Brevet FR3045635A1 — publié le 20170623

COMPOSITION POLYMÈRE PRÉSENTANT UNE RÉSISTANCE AU BLANCHIMENT SOUS CONTRAINTE AMÉLIORÉE L'invention concerne une composition polymère présentant une résistance au blanchiment sous contrainte améliorée comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique et un liquide diélectrique, un procédé de préparation de ladite composition polymère, un câble comprenant au moins une couche électriquement isolante obtenue à partir de ladite composition polymère, et un procédé de préparation dudit câble. L'invention s'applique typiquement mais non exclusivement aux câbles électriques destinés au transport d'énergie, notamment aux câbles d'énergie à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieure à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 400 kV), qu'ils soient en courant continu ou alternatif, dans les domaines du transport d'électricité sous-marin ou terrestre. Un câble de transport d'énergie à moyenne ou à haute tension comprend généralement de l'intérieur vers l'extérieur : - un élément électriquement conducteur allongé, notamment en cuivre ou en aluminium ; - une couche semi-conductrice interne entourant ledit élément 20 électriquement conducteur allongé ; - une couche électriquement isolante entourant ladite couche semiconductrice interne ; - une couche semi-conductrice externe entourant ladite couche isolante ; et 25 - éventuellement une gaine de protection électriquement isolante entourant ladite couche semi-conductrice externe. Dans ce type de câble, la couche électriquement isolante peut être une couche polymère à base d'un polyéthylène réticulé (XLPE). La réticulation est généralement effectuée lors de l'étape d'extrusion de la composition polymère 30 autour de l'élément électriquement conducteur allongé. L'utilisation d'une polyoléfine réticulée permet de conduire à un câble pouvant fonctionner à une 3045635 2 température supérieure à 70°C, voire égale à 90°C. Toutefois, plusieurs problèmes sont rencontrés. D'une part, les matériaux réticulés ne peuvent pas être recyclés. D'autre part, la réticulation (vulcanisation) pour produire une couche homogène requiert des conditions de réaction spécifiques (e.g. en 5 termes de durée et de température) qui réduisent la vitesse de fabrication du câble et augmentent son coût de production. Enfin, la réticulation peut parfois débuter de façon prématurée dans l'extrudeuse et/ou la tête d'extrudeuse, induisant une dégradation de la qualité de la couche obtenue, notamment de ses propriétés diélectriques. 10 Des alternatives ont donc été proposées telles qu'une couche thermoplastique de polyéthylène de faible densité (LDPE) ou de haute densité (HDPE). Toutefois, un câble comportant une telle couche électriquement isolante ne peut fonctionner à une température supérieure à 70°C environ pour une couche thermoplastique de LDPE et supérieure à 80°C pour une 15 couche thermoplastique HDPE, induisant une limitation de la puissance pouvant être transportée dans ledit câble et des méthodes de fabrication. Des couches électriquement isolantes à base de polypropylène (e.g. copolymère de propylène hétérophasé) ont été proposées. Cependant, ces couches résistent difficilement au blanchiment sous contrainte (bien connu sous l'anglicisme « stress whitening »). Ainsi, quand ces polymères sont courbés et/ou subissent des chocs, la zone courbée et/ou qui a subi un choc, devient opaque et blanchâtre même lorsque le polymère est coloré. Ce phénomène peut par exemple intervenir lors de l'enroulement au moment de l'installation d'un câble. Or, le blanchiment sous contrainte n'est pas souhaité parce qu'il augmente le risque de fissures et/ou entraîne la formation de défauts dans la couche, induisant une dégradation des propriétés électriques de ladite couche. Il est connu d'améliorer la résistance au blanchiment sous contrainte en ajoutant du polyéthylène. En particulier, EP 1510 547 Al décrit une composition polymère comprenant de 70 à 98% en masse d'un copolymère de propylène hétérophasé comprenant une phase à base d'un homopolymère de propylène et une phase à base d'un copolymère de propylène et d'éthylène 3045635 3 et/ou d'une ou plusieurs oléfines a en C4-C12 et de 2 à 30% en masse d'un polymère d'éthylène. Toutefois, cette composition polymère n'est pas optimisée en termes de résistance au blanchiment sous contrainte et de rigidité diélectrique pour être utilisée dans une couche électriquement isolante 5 d'un câble à moyenne ou à haute tension. Ainsi, le but de la présente invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur et de fournir une composition polymère économique utilisant des matériaux recyclables et pouvant conduire à une couche électriquement isolante présentant des propriétés mécaniques améliorées, notamment en 10 termes de résistance au blanchiment sous contrainte, tout en garantissant de bonnes propriétés diélectriques, notamment en termes de rigidité diélectrique. Le but de la présente invention est également de fournir un câble économique, en particulier à moyenne ou à haute tension, pouvant fonctionner à des températures supérieures à 70°C et présentant des propriétés 15 mécaniques améliorées, notamment en termes de résistance au blanchiment sous contrainte, tout en garantissant de bonnes propriétés diélectriques, notamment en termes de rigidité diélectrique. Les buts sont atteints par l'invention qui va être décrite ci-après. L'invention a pour premier objet une composition polymère 20 comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène et un liquide diélectrique, caractérisée en ce que le liquide diélectrique comprend au moins un composé répondant à la formule (I) suivante : 1 2 (I) R- A-R 25 dans laquelle R1 et R2, identiques ou différents, sont des groupes aryles non substitués et l'élément A représente une liaison simple ou un groupe alkylène. Le groupe aryle peut comprendre un ou plusieurs cycles aromatiques, condensés ou non condensés, et de préférence non condensés. 30 Le groupe aryle peut comprendre de 5 à 20 atomes de carbone, et de 3045635 4 préférence de 6 à 12 atomes de carbone. Chaque cycle aromatique peut comprendre un ou plusieurs hétéroatomes tels qu'un atome d'azote, un atome de soufre ou un atome d'oxygène. 5 L'expression « groupes aryles non substitués » signifie que chacun des groupes aryles du composé de formule (I) ne comporte pas de substituant(s) monovalent(s), et notamment n'est pas substitué par un ou plusieurs groupes alkyles de formule Ct1-12t-Ei (e.g. 1 t 5) tels que des groupes méthyles. Les groupes aryles du composé de formule (I) ne sont donc pas des 10 groupes alkyl-aryles. L'élément A peut être un groupe alkylène linéaire, cyclique ou ramifié, de préférence linéaire ou cyclique, et de préférence encore linéaire. En particulier, l'élément A peut être un groupe alkylène ayant de 1 à 10 atomes de carbone, et de préférence ayant de 1 à 5 atomes de carbone. 15 De préférence , le groupe alkylène est un groupe -(CH2)n- avec 1 REVENDICATIONS1. Composition polymère comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène et un liquide diélectrique, caractérisée en ce que le liquide diélectrique comprend au moins un composé 5 répondant à la formule (I) suivante : 1 2 (I) R- A-R dans laquelle Ri et R2, identiques ou différents, sont des groupes aryles non substitués et l'élément A représente une liaison simple ou un groupe alkylène. 10 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le groupe aryle comprend de 5 à 20 atomes de carbone. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que chacun des groupes aryles n'est pas substitué par un ou plusieurs groupes alkyles de formule Ct1-12t-Ei. 15 4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément A est un groupe alkylène ayant de 1 à 10 atomes de carbone. 5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que le groupe alkylène est un groupe -(CH2)n- avec 1 n 10 ; un groupe -(CHR)n- 20 avec 1 n 10 et R étant un groupe alkyle ; un groupe statistique -(CHR)p- (CH2)m-, avec 1 p + m 10, et R étant un groupe alkyle ; ou un groupe statistique -(CHR)pi-(CH2)m-(CHR')p2-, avec 1 pi + m + p2 10, et R et R' étant des groupes alkyles différents. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisée en ce qu'au moins l'un desdits groupes Ri ou R2 du composé de formule (I) est un groupe phényle. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le composé de formule (I) est le diphényléthane, le diphénylméthane ou le 1,2,3,4-tétrahydro-(1-phényléthyl)-naphtalène. 3045635 21 8. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le liquide diélectrique comprend au moins 50% en masse d'au moins un composé de formule (I), par rapport à la masse totale du liquide diélectrique. 9. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le rapport du nombre d'atomes de carbone aromatique sur le nombre total d'atomes de carbone dans le liquide diélectrique est supérieur ou égal à 0,6. 10. Composition selon l'une quelconque des revendications 10 précédentes, caractérisée en ce que le liquide diélectrique représente de 1% à 20% en masse, par rapport à la masse totale de la composition polymère. 11. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène comprend au moins un homopolymère ou un 15 copolymère de propylène P1, et au moins un homopolymère ou un copolymère d'oléfine a P2. 12. Composition selon la revendication 11, caractérisée en ce que le copolymère de propylène P1 est un copolymère de propylène et d'éthylène. 13. Composition selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce 20 que l'homopolymère ou copolymère de propylène P1 représente de 40 à 70% en masse du matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène. 14. Composition selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que l'homopolymère ou le copolymère d'oléfine a P2 est un copolymère hétérophasé comprenant une phase thermoplastique de type 25 propylène et une phase élastomère thermoplastique de type copolymère d'éthylène et d'une oléfine a, un polyéthylène ou un de leurs mélanges. 15. Composition selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que l'homopolymère ou copolymère d'oléfine a P2 représente de 30 à 60% en masse du matériau polymère thermoplastique. 3045635 22 16. Procédé de préparation de la composition polymère telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape i) de mélange d'un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène avec un liquide diélectrique tels que 5 définis à l'une quelconque des revendications 1 à 15. 17. Câble comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé, et au moins une couche électriquement isolante obtenue à partir d'une composition polymère telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 15. 18. Câble selon la revendication 17, caractérisé en ce que la couche électriquement isolante est une couche non réticulée. 19. Procédé de fabrication d'un câble électrique tel que défini à la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape 1) d'extrusion de la composition polymère telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 15 autour d'un élément électriquement conducteur allongé, pour obtenir une couche électriquement isolante entourant ledit élément électriquement conducteur allongé.