Brevet FR3012250A1 — publié le 20150424

Câble d'énergie et/ ou de télécommunication comprenant une couche polymère résistante aux rayures La présente invention concerne un câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant une couche polymère résistante aux rayures. Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, aux domaines des câbles d'énergie à basse tension (notamment moins de 6 kV), moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieur à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 800 kV), qu'ils soient à courant continu ou alternatif. Le document EP-1 857 502 décrit un câble électrique comprenant une couche polymère ignifugeante entourant un fil conducteur électrique, ladite couche polymère ayant de bonnes propriétés anti-abrasion et étant obtenue à partir de polypropylène, de 7 à 40% en poids d'un copolymère d'éthylène polaire, et plus de 43% en poids d'un hydroxyde métallique ou d'un composé hydraté. Toutefois, cette couche polymère ne présente pas de bonnes propriétés de résistance aux rayures. En effet, elle peut être facilement dégradée par des objets pointus, entrainant ainsi une dégradation de ses propriétés isolantes et augmentant les risques de claquage électrique au sein du câble. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant notamment une couche polymère pour câble d'énergie et/ou de télécommunication présentant de bonnes propriétés de résistance aux rayures, tout en garantissant une bonne adhésion autour de l'élément qu'elle entoure et de bonnes propriétés anti-abrasion. La présente invention a pour objet un câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant un élément conducteur allongé entouré par au 30 moins une couche polymère, caractérisé en ce que la couche polymère est obtenue à partir d'une composition polymère comprenant : - un premier polymère de type éthylénique (i.e. premier polymère), et - un second polymère d'éthylène comprenant des groupements ioniques (i.e. second polymère). Grâce à l'invention, la couche polymère présente une très bonne résistance aux rayures tout en garantissant de bonnes propriétés antiabrasion. En outre, elle présent une très bonne adhésion autour de l'élément qu'elle entoure, que ce soit un élément conducteur allongé ou une autre couche polymère. Le premier polymère de l'invention peut être un unique polymère de type éthylénique ou un mélange de plusieurs polymères de type éthylénique. On entend par « polymère de type éthylénique » un polymère dont la chaîne macromoléculaire comprend des motifs monomères -(CH2-C(X1)(X2))-, X1 et X2 n'étant pas des groupements alkyles. Ainsi, les motifs monomères -(CH2-C(Xl) (X2))- ne comprennent pas notamment les motifs -(CH2-CH2-CH2)- ou -(CH2-CH(CH3))-. A titre d'exemple, X1 et/ou X2 peuvent être choisis indépendamment 15 l'un de l'autre parmi un atome d'hydrogène (H), un ester (-OC(0)R), un halogène, un hydroxyle (OH). Lorsque X1 et X2 sont des atomes d'hydrogène, on parlera alors de polymère d'éthylène. Le premier polymère peut être plus particulièrement un polymère 20 thermoplastique. Dans la présente invention, on entend par « polymère d'éthylène » un polymère du type homopolymère d'éthylène ou copolymère d'éthylène. Selon une première variante, le premier polymère peut être un polymère d'éthylène (cf. lorsque X1 = H et X2 = H). Le polymère d'éthylène 25 peut être choisi parmi un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE) ; un polyéthylène basse densité (LDPE) ; un polyéthylène moyenne densité (MDPE) ; un polyéthylène haute densité (HDPE) ; un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA) ; un copolymère d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ; un copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA) ; un 30 copolymère d'éthylène et de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA) ; un copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO) ; un copolymère d'éthylène et de propylène (EPR) ; et un terpolymère d'éthylène et de propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM). Selon une seconde variante, le premier polymère peut être choisi parmi un polyacétate de vinyle (PVAc) (avec notamment X1 = H et X2 = -O(CO)CH3), un alcool polyvinylique (PVA) (avec notamment X1 = H et X2= -OH), un polychlorure de vinyle (PVC) (avec notamment X1 = H et X2 = Cl), un polyfluorure de vinylidène (PVDF) (avec notamment X1 = F et X2 = F), un polyfluorure de vinyle (PVF) (avec notamment X1 = H et X2 = F), et un de leurs mélanges. De préférence, le premier polymère peut être différent du second polym ère. Le second polymère de l'invention peut être un unique polymère d'éthylène comprenant des groupements ioniques, ou un mélange de plusieurs 15 polymères d'éthylène comprenant des groupements ioniques. On peut dire de façon particulière que le second polymère d'éthylène est du type ionom ère. Plus particulièrement, le second polymère comprend des motifs monomères du type -(CH2-CH2)- et des motifs monomères comprenant des groupements ioniques. 20 Le second polymère peut être plus particulièrement un polymère thermoplastique. Lorsque le premier polymère, le second polymère, ou le premier et le second polymères sont du type thermoplastique, on pourra parlé de composition polym ère thermoplastique. 25 Les groupements ioniques du second polymère sont de préférence des groupements carboxylate ionique. A titre d'exemple, le second polymère peut être un copolymère d'éthylène et d'acide méthacrylique ou un copolymère d'éthylène et d'acide acrylique. 30 Le second polymère peut être plus particulièrement associé à un cation métallique, notamment choisi parmi le sodium, le potassium et le zinc, et de préférence le sodium. Dans un mode de réalisation préféré, la composition polymère peut comprendre plus de 40 % en poids du second polymère. Elle peut comprendre moins de 80 % en poids du second polymère. Entre 40 et 80% en poids de second polymère dans la composition, les 5 propriétés mécaniques du type résistance aux rayures sont significativement améliorées. De préférence, la composition polymère peut comprendre de 50 à 65 % en poids du second polymère. Dans un autre mode de réalisation préféré, la composition polymère 10 peut comprendre plus de 20 % en poids du premier polymère. Elle peut comprendre moins de 60 % en poids du premier polymère. De préférence, la composition polymère peut comprendre de 30 à 50 % en poids du premier polymère. Dans un autre mode de réalisation préféré, la composition polymère 15 peut comprendre plus de 60% en poids de polymères, de préférence plus de 80% en poids de polymères, de préférence plus de 90 % en poids de polymères, et de façon particulièrement préférée plus de 95% en poids de polymères. On entend plus particulièrement par « polymères » l'ensemble des premier et second polymères constitutifs de la composition polymère de 20 l'invention. Afin de diminuer la chaleur de combustion de la composition polymère de l'invention, ou en d'autres termes de réduire le taux de combustibilité, la composition polymère peut comprendre en outre au moins une charge 25 minérale. La composition polymère peut comprendre au moins 75 parties en poids de charge minérale par rapport à 100 parties en poids de polymère dans la composition polymère, de préférence au moins 90 parties en poids de charge minérale par rapport à 100 parties en poids de polymère dans la composition polymère, et encore plus préférentiellement au moins 150 parties 30 en poids de charge minérale par rapport à 100 parties en poids de polymère dans la composition polymère. La charge minérale de l'invention peut être choisie parmi une charge ignifugeante et une charge inerte (ou charge non combustible), ou un de leurs mélanges. A titre d'exemple, la charge ignifugeante, qui est une charge minérale apte à libérer de l'eau lors de sa décomposition par élévation de température, peut être le trihydroxyde d'aluminium (Al(OH)3) ou le dihydroxyde de magnésium (Mg(OH)2). La charge inerte peut être de la craie, du talc, de l'argile, ou du noir de carbone. La charge minérale peut être une charge minérale ignifugeante hydratée, choisie notamment parmi les hydroxydes métalliques tels que par exemple le dihydroxyde de magnésium (MDH) ou le trihydroxyde d'aluminium (ATH). Les charges minérales ignifugeantes employées agissent principalement par voie physique en se décomposant de manière endothermique (e.g. libération d'eau), ce qui a pour conséquence d'abaisser la température de la couche polymérique et de limiter la propagation des flammes le long du câble. Selon une autre caractéristique de l'invention, et afin de garantir un câble dit HFFR pour l'anglicisme « Halogen-Free Flame Retardant », le câble d'énergie et/ou de télécommunication, ou en d'autres termes les éléments qui composent ledit câble, ne comprend/comprennent de préférence pas de composés halogénés. Ces composés halogénés peuvent être de toutes natures, tels que par exemple des polymères fluorés ou des polymères chlorés comme le polychlorure de vinyle (PVC), des plastifiants halogénés, des charges minérales halogénées, ...etc. La composition polymère peut typiquement comprendre en outre des additifs en une quantité de 5 à 20 parties en poids pour 100 parties en poids de polymères. Les additifs sont bien connus de l'homme du métier et peuvent être notamment choisis parmi des agents de protection (e.g. antioxydants, anti-UV, anti-cuivre), des agents de mise en oeuvre (e.g. plastifiants, lubrifiants), des agents de couplage, et des pigments. On entend par « câble d'énergie et/ou de télécommunication » tout câble électrique et/ou optique, destiné au transport d'énergie et/ou à la transmission de données. Plus particulièrement, ce type de câble peut comprendre un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) (i.e. élément(s) conducteur(s) allongé(s)) entouré(s) par au moins une couche polymère conforme à l'invention. Plus particulièrement, l'élément conducteur allongé peut être un élément électriquement conducteur allongé, pouvant être un fils métallique ou une pluralité de fils métalliques, torsadé(s) ou non, notamment en cuivre ou en aluminium, ou un de leurs alliages. De préférence, l'élément conducteur allongé se trouve au centre du câble, et la ou les couches polymères composant le câble entourent donc ledit élément conducteur allongé de façon coaxiale. La couche polymère de l'invention peut être une couche électriquement isolante en contact ou non avec le ou les conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) composant le câble. La couche électriquement isolante peut avoir une constante d'isolation ki supérieure à 0.0367 MOhm.km (selon la norme I EC 60502). Elle peut être également une gaine de protection entourant un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) électriquement isolé(s). La couche polymère de l'invention peut être ainsi tout type de couche dans un câble, s'étendant le long de l'élément conducteur allongé et entourant ledit élément conducteur allongé. A titre d'exemple, elle peut être : - une couche électriquement isolante directement en contact physique 20 avec l'élément conducteur allongé ; - une couche de protection entourant une couche électriquement isolante. La couche polymère de l'invention peut être mise en oeuvre par des procédés bien connus de l'homme du métier, tel que par exemple par 25 extrusion. On parle alors de couche polymère extrudée. De préférence, la couche polymère de l'invention est une couche thermoplastique, ou en d'autres termes une couche qui n'est pas réticulée par des techniques bien connues de l'homme du métier. Dans le câble d'énergie et/ou de télécommunication de l'invention, la 30 couche polymère peut être avantageusement la couche positionnée la plus à l'extérieure du câble. Dans un premier mode de réalisation particulier, le câble de l'invention peut comprendre l'élément conducteur allongé entouré par une unique couche (i.e. monocouche) du type couche polymère telle que définie dans l'invention, cette couche étant directement en contact physique avec ledit élément conducteur allongé. Dans un second mode de réalisation particulier, le câble de l'invention 5 peut comprendre en outre une couche intermédiaire, positionnée entre l'élément conducteur allongé et la couche polymère. Ladite couche intermédiaire peut être obtenue à partir d'une composition polymère comprenant au moins un polymère choisi parmi le premier polymère, le second polymère, et leur mélange ; le premier polymère 10 et le second polymère étant ceux tels que décrits dans la présente invention. Cette couche intermédiaire peut être mise en oeuvre par des procédés bien connus de l'homme du métier, tel que par exemple par extrusion. On parle alors de couche intermédiaire extrudée. De préférence, la couche intermédiaire de l'invention est une couche 15 thermoplastique, ou en d'autres termes une couche qui n'est pas réticulée par des techniques bien connues de l'homme du métier. De préférence, la couche intermédiaire est directement en contact physique avec l'élément conducteur allongé d'une part, et la couche polymère de l'invention, d'autre part. 20 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d'un exemple non limitatif d'une composition polymère selon l'invention ainsi que d'exemples de câbles d'énergie et/ou de télécommunication selon l'invention fait en référence aux figures. 25 La figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique selon un premier mode de réalisation conforme à l'invention. La figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique selon un deuxième mode de réalisation conforme à 30 l'invention. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle. Le tableau 1 ci-dessous rassemble des compositions polymères dont les quantités des constituants sont exprimées en parties en poids pour 100 parties en poids de polymère. Les compositions Cl et C2 correspondent à des 5 essais comparatifs, la composition 11 étant conforme à l'invention. Composition Cl C2 11 PE 0 34 41 PP 0 63 0 lonomère 100 0 56 Charges et Additifs 3 3 3 Tableau 1 L'origine des composés du tableau 1 est la suivante : 10 - PE est un homopolymère d'éthylène de haute densité avec un MFI (Melt Flow Index) de 0,25 commercialisé par la société Unipetrol sous la référence LITEN ZB 29; - PP est un homopolym ère de propylène, commercialisé par la société Unipetrol sous la référence Mosten EH 801; 15 - lonomère est un copolymère d'éthylène et d'acide méthacrylique associé à un cation métallique de type Zinc, commercialisé par la société Dupont sous la référence Surlyn 9520. Les charges et additifs sont identiques dans les compositions Cl, C2 et 11. 20 Les compositions rassemblées dans le tableau 1 sont mises en oeuvre comme suit. On mélange tout d'abord l'ensemble des constituants d'une composition (C1, C2 ou 11) dans une extrudeuse bi-vis, à une température de 200°C, pour former des joncs extrudés. 25 Les joncs extrudés sont ensuite trempés, en sortie de filière, dans un bain d'eau, puis séchés à l'aide de deux séchoirs en série, et enfin découpés en granulés à l'aide d'un broyeur. Les granulées ont subi un deuxième séchage dans une étuve à 60°C pendant deux heures. A partir de ces granulés, on forme ensuite des plaques moulées à 200°C à l'aide d'une presse, ces plaques étant de forme rectangulaire de 5 10 cm x 20 cm et de 1 mm d'épaisseur. Une fois refroidi, ces plaques sont soumises au test de rayures selon la norme ISO 1518 (Scratch Resistance Test). Dans ce test, on mesure qualitativement la pénétration sous charge de la profondeur résiduelle d'une aiguille métallique appliquée avec des forces variables et sous translation. 10 La mesure qualitative visuelle de la formation de la rayure est notée « 0 » lorsqu'aucune rayure n'a été formée, « 1 » lorsqu'une rayure très légère a été formée, « 2 » lorsqu'une rayure légère a été formée, « 3 » lorsqu'une rayure relativement forte a été formée, et « 4 » lorsqu'une rayure forte a été form ée. 15 Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessous, pour des forces appliquées comprises entre 2 et 16 Newton (N). Force Cl C2 11 appliquée (N) 2 0 1 0 4 0 1 0 6 1 2 1 8 2 2 1 10 2 3 1 12 3 3 2 14 3 4 2 16 4 4 3 Total 15 20 10 Tableau 2 20 Les résultats obtenus montrent clairement que la composition polymère de l'invention (11) présente une résistance aux rayures supérieure à celle obtenue avec une composition uniquement à base de ionomère (C1) ou une composition comprenant un mélange de polypropylène et de polyéthylène (C2). En effet, la somme des mesures qualitatives sur l'ensemble des forces appliquées de 2 à 16 N obtenue à partir de la composition 11 (somme égale à 10) est bien inférieure à celle obtenue à partir des compositions comparatives Cl et C2 (sommes respectivement égales à 15 et 20). Les figures 1 et 2 représentent une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique respectivement selon un premier mode et 10 un deuxième mode de réalisation, conformes à l'invention. Le câble d'énergie et/ou de télécommunication représenté sur la figure 1 est un câble électrique 10 comprenant un élément électriquement conducteur central allongé 1 en cuivre ou en alliage de cuivre, autour duquel est extrudée une couche polymère 2 conforme à l'invention. Cette dernière, du 15 type thermoplastique, peut être par exemple une couche électriquement isolante, obtenue à partir de la composition 11 du tableau 1. La couche polymère 2 présente non seulement une très bonne résistance aux rayures, mais également une très bonne adhésion avec l'élément électriquement conducteur 1. 20 Le câble d'énergie et/ou de télécommunication représenté sur la figure 2 est un câble électrique 20 comprenant un élément électriquement conducteur central allongé 1 en cuivre ou en alliage de cuivre, entouré par la couche polymère 2 de l'invention. Une couche intermédiaire 3 est quant à elle positionnée entre l'élément électriquement conducteur central 1 et la couche 25 polymère 2. La couche polymère 2 ainsi que la couche intermédiaire 3 sont deux couches extrudées, la couche intermédiaire 3 étant une couche directement en contact physique avec l'élément électriquement conducteur central 1 d'une part, et la couche polymère 2 d'autre part. La couche polymère 2 de la figure 2 peut être celle décrite dans la 30 figure 1. La couche intermédiaire 3 peut être une couche électriquement isolante, obtenue à partir d'une composition polymère comprenant au moins un polymère choisi parmi le premier polymère, le second polymère, et leur mélange. La couche intermédiaire 3 présente une très bonne adhésion à la couche polymère 2 ainsi qu'à l'élément électriquement conducteur 1.5 REVENDICATIONS1. Câble d'énergie et/ou de télécommunication (10, 20) comprenant un élément conducteur allongé (1) entouré par au moins une couche polymère (2), caractérisé en ce que la couche polymère (2) est obtenue à partir d'une composition polymère comprenant - un premier polymère de type éthylénique, et - un second polymère d'éthylène comprenant des groupements ioniques. 2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier polymère est un polymère d'éthylène. 3. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier polymère est choisi parmi un polyacétate de vinyle (PVAc), un alcool polyvinylique (PVA), un polychlorure de vinyle (PVC), un polyfluorure de vinylidène (PVDF), un polyfluorure de vinyle (PVF), et un de leurs mélanges. 4. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les groupements ioniques du second polymère sont des groupements carboxylate ionique. 5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second polymère est un copolymère d'éthylène et d'acide méthacrylique. 6. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second polymère est associé à un cation métallique choisi parmi le sodium, le potassium et le zinc, et de préférence le sodium. 7. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymère comprend plus de 40 (3/0 en poids du second polymère. 8. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymère comprend moins de 80 % en poids du second polymère. 9. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymère comprend de 50 à 65 (3/0 en poids du second polymère. 10.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymère comprend plus de 20 (3/0 en poids du premier polymère. 11.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition polymère comprend plus de 60% en poids de polymères, et de préférence plus de 80% en poids de polymères. 12.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche polymère est la couche positionnée la plus à l'extérieure du câble. 13.Câble (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche intermédiaire (3), positionnée entre l'élément conducteur allongé (1) et la couche polymère (2), ladite couche intermédiaire (3) étant obtenue à partir d'une composition polymère comprenant au moins un polymère choisi parmi le premier polymère, le second polymère, et leur mélange.