FRUn composé de revêtement sans halogène et à faible dégagement de fumée contient généralement 55 à 65 pour cent en poids de trihydroxyde d'aluminium ou de dihydroxyde de magnésium. Lorsque ce minéral n’est pas complètement désaggloméré et mouillé par le polymère fondu, le câble semble toujours parfait sur la bobine. Le problème apparaît plus tard : un test de densité de fumée raté, une fissuration lors d'un pliage à froid ou une lente chute de la résistance d'isolation après un vieillissement accéléré.
C’est pourquoi les composés pour câbles électriques doivent être compris comme un produit conjoint de formulation et de processus. La recette fixe l'objectif ; la ligne de mélange décide si le pellet le délivre réellement. La géométrie des vis, l'alimentation latérale des charges, le contrôle de la température et un système de granulation adapté déterminent ensemble la qualité de la dispersion, le niveau d'humidité et la cohérence d'un lot à l'autre.
Cet article détaille les principales familles de composés, les exigences de performances qu'elles doivent respecter, les points où la composition échoue le plus souvent et les éléments à vérifier lorsque vous spécifiez une ligne de production.
Ce qui compte comme composé de câble électrique
Le terme couvre tous les systèmes polymères techniques utilisés à l'intérieur ou autour d'un câble : l'isolation des conducteurs, les écrans semi-conducteurs, les composés de literie et la gaine extérieure. Ces familles diffèrent beaucoup plus par la charge en charge que par le polymère de base, et ce seul fait détermine la décision d'équipement.
| Famille composée | Polymère de base typique | Fonction principale | Niveau de remplissage ou d'additif |
|---|---|---|---|
| Isolation et gaine PVC | PVC avec plastifiant | Câblage général, cordons flexibles | 20-50 pce de carbonate de calcium plus plastifiant |
| Isolation électrique XLPE | LDPE ou PE greffé silane | Isolation moyenne et haute tension | Moins de 2 pour cent (antioxydant, agent de réticulation) |
| Gaine HFFR / LSZH | Mélanges EVA, LLDPE, EPDM | Gaine ignifuge à faible dégagement de fumée | 55 à 65 % d'ATH ou de MDH |
| Blindage semi-conducteur | Copolymère EVA ou EBA | Écran conducteur autour du conducteur et de l'isolation | 30 à 40 pour cent de noir de carbone conducteur |
| Vestes spécialisées | TPU, PA12, PBT | Résistance à l'abrasion, à l'huile et aux coupures | 5 à 25 pour cent d'additifs |
La conséquence pratique est qu’une seule ligne convient rarement à tous. Une machine construite pour un remplissage à 60 % d'ATH a des exigences d'alimentation, de couple et de protection contre l'usure très différentes de celles d'une isolation XLPE non chargée, et la commutation entre les deux sans changement de configuration de vis coûte généralement plus de rebuts que d'économies de planification.
Les exigences de performance auxquelles un composé doit satisfaire
Les normes de câble se traduisent par une liste fixe d’objectifs mesurables. Un composé qui manque l'un d'entre eux ne passera pas l'homologation de type, même s'il fonctionne correctement sur l'extrudeuse.
- Rigidité diélectrique et résistivité volumique, vérifiées avant et après vieillissement à l'eau.
- Ignifugation, exprimée par l'indice limite d'oxygène et confirmée par des tests d'incendie sur un seul brûleur.
- Densité et toxicité des fumées, exigences déterminantes pour les qualités LSZH et HFFR utilisées dans les tunnels, les gares, les hôpitaux et les centres de données.
- Dégagement de gaz acide halogène, mesuré selon les normes CEI 60754 et EN 50267 pour les spécifications sans halogène.
- Comportement mécanique : résistance à la traction, allongement à la rupture, déformation à chaud et pliage à froid à basse température.
- Résistance au vieillissement : conservation de l’allongement après vieillissement au four, plus résistance à l’huile, à l’ozone et aux UV le cas échéant.
Le graphique est une comparaison qualitative de l'industrie plutôt qu'une spécification numérique, et il explique pourquoi aucune famille ne gagne partout. Les qualités HFFR sont en tête en termes de performances au feu et sont à la traîne en termes de coût et de flexibilité. Le PVC est en tête en termes de coût et de facilité de traitement et est en retard en termes de teneur en fumée et en halogène. Le XLPE est leader en matière de comportement diélectrique et n'offre pratiquement aucun retardateur de flamme à lui seul.
Pourquoi le chargement et la dispersion des charges déterminent les performances du câble
Les systèmes sans halogène reposent sur des charges minérales endothermiques. Le trihydroxyde d'aluminium commence à libérer de l'eau au-dessus d'environ 200 degrés Celsius et du dihydroxyde de magnésium au-dessus d'environ 300 degrés Celsius. Cela impose une fenêtre de traitement étroite : la matière fondue doit être suffisamment chaude pour mouiller et disperser la charge, mais suffisamment froide pour que la charge ne se décompose pas à l'intérieur du fût. Maintenir la température de la zone à plus ou moins 2 degrés Celsius est un objectif réaliste sur une ligne bien contrôlée, et c'est l'une des différences les plus évidentes entre un processus stable et un processus incohérent.
La qualité de la dispersion contrôle trois résultats à la fois. Les agglomérats se comportent comme des zones locales riches en combustible et réduisent le caractère ignifuge. Les particules non mouillées deviennent des points d'initiation de fissure et coupent l'allongement à la rupture. Un mauvais mouillage se manifeste également par des défauts de surface sur le câble fini. En pratique, deux leviers sont les plus importants : le traitement de surface de la charge avec un agent de couplage silane ou titanate pour réduire la tension interfaciale et la demande de couple, et une stratégie d'alimentation divisée dans laquelle le polymère fond en premier et une partie de la charge est ajoutée en aval.
Choisir une ligne de préparation à double vis pour les composés de câbles
Les extrudeuses à double vis co-rotatives à engrènement dominent la production de composés de câbles car elles combinent le transport, la fusion, le mélange dispersif, le mélange distributif et la dévolatilisation dans une seule machine avec un profil de vis réglable. Trois numéros de spécification déterminent si une machine donnée peut contenir une formulation fortement chargée au rythme de production : le couple spécifique en Nm par centimètre cube, le diamètre de la vis et le rapport entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur, et l'équilibre entre le débit et le temps de séjour.
Le couple spécifique est l’indicateur le plus utile pour les composés chargés. Un couple plus élevé signifie un travail plus utile par tour avant que l'arbre de la vis n'atteigne sa limite, ce qui laisse de la place aux blocs de malaxage qui décomposent réellement les agglomérats de charge au lieu de simplement les transporter. La série haute performance KTS de KUNWEI est construite autour de cette exigence, la société spécifiant un couple spécifique maximum de 14 Nm/cm³ pour ses machines de mélange et une gamme de canons de 8 mm à 177 mm couvrant les essais en laboratoire jusqu'à la production industrielle.
Série KTS haute performance Paramètres techniques Voir le produit → La configuration des vis n’est pas une fonctionnalité fixe. Pour une formulation à 60 % d'ATH, la disposition habituelle alterne des éléments de transport avec des blocs de pétrissage décalés et comprend au moins un orifice de dévolatilisation sous vide en amont et en aval pour extraire l'humidité libérée par la charge.
Les mécanismes de mélange derrière ces choix sont examinés plus en détail dans cette note technique sur le comportement de cisaillement et de mélange d'une ligne de granulation de grande capacité et à haute charge , ce qui concerne directement les qualités de gaine de câbles fortement chargées.
Alimentation : là où les charges élevées en charges réussissent ou échouent
La plupart des problèmes de dispersion qui ressemblent à des problèmes de conception de vis commencent en réalité au niveau de la gorge d'alimentation. Les alimentateurs à perte de poids maintiennent une précision d'environ plus ou moins 0,5 pour cent du taux défini, mais la précision n'est pas la même chose que la cohérence. Les poudres à faible densité apparente, à forte absorption d'humidité ou à large distribution granulométrique peuvent effectuer un pontage, un rinçage ou une impulsion, et l'extrudeuse en aval reçoit simplement une formulation instable.
Au-dessus d’environ 40 % de charge de charge, la répartition de l’alimentation entre l’ouverture principale et une alimentation latérale en aval est une pratique courante. Le polymère fond en premier et la charge est introduite dans une masse fondue déjà visqueuse, ce qui réduit les pics de couple et améliore le mouillage. Un alimentateur latéral utilisant une alimentation à pression négative augmente également la densité apparente effective des poudres légères telles que l'ATH, de sorte qu'une plus grande quantité de charge atteint la masse fondue par tour de vis.
Alimentation latérale L'alimentateur latéral est utilisé pour l'alimentation forcée de poudre, de fibres courtes ou de prémélanges, ce qui peut répondre de manière flexible aux besoins du processus ou augmenter la quantité d'alimentation. Au... Voir le produit → Pour les composés de câbles fortement chargés, l'ensemble d'alimentation combine généralement un alimentateur principal à perte de poids pour le prémélange de polymères et d'additifs, un alimentateur latéral pour la charge minérale et un point d'injection de liquide pour les agents de couplage ou les auxiliaires de traitement lorsque la formulation l'exige.
Pelletisation et manutention en aval
Le choix de la granulation suit la formulation et non l'inverse. La granulation des brins reste la voie la plus économique pour les qualités de charge faibles à moyennes et permet aux opérateurs de vérifier facilement la qualité de la dispersion. La découpe à face chaude à l'anneau d'eau convient au PVC et à d'autres composés sensibles à la température. La granulation sous-marine convient aux qualités HFFR et LSZH hautement chargées, car la face de la filière est immédiatement découpée dans l'eau, produisant des granulés sphériques uniformes, des niveaux de poussière plus faibles et moins d'accumulation de plaque de filière sur des matières fondues collantes à faible viscosité.
Pelletisation sous-marine La découpe à chaud de la surface sous-marine signifie que le matériau est coupé en particules dans l'eau et suit directement le flux d'eau dans le pipeline pour le refroidissement et le façonnage. Voir le produit → En aval, un tamis vibrant élimine les fines et les granulés surdimensionnés, et un système de stockage et de transport maintient le composé fini étanche contre l'humidité. Ce dernier point est facile à sous-estimer : un composé de câble qui quitte la ligne conformément aux spécifications peut encore dériver hors tolérance après quelques semaines dans un conteneur ouvert, en particulier lorsque la fraction de charge est élevée.
Lorsqu’une ligne existante est modernisée plutôt que construite à partir de zéro, la même logique s’applique à l’ensemble de la séquence, depuis l’alimentation jusqu’au tamisage. Une référence utile est cet aperçu d'un ligne de production de granulation de grande capacité et à haute charge , qui montre comment les différentes sections du processus sont séquencées dans la pratique.
Une liste de contrôle de sélection pratique
Lorsque l’on compare les équipements de préparation pour les composés de câbles, ce sont les points qui séparent une ligne qui fonctionne de celle qui nécessite une attention constante.
- Exécutez la formulation réelle, et non une polyoléfine générique, sur la ligne d'essai du fournisseur avant de vous engager ; Les systèmes remplis se comportent très différemment des systèmes non remplis.
- Confirmez la réserve de couple au débit cible, et non au maximum publié par la machine.
- Vérifiez si le remplissage au-dessus de 40 pour cent est géré par un alimentateur latéral doté d'une capacité de transport adéquate pour les poudres à faible densité apparente.
- Vérifiez la tolérance de contrôle de température dans toutes les zones du fût, car les charges minérales fixent une limite supérieure stricte.
- Adaptez le système de granulation à la viscosité et à l'adhésivité de la fonte plutôt qu'à la seule taille de la machine.
- Renseignez-vous sur la protection contre l'usure des vis et des barillets ainsi que sur les délais de livraison des pièces de rechange pour les composants à forte usure.
Foire aux questions sur les composés de câbles électriques
T1. De quoi sont constitués les composés de câbles électriques ?
Un polymère de base tel que le PVC, le LDPE, l'EVA ou l'EPDM, associé à des charges minérales, des retardateurs de flamme, des stabilisants, des agents de couplage, des colorants et des auxiliaires technologiques. La recette exacte dépend si le composé est utilisé pour l'isolation, le blindage semi-conducteur ou une gaine extérieure.
Q2. Quelle est la différence entre les composés de câbles LSZH et PVC ?
Les composés de PVC dépendent du chlore pour leur caractère ignifuge et libèrent du gaz acide halogène et une fumée dense lorsqu'ils sont brûlés. Les composés LSZH (faible fumée et zéro halogène) utilisent à la place des charges minérales telles que l'ATH ou le MDH, produisant beaucoup moins de fumée et sans acide halogène, à un coût de matériau plus élevé et à une charge de charge plus élevée.
Q3. Pourquoi le couple spécifique est-il important dans l'extrusion de composés de câbles ?
Le couple spécifique détermine la quantité de travail de mélange que la vis peut effectuer par tour. Les composés ignifuges sans halogène nécessitent un mélange dispersif puissant pour décomposer les agglomérats de charge, et une machine à faible couple ne peut pas maintenir cela au rythme de production.
Q4. Quelle charge de charge une extrudeuse à double vis peut-elle gérer ?
Les lignes modernes à double vis co-rotatives traitent régulièrement les formulations HFFR et LSZH avec 55 à 65 pour cent de charge minérale en poids, à condition que l'alimentation soit partagée entre la gorge principale et un alimentateur latéral et que le profil de température évite la décomposition prématurée de la charge.
Q5. Comment éviter l'humidité et les vides dans les granulés de composé pour câbles ?
Utilisez la dévolatilisation sous vide sur l'extrudeuse, gardez le stockage de la charge au sec et scellez les granulés finis contre l'absorption d'humidité. Les vides et les défauts de surface sont généralement dus à l'humidité pénétrant avec le mastic ou à une capacité de dévolatilisation insuffisante.
Q6. Quel système de granulation convient le mieux aux composés de câbles LSZH ?
La granulation sous-marine est le choix courant pour les produits fondus HFFR et LSZH hautement remplis et à faible viscosité, car la découpe s'effectue immédiatement au niveau de la face de la filière dans l'eau, donnant des granulés uniformes et réduisant l'accumulation de poussière et de filière.
