L'essence chimique de la réticulation : Qu'est-ce que la "réticulation" ?
La réticulation est un processus chimique au cours duquel les chaînes de polymères de polyéthylène (PE) se lient les unes aux autres par des liaisons covalentes - typiquement des liaisons carbone-carbone (C-C) - pour former un réseau tridimensionnel. Le PE linéaire est constitué de chaînes de polymères indépendantes, tandis que le PE réticulé (XLPE) forme une matrice interconnectée, améliorant la stabilité thermique, mécanique et chimique, ce qui le rend adapté aux applications à haute température et à fortes contraintes.
Comparaison des procédés de réticulation : Réticulation chimique ou par irradiation
Deux techniques de réticulation sont principalement utilisées dans la production de câbles XLPE : la réticulation chimique et la réticulation par irradiation. La réticulation chimique consiste à ajouter des peroxydes ou des composés de silane qui, lorsqu'ils sont activés par la chaleur ou l'humidité, initient la formation de liaisons entre les chaînes de PE. La réticulation par irradiation utilise des faisceaux d'électrons à haute énergie pour rompre les liaisons et générer des sites réactifs pour la formation de réseaux. Alors que les méthodes chimiques permettent de régler les taux de réticulation et sont largement utilisées dans les câbles à moyenne et haute tension, l'irradiation permet un traitement plus propre et une meilleure uniformité, mais nécessite des investissements plus importants et est plus courante dans les applications à basse tension.
| Processus | Méthode | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|---|
| Réticulation chimique | Additifs à base de peroxyde ou de silane | Densité de réticulation bien établie, modulable et réglable | Nécessite un chauffage et une post-polymérisation, peut libérer des sous-produits |
| Réticulation par irradiation | Faisceau d'électrons | Pas de produits chimiques, traitement rapide, structure cohérente | Coût élevé de l'équipement, limité aux sections de câble les plus fines |
Comparaison de la résistance thermique par procédé :
| Type XLPE | Température de fonctionnement continu (°C) | Température de surcharge à court terme (°C) |
|---|---|---|
| XLPE réticulé au peroxyde | 90 | 130 |
| XLPE réticulé au silane | 85 | 120 |
| XLPE réticulé par irradiation | 105 | 150 |
Correspondance entre le degré de réticulation et l'indice de température
Le degré de réticulation, généralement exprimé en pourcentage de gel, est un facteur déterminant de la résistance thermique d'un matériau. Une densité de réticulation plus élevée implique un enchevêtrement moléculaire plus fort et une plus grande résistance à la déformation sous l'effet de la chaleur. Par exemple, des échantillons de XLPE avec des degrés de réticulation de 65%, 75% et 85% ont été testés à 135°C pendant 168 heures. Leur résistance résiduelle à la traction a été mesurée à 70%, 85% et 92%, respectivement. La norme IEC 60502-1 recommande une teneur minimale en gel de 75% pour une performance fiable sous contrainte thermique. En outre, une réticulation plus importante améliore l'allongement à la rupture et réduit le taux de vieillissement thermique, prolongeant ainsi la durée de vie des câbles dans les environnements exigeants.
Indications de température trompeuses : Fonctionnement à long terme et surcharge à court terme
Les indices de température peuvent être mal compris. Par exemple, un câble classé UL 125°C est conçu pour une utilisation continue à 125°C, mais peut tolérer jusqu'à 150°C en courtes rafales. Cependant, une exposition prolongée à 150°C accélère la dégradation, réduit la flexibilité et peut provoquer des fissures dans l'isolation, entraînant une défaillance prématurée si elle n'est pas correctement prise en compte lors de la conception ou de la spécification.
Importance de la sélection du procédé de réticulation en fonction de l'environnement de l'application
Dans le cadre d'un projet d'énergie éolienne dans le nord de la Chine, des températures inférieures à zéro ont provoqué une contraction thermique dans les couches d'isolation des câbles dont la réticulation était insuffisante. La contraction a éloigné l'isolant du conducteur, entraînant finalement une rupture diélectrique et des courts-circuits. Cette défaillance met en évidence la nécessité de faire correspondre la méthode et le degré de réticulation aux contraintes environnementales et mécaniques propres à l'emplacement du projet.
Conclusion et recommandations
Choisissez des câbles XLPE avec un degré de réticulation d'au moins 75% et adaptez la méthode de réticulation à votre environnement d'application. Vérifiez les certifications et demandez des données sur la teneur en gel et les performances de vieillissement thermique.
