Le carbonate de calcium est la charge minérale la plus utilisée dans les composés pour fils et câbles en PVC. Il entre dans la composition de l'isolation et du gainage, où il permet de réduire le coût des matériaux, d'améliorer la stabilité dimensionnelle et d'apporter des propriétés ignifuges. Le choix principal pour un fabricant de composés est simple : utiliser du carbonate de calcium non revêtu ou opter pour une qualité revêtue et traitée en surface, moyennant un surcoût. Ce guide détaille les différents niveaux de charge, la différence entre les deux et comment choisir la poudre adaptée à la fabrication de câbles.
Pourquoi les composés pour câbles dépendent-ils du carbonate de calcium ?
Le carbonate de calcium trouve sa place dans la formulation des câbles pour des raisons pratiques. Peu coûteux et facile à se procurer, il constitue le moyen le plus rapide de réduire le coût du composé. Lors de la fabrication et de l'utilisation à long terme du PVC, celui-ci libère du chlorure d'hydrogène, dont le carbonate de calcium absorbe une partie, soulageant ainsi le stabilisateur et ralentissant sa dégradation. Dans le gainage, il contribue également à la résistance au feu, car il se décompose sous l'effet de la chaleur, libère du dioxyde de carbone et dilue les matières combustibles. Il laisse la surface du gainage plus sèche et réduit également le retrait.
Quelle quantité de carbonate de calcium est utilisée dans l'isolation par rapport au revêtement ?
Tout d'abord, une précision terminologique. La charge de particules dans le PVC est généralement exprimée en phr, abréviation de « parties pour cent de résine ». Une charge de 30 phr signifie 30 parties de particules pour 100 parties de PVC.
Le dosage dépend de l'application. Les gaines tolèrent une forte charge de remplissage ; on ajoute donc couramment du carbonate de calcium broyé (GCC) à raison de 10 à 100 phr, ce qui permet principalement de contrôler le coût, la rigidité et la stabilité dimensionnelle. L'isolation étant beaucoup plus sensible aux propriétés électriques, le dosage se situe généralement entre 5 et 25 phr, et la qualité du produit importe plus que sa quantité. L'isolation requiert une poudre fine et de haute pureté ayant subi un traitement de surface.
Carbonate de calcium enrobé ou non enrobé
| Attribut | Non revêtu | Revêtement (traitement de surface) |
| Surface | Hydrophile | hydrophobe |
| Revêtement | Aucun | Acide stéarique, 1% à 3% |
| Dispersion dans le PVC | Modéré, agglomération à charge élevée | Bien, reste performant même à charge élevée |
| Chargement typique (gaine) | 10 à 100 phr, surveiller la chute de tension | Charge admissible plus élevée, souvent de 10 à 20 phr. |
| Taille typique des particules | 5 à 25 microns | De 5 à 15 microns, des granulométries plus fines sont disponibles. |
| Impact mécanique | La résistance à la traction et l'allongement diminuent lorsque la charge augmente. | Moins de pertes à charge égale |
| performances électriques | Résistivité plus faible en milieu humide | rigidité diélectrique et résistivité plus élevées |
| Utilisation optimale | revêtement général | Isolation et revêtement exigeant |
Carbonate de calcium non enrobé
Le carbonate de calcium non enrobé, qu'il s'agisse de carbonate de calcium ordinaire ou de carbonate de calcium précipité (PCC), possède une surface hydrophile. De ce fait, sa compatibilité avec le PVC hydrophobe est modérée. À faible charge, cela n'a que peu d'importance. Dès que la charge augmente, la poudre se disperse mal et s'agglomère, ce qui entraîne une chute notable de la résistance à la traction et de l'allongement à la rupture. L'extrusion devient également plus complexe, avec un couple plus élevé sur la vis. C'est pourquoi la poudre non enrobée est principalement utilisée comme charge générale dans les gaines moins exigeantes, avec une granulométrie typique de 5 à 25 microns.
Carbonate de calcium enrobé (traité en surface)
Le carbonate de calcium enrobé est recouvert d'une couche d'acide stéarique, généralement de 11 à 31 phr en poids. Cet enrobage rend la surface hydrophobe, améliore la dispersion et renforce l'adhérence à la résine. À charge égale, la dégradation des propriétés mécaniques est moindre et il est souvent possible d'augmenter la charge de 10 à 20 phr supplémentaires sans altérer le composé. L'utilisation de poudre enrobée dans l'isolation permettrait d'accroître la rigidité diélectrique d'environ 401 phr et la résistivité volumique d'un à deux ordres de grandeur. Dans le gainage, elle confère une surface plus lisse, une absorption d'humidité réduite et des performances électriques plus stables. Le traitement de surface élimine le compromis traditionnel entre charge élevée et facilité de mise en œuvre, permettant ainsi d'utiliser davantage de charge pour réduire les coûts sans compromettre la qualité du composé.
Où le GCC, le PCC et le carbonate de calcium nano s'intègrent
La plupart des composés pour câbles sont à base de carbonate de calcium broyé. Peu coûteux, il couvre la majeure partie des besoins en charges pour le gainage. Le carbonate de calcium précipité, plus fin et plus uniforme, est idéal lorsque l'on recherche une consistance homogène ou une finition plus blanche et plus douce au toucher. Le nano-carbonate de calcium, quant à lui, représente le haut de gamme et est utilisé dans les isolants à parois minces ou hautes performances, où des particules très fines et bien dispersées améliorent à la fois la résistance et les propriétés électriques. Le choix dépendra des performances requises et du prix que le client est prêt à payer.
Comment choisir le bon degré de carbonate de calcium
Taille des particules : avantages de l’isolation 0,1 à 5 microns La poudre est utilisée pour le gainage, qui peut accepter des particules plus grossières. Un carbonate de calcium broyé de qualité câble revêtu typique a une granulométrie d'environ 1250 mesh, avec un D50 proche de 5 microns et un D97 proche de 15 microns.
Pureté : ce critère est plus important que la brillance. Les impuretés conductrices diminuent les performances d’isolation ; une poudre bon marché et mal raffinée représente donc un mauvais calcul en matière d’isolation.
Absorption d'huile et humidité : une poudre à faible absorption d'huile et à faible teneur en humidité nécessite moins de plastifiant et est moins susceptible de former des bulles ou des micro-perforations lors de l'extrusion. Les poudres pour câbles doivent être hydrophobes, bien dispersées et à faible teneur en humidité, avec un taux d'absorption d'huile légèrement inférieur à 10 % lorsque la qualité le permet.
FAQ
Quelle est la différence entre le carbonate de calcium enrobé et le carbonate de calcium non enrobé ?
Le carbonate de calcium non enrobé présente une surface hydrophile et se disperse mal à forte concentration. Le carbonate de calcium enrobé est recouvert d'une couche d'acide stéarique qui le rend hydrophobe ; il se disperse donc mieux, permet une concentration plus élevée et offre de meilleures performances d'isolation.
Quelle quantité de carbonate de calcium est utilisée dans les composés des câbles en PVC ?
Le revêtement peut utiliser de 10 à 100 phr, tandis que l'isolation reste généralement dans la plage de 5 à 25 phr car elle est plus sensible électriquement.
Le carbonate de calcium est-il utilisé dans l'isolation des câbles ?
Oui. L'isolation utilise des quantités réduites de carbonate de calcium fin, de haute pureté et traité en surface afin de maîtriser les coûts sans réduire la rigidité diélectrique ni la résistivité volumique.
Quelle granulométrie du carbonate de calcium est optimale pour le gainage des câbles ?
Le revêtement tolère les poudres plus grossières, généralement de 5 à 25 microns, et utilise couramment du carbonate de calcium broyé enrobé de maille 1250 avec un D50 proche de 5 microns. Les granulométries plus fines sont réservées à l'isolation.
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— Emily Chen, Ingénieur