Brevet FR3067164A1 — publié le 20181207

T T D'UN OU PORC PROTECT7-L PER-HYDROPHOBE Domaine technique Le domaine de l'invention est celui des isolateurs électriques pour haute tension ou très haute tension, tels que les isolateurs de lignes électriques réalisés avec un matériau diélectrique choisi parmi le verre ou la porcelaine et ayant une surface extérieure munie d'un revêtement protecteur hydrophobe à base d'oxyde de zinc pour présenter une insensibilité améliorée à la pollution. Technique antérieure Il est connu que les isolateurs de lignes électriques aériennes haute ou très haute tension sont soumis à la pollution de l'air et des pluies, d'origine naturelle ou industrielle, et que des particules de matières diverses peuvent se déposer sur la surface extérieure de ces isolateurs jusqu'à former une couche de saleté. Lorsque la couche de saleté devient humide, elle peut se transformer en électrolyte conducteur ce qui peut donner naissance à un courant de fuite superficiel à la surface extérieure de l'isolateur, pouvant conduire à un court circuit et entraîner l'interruption de l'isolement électrique. Une première solution pour réduire l'intensité du courant de fuite, est d'augmenter la distance d'amorçage en ajoutant en série des isolateurs électriques de sorte à rallonger la ligne de fuite que doit parcourir le courant de fuite. 3067164 2 Une autre solution est de réduire l'effet conducteur de la couche de saleté déposée sur la surface extérieure en recouvrant la surface d'un isolateur électrique d'un revêtement en élastomère silicone hydrophobe. 5 Les documents US2005/0209384 et EP1905046 décrivent une méthode pour traiter de cette façon un isolateur électrique en matériau composite afin d'obtenir une surface extérieure hydrophobe. Le document de brevet EP0126984 divulgue un 10 isolateur électrique en un matériau choisi parmi le verre ou la porcelaine et ayant une surface hydrophobe munie d'un revêtement de protection contre la pollution à base d'oxyde de zinc. Toutefois ce revêtement hydrophobe à base d'oxyde de 15 zinc ne convient que dans des zones de pollution légère. Exposé de l'invention Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de traitement d'un isolateur électrique pour 20 haute ou très haute tension, réalisé en un matériau choisi parmi le verre ou la porcelaine et ayant une surface extérieure qui présente une insensibilité améliorée à la pollution en ayant une surfa ext:ieure à base d'oxyde de zinc présentant des caract isti os de 25 super hydrophobicité. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement d'un composant en un matériau choisi parmi le verre ou la porcelaine et ayant une surface extérieure munie d'un revêtement protecteur hydrophobe à base 30 d'oxyde de zinc, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de traitement suivantes : 3067164 un premier traitement consistant à accrocher de la terre de diatomée sur la surface extérieure du composant pour augmenter sa rugosité, un second traitement consistant à poser sur la 5 surface extérieure du composant à r- ité augmentée le revêtement protecteur hydrophobe base 'e de zinc, un troisième traitement consistant à faire croitre sur le revêtement protecteur à la surface extérieure 10 du composant des plots d'oxyde de zinc ayant une hauteur comprise entre lpm et 8pm, et un quatrième traitement consistant à placer le composant avec sa surface extérieure munie de plots d'oxyde de zinc dans un four à une température 15 comprise entre 250 et 350°c et pendant une durée comprise entre 4 et 15 heures pour obtenir un revêtement protecteur super hydrophobe. Le procédé selon l'invention peut présenter les 20 particularités suivantes : le premier traitement peut être réalisé par pulvérisation sur la surface extérieure du composant d'une solution aqueuse comprenant un mélange de 25 particules de verre et de terre de diatomée ; le premier traitement peut être réalisé par trempage/retrait du composant dans une solution aqueuse comprenant un mélange de particules de verre et de terre 30 de diatomée ; 3067164 4 - le premier traitement peut être suivi d'un traitement thermique selon lequel le composant avec sa surface extérieure à rugosité augmentée est placé dans un four à une température comprise entre 600°C et 700°C et pendant 5 une durée comprise entre 30 minutes et 4 heures ; le second traitement peut être réalisé par trempage/retrait du composant dans une solution d'acétate de zinc dans de l'éthanol ; 10 - le procédé peut comprendre en outre avant ledit troisième traitement, un traitement thermique (selon lequel ledit composant avec son revêtement protecteur hydrophobe est placé dans un four à une température 15 comprise entre 250 et 350°C et pendant une durée comprise entre 5 minutes et 15 heures; - le troisième traitement peut être réalisé sous agitation dans un bain d'une solution aqueuse d'acétate 20 de zinc et d'he: -thyltétramine chauffée entre 70°C et 90°C pendant une durée comprise entre 15 minutes et 5 heures, de préférence dans un bain chauffé à 80°C pendant une durée comprise entre 2 heures et 4 heures ; 25 - les particules de verre peuvent avoir de préférence une taille inférieure à 100pm. Le procédé selon l'invention peut s'appliquer avantageusement à un composant électrotechnique comme un 30 isolateur électrique pour haute ou très haute tension. Description sommaire des dessins 3067164 5 La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels : 5 - la figure 1 illustre une chaine d'isolateurs électriques en verre pour ligne électrique haute ou très haute tension ; - la figure 2 montre plus particulièrement un r.Tant électrotechnique de la chaine illustrée 10 sur la figure 1, c'est-à-dire un isolateur électrique pour haute ou très haute tension sur lequel s'applique avantageusement le procédé selon l'invention ; - la figure 3 illustre les différentes étapes de 15 traitement du procédé selon l'invention ; - la figure 4 est une image réalisée au microscope à balayage électronique de la surface extérieure d'un isolateur en verre à rugosité augmentée, après traitement selon le procédé de l'invention 20 - la figure 5 est une image réalisée au microscope à bal - électronique de la surface extérieure vue en )upe transversale d'un isolateur en verre munie de plots d'oxyde de zinc, après traitement 25 selon le procédé de l'invention. Description des modes de réalisation Le pr e de traitement selon l'invention s'applique à .es composants en un matériau diélectrique 30 choisi parmi le verre ou la porcelaine, plus particulièrement des composants électrotechniques 3067164 6 isolants électriquement comme des isolateurs électriques pour haute ou très haute tension. La figure 1 illustre à titre d'exemple une chaine 1 d'isolateurs électriques pour ligne électrique 2 à haute 5 ou très haute tension en suspension sur un pylône 3 et la figure 2 montre un composant 4 de la chaine illustrée sur la figure 1 qui est un isolateur électrique réalisé en verre trempé et dont la surface extérieure 5 est revêtue zinc présentant des d'une protection à base d'oxyde de 10 propriétés de super hydrophobicitë. .1 le procédé de l'invention, l'isolateur 4 ici en verrL trempé après la phase de moulage du verre est soumis à un premier traitement de surface 101 consistant à augmenter la ru.. ité de la surface extérieure 5 de 15 l'isolateur 4. Pour cela une solution aqueuse comprenant un mélange de particules de verre 6 et de terre de diatomée 7 est pulvérisée sur la surface extérieure 5 de l'isolateur 4 lequel est placé dans un four chauffé à une température 20 entre 40°C et 80°C. La solution aqueuse comprend par litre d'eau par exemple 150g de particules de verre 6 broyé de taille inférieure à 100pm et 100g de terre de diatomée 7 de formes et de dimensions variables. 25 Selon l'invention, le premier traitement de surface 101 peut être aussi réalisé par trempac/retrait de l'isolateur 4 dans la solution aqueuse d- rticules de verre 6 et de terre de diatomée 7. Selon l'invention, l'isolateur 4 subit ensuite un 30 premier traitement thermique 102 à haute température selon lequel l'isolateur 4 est placé dans un four chauffé à une t..In _roture entre 600°C et 700°C et p: ut une 3067164 7 durée entre 30 minutes et 4 heures, de préférence à 650°C pendant une durée d'une heure minimum. Ce premier traitement thermique 102 permet de faire fondre les particules de verre 6 déposées sur la surface 5 extérieure 5 de l'isolateur 4 et de réaliser l'accroche d'une couche de terre de diatomée 7, cette couche de terre de diatomées 7 augmentant la rugosité de la surface extérieure 5 de l'isolateur 4. L'isolateur 4 est ensuite soumis à un second 10 traitement de surface 103 selon lequel une couche d'oxyde de zinc est déposée sur la surface extérieure 5 à rugosité augmentée. Pour cela une solution d'acétate de zinc de concentration comprise entre 0,001 et 0,1 mol.L , de 15 préférence à 0,005 mol.L-1 est préparée dans de l'éthanol. L'isolateur 4 est trempé dans la solution alcoolique d'acétate de zinc pendant quelques secondes puis retiré de la solution d'acétate de zinc. 20 L'isolateur 4 est alors ensuite séché à l'air ambiant. Selon l'invention, l'étape de trempage-retrait peut être répétée plusieurs fois si nécessaire. Selon l'invention, la solution alcoolique d'acétate 25 de zinc peut aussi être pulvérisée sur la surface extérieure 5 de l'isolateur 4. L'isolateur 4 subit ensuite un second traitement thermique 104 en étant place dans un four chauffe à une température comprise entre 250°C et 350°C et pendant une .urée entre 5 minutes et 15 heures. 3067164 8 Ce traitement thermique est nécessaire pour réaliser l'accroche en surface du revêtement protecteur à base d' ' de zinc déposé. L'isolateur 4 sorti du four est refroidi avant 5 d'être soumis à un troisième traitement de surface 105 et ensuite à un troisième traitement thermique 106. Le troisième traitement de surface 105 consiste à faire croitre s plot d'oxyde de zinc 8 sur la couche d'accroche à Z .e le zinc. 10 Selon l'invention, les plots d'oxyde de zinc 8 peuvent présenter avantageusement une hauteur comprise entre lpm et 8pm, de préférence entre 3gm et 411m. Pour cela, l'isolateur 4 est d'abord mis pendant une durée comprise entre 15 minutes et 5 heures, de 15 préférence pendant une durée d'environ 2h, sous agitation dans un bain d'une solution aqueuse d'un mélange d'acétate de zinc et d'hexamethyltétramine, avec des concentrations de réactifs compris entre 0,001 mol.L 1 et 0,1 mol.L 1, préférablement équimolaire à 0.01 mol.L 1, le 20 mélange étant préalablement chauffée entre 70°C et 90°C, de préférence chauffée à 80°C. Puis l'isolateur 4 est rincé à l'eau distillée et séché à l'air libre ambiant avant d'être soumis au traitement thermique 106 dans un four chauffé à une 25 température comprise entre 250°C et 350°C pendant une durée comprise entre 4 heures et 15 heures. A l'issue du troisième traitement de surface 105 et du troisième traitement thermique 106, la surface extérieure 5 de l'isolateur 4 présente des propriétés de uper-hydrophobicité. 3067164 9 La super-hydrophobicité a été caractérisée en déposant une goutte d'eau sur la surface extérieure 5 de l'isolateur 4. Cette goutte d'eau présente un angle de contact de 5 goutte supérieur à 1500, et la goutte d'eau roule sur la surface inclinée, avant que cette surface atteigne une inclinaison de 10°. Les figures 4 et 5 sont des images au microscope à balayage électronique prises à la surface extérieure 5 de 10 l'isolateur 4 respectivement à l'issue des étapes 101 et 102, 105 et 106 du procédé illustré sur la figure Sur la figure 4, on observe à la surface extérieure 5 suite aux étapes de traitement 101 et 102, la présence de particules de verre 6 fondues (boules de calcin), et 15 de terre de diatomée 7. Sur la figure 5, on observe à la surface extérieure 5 de l'isolateur 4 après les étapes 105 et 106, la présence de plots d'oxyde de zinc 8. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'un composant (4) en un matériau choisi parmi le verre ou la porcelaine et ayant 5 une surface extérieure (5) munie d'un revêtement protecteur hydrophobe à base d'oxyde de zinc, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de traitement suivantes : un premier traitement (101) consistant à accrocher de la terre de diatomée (7) sur ladite surface 10 extérieure (5) dudit composant pour augmenter sa rugosité, un second traitement (103) consistant à poser sur ladite surface extérieure (5) dudit composant (4) à rugosité augmentée ledit revêtement protecteur 15 hydrophobe à base d'oxyde de zinc, un troisième traitement (105) consistant à faire croitre sur ledit revêtement protecteur à ladite surface extérieure (5) dudit composant (4) des plots d'oxyde de zinc (8) ayant une hauteur comprise entre 20 lum et 8pm, - et un quatrième traitement (106) consistant à placer ledit composant (4) avec sa surface extérieure munie desdits plots d'oxyde de zinc (8) dans un four à une température comprise entre 250 et 350°C et pendant 25 une durée comprise entre 4 et 15 heures pour obtenir un revêtement protecteur super hydrophobe. 2. Procédé de traitement selon la revendication 1, térisé en ce que ledit premier traitement (101) est 30 r-alisë par pulvérisation sur ladite surface extérieure (5) dudit composant (4) d'une solution aqueuse comprenant 3067164 11 un mélange de particules de verre (6) et de terre de diatomée (7). 3. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier traitement (101) est réalisé par trempage/retrait dudit composant (4) dans une solution aqueuse comprenant un mélange de particules de verre (6) et de terre de diatomée (7). 4. Procédé de traitement selon la revendication 1, ca en ce que ledit premier traitement (101) est suivi d'un traitement thermique (102) selon lequel ledit composant (4) avec sa surface extérieure à rugosité augmentée est placé dans un four à une température comprise entre 600°C et 700°C et pendant une durée comprise entre 30 minutes et 4 heures. 5. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second traitement (103) est 20 réalisé par trempage/retrait dudit composant (4) dans une solution d'acétate de zinc dans de l'éthanol. tement selon la revendication 1, 6. Procéc- de trai caractéri n ce q 25 troisième traitement selon lequel ledit protecteur hydropt température comprise durée comprise entre u' il comprend en outre avant ledit (105) un traitement thermique (104) cpmposant (4) avec son revêtement .st placé dans un four à une -.ritre 250 et 350°C et pendant une 5 minutes et 15 heures. 30 7. Procédé de traitement selon la revendication 1, en ce que ledit troisième traitement (105) 3067164 12 est réalisé sous agitation dans un bain d'une solution aqueuse d'acétate de zinc et d'hexamethyltetramine chauffée entre 70°C et 90°C pendant une durée comprise entre 15 minutes et 5 heures, de préférence dans un bain 5 chauffé à 80°C pendant une durée comprise entre 2 heures et 4 heures. 8. Procédé de traitement selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites particules de verre 10 (6) ont une taille inférieure à 100pm. 9. Procédé de traitement selon l'une des rev dications précédentes, caractérisé en ce que ledit iont (4) est un c 4 ant électrotechnique, en particulier un 15 isolateur électrique pour haute ou très haute tension.