(1)Matériau isolant en polyéthylène réticulé à faible émission de fumée et sans halogène (XLPE):
Le matériau isolant XLPE est produit par mélange de polyéthylène (PE) et d'acétate d'éthylène-vinyle (EVA) formant la matrice de base, auquel sont ajoutés divers additifs tels que des retardateurs de flamme sans halogène, des lubrifiants, des antioxydants, etc., par un procédé de compoundage et de granulation. Après traitement par irradiation, le PE passe d'une structure moléculaire linéaire à une structure tridimensionnelle, devenant ainsi un plastique thermodurcissable insoluble.
Les câbles isolés en XLPE présentent plusieurs avantages par rapport au PE thermoplastique ordinaire :
1. Meilleure résistance à la déformation thermique, propriétés mécaniques améliorées à haute température et meilleure résistance 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, permettant ainsi 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 moteurs, les câbles d'éclairage, les câbles de commande de signaux basse tension automobiles, les câbles de locomotives, les câbles de métro, les câbles miniers respectueux de l'environnement, les câbles de navires, les câbles de classe 1E pour les centrales nucléaires, les câbles de pompes submersibles et les câbles de transmission d'énergie.
Les orientations actuelles en matière de développement de matériaux d'isolation XLPE comprennent les matériaux d'isolation pour câbles d'alimentation en PE réticulé par irradiation, les matériaux d'isolation aériens en PE réticulé par irradiation et les matériaux de gainage en polyoléfine ignifuge réticulé par irradiation.
(2)Matériau isolant en polypropylène réticulé (XL-PP):
Le polypropylène (PP), plastique courant, présente des avantages tels que sa légèreté, l'abondance de ses matières premières, son faible coût, son excellente résistance à la corrosion chimique, sa facilité de moulage et sa recyclabilité. Cependant, il souffre de limitations telles qu'une faible résistance mécanique, une faible résistance à la chaleur, un retrait important, une faible résistance au fluage, une fragilité à basse température et une faible résistance au vieillissement thermique et à l'oxygène. Ces limitations ont restreint son utilisation dans la fabrication de câbles. Les chercheurs s'efforcent de modifier le polypropylène afin d'améliorer ses performances globales, et le polypropylène modifié par réticulation par irradiation (XL-PP) a permis de surmonter efficacement ces limitations.
Les câbles isolés XL-PP répondent aux tests de flamme UL VW-1 et aux normes UL pour les câbles à 150 °C. Dans la pratique, l'EVA est souvent mélangé à du PE, du PVC, du PP et d'autres matériaux pour ajuster les performances de la couche isolante.
L'un des inconvénients du polypropylène réticulé par irradiation réside dans la compétition entre la formation de groupements terminaux insaturés par dégradation et les réactions de réticulation entre les molécules excitées et les radicaux libres de grande taille. Des études ont montré que le rapport entre les réactions de dégradation et de réticulation lors de la réticulation du polypropylène par irradiation gamma est d'environ 0,8. Pour obtenir une réticulation efficace, l'ajout de promoteurs de réticulation est nécessaire. De plus, l'épaisseur de réticulation effective est limitée par le pouvoir de pénétration du faisceau 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 son utilisation pour les câbles à parois épaisses.
(3) Matériau isolant en copolymère d'éthylène-acétate de vinyle réticulé (XL-EVA) :
Face à la demande croissante de sécurité des câbles, le développement de câbles réticulés ignifuges sans halogène a connu une croissance rapide. Comparé au PE, l'EVA, qui intègre des monomères d'acétate de vinyle dans sa chaîne moléculaire, présente une cristallinité plus faible, ce qui lui confère une flexibilité, une résistance aux chocs, une compatibilité avec les charges et des propriétés de thermoscellage améliorées. De manière générale, les propriétés de la résine EVA dépendent de sa teneur en monomères d'acétate de vinyle. Une teneur plus élevée en acétate de vinyle se traduit par une transparence, une flexibilité et une ténacité accrues. Grâce à son excellente compatibilité avec les charges et à sa capacité de réticulation, la résine EVA est de plus en plus utilisée dans la fabrication de câbles réticulés ignifuges sans halogène.
La résine EVA, contenant environ 12 % à 24 % d'acétate de vinyle, est couramment utilisée pour l'isolation des fils et câbles. Dans la pratique, l'EVA est souvent mélangée à du PE, du PVC, du PP et d'autres matériaux afin d'ajuster les performances de la couche isolante. Les composants de l'EVA peuvent favoriser la réticulation, améliorant ainsi les performances du câble après réticulation.
(4) Matériau isolant monomère d'éthylène-propylène-diène réticulé (XL-EPDM) :
L'XL-EPDM est un terpolymère composé de monomères d'éthylène, de propylène et de diènes non conjugués, réticulés par irradiation. Les câbles en XL-EPDM combinent les avantages des câbles isolés en polyoléfine et des câbles classiques isolés en caoutchouc.
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, performances d'isolation électrique et résistance à la corrosion chimique.
3. Résistance aux huiles et aux solvants comparable à celle des isolants en caoutchouc chloroprène d'usage courant. Sa fabrication par extrusion à chaud, à l'aide d'équipements courants, est économique.
Les câbles isolés XL-EPDM ont une large gamme d'applications, notamment les câbles d'alimentation basse tension, les câbles pour navires, les câbles d'allumage automobile, les câbles de commande pour compresseurs frigorifiques, les câbles mobiles pour l'exploitation minière, les équipements de forage et les dispositifs médicaux.
Les principaux inconvénients des câbles XL-EPDM incluent une faible résistance à la déchirure et de faibles propriétés adhésives et auto-adhésives, ce qui peut affecter les traitements ultérieurs.
(5) Matériau isolant en caoutchouc silicone
Le caoutchouc silicone possède une grande 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 silicone sont particulièrement adaptés aux environnements exigeants et à haute température, et leur durée de vie est nettement supérieure à celle des câbles standards. On les retrouve fréquemment dans les moteurs haute température, les transformateurs, les générateurs, les équipements électroniques et électriques, les câbles d'allumage des véhicules et les câbles d'alimentation et de commande marins.
Actuellement, la réticulation des câbles isolés en caoutchouc silicone est généralement réalisée soit par pression atmosphérique avec de l'air chaud, soit par injection de vapeur haute pression. Des recherches sont également en cours sur l'utilisation de l'irradiation par faisceau d'électrons pour la réticulation du caoutchouc silicone, bien que cette technique ne soit pas encore répandue dans l'industrie du câble. Grâce aux récents progrès de la technologie de réticulation par irradiation, une alternative plus économique, plus efficace et plus respectueuse de l'environnement est proposée pour les matériaux d'isolation en caoutchouc silicone. L'irradiation par faisceau d'électrons, ou d'autres sources de rayonnement, permet une réticulation efficace de l'isolation en caoutchouc silicone, tout en offrant la possibilité de contrôler la profondeur et le degré de réticulation afin de répondre aux exigences spécifiques de chaque application.
Par conséquent, l'application de la technologie de réticulation par irradiation aux matériaux isolants en caoutchouc silicone présente un potentiel considérable pour l'industrie des fils et câbles. Cette technologie devrait permettre de réduire les coûts de production, d'améliorer l'efficacité de la production et de contribuer à la réduction des impacts environnementaux négatifs. Les futurs efforts de recherche et développement pourraient favoriser l'utilisation de la réticulation par irradiation pour les matériaux isolants en caoutchouc silicone, élargissant ainsi leur champ d'application à la fabrication de fils et câbles haute performance et haute température pour l'industrie électrique. Il en résultera des solutions plus fiables et durables pour divers domaines d'application.
Date de publication : 28 septembre 2023