Description

Titre de l'invention : Procédé de fabrication d’un câble électrique présentant une conductivité thermique améliorée

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un câble comprenant au moins une couche électriquement isolante obtenue à partir d’une composition polymère comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène, au moins un liquide diélectrique, et au moins une charge inorganique thermiquement conductrice, ledit procédé mettant en œuvre le mélange de la charge inorganique thermiquement conductrice avec le liquide diélectrique pour former un liquide diélectrique chargé avant la mise en contact du liquide diélectrique avec ledit matériau polymère.

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), qu’ils soient en courant continu ou alternatif, dans les domaines du transport d’électricité aérien, sous-marin, terrestre, ou encore de l’aéronautique.

L’invention s’applique en particulier aux câbles électriques présentant une conductivité thermique améliorée.

Un câble de transport d’énergie à moyenne tension comprend de préférence, 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 électriquement conducteur allongé ;

- une couche électriquement isolante entourant ladite couche semi-conductrice interne ;

- une couche semi-conductrice externe entourant ladite couche isolante,

- éventuellement un écran électrique entourant ladite couche semi-conductrice externe, et

- éventuellement une gaine de protection électriquement isolante entourant ledit écran électrique. De la demande internationale WO2019072388A1 , est connu un câble comprenant une couche électriquement isolante obtenue à partir d’une composition polymère comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène et du nitrure de bore ayant une distribution de taille de particules D50 d’au plus 15 pm. Plus particulièrement, la couche électriquement isolante est fabriquée par imprégnation du liquide diélectrique dans le matériau polymère afin d’obtenir des granulés de matériau polymère imprégné dudit liquide diélectrique, mélange des granulés avec une poudre de nitrure de bore ayant une distribution de taille de particules D50 d’au plus 15 pm afin de former une composition polymère, puis extrusion de la composition polymère autour de l’âme du câble. Toutefois, les propriétés de conductivité thermique de la couche électriquement ainsi obtenue ne sont pas optimisées. Par ailleurs, l’incorporation du nitrure de bore ou d’autres charges inorganiques dans un matériau polymère est généralement difficile à mettre en œuvre de par la présence et/ou la formation d’agglomérats, ce qui rend le procédé parfois long et/ou nécessitant des appareillages spécifiques qui augmentent le coût de production du câble.

Le but de la présente invention est par conséquent de pallier les inconvénients des techniques de l’art antérieur en proposant un procédé de fabrication d’un câble électrique, notamment à moyenne tension, à base de polymère(s) de propylène, ledit procédé étant facile à mettre en œuvre, peu coûteux, ne nécessitant pas d’appareillages complexes, et pouvant conduire à un câble, pouvant fonctionner à des températures supérieures à 70°C, et présentant des propriétés de conductivité thermique améliorées, tout en garantissant de bonnes propriétés électriques, notamment en termes de rigidité diélectrique.

Le but est atteint par l’invention qui va être décrite ci-après.

L’invention a pour premier objet un procédé de fabrication d’un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé et au moins une couche électriquement isolante obtenue à partir d’une composition polymère comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène, au moins un liquide diélectrique, et au moins une charge inorganique thermiquement conductrice, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes : i) mélanger le liquide diélectrique avec la charge inorganique thermiquement conductrice, pour former un liquide diélectrique chargé, ii) mélanger le liquide diélectrique chargé avec le matériau polymère thermoplastique pour former une composition polymère, et iii) extruder la composition polymère autour de l’élément électriquement conducteur allongé.

Le procédé de l’invention est simple à mettre en œuvre, peu coûteux, et il ne nécessite pas d’appareillages complexes. Il permet par ailleurs d’obtenir un câble pouvant fonctionner à des températures supérieures à 70°C, et présentant des propriétés de conductivité thermique améliorées, tout en garantissant de bonnes propriétés électriques.

La dispersion de la charge inorganique thermiquement conductrice dans le liquide diélectrique lors de l’étape i), avant la mise en contact avec le matériau polymère thermoplastique selon l’étape ii), permet de favoriser la dispersion de la charge inorganique thermiquement conductrice au sein du matériau polymère, et d’améliorer la conductivité thermique de la couche ainsi obtenue.

L’étape i) comprend le mélange du liquide diélectrique avec la charge inorganique.

Cette étape i) peut être effectuée à une température allant 0°C environ 100°C environ, et de préférence de 20°C environ à 80°C environ. L’étape i) est généralement effectuée à température ambiante (i.e. de 15 à 35°C environ).

L’étape i) est avantageusement effectuée avec un mélangeur adapté pour mélanger une poudre dans un liquide, tel que par exemple un mélangeur avec turbo agitateur (bien connu sous l’anglicisme « turbomixer >>), un mélangeur planétaire, un dispositif de mélange continu tubulaire, et/ou un dispositif d’ultrasons.

Les mélangeurs avec turbo agitateur sont des agitateurs mécaniques cylindriques â haute vitesse, possédant généralement au moins un outil de malaxage (e.g. lame). Ils présentent la particularité de fonctionner généralement à des vitesses de rotations élevées, qui vont dépendre de leur taille. Des vitesses périphériques généralement utilisées vont de 20 à 50 m/sec ou des vitesses de 1800 à 2250 tours par minute. Un exemple de mélangeur planétaire peut être un mélangeur de type « speed mixer ». Ce type de mélangeur repose sur une double rotation d’un bol (à la place de lame(s)), avec des vitesses de rotation élevées telles que par exemple allant de 1800 à 2250 tours par minute. La combinaison de forces centrifuges sans présence d’outil de malaxage (e.g. lame) agit sur plusieurs niveaux et permet d’obtenir très rapidement un mélange sans bulle d’air. Un mélangeur approprié est par exemple le speed mixer vendu sous la dénomination commerciale « SPEEDMIXER DAC 400 FV ».

Cette étape i) peut durer de 5 min environ à 10 heures environ, et de préférence de 1 heure environ à 5 heures environ.

La charge inorganique thermiquement conductrice

À l’issue de l’étape i), la charge inorganique thermiquement conductrice peut représenter de 10% à 75% en poids environ, de préférence de 20% à 70% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 30% à 60% en poids environ par rapport au poids total du liquide diélectrique chargé (i.e. du liquide diélectrique et de la charge inorganique thermiquement conductrice). Au-delà de 75% de charge inorganique thermiquement conductrice dans le liquide diélectrique chargé, la charge inorganique thermiquement conductrice pénètre plus difficilement dans le liquide diélectrique.

La charge inorganique thermiquement conductrice peut avoir une conductivité thermique d’au moins 1 W/m.k environ à 20°C, et de préférence d’au moins 5 W/m.k environ à 20°C.

Dans la présence invention, la conductivité thermique est de préférence mesurée selon la méthode bien connue sous l’anglicisme « Transient Plane Source ou TPS ». De manière avantageuse, la conductivité thermique est mesurée à l’aide d’un appareil commercialisé sous la référence HOT DISK TPS 2500S par la société THERMOCONCEPT.

La charge inorganique thermiquement conductrice peut être choisie parmi les silicates, le nitrure de bore, les carbonates, les oxydes de métaux, et un de leurs mélanges, et de préférence parmi les silicates, les carbonates, les oxydes de métaux, et un de leurs mélanges. Un mélange des charges inorganiques thermiquement conductrices est de préférence un mélange de deux ou trois desdites charges inorganiques thermiquement conductrices.

Parmi les silicates, on peut citer les silicates d’aluminium, de calcium, ou de magnésium.

Les silicates d’aluminium sont préférés.

Les silicates d’aluminium peuvent être choisis parmi les kaolins et tout autre minéral ou argile comprenant majoritairement de la kaolinite.

Dans la présente invention, l’expression « tout autre minéral ou argile comprenant majoritairement de la kaolinite » signifie tout autre minéral ou argile comprenant au moins 50% en poids environ, de préférence au moins 60% en poids environ, et de préférence encore au moins 70% en poids environ, de kaolinite, par rapport au poids total du minéral ou de l’argile.

Les kaolins, en particulier le kaolin calciné, sont préférés.

Parmi les carbonates, on peut citer la craie, le carbonate de calcium (e.g. aragonite, vatérite, calcite, ou un mélange d’au moins deux des composés précités), le carbonate de magnésium, le calcaire, ou tout autre minéral comprenant majoritairement du carbonate de calcium ou du carbonate de magnésium.

Dans la présente invention, l’expression « tout autre minéral comprenant majoritairement du carbonate de calcium ou du carbonate de magnésium » signifie tout autre minéral comprenant au moins 50% en poids environ, de préférence au moins 60% en poids environ, et de préférence encore au moins 70% en poids environ, de carbonate de calcium ou de carbonate de magnésium, par rapport au poids total du minéral.

La craie et le carbonate de calcium sont préférés.

Parmi les oxydes de métaux, on peut citer l’oxyde d’aluminium, un oxyde d’aluminium hydraté, l’oxyde de magnésium, le dioxyde de silicium, ou l’oxyde de zinc.

Dans la présente invention, l’oxyde d’aluminium, également bien connu sous le nom « alumine », est un composé chimique de formule AI2O3. L’oxyde d’aluminium hydraté ou alumine hydratée peut être un oxyde d’aluminium monohydraté ou polyhydraté, et de préférence monohydraté ou tri hydraté.

À titre d’exemple d’oxyde d’aluminium monohydraté, on peut citer, la boéhmite, qui est le polymorphe gamma de AIO(OH) ou AI2O3.H2O ; ou la diaspore, qui est le polymorphe alpha de AIO(OH) ou AI2O3.H2O.

À titre d’exemple d’oxyde d’aluminium polyhydraté, et de préférence trihydraté, on peut citer, le gibbsite ou hydrargillite, qui est le polymorphe gamma de AI(OH)s ; la bayerite qui est le polymorphe alpha de AI(OH)3 ; ou la nordstrandite, qui est le polymorphe béta de AI(OH)s.

L’oxyde d’aluminium hydraté est également bien connu sous le nom « hydroxyde d’oxyde d’aluminium » ou « hydroxyde d’alumine ».

L’oxyde d’aluminium, l’oxyde de magnésium, et le dioxyde de silicium sont préférés.

L’oxyde d’aluminium (respectivement l’oxyde de magnésium) est de préférence un oxyde d’aluminium calciné (respectivement un oxyde de magnésium calciné).

Le dioxyde de silicium est de préférence de la silice pyrogénée, l’expression « silice pyrogénée » étant bien connue sous l’anglicisme « fumed silica ».

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, la charge inorganique thermiquement conductrice est choisie parmi les kaolins, la craie, un oxyde de magnésium calciné, de la silice pyrogénée, et un oxyde d’aluminium calciné.

La charge inorganique thermiquement conductrice peut être sous la forme de particules de dimension allant de 0,001 à 6 pm environ, de préférence de 0,02 à 2 pm environ, de façon particulièrement préférée de 0,050 à 1 ,5 pm environ, et de façon plus particulièrement préférée de 0,075 à 1 ,0 pm environ.

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée, la charge inorganique thermiquement conductrice est sous la forme de particules nanométriques, telles que par exemple des particules ayant au moins une de leurs dimensions allant de 1 à 800 nm environ, et de préférence allant de 1 à 500 nm environ, et de façon particulièrement préférée allant de 1 à 250 nm environ. L’utilisation de particules de charge inorganique thermiquement conductrice nanométriques permet d’améliorer la conductivité thermique de la composition polymère.

En considérant plusieurs particules de charge inorganique thermiquement conductrice selon l’invention, le terme « dimension » représente la distribution de tailles D50, cette distribution étant classiquement déterminée par des méthodes bien connues de l’homme du métier.

La dimension de la ou des particules thermiquement conductrices selon l’invention peut être par exemple déterminée par microscopie, notamment par microscope électronique à balayage (MEB), par microscope électronique transmission (MET), ou par diffraction laser.

La distribution des tailles D50 est de préférence mesurée par diffraction laser, par exemple à l’aide d’un granulomètre à diffraction de rayon laser. La distribution des tailles D50 indique que 50% en volume de la population des particules a un diamètre de sphère équivalente inférieure à la valeur donnée.

La charge inorganique thermiquement conductrice peut être « traitée » ou « non traitée », et de préférence « traitée ».

On entend par « charge inorganique thermiquement conductrice traitée » une charge inorganique thermiquement conductrice ayant subi un traitement de surface, ou en d’autres termes, une charge inorganique thermiquement conductrice traitée en surface. Ledit traitement de surface permet notamment de modifier les propriétés de surface de la charge inorganique thermiquement conductrice, par exemple pour améliorer la compatibilité de la charge inorganique thermiquement conductrice avec le matériau polymère thermoplastique.

Dans un mode de réalisation préféré, la charge inorganique thermiquement conductrice de l’invention est silanisée, ou en d’autres termes est traitée pour obtenir une charge inorganique thermiquement conductrice silanisée.

Le traitement de surface utilisé pour obtenir la charge inorganique thermiquement conductrice silanisée peut être un traitement de surface à partir d’au moins un composé silane (avec ou sans agent de couplage), ce type de traitement de surface étant bien connu de l’homme du métier. Ainsi, la charge inorganique thermiquement conductrice silanisée de l’invention peut comprendre à sa surface des groupements siloxane et/ou silane. Lesdits groupements peuvent être du type vinylsilane, alkylsilane, epoxysilane, methacryloxysilane, acryloxysilane, aminosilane ou mercaptosilane.

Le composé silane utilisé pour obtenir la charge inorganique thermiquement conductrice silanisée peut être choisi parmi :

- des alkyltriméthoxysilane ou des alkyltriéthoxysilane, tels que par exemple octadecyltriméthoxysilane (OdTMS - C18), octyl(triéthoxy)silane (OTES - C8), methyl triméthoxysilane, hexadecyl triméthoxysilane,

- des vinyltriméthoxysilane ou des vinyltriéthoxysilane,

- des méthacryloxylsilane ou des acryloxysilane, tels que par exemple 3- méthacryloxypropyl méthyldiméthoxysilane, 3-méthacryloxypropyl triméthoxysilane, 3-méthacryloxypropyl triméthoxysilane, 3-acryloxypropyl triméthoxysilane, et

- un de leurs mélanges.

La charge inorganique thermiquement conductrice peut avoir une surface spécifique selon la méthode BET allant de 1 à 1000 m ² /g environ, de préférence de 10 à 750 cm ² /g environ, et de façon particulièrement préférée de 50 à 500 m ² /g environ.

Dans la présente invention, la surface spécifique de la charge inorganique thermiquement conductrice peut être facilement déterminée selon la norme DIN 9277 (2010).

Le liquide diélectrique de l’étape i) peut comprendre au moins un liquide choisi parmi une huile minérale (e.g. huile naphténique, huile paraffinique ou huile aromatique), une huile végétale (e.g. huile de soja, huile de lin, huile de colza, huile de maïs ou huile de ricin), une huile synthétique telle qu’un hydrocarbure aromatique (alkylbenzène, alkylnaphtalène, alkylbiphényle, alkydiaryléthylène, etc...), une huile de silicone, un éther-oxyde, un ester organique, et un hydrocarbure aliphatique, et de préférence parmi une huile minérale (e.g. huile naphténique, huile paraffinique ou huile aromatique), une huile végétale (e.g. huile de soja, huile de lin, huile de colza, huile de maïs ou huile de ricin), une huile synthétique telle qu’un hydrocarbure aromatique (alkylbenzène, alkylnaphtalène, alkylbiphényle, alkydiaryléthylène, etc...), une huile de silicone, et un hydrocarbure aliphatique. Le liquide composant le liquide diélectrique est généralement liquide à 20-25°C environ.

Le liquide diélectrique peut comprendre au moins 70% en poids environ du liquide composant le liquide diélectrique, de préférence au moins 80% en poids environ, et de façon particulièrement préférée au moins 90% en poids environ du liquide composant le liquide diélectrique, par rapport au poids total du liquide diélectrique.

L’huile minérale est préférée en tant que liquide composant le liquide diélectrique.

Le liquide diélectrique comprend de façon particulièrement préférée au moins une huile minérale, et au moins un composé polaire de type benzophénone, acétophénone, ou un de leurs dérivés.

L’huile minérale est de préférence choisie parmi les huiles naphténiques et les huiles paraffiniques.

L’huile minérale est obtenue à partir du raffinage d’un brut pétrolier.

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, l’huile minérale comprend une teneur en carbone paraffinique (Cp) allant de 45 à 65% atomique environ, une teneur en carbone naphténique (Cn) allant de 35 à 55% atomique environ et une teneur en carbone aromatique (Ca) allant de 0,5 à 10% atomique environ.

Dans un mode de réalisation particulier, le composé polaire de type benzophénone, acétophénone ou un de leurs dérivés représente au moins 2,5% en poids environ, de préférence au moins 3,5% en poids environ, et de façon particulièrement préférée au moins 4% en poids environ, par rapport au poids total du liquide diélectrique. Le composé polaire permet d’améliorer la rigidité diélectrique de la couche électriquement isolante.

Le liquide diélectrique peut comprendre au plus 30% en poids environ, de préférence au plus 20% en poids environ, et encore plus préférentiellement au plus 15% en poids environ, de composé polaire de type benzophénone, acétophénone ou un de leurs dérivés, par rapport au poids total du liquide diélectrique. Cette quantité maximale permet de garantir des pertes diélectriques modérées, voire faibles (e.g. inférieures à 10’ ³ environ), et également d’éviter la migration du liquide diélectrique hors de la couche électriquement isolante. Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le composé polaire de type benzophénone, acétophénone ou un de leurs dérivés est choisi parmi la benzophénone, la dibenzosubérone, la fluorénone et l’anthrone. La benzophénone est particulièrement préférée.

Un ou plusieurs additifs peuvent faire partie des constituants du liquide diélectrique, du liquide diélectrique chargé, ou de la composition polymère.

Les additifs peuvent être choisis parmi des agents favorisant la mise en œuvre tels que des lubrifiants, des agents compatibilisants, des agents de couplage, des antioxydants, des agents anti-UV, des antioxydants, des agents anti-cuivre, des agents anti-arborescences d’eau, des pigments, et un de leurs mélanges.

Les antioxydants permettent de protéger la composition polymère des contraintes thermiques engendrées lors des étapes de fabrication du câble ou de fonctionnement du câble.

Les antioxydants sont choisis de préférence parmi les phénols encombrés, les thioesters, les antioxydants à base de soufre, les antioxydants à base de phosphore, les antioxydants de type amine, et un de leurs mélanges.

À titre d’exemples de phénols encombrés, on peut citer le 1 ,2-bis(3,5-di-tert-butyl-4- hydroxyhydrocinnamoyl) hydrazine (lrganox® MD 1024), le pentaérythritol tétrakis(3- (3,5-di-te/ï-butyl-4-hydroxyphényl)propionate) (Irganox® 1010), l’octadécyl 3-(3,5-di- te/ï-butyl-4-hydroxyphényl)propionate (Irganox® 1076), le 1 ,3,5-triméthyl-2,4,6- tris(3,5-di-te/7-butyl-4-hydroxybenzyl)benzène (Irganox® 1330), le 4,6-bis (octylthiométhyl)-o-crésol (Irgastab® KV10 ou Irganox® 1520), le 2,2’-thiobis(6-tert- butyl-4-méthylphénol) (Irganox® 1081), le 2,2’- thiodiéthylène bis[3-(3,5-di-tert-butyl- 4-hydroxyphényl) propionate] (Irganox® 1035), le tris (3,5-di-tert-butyl-4- hydroxybenzyl) isocyanurate (Irganox® 3114), le 2,2'-oxamido-bis(éthyl-3(3,5-di-te/'t- butyl-4-hydroxyphényle)propionate) (Naugard XL-1), ou le 2,2’-méthylènebis(6-te/7- butyl-4-méthylphénol).

À titre d’exemples d’antioxydants à base de soufre, on peut citer les thioéthers tels que le didodécyl-3,3'-thiodipropionate (Irganox® PS800), le distéaryl thiodipropionate ou dioctadecyl-3,3'-thiodipropionate (Irganox® PS802), le bis[2-méthyle-4-{3-n-alkyle (C12 ou C14) thiopropionyloxy}-5-te/7-butylphényl]sulfide, le thiobis-[2-tert-butyl-5- méthyle-4,1 -phénylène] bis [3-(dodécylthio)propionate], ou le 4,6- bis(octylthiométhyle)-o-crésol (Irganox® 1520 ou Irgastab® KV10).

À titre d’exemples d’antioxydants à base de phosphore, on peut citer le tris(2,4-di-tert-butyl-phényle)phosphite (Irgafos® 168) ou le bis(2,4-di-tert- butylphényl)pentaérythritol diphosphite (Ultranox® 626).

À titre d’exemples d’antioxydants de type amine, on peut citer les phénylène diamines (e.g. paraphénylènes diamines tels que 1 PPD ou 6PPD), les diphénylamine styrène, les diphénylamines, le 4-(1 -méthyl-1 -phényléthyl)-N-[4-(1 - méthyl-1 -phényléthyl)phényl]aniline (Naugard 445), les mercapto benzimidazoles, ou le 2,2,4-triméthyl-1 ,2 dihydroquinoline polymérisé (TMQ).

À titre d’exemples de mélanges d’antioxydants utilisables selon l’invention, on peut citer l’Irganox B 225 qui comprend un mélange équimolaire d’Irgafos 168 et d’Irganox 1010 tels que décrits ci-dessus.

L’antioxydant peut représenter de 3% à 25% en poids environ, et de préférence de 5% à 20% en poids environ, par rapport au poids total du liquide diélectrique.

À l’issue de l’étape i), le liquide diélectrique peut représenter de 25% à 90% en poids environ, de préférence de 30% à 80% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 40% à 70% en poids environ, par rapport au poids total du liquide diélectrique chargé (i.e. du liquide diélectrique et de la charge inorganique thermiquement conductrice).

Le procédé peut comprendre en outre avant l’étape i), une étape io) de préparation du liquide diélectrique.

Lors de l’étape io), le liquide diélectrique peut être préparé en mélangeant les différents constituants du liquide diélectrique.

L’étape io) peut alors être effectuée en mélangeant l’huile minérale avec le composé polaire.

L’étape io) peut être effectuée à une température allant de 20°C environ à 100°C environ, notamment afin de garantir un mélange homogène de l’huile minérale avec le composé polaire. Un ou plusieurs des additifs tels que définis dans l’invention peuvent être ajoutés lors de l’étape io), i) ou ii).

Lorsque l’additif est un antioxydant, il est préférentiellement ajouté lors de l’étape io).

En d’autres termes, l’étape io) comprend le mélange du liquide composant le liquide diélectrique, éventuellement du composé polaire, avec au moins un antioxydant.

Lorsque l’antioxydant est présent, l’étape io) comprend le mélange de l’huile minérale avec éventuellement le composé polaire, et avec l’antioxydant.

L’étape io) est optionnelle. En d’autres termes, les différents constituants du liquide diélectrique peuvent être mélangés à la charge inorganique thermiquement conductrice sans étape préalable io).

Etape ii)

L’étape ii) comprend le mélange du liquide diélectrique chargé obtenu à l’étape i) avec le matériau polymère thermoplastique, pour former la composition polymère.

Cette étape permet de mettre en contact le liquide diélectrique chargé, comprenant éventuellement un ou plusieurs additifs, avec le matériau polymère thermoplastique.

L’étape ii) est de préférence effectuée à une température allant de 170°C à 240°C environ, et de façon particulièrement préférée de 180°C à 220°C environ.

Selon un mode de réalisation particulier, lors de l’étape ii), le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène est utilisé en une quantité de sorte qu’il représente de 75% à 97% en poids environ, et de préférence de 80% à 95% en poids environ, par rapport au poids total de la composition polymère.

L’étape ii) est de préférence effectuée à l’aide d’une extrudeuse ou d’un mélangeur interne, et de préférence une extrudeuse.

L’extrudeuse comprend de préférence une vis.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’extrudeuse mettant en œuvre l’étape ii) du procédé de l’invention est une extrudeuse monovis. Elle comprend donc une unique vis.

L’extrudeuse peut être munie d’au moins une trémie d’alimentation connectée à l’extrudeuse et configurée pour introduire ou injecter des constituants dans l’extrudeuse. Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, l’étape ii) est réalisée selon les sous-étapes suivantes : ii-1) introduire le liquide diélectrique chargé [issu de l’étape i)] dans une extrudeuse au moyen d’une trémie d’alimentation, ii-2) introduire le matériau polymère thermoplastique, notamment sous la forme de granulés, dans l’extrudeuse au moyen de la trémie d’alimentation, ii-3) mélanger le liquide diélectrique chargé et le matériau polymère thermoplastique au sein de l’extrudeuse, afin de former la composition polymère, et ii-4) faire fondre le matériau polymère thermoplastique.

Au cours de l’étape ii), le liquide diélectrique chargé et le matériau polymère thermoplastique sont de préférence amenés dans une première zone de la vis, dénommée zone d’alimentation (sous-étapes ii-1 et ii-2)).

La zone d’alimentation ou première zone de la vis se situe notamment à l’entrée de l’extrudeuse.

Le mélange résultant peut ensuite être amené de la zone d’alimentation vers une ou plusieurs zones intermédiaires de la vis permettant le transport de la composition polymère vers la tête de l’extrudeuse située à la sortie de l’extrudeuse, et la fusion graduelle du matériau polymère thermoplastique (sous-étapes ii-3) et ii-4)).

La sous-étape ii-1) (respectivement la sous-étape ii-2) peut être mise en œuvre à une pression d’au plus 5 bars, de préférence d’au plus 3 bars, et de préférence d’au plus 1 ,5 bars. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la sous-étape ii- 1) (respectivement la sous-étape ii-2) est mise en œuvre à la pression atmosphérique, à savoir à une pression environ égale à 1 bar.

Avant la sous-étape ii-2) d’introduction du matériau polymère thermoplastique dans l’extrudeuse, ledit matériau polymère thermoplastique peut être préalablement chauffé à une température allant de 40°C à 100°C.

Selon un mode de réalisation préféré, les sous-étapes ii-1) et ii-2) sont concomitantes. En d’autres termes, le liquide diélectrique chargé est introduit en même temps que le matériau polymère thermoplastique sous forme solide dans la zone d’alimentation, à travers la trémie de l’extrudeuse.

Lors des sous-étapes ii-3) et ii-4), la composition polymère est amenée (de façon continue) de la zone d'alimentation vers une ou plusieurs zones intermédiaires de la vis permettant le transport de la composition vers la tête de l'extrudeuse située à la sortie de l'extrudeuse, et la fusion graduelle du polymère.

Les zones intermédiaires sont situées entre la zone d’alimentation et la tête d’extrudeuse.

Les zones intermédiaires peuvent comprendre une ou plusieurs zones de chauffe, permettant de contrôler la température dans l’extrudeuse.

L’état fondu (fusion) est atteint lorsque le matériau polymère thermoplastique est chauffé à une température supérieure ou égale à sa température de fusion.

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, les sous- étapes ii-3) et ii-4) sont concomitantes.

La sous-étape ii-4) [respectivement la sous-étape ii-3)] peut être effectuée à une température allant de 170°C à 240°C environ, et de façon particulièrement préférée de 180°C à 220°C environ.

La sous-étape ii-4) [respectivement la sous-étape ii-3)] peut être effectuée à une pression allant de 1 à 300 bars.

Le liquide diélectrique chargé et le matériau polymère thermoplastique peuvent être mis en contact dans la trémie d’alimentation ou dans l’extrudeuse, notamment dans la zone d’alimentation ; et de préférence dans la trémie d’alimentation.

La mise en contact du liquide diélectrique chargé et du matériau polymère thermoplastique peut être effectuée à une température allant de 15°C à 80°C environ, et de préférence à température ambiante.

Dans la présente invention, l’expression « température ambiante » signifie une température variant de 15 à 35°C environ, et de préférence variant de 20 à 25°C environ.

La mise en contact dudit liquide diélectrique chargé et dudit matériau polymère thermoplastique est de préférence réalisée à une pression d’au plus 5 bars, de préférence d’au plus 3 bars, et de préférence d’au plus 1 ,5 bars. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la mise en contact est réalisée la pression à la pression atmosphérique, à savoir environ égale à 1 bar. La sous-étape ii-3) ou la mise en contact du liquide diélectrique chargé et du matériau polymère thermoplastique ne comprend pas de préférence une étape d’imprégnation du matériau polymère thermoplastique par le liquide diélectrique. En d’autres termes, le liquide diélectrique n’est pas absorbé complètement par le matériau polymère thermoplastique, notamment avant la fusion du matériau polymère thermoplastique selon la sous-étape ii-4). En effet, une étape d’imprégnation conventionnelle est longue et requiert une quantité minimale de liquide diélectrique (10-15% environ par rapport à la masse totale de la composition polymère).

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, l’extrudeuse comprend une vis barrière et/ou un fourreau rainuré. L’utilisation d’un fourreau spécifique (i.e. fourreau rainuré) et/ou d’une vis spécifique (i.e. vis barrière) permet d’obtenir une composition homogène facile à extruder, tout en évitant ou limitant la formation de défauts de structure dans la couche électriquement isolante thermoplastique obtenue.

À l’issue de l’étape ii), le liquide diélectrique chargé forme un mélange intime avec le matériau polymère thermoplastique.

Le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène

Le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène peut comprendre un homopolymère ou un copolymère de propylène Pi, et de préférence un copolymère de propylène Pi.

L’homopolymère de propylène Pi a de préférence un module élastique allant de 1250 à 1600 MPa environ.

Dans la présente invention, le module élastique ou module d’Young d’un polymère (connu sous l’anglicisme « Tensile Modulus ») est bien connu de l’homme du métier, et peut être facilement déterminé selon la norme ISO 527-1 , -2 (2012). La norme ISO 527 présente une première partie, notée « ISO 527-1 », et une deuxième partie, notée « ISO 527-2 >> spécifiant les conditions d’essai relatives aux principes généraux de la première partie de la norme ISO 527.

L’homopolymère de propylène Pi peut représenter au moins 10% en poids, et de préférence de 15 à 30% en poids, par rapport au poids total du matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène. À titre d’exemples de copolymères de propylène Pi, on peut citer les copolymères de propylène et d’oléfine, l’oléfine étant notamment choisie parmi l’éthylène et une oléfine cci différente du propylène.

L’éthylène ou l’oléfine cci différente du propylène du copolymère de propylène et d’oléfine représente de préférence au plus 45% en mole environ, de façon particulièrement préférée au plus 40% en mole environ, et de façon plus particulièrement préférée au plus 35% en mole environ, par rapport au nombre de moles total de copolymère de propylène et d’oléfine.

Le pourcentage en mole d’éthylène ou d’oléfine ai dans le copolymère de propylène Pi peut être déterminé par résonance magnétique nucléaire (RMN), par exemple selon la méthode décrite dans Masson et al., Int. J. Polymer Analysis & Characterization, 1996, Vol.2, 379-393.

L’oléfine oci différente du propylène peut répondre à la formule CH2=CH-R ¹ , dans laquelle R ¹ est un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 2 à 12 atomes de carbone, notamment choisie parmi les oléfines suivantes : 1 -butène, 1-pentène, 4- méthyl-1-pentène, 1-hexène, 1-octène, 1 -décène, 1-dodécène, et un de leurs mélanges.

Les copolymères de propylène et d’éthylène sont préférés à titre de copolymère de propylène Pi.

Le copolymère de propylène Pi peut être un copolymère de propylène homophasique ou un copolymère de propylène hétérophasique, et de préférence un copolymère de propylène hétérophasique.

Dans l’invention, le copolymère de propylène homophasique Pi a de préférence un module élastique allant de 600 à 1200 MPa environ, et de façon particulièrement préférée allant de 800 à 1100 MPa environ.

Le copolymère de propylène homophasique Pi est avantageusement un copolymère statistique de propylène Pi.

L’éthylène ou l’oléfine oci différente du propylène du copolymère de propylène homophasique Pi représente de préférence au plus 20% en mole environ, de façon particulièrement préférée au plus 15% en mole environ, et de façon plus particulièrement préférée au plus 10% en mole environ, par rapport au nombre de moles total du copolymère de propylène homophasique P1.

L’éthylène ou l’oléfine α1 différente du propylène du copolymère de propylène homophasique Pi peut représenter au moins 1% en mole environ, par rapport au nombre de moles total de copolymère de propylène homophasique Pi.

À titre d’exemple de copolymère statistique de propylène Pi, on peut citer celui commercialisé par la société Borealis sous la référence Bormed® RB 845 MO ou celui commercialisé par la société Total Petrochemicals sous la référence PPR3221 .

Le copolymère de propylène hétérophasique (ou hétérophasé) Pi peut comprendre une phase thermoplastique de type propylène et une phase élastomère thermoplastique de type copolymère d’éthylène et d’une oléfine α2.

L’oléfine α2 de la phase élastomère thermoplastique du copolymère de propylène hétérophasique Pi peut être le propylène.

La phase élastomère thermoplastique du copolymère de propylène hétérophasique Pi peut représenter au moins 20% en poids environ, et de préférence au moins 45% en poids environ, par rapport au poids total du copolymère de propylène hétérophasique Pi.

Le copolymère de propylène hétérophasique Pi a de préférence un module élastique allant de 50 à 1200 MPa environ, et de façon particulièrement préférée : soit un module élastique allant de 50 à 550 MPa environ, et de façon plus particulièrement préférée allant de 50 à 300 MPa environ ; soit un module élastique allant de 600 à 1200 MPa environ, et de façon plus particulièrement préférée allant de 800 à 1200 MPa environ.

À titre d’exemple de copolymère de propylène hétérophasique, on peut mentionner le copolymère de propylène hétérophasique commercialisé par la société LyondelIBasell sous la référence Adflex® Q 200 F, ou le copolymère hétérophasique commercialisé par la société LyondelIBasell sous la référence Moplen EP®2967.

L’homopolymère ou le copolymère de propylène Pi peut avoir une température de fusion supérieure à 110°C environ, de préférence supérieure à 130°C environ, de façon particulièrement préférée supérieure à 135°C environ, et de façon plus particulièrement préférée allant de 140 à 170°C environ. L’homopolymère ou le copolymère de propylène Pi peut avoir une enthalpie de fusion allant de 20 à 100 J/g environ.

L’homopolymère de propylène Pi a de préférence une enthalpie de fusion allant de 80 à 90 J/g environ.

Le copolymère de propylène homophasique Pi a de préférence une enthalpie de fusion allant de 40 à 90 J/g environ, et de façon particulièrement préférée allant de 50 à 85 J/g.

Le copolymère de propylène hétérophasique Pi a de préférence une enthalpie de fusion allant de 20 à 50 J/g environ.

L’homopolymère ou le copolymère de propylène Pi peut avoir un indice de fluidité allant de 0,5 à 3 g/10 min ; notamment déterminé à 230°C environ avec une charge de 2,16 kg environ selon la norme ASTM D1238-00, ou la norme ISO 1133.

Le copolymère de propylène homophasique Pi a de préférence un indice de fluidité allant de 1 ,0 à 2,75 g/10 min, et de préférence encore allant de 1 ,2 à 2,5 g/10 min ; notamment déterminé à 230°C environ avec une charge de 2,16 kg environ selon la norme ASTM D1238-00, ou la norme ISO 1133.

Le copolymère de propylène hétérophasique Pi peut avoir un indice de fluidité allant de 0,5 à 3 g/10 min, et de préférence allant de 0,6 à 1 ,2 g/10 min environ ; notamment déterminé à 230°C environ avec une charge de 2,16 kg environ selon la norme ASTM D1238-00, ou la norme ISO 1133.

L’homopolymère ou le copolymère de propylène Pi peut avoir une densité allant de 0,81 à 0,92 g/cm ³ environ ; notamment déterminé selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).

Le copolymère de propylène Pi a de préférence une densité allant de 0,85 à 0,91 g/cm ³ , et de façon particulièrement préférée allant de 0,87 à 0,91 g/cm ³ ; notamment déterminé selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).

Le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène peut comprendre plusieurs copolymères de propylène Pi différents, notamment deux copolymères de propylène Pi différents, lesdits copolymères de propylène Pi étant tels que définis ci- dessus. En particulier, le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène peut comprendre un copolymère homophasique de propylène (en tant que premier copolymère de propylène Pi) et un copolymère de propylène hétérophasique (en tant que deuxième copolymère de propylène Pi), ou deux copolymères de propylène hétérophasiques différents.

Lorsque le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène comprend un copolymère de propylène homophasique et un copolymère de propylène hétérophasique, ledit copolymère de propylène hétérophasique a de préférence un module élastique allant de 50 à 300 Mpa environ.

Selon une forme de réalisation de l’invention, les deux copolymères de propylène hétérophasiques ont un module élastique différent. De préférence, le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène comprend un premier copolymère de propylène hétérophasique ayant un module élastique allant de 50 à 550 MPa environ, et de façon particulièrement préférée allant de 50 à 300 MPa environ ; et un deuxième copolymère de propylène hétérophasique ayant un module élastique allant de 600 à 1200 MPa environ, et de façon plus particulièrement préférée allant de 800 à 1200 MPa environ.

Avantageusement, les premier et deuxième copolymères de propylène hétérophasiques ont un indice de fluidité tel que défini dans l’invention.

Ces combinaisons de copolymères de propylène Pi peuvent permettre avantageusement d’améliorer les propriétés mécaniques de la couche électriquement isolante. En particulier, la combinaison permet d’obtenir des propriétés mécaniques optimisées de la couche électriquement isolante, notamment en termes d’élongation à la rupture, et de flexibilité ; et/ou permet de former une couche électriquement isolante plus homogène, notamment favorise la dispersion du liquide diélectrique dans le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène de ladite couche électriquement isolante.

Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le copolymère de propylène Pi ou les copolymères de propylène Pi lorsqu’il y en a plusieurs, représente(nt) au moins 50% en poids environ, de préférence de 55 à 90% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 60 à 85% en poids environ, par rapport au poids total du matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène. Le copolymère de propylène homophasique Pi peut représenter au moins 20% en poids, et de préférence de 25 à 70% en poids, par rapport au poids total du matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène.

Le copolymère de propylène hétérophasique Pi ou les copolymères de propylène hétérophasiques Pi lorsqu’il y en a plusieurs, peu(ven)t représenter de 5 à 95% en poids environ, de préférence de 25 à 90% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 60 à 80% en poids environ, par rapport au poids total du matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène.

Le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène peut comprendre en outre un homopolymère ou un copolymère d’oléfine P2.

Ledit homopolymère ou copolymère d’oléfine P2 est de préférence différent dudit homopolymère ou un copolymère de propylène Pi.

L’oléfine du copolymère d’oléfine P2 peut être choisie parmi l’éthylène et une oléfine α3 répondant à la formule CH2=CH-R ² , dans laquelle R ² est un groupe alkyle linéaire ou ramifié ayant de 1 à 12 atomes de carbone.

L’oléfine α3 est de préférence choisie parmi les oléfines suivantes : propylène, 1 - butène, isobutylène, 1 -pentène, 4-méthyl-1 -pentène, 1 -hexène, 1 -octène, 1 -décène, 1 -dodécène, et un de leurs mélanges.

L’oléfine α3 de type propylène, 1 -hexène ou 1 -octène est particulièrement préférée.

La combinaison de polymères Pi et P2 permet d’obtenir un matériau polymère thermoplastique présentant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de module élastique, et électriques.

L’homopolymère ou le copolymère d’oléfine P2 est de préférence un polymère d’éthylène.

Le polymère d’éthylène comprend de préférence au moins 80% en mole environ d’éthylène, de façon particulièrement préférée au moins 90% en mole environ d’éthylène, et de façon plus particulièrement préférée au moins 95% en mole environ d’éthylène, par rapport au nombre de moles total du polymère d’éthylène.

Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le polymère d’éthylène est un polyéthylène basse densité, un polyéthylène linéaire basse densité, un polyéthylène moyenne densité, ou un polyéthylène haute densité, et de préférence un polyéthylène haute densité ; notamment selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C). Le polyéthylène haute densité permet d’améliorer encore la conductivité thermique de la composition polymère.

Le polymère d’éthylène a de préférence un module élastique d’au moins 400 MPa, et de façon particulièrement préférée d’au moins 500 MPa.

Dans la présente invention, le module élastique ou module d’Young d’un polymère (connu sous l’anglicisme « Tensile Modulus ») est bien connu de l’homme du métier, et peut être facilement déterminé selon la norme ISO 527-1 , -2 (2012). La norme ISO 527 présente une première partie, notée « ISO 527-1 », et une deuxième partie, notée « ISO 527-2 >> spécifiant les conditions d’essai relatives aux principes généraux de la première partie de la norme ISO 527.

Dans la présente invention, l’expression « basse densité » signifie ayant une densité allant de 0,91 à 0,925 g/cm ³ environ, ladite densité étant mesurée selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).

Dans la présente invention, l’expression « moyenne densité >> signifie ayant une densité allant de 0,926 à 0,940 g/cm ³ environ, ladite densité étant mesurée selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).

Dans la présente invention, l’expression « haute densité » signifie ayant une densité allant de 0,941 à 0,965 g/cm ³ , ladite densité étant mesurée selon la norme ISO 1183A (à une température de 23°C).

Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, l’homopolymère ou copolymère d’oléfine P2 représente de 5 à 50% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 10 à 40% en poids environ, par rapport au poids total du matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène.

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l’invention, le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène comprend deux copolymères de propylène Pi tels qu’un copolymère de propylène homophasique et un copolymère de propylène hétérophasique ou deux copolymères de propylène hétérophasiques différents ; et un homopolymère ou copolymère d’oléfine P2 tel qu’un polymère d’éthylène. Cette combinaison de copolymères de propylène Pi et d’un homopolymère ou copolymère d’oléfine P2 permet d’améliorer encore les propriétés mécaniques de la couche électriquement isolante, tout en garantissant une bonne conductivité thermique.

Le matériau polymère thermoplastique de la composition polymère de la couche électriquement isolante du câble de l’invention est de préférence hétérophasé (i.e. il comprend plusieurs phases). La présence de plusieurs phases provient généralement du mélange de deux polyoléfines différentes, tel qu’un mélange de polymères de propylène différents ou un mélange d’un polymère de propylène et d’un polymère d’éthylène.

À l’issue de l’étape ii), une composition polymère comprenant au moins ledit matériau polymère thermoplastique, ledit liquide diélectrique, et ladite charge inorganique thermiquement conductrice est obtenue.

La composition polymère de la couche électriquement isolante de l’invention est une composition polymère thermoplastique. Elle n’est donc pas réticulable.

En particulier, la composition polymère ne comprend pas d’agents de réticulation, d’agents de couplage de type silane, de peroxydes et/ou d’additifs qui permettent une réticulation. En effet de tels agents dégradent le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène.

La composition polymère est de préférence recyclable.

La composition polymère peut comprendre au moins 1% en poids environ, de préférence au moins 2% en poids environ, de façon particulièrement préférée au moins 5% en poids environ, et de façon plus particulièrement préférée au moins 10% en poids environ, de charge inorganique thermiquement conductrice par rapport au poids total de la composition polymère.

La composition polymère peut comprendre au plus 50% en poids environ, de façon particulièrement préférée au plus 40% en poids environ, et de façon plus particulièrement préférée au plus 30% en poids environ, charge inorganique thermiquement conductrice par rapport au poids total de la composition polymère.

La composition polymère peut typiquement comprendre de 0,01 à 5% en poids environ, et de préférence de 0,1 à 2% en poids environ d’additifs, par rapport au poids total du matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène. Le liquide diélectrique représente de 1% à 20% en poids environ, de préférence de 2 à 15% en poids environ, et de façon particulièrement préférée de 3 à 12% en poids environ, par rapport au poids total de la composition polymère.

Le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène peut représenter au moins 50% en poids environ, de préférence au moins 70% en poids environ, et de façon particulièrement préférée au moins 80% en poids environ, par rapport au poids total de la composition polymère.

Etape iii)

À l’issue de l’étape ii) une composition polymère homogène est obtenue et elle peut être alors extrudée autour de l’élément électriquement conducteur allongé selon l’étape iii), pour obtenir une couche électriquement isolante (extrudée) entourant ledit élément électriquement conducteur allongé.

L’étape iii) peut être réalisée par des techniques bien connues de l’homme du métier, par exemple à l’aide d’une extrudeuse.

Lorsque l’étape ii) est effectuée au moyen d’une extrudeuse, l’étape iii) consiste à récupérer la composition polymère formée dans une ou plusieurs zones intermédiaires de l’extrudeuse et amenée au niveau de la tête de l’extrudeuse pour l’appliquer autour de l’élément électriquement conducteur allongé.

Lors de l’étape iii), la composition comprenant le matériau polymère thermoplastique à l’état fondu et le liquide diélectrique chargé passe notamment sous pression au travers d’une filière.

Lors de l’étape iii), la composition polymère en sortie d’extrudeuse est dite

« non réticulée », la température ainsi que le temps de mise en œuvre au sein de l’extrudeuse étant optimisés en conséquence.

En sortie d’extrudeuse, on obtient donc une couche extrudée autour dudit élément électriquement conducteur, pouvant être ou non, directement en contact physique avec ledit élément électriquement conducteur allongé.

Le procédé de l’invention ne comprend pas de préférence d’étape de réticulation de la couche obtenue à l’étape iii). En effet, les polymères de propylène se dégradent sous l’action d’une réticulation et/ou en présence d’agents de réticulation tels que des peroxydes. La couche électriquement isolante et/ou la ou les couche(s) semi-conductrice(s) du câble électrique de l’invention peuvent être obtenues par extrusion successive ou par co-extrusion.

Les différentes compositions peuvent être extrudées les unes à la suite des autres pour entourer de façon successive l'élément électriquement conducteur allongé, et ainsi former les différentes couches du câble électrique de l’invention.

Elles peuvent alternativement être extrudées concomitamment par co-extrusion à l’aide d’une unique tête d’extrudeuse, la co-extrusion étant un procédé bien connu de l’homme du métier.

Au cours de l’étape iii), la température au sein du dispositif d’extrusion est de préférence supérieure à la température de fusion du polymère majoritaire ou du polymère ayant la température de fusion la plus élevée, parmi les polymères utilisés dans la composition à mettre en œuvre.

Cette étape iii) peut être effectuée à une température allant de 180°C environ à 240°C environ, et de préférence allant de 190°C environ à 220°C environ.

La couche électriquement isolante

La couche électriquement isolante du câble de l’invention est une couche non réticulée ou en d’autres termes une couche thermoplastique.

Dans l’invention, l’expression « couche non réticulée » ou « couche thermoplastique » signifie une couche dont le taux de gel selon la norme ASTM D2765-01 (extraction au xylène) est d’au plus 30% environ, de préférence d’au plus 20% environ, de façon particulièrement préférée d’au plus 10% environ, de façon plus particulièrement préférence d’au plus 5%, et de façon encore plus particulièrement préférée de 0%.

Dans un mode de réalisation de l’invention, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une conductivité thermique d’au moins 0,30 W/m.K à 40°C, de préférence d’au moins 0,31 W/m.K à 40°C, de façon particulièrement préférée d’au moins 0,32 W/m.K à 40°C, de façon plus particulièrement préférée d’au moins 0,33 W/m.K à 40°C, de façon encore plus particulièrement préférée d’au moins 0,34 W/m.K à 40°C, et de façon encore plus particulièrement préférée d’au moins 0,35 W/m.K à 40°C. Dans un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une résistance à la traction (RT) d’au moins 8,5 MPa, de préférence d’au moins 10 MPa environ, et de façon particulièrement préférée d’au moins 15 MPa environ, avant vieillissement (selon la norme CEI 20- 86).

Dans un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une élongation à la rupture (ER) d’au moins 250% environ, de préférence d’au moins 300% environ, et de façon particulièrement préférée d’au moins 350% environ, avant vieillissement (selon la norme CEI 20-86).

Dans un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une résistance à la traction (RT) d’au moins 8,5 MPa, de préférence d’au moins 10 MPa environ, et de façon particulièrement préférée d’au moins 15 MPa environ, après vieillissement (selon la norme CEI 20- 86.

Dans un mode de réalisation particulier, la couche électriquement isolante, de préférence non réticulée, présente une élongation à la rupture (ER) d’au moins 250% environ, de préférence d’au moins 300% environ, et de façon particulièrement préférée d’au moins 350% environ, après vieillissement (selon la norme CEI 20-86).

La résistance à la traction (RT) et l’élongation à la rupture (ER) (avant ou après vieillissement) peuvent être effectués selon la Norme NF EN 60811-1-1 , notamment à l’aide d’un appareil commercialisé sous la référence 3345 par la société Instron.

Le vieillissement est généralement effectué à 135°C pendant 240 heures (ou 10 jours).

La couche électriquement isolante du câble de l’invention est de préférence une couche recyclable.

La couche électriquement isolante de l’invention peut être une couche extrudée, notamment par des procédés bien connus de l’homme du métier.

La couche électriquement isolante présente une épaisseur variable en fonction du type de câble envisagé. En particulier, lorsque le câble conforme à l’invention est un câble à moyenne tension, l’épaisseur de la couche électriquement isolante est typiquement de 4 à 5,5 mm environ, et plus particulièrement de 4,5 mm environ. Les épaisseurs précitées dépendent de la taille de l’élément électriquement conducteur allongé.

Dans la présente invention, on entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d’au plus 1 .10 ^-8 S/m (siemens par mètre), de préférence d’au plus 1 .10’ ⁹ S/m, et de façon particulièrement préférée d’au plus 1.10’ ¹⁰ S/m, mesurée à 25°C environ en courant continu.

La couche électriquement isolante de l’invention peut comprendre au moins le matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène, au moins la charge inorganique thermiquement conductrice, et le liquide diélectrique, les ingrédients précités étant tels que définis dans l’invention.

Les proportions des différents ingrédients dans la couche électriquement isolante peuvent être identiques à celles telles que décrites dans l’invention pour ces mêmes ingrédients dans la composition polymère.

Le câble de l’invention concerne plus particulièrement le domaine des câbles électriques fonctionnant en courant continu (DC) ou en courant alternatif (AC).

Le câble

La couche électriquement isolante de l’invention peut entourer l’élément électriquement conducteur allongé.

L’élément électriquement conducteur allongé est de préférence positionné au centre du câble.

L’élément électriquement conducteur allongé peut être un conducteur monocorps tel que par exemple un fil métallique ou un conducteur multicorps tel qu’une pluralité de fils métalliques torsadés ou non.

L’élément électriquement conducteur allongé peut être en aluminium, en alliage d’aluminium, en cuivre, en alliage de cuivre, ou en une de leurs combinaisons.

Selon une forme de réalisation préférée de l’invention, le câble électrique comprend :

- au moins une couche semi-conductrice entourant l’élément électriquement conducteur allongé, et

- une couche électriquement isolante telle que définie dans l’invention. La couche électriquement isolante a plus particulièrement une conductivité électrique inférieure à celle de la couche semi-conductrice. Plus particulièrement, la conductivité électrique de la couche semi-conductrice peut être au moins 10 fois supérieure à la conductivité électrique de la couche électriquement isolante, de préférence au moins 100 fois supérieure à la conductivité électrique de la couche électriquement isolante, et de façon particulièrement préférée au moins 1000 fois supérieure à la conductivité électrique de la couche électriquement isolante.

La couche semi-conductrice peut entourer la couche électriquement isolante. La couche semi-conductrice peut alors être une couche semi-conductrice externe.

La couche électriquement isolante peut entourer la couche semi-conductrice. La couche semi-conductrice peut alors être une couche semi-conductrice interne.

La couche semi-conductrice est de préférence une couche semi-conductrice interne.

Le câble électrique de l’invention peut en outre comprendre une autre couche semi- conductrice.

Ainsi, dans ce mode de réalisation, le câble de l’invention peut comprendre :

- au moins un élément électriquement conducteur allongé, de préférence positionné au centre du câble,

- une première couche semi-conductrice entourant l’élément électriquement conducteur allongé,

- une couche électriquement isolante entourant la première couche semi- conductrice, et

- une deuxième couche semi-conductrice entourant la couche électriquement isolante, la couche électriquement isolante étant telle que définie dans l’invention.

Dans la présente invention, on entend par « couche semi-conductrice >> une couche dont la conductivité électrique peut être strictement supérieure à 1 .10’ ⁸ S/m (siemens par mètre), de préférence d’au moins 1 .10’ ³ S/m, et de préférence peut être inférieure à 1.10 ³ S/m, mesurée à 25°C en courant continu.

Dans un mode de réalisation particulier, la première couche semi-conductrice, la couche électriquement isolante et la deuxième couche semi-conductrice constituent une isolation tricouche. En d’autres termes, la couche électriquement isolante est en contact physique direct avec la première couche semi-conductrice, et la deuxième couche semi-conductrice est en contact physique direct avec la couche électriquement isolante.

La première couche semi-conductrice (respectivement la deuxième couche semi- conductrice) est de préférence obtenue à partir d’une composition polymère comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène tel que défini dans l’invention, et éventuellement au moins une charge électriquement conductrice telle que définie dans l’invention.

La charge électriquement conductrice représente de préférence une quantité suffisante pour que la couche soit semi-conductrice.

De préférence, la composition polymère au moins 6% en poids environ de charge électriquement conductrice, de préférence au moins 10% en poids environ de charge électriquement conductrice, préférentiellement au moins 15% en poids environ de charge électriquement conductrice, et encore plus préférentiellement au moins 25% en poids environ de charge électriquement conductrice, par rapport au poids total de la composition polymère.

La composition polymère peut comprendre au plus 45% en poids environ de charge électriquement conductrice, et de préférence au plus 40% en poids environ de charge électriquement conductrice, par rapport au poids total de la composition polymère.

La charge électriquement conductrice peut être du noir de carbone.

La première couche semi-conductrice (respectivement la deuxième couche semi- conductrice) est de préférence une couche thermoplastique ou une couche non réticulée.

Le câble peut comprendre en outre une gaine extérieure de protection entourant la couche électriquement isolante (ou la deuxième couche semi-conductrice si elle existe).

La gaine extérieure de protection peut être en contact physique direct avec la couche électriquement isolante (ou la deuxième couche semi-conductrice si elle existe).

La gaine extérieure de protection peut être une gaine électriquement isolante. Le câble électrique peut comprendre en outre un écran électrique (e.g. métallique) entourant la deuxième couche semi-conductrice. Dans ce cas, la gaine électriquement isolante entoure ledit écran électrique et l’écran électrique est entre la gaine électriquement isolante et la deuxième couche semi-conductrice.

Cet écran métallique peut être un écran dit « filaire » composé d’un ensemble de conducteurs en cuivre ou en aluminium arrangé autour et le long de la deuxième couche semi-conductrice, un écran dit « rubané » composé d’un ou de plusieurs rubans métalliques conducteurs en cuivre ou en aluminium posé(s) éventuellement en hélice autour de la deuxième couche semi-conductrice ou un ruban métallique conducteur en aluminium posé longitudinalement autour de la deuxième couche semi-conductrice et rendu étanche grâce à de la colle dans les zones de chevauchement de parties dudit ruban, ou d’un écran dit « étanche » de type tube métallique composé éventuellement de plomb ou d’alliage de plomb et entourant la deuxième couche semi-conductrice. Ce dernier type d’écran permet notamment de faire barrière à l’humidité ayant tendance à pénétrer le câble électrique en direction radiale.

L’écran métallique du câble électrique de l’invention peut comprendre un écran dit « filaire » et un écran dit « étanche » ou un écran dit « filaire » et un écran dit « rubané >>.

Tous les types d’écrans métalliques peuvent jouer le rôle de mise à la terre du câble électrique et peuvent ainsi transporter des courants de défaut, par exemple en cas de court-circuit dans le réseau concerné.

D’autres couches, telles que des couches gonflantes en présence d’humidité peuvent être ajoutées entre la deuxième couche semi-conductrice et l’écran métallique, ces couches permettant d’assurer l’étanchéité longitudinale du câble électrique à l’eau.

Brève description des dessins

[Fig. 1] La figure 1 représente un dispositif pour la mise en œuvre d’un procédé conforme à 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. Sur la figure 1 , le dispositif 1 comprend un container 2 pouvant être alimenté par des granulés d’un matériau polymère thermoplastique choisi parmi un homo- et un copolymère de propylène, un container 3 pouvant être alimenté par un liquide diélectrique chargé (i.e. liquide diélectrique + charge inorganique thermiquement conductrice), une trémie d’alimentation 4 pouvant être alimentée à température ambiante par les granulés du matériau polymère thermoplastique contenus dans le container 2 et par le liquide diélectrique chargé contenu dans le container 3, et une extrudeuse 5 comprenant un fourreau rainuré 6 et/ou une vis barrière 7, ainsi qu’une tête d’extrudeuse 8. Les granulés du matériau polymère thermoplastique et le liquide diélectrique chargé sont introduits via la trémie d’alimentation 4 dans une zone d’alimentation 9 de la vis selon l’étape i), puis amenée de la zone d’alimentation 9 vers une ou plusieurs zones intermédiaires 10 permettant le transport de la composition polymère vers la tête de l’extrudeuse 8 située à la sortie de l’extrudeuse 5 et la fusion graduelle du matériau polymère thermoplastique, lesdites zones intermédiaires 10 étant situées entre la zone d’alimentation 9 et la tête d’extrudeuse 8. Enfin, au niveau de la tête d’extrudeuse 8, la composition polymère est appliquée autour d’un élément électriquement conducteur allongé.

Exemple

Un liquide diélectrique chargé L1 comprenant 50% en poids d’une huile minérale BNS28 de Nynas, et 50% en poids d’une alumine Timal 17 de Alteo a été préparé en mélangeant l’huile et l’alumine à température ambiante dans un mélangeur vendu sous la dénomination commerciale « SPEEDMIXER DAC 400 FV » à une vitesse de rotation allant de 1800 tours minute à 2250 tours minute. Le mélange provoque un échauffement de l’huile. L’alumine utilisée a une D50 de 400 nm environ, et une surface spécifique de 8 m ² /g environ.

Des tests de conductivité thermique ont été effectués sur le liquide diélectrique chargé obtenu, et par comparaison sur l’huile minérale sans alumine (également dénommé liquide diélectrique non chargé L0).

Le tableau ci-dessous montre les différentes conductivités thermiques obtenues. La conductivité thermique a été mesurée selon la méthode bien connue sous l’anglicisme « Transient Plane Source ou TPS » et à l’aide d’un appareil commercialisé sous la référence HOT DISK TPS 2500S par la société THERMOCONCEPT.

[Tableaux 1] Compositions polymères

Une couche conforme à l’invention, i.e. obtenue à partir d’une composition polymère C1 comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène, au moins un liquide diélectrique, et au moins une charge inorganique thermiquement conductrice a été préparée selon un procédé conforme à l’invention (avec préparation préalable d’un liquide diélectrique chargé). Pour comparaison, une couche non conforme à l’invention, i.e. obtenue à partir d’une composition polymère CO comprenant au moins un matériau polymère thermoplastique à base de polypropylène, au moins un liquide diélectrique, et au moins une charge inorganique thermiquement conductrice, a été préparée selon un procédé non conforme à l’invention (pas de préparation préalable d’un liquide diélectrique chargé).

Le tableau 2 ci-dessous rassemble les quantités des composés présents dans la composition polymère conforme à l’invention qui sont exprimées en pourcentages en poids, par rapport au poids total de la composition polymère.

[Tableaux 2]

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L’origine des composés du tableau 1 est la suivante :

- Copolymère de propylène statistique commercialisé par la société Total Petrochemicals sous la référence PPR3221 ;

- Copolymère de propylène hétérophasé commercialisé par la société Basell Polyolefins sous la référence Adflex® Q 200 F ;

- Polyéthylène de haute densité vendu sous la dénomination commerciale Eltex® A4009 MFN1325 par la société Ineos et dont la densité est de 0,960 g/cm ³ selon la norme ISO 1183A à une température de 23°C (MFI=0,9) ;

- Antioxydant commercialisé par la société Ciba sous la référence Irganox® B 225 comprenant un mélange équimolaire d’Irgafos® 168 et d’lrganox® 1010 ; et

- Liquide diélectrique comprenant 95,6% en poids d’une huile commercialisée par la société Nynas sous la référence BNS 28, et 4,4% en poids de benzophénone.

Couches non réticulées

Les constituants suivants : huile minérale, antioxydant et benzophénone des compositions polymères C0 et C1 référencées dans le tableau 2, sont dosés et mélangés sous agitation à 75°C environ, afin de former un liquide diélectrique.

Pour la préparation de la couche relative à la composition C1 , le liquide diélectrique ainsi obtenu est ensuite mélangé à la charge inorganique thermiquement conductrice à l’aide d’un mélangeur vendu sous la dénomination commerciale « SPEEDMIXER DAC 400 FV » à une vitesse de rotation allant de 1800 tours minute à 2250 tours minute et à température ambiante, pour former un liquide diélectrique chargé.

Le liquide diélectrique chargé est ensuite mélangé aux constituants suivants : copolymère de propylène hétérophasé, copolymère statistique de propylène, polyéthylène haute densité de la composition polymère référencée dans le tableau 2, dans un récipient. Puis, le mélange résultant est homogénéisé à l’aide d’une extrudeuse à double vis (« Berstorff twin screw extruder >>) à une température de 145 à 180°C environ, puis fondu à 200°C environ (vitesse des vis : 80 tours/min).

Le mélange homogénéisé et fondu est ensuite mis sous la forme de granulés.

Les granulés ont ensuite été pressés à chaud pour former une couche sous la forme d’une plaque.

On a ainsi préparé la composition polymère C1 sous la forme d’une couche de 8 mm d’épaisseur pour effectuer des mesures de conductivité thermique.

Pour la préparation de la couche relative à la composition CO, le liquide diélectrique n’a pas été préalablement mélangé à la charge inorganique thermiquement conductrice, avant ajout du matériau polymère thermoplastique. En d’autres termes, le liquide diélectrique obtenu est ensuite mélangé aux constituants suivants : copolymère de propylène hétérophasé, copolymère statistique de propylène, polyéthylène haute densité de la composition CO référencée dans le tableau 2 dans un récipient. Puis, le mélange résultant et la charge inorganique est homogénéisé à l’aide d’une extrudeuse à double vis (« Berstorff twin screw extruder ») à une température de 145 à 180°C environ, puis fondu à 200°C environ (vitesse des vis : 80 tours/min). Le mélange homogénéisé et fondu est ensuite mis sous la forme de granulés. Les granulés ont ensuite été pressés à chaud pour former une couche sous la forme d’une plaque.

On a ainsi préparé la composition polymère CO sous la forme d’une couche de 8 mm d’épaisseur pour effectuer des mesures de conductivité thermique.

Les résultats sont reportés dans le tableau 3 ci-dessous :

[Tableaux 3]

L’ensemble de ces résultats montre que la préparation préalable d’un liquide diélectrique chargé avant mise en contact avec le matériau polymère thermoplastique selon le procédé de l’invention améliore les propriétés de conductivité thermique de la couche de câble.