce que la charge à structure feuilletée est du graphite. 3. Câble d'énergie selon la revendication 1 caractérisé en ce que la charge à structure feuilletée est du silicate choisie parmi les argiles, la montmorillonite, la beidellite, la nontronite, la saponite, I'hectorite, la vermiculite ou un mélange desdites silicates précitées. 4. Câble d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le polymère est choisi parmi le PE, le PP, les copolymères d'éthylène, le PVC, les élastomères halogénés, les élastomères non-halogénés, les élastomères thermoplastique, les silicones, ou un mélange desdits polymères précités, les résines polyester, époxy, polyamides, poly imides, polyetherimides, polyamides imides, polyuréthanes, silicones, ou un mélange desdits polymères précités. 5. Câble d'énergie selon la revendications 4 caractérisé en ce que le copolymères d'éthylène est choisi parmi les copolymères d'éthylène vinyl acétate, les copolymères d'éthylène propylène, l'es copolymères d'éthylène et d'acrylate d'alkyl, les copolymères d'éthylène et d'acide acrylique, les terpolymères d'éthylène, ou ces même polymères comportant des groupements spécifiques. 6. Câble d'énergie selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la gaine comprend une couche de matériau isolant au moins partiellement constituée dudit matériau nanocomposite à charge à structure feuilletée et de polymère. 7. Câble d'énergie selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la gaine comprend un revêtement externe au moins partiellement constituée dudit matériau nanocomposite charge à structure feuilletée et de polymère. 8. Câble d'énergie Moyenne à Haute Tension continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, la gaine comprenant au moins un écran semi-conducteur, caractérisé en ce que l'écran semi-conducteur est au moins partiellement constitué dudit matériau nanocomposite à base de charge à structure feuilletée et de polymère.