Brevet FR3079067A1 — publié le 20190920

Câble électrique comprenant une couche polymérique facilement pelable La présente invention se rapporte à un câble électrique comprenant 5 une couche polymérique facilement pelable, notamment une couche semiconductrice facilement pelable. Elle s'applique typiquement, mais non exclusivement, aux domaines des câbles d'énergie à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieur à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 10 800 kV), qu'ils soient à courant continu ou alternatif. Du document WO 2016/097819 est connu un câble électrique comportant une couche semi-conductrice pelable comprenant notamment un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA) en quantité majoritaire, et du noir de carbone. 15 Toutefois, même si cette couche semi-conductrice est pelable, elle ne présente pas de très bonnes propriétés de résistance à la déformation par des forces mécaniques à température élevée. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant un câble électrique comprenant au 20 moins une couche semi-conductrice, présentant une résistance améliorée à la déformation par des forces mécaniques à température élevée, tout en garantissant une très bonne pelabilité. La présente invention a pour objet un câble électrique comprenant au moins un conducteur électrique allongé, une couche électriquement isolante 25 entourant le conducteur électrique allongé, et une couche semi-conductrice entourant la couche électriquement isolante, la couche semi-conductrice comprenant au moins une charge conductrice, notamment en quantité suffisante pour rendre la couche semi-conductrice, caractérisée en ce que la couche semi-conductrice comprend en outre au moins un polymère d'éthylène 30 non polaire ayant une température Vicat d'au moins 100°C. Un autre objet de l'invention concerne un câble électrique comprenant au moins un conducteur électrique allongé, une couche électriquement isolante entourant le conducteur électrique allongé, et une couche semi- 2 conductrice entourant la couche électriquement isolante, caractérisée en ce que la couche semi-conductrice est obtenue à partir d'une composition semiconductrice comprenant : - au moins un polymère d'éthylène non polaire ayant une température 5 Vicat d'au moins 100°C, - au moins une charge conductrice, notamment en quantité suffisante pour rendre la composition semi-conductrice. Grâce à l'invention, la couche semi-conductrice présente de très bonnes propriétés de résistance à la déformation par des forces mécaniques, 10 notamment en configuration opérationnelle du câble à des températures élevées, pouvant être de l'ordre de 100°C ou au-delà. Plus particulièrement, la couche semi-conductrice du câble de l'invention est en mesure de fonctionner à des températures pouvant être d'au moins de 100°C, en limitant de façon significative, voire en évitant, la 15 déformation de la structure ou géométrie du câble, et garantissant ainsi son bon fonctionnement en configuration opérationnelle. La couche semi-conductrice présente avantageusement un allongement sous charge à chaud pouvant aller de 0 à 20%, de préférence de 0 à 10%, et de préférence de 0 à 5%. 20 Dans la présente invention, l'allongement sous charge à chaud est déterminé selon le test de la norme NF EN 60811-507 (Décembre 2012). Ce test est réalisé avec une charge de 0,2 MPa à une température de 110°C. De préférence, la couche semi-conductrice peut présenter un allongement résiduel selon cette norme compris entre -10% et +10% (bornes 25 incluses), et de préférence entre -5% et +5% (bornes incluses). En outre, la couche semi-conductrice présente l'avantage d'être une couche facilement pelable. Dans la présente invention, la couche semi-conductrice de l'invention est une couche dite « pelable », afin d'avoir notamment facilement accès à la 30 couche sous-jacente ou aux couches sous-jacentes, et/ou au conducteur électrique allongé. A ce titre, la couche semi-conductrice du câble de la présente invention peut avoir une force de pelabilité comprise entre 4 et 45 3 Newton (N) (bornes incluses), selon la méthode de mesure définie dans la norme I EC 60502-2 (février 2014). Dans la présente invention, l'expression « non polaire » signifie que le polymère de ce type ne comporte pas de fonctions polaires, telles que par 5 exemple des groupements acétates, acrylates, hydroxyles, nitriles, carboxyles, carbonyles, ou tous autres groupements à caractère polaire bien connus dans l'art antérieur. Ceci exclut notamment les copolymères d'éthylènes du type copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), copolymère d'éthylène et de butyle acrylate (EBA), copolymère d'éthylène et d'éthyle acrylate (EEA), 10 copolymère d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA), ou copolymère d'éthylène et d'acide acrylique (EAA). Dans la présente invention, la température Vicat, ou en d'autres termes la température de ramollissement Vicat (bien connu sous l'anglicisme « Vicat softening temperature »), peut être facilement déterminée selon la 15 norme ISO 306 Méthode A (2013). Le polymère d'éthylène non polaire de l'invention peut avoir de préférence une température Vicat d'au moins 105°C, de préférence d'au moins 110°C, de préférence d'au moins 115°C, et de façon particulièrement préférée d'au moins 120°C. 20 La couche semi-conductrice de l'invention est de préférence une couche thermoplastique, ou en d'autres termes une couche non réticulée. Ainsi, même si le test de la norme NF EN 60811-507 (Décembre 2012) est classiquement utilisé pour une couche réticulée, ce test est également utilisé dans le cadre de l'invention pour déterminer l'allongement sous charge 25 à chaud de la couche semi-conductrice du câble de l'invention, notamment lorsque cette couche est du type thermoplastique. On entend par « couche non réticulée » ou « couche thermoplastique » une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d'au plus 20%, de préférence d'au plus 10%, de préférence d'au 30 plus 5%, et de façon particulièrement préférée de 0%. La couche semi-conductrice du câble électrique de l'invention peut en outre comprendre avantageusement plus de 50,0 (3/0 en poids d'un ou de 4 plusieurs polymère(s) d'éthylène non polaire(s), par rapport au poids total de polymère(s) dans la couche semi-conductrice. La composition semi-conductrice peut en outre comprendre plus de 50,0 (3/0 en poids d'un ou de plusieurs polymère(s) d'éthylène non polaire(s), 5 par rapport au poids total de polymère(s) dans la composition semiconductrice. Dans la présente invention, le polymère d'éthylène non polaire peut être choisi parmi un homopolymère d'éthylène, un copolymère d'éthylène, et un de leurs mélanges. 10 De préférence, le polymère d'éthylène non polaire de l'invention, notamment lorsqu'il est un copolymère d'éthylène, peut comprendre au moins 80% en poids d'éthylène, et de préférence au moins 90% en poids d'éthylène, par rapport au poids total du polymère d'éthylène non polaire dans la couche semi-conductrice et/ou dans la composition semi-conductrice. 15 La quantité d'éthylène dans le polymère d'éthylène non polaire peut être facilement déterminée par des techniques bien connues de l'homme du métier, notamment par spectroscopie RMN (résonance magnétique nucléaire) et/ou spectroscopie IR (infrarouge). Le polymère d'éthylène non polaire peut être choisi parmi un polymère 20 haute densité (HDPE), un polymère moyenne densité (MDPE), un polymère basse densité (LDPE), un polymère linéaire basse densité (LLDPE), et un de leurs mélanges. On entend par « haute densité » une densité pouvant aller de 0,941 à 0,965 g/cm3, selon la norme ISO 1183 (à une température de 23°C). 25 On entend par « moyenne densité » une densité pouvant aller de 0,926 à 0,940 g/cm3, selon la norme ISO 1183 (à une température de 23°C). On entend par « basse densité » une densité pouvant aller de 0,910 à 0,925 g/cm3, selon la norme ISO 1183 (à une température de 23°C). Le polymère d'éthylène non polaire peut être obtenu par un procédé de 30 polymérisation dans un réacteur tubulaire à haute pression, ou dans un réacteur autoclave ou dans un réacteur basse pression utilisant un des procédés de polymérisation bien connus dans l'art. Le polymère d'éthylène non polaire conforme à l'invention peut être un copolymère d'éthylène comprenant un comonomère de type alpha-oléfine, notamment en 03-012, de préférence en 03-010, et de façon particulièrement préférence en 04-08. 5 Plus particulièrement, le comonomère de type alpha-oléfine peut être choisi parmi le propylène, le 4-méthyle-1-pentène, le 1-butène, le 1-hexène, le 1-octène. En outre, le copolymère d'éthylène non polaire peut comprendre un comonomère de type diène. Le comonomère de type diène peut être choisi parmi l'éthylidène norbornène, le dicylopentadiène, le vinyle norbornène et l'hexadiène 1-4. Ce type de copolymère d'éthylène peut être notamment un terpolym ère d'éthylène-propylène, comme par exemple le copolymère d'éthylène, de propylène et de diène (EPDM). On préférera utiliser comme copolymère d'éthylène, un copolymère 15 d'éthylène et d'hexène, un copolymère d'éthylène et d'octène, et/ou un copolymère d'éthylène et de butène. Typiquement, le copolymère d'éthylène non polaire peut être obtenu à partir de la copolymérisation de l'éthylène avec ladite alpha-oléfine, en présence d'un catalyseur Ziegler-Natta, d'un catalyseur d'oxyde métallique ou 20 d'un catalyseur à site unique. On préférera utiliser un catalyseur à site unique comme par exemple un catalyseur métallocène bien connu de l'homme du métier. On appelle couramment un copolymère obtenu par ce type de copolymérisation un copolym ère m étallocène. 25 Les copolymères d'éthylène non polaires « métallocènes » ont des structures moléculaires plus régulières (i.e. ayant une distribution de masse moléculaire « étroite », aussi appelé polymère « à faible polydispersité ») ce qui leur confère d'excellentes propriétés mécaniques, notamment un excellent allongement à la rupture, même en présence de charges à des taux 30 importants. En outre, les copolymères d'éthylène non polaires « métallocènes » ont un degré de pureté plus élevé par rapport aux résidus de catalyseurs se trouvant dans le copolymère après sa fabrication, comparé aux copolymères 6 d'éthylène non polaires obtenus par des procédés de polymérisation utilisant des catalyseurs de type Ziegler-Natta ou oxyde métallique. Ainsi, les copolymères d'éthylène non polaires métallocènes résistent mieux aux dégradations thermiques (i.e. stress thermique) et au vieillissement 5 par fissuration (connu sous l'anglicisme ESCR pour « Environmental Stress Cracking Resistance») que des copolymères d'éthylène non polaires avec un taux sensiblement identique de cristallinité obtenus par un procédé de copolymérisation différent. La couche semi-conductrice du câble de l'invention, ou la composition 10 semi-conductrice, peut comprendre un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène non polaire(s), pouvant notamment être du type copolymère d'éthylène et d'une alpha-oléfine en 03-012, de préférence en 03-010, et de façon particulièrement préférence en 04-08. Selon un mode de réalisation particulier, la couche semi-conductrice, ou la composition semi-conductrice, peut comprendre au moins un premier copolymère d'éthylène non polaire, et au moins un deuxième copolymère d'éthylène non polaire, le premier copolymère d'éthylène non polaire étant plus particulièrement différent du deuxième copolymère d'éthylène non polaire. Selon une première variante, le premier copolymère d'éthylène est un copolymère d'éthylène et d'une alpha-oléfine en Cx, et le deuxième copolymère d'éthylène est un copolymère d'éthylène et d'une alpha-oléfine en CY, avec : - x et y étant respectivement un nombre entier supérieur ou égal à 1, 25 de préférence supérieur ou égal à 3, et de façon particulièrement préférée supérieur ou égal à 4, et - x > y. De préférence, x et y sont des nombres entiers d'au plus 12, de préférence d'au plus 10, et de façon particulièrement préférée d'au plus 8. 30 Selon une deuxième variante, le premier copolymère d'éthylène est un copolymère d'éthylène et d'une alpha-oléfine en Cx, et le deuxième copolymère d'éthylène est un copolymère d'éthylène et d'une alpha-oléfine en CY, avec : 7 - x et y étant respectivement un nombre entier supérieure ou égal à 1, de préférence supérieur ou égal à 3, et de façon particulièrement préférée supérieur ou égal à 4, et - x REVENDICATIONS1. Câble électrique (1) comprenant au moins un conducteur électrique allongé (2), une couche électriquement isolante (4) entourant le conducteur électrique allongé (2), et une couche semi-conductrice (5) entourant la couche électriquement isolante (4), la couche semi- conductrice (5) comprenant au moins une charge conductrice, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend en outre au moins un polymère d'éthylène non polaire ayant une température Vicat, selon la norme ISO 306, d'au moins 100°C. 2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit polymère d'éthylène non polaire comprend au moins 80% en poids d'éthylène par rapport au poids total du polymère d'éthylène. 3. Câble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend plus de 50,0 (3/0 en poids d'un ou de plusieurs polymère(s) d'éthylène non polaire(s), par rapport au poids total de polymère(s) dans la couche semi-conductrice. 4. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère d'éthylène non polaire est choisi parmi un homopolymère d'éthylène, un copolymère d'éthylène, et un de leurs mélanges. 5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend un ou plusieurs polymère(s) d'éthylène non polaire(s) du type copolymère d'éthylène et d'une alpha-oléfine en C3-C12, de préférence en C3-C10, et de façon particulièrement préférence en C4-C8. 6. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend au moins un premier copolymère d'éthylène non polaire, et au moins un deuxième copolymère d'éthylène non polaire. 7. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend au moins un 29 polymère d'éthylène non polaire avec une densité allant de 0,926 à 0,940 g/cm3. 8. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend : 5 - au moins un polymère d'éthylène non polaire du type copolymère d'éthylène et d'hexène, et - au moins un polymère d'éthylène non polaire du type copolymère d'éthylène et d'octène ou copolymère d'éthylène et de butène. 9. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend plus de 50,0 (3/0 en poids de polymère(s) par rapport au poids total de la couche semi-conductrice. 10.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend plus de 15 50,0 (3/0 en poids de polymère(s) d'éthylène non polaire(s) par rapport au poids total de la couche semi-conductrice. 11 .Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend au moins 20,0 (3/0 en poids de polymère(s) d'éthylène non polaire(s) ayant une 20 température Vicat d'au moins 100°C, par rapport au poids total de la couche semi-conductrice. 12.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend au moins 30,0 (3/0 en poids de polymère(s) d'éthylène non polaire(s) ayant une 25 température Vicat d'au moins 100°C, par rapport au poids total de polymère(s) dans la couche semi-conductrice. 13.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que de la couche semi-conductrice comprend de 4 à 40% en poids de charge conductrice par rapport au poids total de la 30 couche semi-conductrice. 30 14.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice est une couche thermoplastique. 15.Câble électrique (1) comprenant au moins un conducteur électrique 5 allongé (2), une couche électriquement isolante (4) entourant le conducteur électrique allongé (2), et une couche semi-conductrice (5) entourant la couche électriquement isolante (4), caractérisé en ce que la couche semi-conductrice (5) est obtenue à partir d'une composition semi-conductrice comprenant au moins un polymère d'éthylène non 10 polaire ayant une température Vicat, selon la norme ISO 306, d'au moins 100°C, et au moins une charge conductrice. 16.Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble comprend en outre une autre couche semi-conductrice (3) entourant le conducteur électrique (2), et étant 15 entourée par la couche électriquement isolante (4). 17.00mposition semi-conductrice comprenant : - au moins un polymère d'éthylène non polaire ayant une température Vicat, selon la norme ISO 306, d'au moins 100°C, - plus de 50,0 (3/0 en poids d'un ou de plusieurs polymère(s) 20 d'éthylène non polaire(s), par rapport au poids total de polymère(s) dans la composition semi-conductrice, et - au moins une charge conductrice.