(1)Matériau isolant en polyéthylène réticulé à faible émission de fumée et sans halogène (XLPE):
Le matériau isolant XLPE est obtenu par mélange de polyéthylène (PE) et d'éthylène-acétate de vinyle (EVA) comme matrice de base, ainsi que de divers additifs tels que des retardateurs de flamme sans halogène, des lubrifiants, des antioxydants, etc., par un procédé de compoundage et de granulation. Après irradiation, le PE passe d'une structure moléculaire linéaire à une structure tridimensionnelle, passant ainsi d'un matériau thermoplastique à un plastique thermodurcissable insoluble.
Les câbles isolants XLPE présentent plusieurs avantages par rapport au PE thermoplastique ordinaire :
1. Résistance améliorée à la déformation thermique, propriétés mécaniques améliorées à haute température et résistance améliorée à la fissuration sous contrainte environnementale et au vieillissement thermique.
2. Stabilité chimique et résistance aux solvants améliorées, fluage à froid réduit et propriétés électriques préservées. Les températures de fonctionnement à long terme peuvent atteindre 125 °C à 150 °C. Après réticulation, la température de court-circuit du PE peut être portée à 250 °C, ce qui permet d'obtenir une capacité de transport de courant nettement supérieure pour des câbles de même épaisseur.
3. Les câbles isolés XLPE présentent également d'excellentes propriétés mécaniques, d'étanchéité et de résistance aux radiations, ce qui les rend adaptés à diverses applications, telles que le câblage interne des appareils électriques, les câbles de moteur, les câbles d'éclairage, les fils de commande de signaux basse tension automobiles, les fils de locomotive, les câbles de métro, les câbles miniers respectueux de l'environnement, les câbles de navire, les câbles de qualité 1E pour les centrales nucléaires, les câbles de pompe submersible et les câbles de transmission d'énergie.
Les orientations actuelles dans le développement des matériaux d'isolation XLPE comprennent les matériaux d'isolation de câbles électriques en PE réticulé par irradiation, les matériaux d'isolation aérienne en PE réticulé par irradiation et les matériaux de gaine en polyoléfine ignifuge réticulé par irradiation.
(2)Matériau isolant en polypropylène réticulé (XL-PP):
Le polypropylène (PP), plastique courant, présente des caractéristiques telles que la légèreté, l'abondance de matières premières, la rentabilité, une excellente résistance à la corrosion chimique, la facilité de moulage et la recyclabilité. Cependant, il présente des limites telles qu'une faible résistance mécanique, une faible résistance à la chaleur, une déformation par retrait importante, une faible résistance au fluage, une fragilité à basse température et une faible résistance au vieillissement thermique et à l'oxygène. Ces limitations ont limité son utilisation dans les applications de câblage. Les chercheurs ont travaillé à la modification des matériaux en polypropylène afin d'améliorer leurs performances globales, et le polypropylène modifié réticulé par irradiation (XL-PP) a efficacement surmonté ces limitations.
Les fils isolés XL-PP sont conformes aux tests de résistance à la flamme UL VW-1 et aux normes UL pour les fils à 150 °C. Dans la pratique, l'EVA est souvent mélangé au PE, au PVC, au PP et à d'autres matériaux pour ajuster les performances de la couche isolante du câble.
L'un des inconvénients du PP réticulé par irradiation est qu'il implique une réaction compétitive entre la formation de groupes terminaux insaturés par des réactions de dégradation et les réactions de réticulation entre les molécules stimulées et les radicaux libres de grosses molécules. Des études ont montré que le rapport entre les réactions de dégradation et de réticulation lors de la réticulation du PP par irradiation est d'environ 0,8 avec l'irradiation aux rayons gamma. Pour obtenir des réactions de réticulation efficaces dans le PP, des promoteurs de réticulation doivent être ajoutés. De plus, l'épaisseur effective de la réticulation est limitée par la capacité de pénétration des faisceaux d'électrons pendant l'irradiation. L'irradiation entraîne la production de gaz et de mousse, ce qui est avantageux pour la réticulation de produits minces, mais limite l'utilisation de câbles à parois épaisses.
(3) Matériau isolant en copolymère d'éthylène-acétate de vinyle réticulé (XL-EVA) :
Face à la demande croissante en matière de sécurité des câbles, le développement de câbles réticulés ignifuges sans halogène s'est rapidement développé. Comparé au PE, l'EVA, qui introduit des monomères d'acétate de vinyle dans sa chaîne moléculaire, présente une cristallinité plus faible, ce qui améliore sa flexibilité, sa résistance aux chocs, sa compatibilité avec les charges et ses propriétés de thermoscellage. En général, les propriétés de la résine EVA dépendent de la teneur en monomères d'acétate de vinyle de sa chaîne moléculaire. Une teneur plus élevée en acétate de vinyle améliore la transparence, la flexibilité et la résistance. La résine EVA présente une excellente compatibilité avec les charges et une excellente réticulabilité, ce qui la rend de plus en plus populaire dans les câbles réticulés ignifuges sans halogène.
La résine EVA, dont la teneur en acétate de vinyle est d'environ 12 à 24 %, est couramment utilisée pour l'isolation des fils et câbles. Dans les applications de câblage, l'EVA est souvent mélangé à du PE, du PVC, du PP et d'autres matériaux pour ajuster les performances de la couche isolante. Les composants EVA peuvent favoriser la réticulation, améliorant ainsi les performances du câble après réticulation.
(4) Matériau isolant en monomère d'éthylène-propylène-diène réticulé (XL-EPDM) :
Le XL-EPDM est un terpolymère composé d'éthylène, de propylène et de monomères diènes non conjugués, réticulés par irradiation. Les câbles XL-EPDM combinent les avantages des câbles isolés en polyoléfine et des câbles isolés en caoutchouc classiques :
1. Flexibilité, résilience, non-adhérence à haute température, résistance au vieillissement à long terme et résistance aux climats rigoureux (-60°C à 125°C).
2. Résistance à l'ozone, résistance aux UV, performance d'isolation électrique et résistance à la corrosion chimique.
3. Résistance à l'huile et aux solvants comparable à celle des isolants en caoutchouc chloroprène à usage général. Produit à l'aide d'équipements courants d'extrusion à chaud, il est économique.
Les câbles isolés XL-EPDM ont une large gamme d'applications, y compris, mais sans s'y limiter, les câbles d'alimentation basse tension, les câbles de navire, les câbles d'allumage automobile, les câbles de commande pour compresseurs de réfrigération, les câbles mobiles miniers, les équipements de forage et les dispositifs médicaux.
Les principaux inconvénients des câbles XL-EPDM comprennent une faible résistance à la déchirure et de faibles propriétés adhésives et auto-adhésives, ce qui peut affecter le traitement ultérieur.
(5) Matériau isolant en caoutchouc de silicone
Le caoutchouc de silicone possède une flexibilité et une excellente résistance à l'ozone, aux décharges corona et aux flammes, ce qui en fait un matériau idéal pour l'isolation électrique. Son application principale dans l'industrie électrique concerne les fils et câbles. Les fils et câbles en caoutchouc de silicone sont particulièrement adaptés aux environnements exigeants et à hautes températures, avec une durée de vie nettement supérieure à celle des câbles standard. Parmi les applications courantes, on trouve les moteurs haute température, les transformateurs, les générateurs, les équipements électroniques et électriques, les câbles d'allumage des véhicules de transport, ainsi que les câbles d'alimentation et de commande marins.
Actuellement, les câbles isolés en caoutchouc de silicone sont généralement réticulés soit à pression atmosphérique avec de l'air chaud, soit à la vapeur haute pression. Des recherches sont également en cours sur l'utilisation de l'irradiation par faisceau d'électrons pour la réticulation du caoutchouc de silicone, bien que cette méthode ne soit pas encore répandue dans l'industrie du câble. Grâce aux récentes avancées de la technologie de réticulation par irradiation, cette dernière offre une alternative moins coûteuse, plus efficace et plus écologique aux matériaux isolants en caoutchouc de silicone. L'irradiation par faisceau d'électrons ou d'autres sources de rayonnement permet d'obtenir une réticulation efficace de l'isolant en caoutchouc de silicone tout en permettant de contrôler la profondeur et le degré de réticulation pour répondre aux exigences spécifiques de l'application.
Par conséquent, l'application de la technologie de réticulation par irradiation aux matériaux isolants en caoutchouc de silicone est très prometteuse pour l'industrie des fils et câbles. Cette technologie devrait réduire les coûts de production, améliorer l'efficacité de la production et contribuer à la réduction des impacts environnementaux négatifs. Les futurs travaux de recherche et développement pourraient favoriser l'utilisation de la technologie de réticulation par irradiation pour les matériaux isolants en caoutchouc de silicone, les rendant ainsi plus largement applicables à la fabrication de fils et câbles hautes performances et haute température dans l'industrie électrique. Cela offrira des solutions plus fiables et durables pour divers domaines d'application.
Date de publication : 28 septembre 2023