Effet du plastifiant sur la résistivité volumique du câble PVC
Mots-clés
Cette étude compare six plastifiants — dont le DOTP pour câble PVC — à des charges de 26 à 56 phr pour identifier celui qui conserve la résistivité volumique la plus élevée, la propriété qui détermine les performances d'isolation du câble.
Méthodologie de l'étude
La préparation des échantillons : Des résines PVC de cinq fabricants (A/B/C : procédé au carbure de calcium ; D/E : procédé à l'éthylène) ont été mélangées à des stabilisants, de l'acide stéarique et des quantités variables de plastifiants (DOTP, DOP, DIDP, DIOP, DINP, TOTM). La teneur en plastifiant variait de 26 à 56 parties pour 100 parties de PVC. En cours :Les échantillons ont été mélangés dans un laminoir ouvert à deux rouleaux à 155–160 °C (rapport de vitesse des rouleaux 1:1.35) et moulés par compression dans une machine de vulcanisation plate (160 °C, préchauffage de 0.2 MPa pendant 5 min, pressage à chaud de 15 MPa pendant 3 min et pressage à froid de 15 MPa pendant 3 min). Essais de résistivité volumique :Réalisé selon les normes GB/T 8815-2008 et GB/T 1410-2006 à l'aide d'un appareil de mesure à haute résistance (ZC-36).
Conception expérimentale
Matériel Requis :
- Résines PVC (Type 5, procédés carbure de calcium/éthylène).
- Additifs : Stabilisant calcium-zinc (Adik Chemical), acide stéarique (Indonesia Sineen), plastifiants (DOTP, DOP).
Équipement : Laminoir ouvert à deux rouleaux, machine de vulcanisation plate, compteur à haute résistance, balance analytique. Formulation :
- Composants fixes : PVC (100 parties), stabilisant (3.5 parties), acide stéarique (0.8 partie).
- Composant variable : Plastifiant (26, 34, 42, 50 ou 56 parties).
Procédure : Mélange → Plastification → Moulage → Test de résistivité.
Résultats et analyse
- Effets du type et de la concentration de plastifiant
:
- À 26 parties de plastifiant, le classement de résistivité (du plus élevé au plus bas) était : DOTP > TOTM > DIOP > DINP > DOP > DIDP.
- Avec l’augmentation de la teneur en plastifiant, les tendances de résistivité ont divergé (tableau 2) :
Forte concentration (≥ 42 parties) :DOP/DIDP a montré des baisses de résistivité plus marquées en raison d'une mobilité ionique améliorée.
- Le PVC au carbure de calcium a systématiquement montré une résistivité inférieure à celle du PVC traité à l'éthylène
- L'instabilité thermique et la distribution plus large du poids moléculaire dans le PVC au carbure de calcium ont amplifié les réductions de résistivité avec l'ajout de plastifiant.
Comment les fabricants choisissent un plastifiant pour les câbles en PVC
L'étude de résistivité mentionnée ci-dessus détermine le facteur 1 ; le fabricant qui spécifie le composé du câble en tient compte pour six. Si l'un d'eux est négligé, le câble réussit les tests en laboratoire mais tombe en panne en service.
1. Résistivité volumique (traitée ci-dessus). Entre 26 et 34 phr, le DOTP et le TOTM se situent dans la zone de haute résistivité. Au-delà de 42 phr, le DOP et le DIDP chutent brutalement, ce qui explique pourquoi les isolants à haute flexibilité restent en dessous de ce seuil.
2. Volatilité et migration. Les gaines de câbles restent à des températures de 70 à 90 °C pendant des décennies. Un plastifiant dont la pression de vapeur est deux ordres de grandeur supérieure à celle du TOTM migrera, fragilisera le polymère et fissurera l'isolant bien avant que le cuivre ne cède. La norme ASTM D1203 sert de test de sélection ; les spécifications longue durée remplacent le DOP par du TOTM ou des plastifiants polymères.
3. Flexibilité à basse température. Les câbles d'extérieur et les câbles frigorifiques doivent rester flexibles en dessous de −20 °C — les câbles DOP se rigidifient rapidement à cette température, tandis que les câbles DOA et DINA conservent leur flexibilité jusqu'à environ −40 °C. Le test de pliage à froid selon la norme ASTM D1043 est le test de qualification.
4. Conformité réglementaire. L’annexe XIV du règlement REACH restreint l’utilisation du DEHP/DOP, du DBP et du BBP dans les câbles destinés à l’UE, et la directive RoHS étend ces restrictions aux équipements électriques. Le DOTP, le DINP, le DIDP et le TOTM permettent de respecter les deux exigences ; pour les expéditions vers l’UE, la liste des substances interdites par la réglementation est plus courte que celle des substances interdites par la réglementation technique.
5. Faisabilité. Le DOTP nécessite une température de fusion supérieure d'environ 10 à 15 °C à celle du DOP ; une fusion insuffisante se traduit par une dispersion de la résistivité et une perte de résistance à la traction. Le changement de plastifiant sans modification du profil de l'extrudeuse est la principale cause des défaillances en cours de production.
6. Coût par mètre de câble. Le DOTP coûte légèrement plus cher que le DOP ; le TOTM est nettement plus onéreux. La comparaison pertinente est le coût au mètre pour la spécification cible : un DOTP plus cher… plastifiant DOTP Un composé qui diminue la charge de 4 phr ou qui omet un stabilisateur peut être moins cher.
| Application de câble | plastifiant recommandé |
|---|---|
| Isolation BT (≤1 kV) | DOTP ou DINP |
| Isolation MT/HT, service ≥90 °C | TOMC |
| veste d'extérieur / pour climat froid | Mélange DOA ou DINA |
| Câble de construction, conforme à REACH | DOT |
Choisir la bande de charge appropriée pour l'isolation des câbles
Le DOTP pour câbles PVC est plus performant dans la plage de 26 à 34 phr car sa structure d'ester de téréphtalate piège les ions de la chaîne polymère plus efficacement que les orthophtalates ; l'étude de résistivité mentionnée ci-dessus montre une valeur environ dix fois supérieure à celle du DOP à 26 phr. Cette marge permet au fabricant de spécifier une isolation plus fine pour une même valeur diélectrique, ou de respecter les spécifications de rétention de la norme IEC 60502-1 sans surcharger le système de stabilisation.
Lors de l'achat de câbles, le critère de personnalisation est la plage de charge, et non le nom du plastifiant. À une concentration de 26 à 34 phr, le DOTP présente une résistivité volumique supérieure à 10¹⁴ Ω·cm et répond aux exigences REACH pour les câbles de construction basse tension ; entre 34 et 42 phr, il convient aux cordons souples où le rayon de courbure prime sur la résistivité maximale. Au-delà de 42 phr, le choix se porte sur la résistance à la migration et le coût.
L'erreur courante
Les spécifications d'un câble peuvent s'avérer inadaptées en service si l'on optimise isolément un seul de ses six paramètres. Une résistivité de 26 phr peut sembler impressionnante en laboratoire, mais le câble présentera des défaillances si la plage de charge ne tient pas compte de la migration à 80 °C ou du pliage à froid à -20 °C. Il est donc essentiel de spécifier l'ensemble des paramètres dès le départ : chaque facteur a un impact sur la durée de vie du câble.