Brevet FR2096479A1 — publié le 19720218

la présente invention se rapporte à un nouveau, procédé pour fabriquer un câble qui est isolé avec line matière plastique ou un caoutchouc polymérisable ou réticulable, et à un appareil pour la mise en pratique de ce procédé. 5 Pour produire en continu un câble isolé avec une matière plastique ou un caoutchouc devant être polymérisé ou réticulé, on a utilisé jusqu'à présent un tube de polymérisation se composant d'une section de chauffage et d'une section de refroidissement, placé au-dessous, ou au même niveau que la tête de l'ex-10 trudeuse. -"-u-dessus du câble électrique sortant de la tête de l'extrudeuse, on appliquait, par extrusion, un composé de caoutchouc non vulcanisé ou de matière plastique non réticulée. Ensuite, on faisait passer le câble ainsi isolé dans un tube de chauffage, produisant ainsi la polymérisation ou la réticulation, 15 que l'on faisait suivre d'un refroidissement. Pour éviter ce qu'il est convenu d1 appeler le "moussage" du caoutchouc ou de la matière plastique, c'est-à-dire la production de pores ou de cellules par les gaz résultant de la décomposition de l'agent de polymérisation ou de réticulation, ou par l'eau ou 20 l'air contenus dans le caoutchouc ou dans la matière plastique, on exécutait la polymérisation ou la réticulation sous une pression appropriée, en utilisant de la vapeur comme milieu de chauffage, cette vapeur remplissant ainsi la double fonction de chauffage et de mise en pression, -ainsi, par le procédé classique 25 pour produire un tel câble en continu et à grande vitesse, la température de polymérisation ou de réticulation devait être augmentée, ou bien le temps de polymérisation ou de réticulation devait ê.tre prolongé. Or, le rapport entre la température et la pression de la vapeur était tel que, quand la première était de 30 200°G, la seconde devait atteindre 16 bars, et quand la première s'élevait au-dessus de 20û°G, la seconde devait être considérablement augmentée. En conséquence, l'appareil de polymérisation ou de réticulation devait être calculé pour résister à de telles pressions ; la pression de la vapeur, qui constituait l'agent de 35 chauffage, devait être augmentée ; et un appareil de grandes dimensions devait être utilisé, ce qui augmentait considérablement les dimensions générales de l'équipement de fabrication. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvé 71 22634 2 2096479 nients ci-dessus tout en inhibant le moussage du composé isolant au moment de la polymérisation ou de la réticulation, et d'apporter un procédé pour produire à grande vitesse des câbles isolés avec du caoutchouc ou de la matière plastique. Un autre but 5 de l'invention est de fournir un appareil compact et économique pour la mise en pratique de ce procédé. Enfin, l'invention se propose d'apporter un procédé de polymérisation ou de réticulation qu^/peut aussi être utilisé pour la fabrication de tuyaux de caoutchouc ou de matière plastique. 10 Plus précisément, l'invention concerne un procédé pour pro duire un câble qui consiste à faire passer un conducteur, isolé avec un composé de matière plastique ou de caoutchouc polymérisable ou réticulable, à travers un milieu de chauffage sous la forme d'une colonne de métal liquéfié ayant un point de fusion 15 suffisamment bas pour qu'il soit parfaitement liquide à la température à laquelle ledit composé peut être polymérisé ou réticulé, puis à le faire passer à travers un agent de refroidissement sous la forme d'une colonne, en général d'eau. L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention 20 se compose:(I) d'une extrudeuse, dans laquelle un revêtement de matière plastique ou de caoutchouc polymérisable ou réticulable est appliqué sur le conducteur ; (II) un tube de chauffage, dont l'une des extrémités est raccordée à la tête de 1'extrudeuse, et qui est rempli avec un métal liquéfié ayant un bas point de fu-25 sion ; (III) un tube de refroidissement, dont l'une des extrémités est reliée à l'autre extrémité du tube de chauffage, et qui est rempli avec un agent de refroidissement ; et, (IV) un régulateur, qui contrôle à là" fois la température et la pression du métal à bas point de fusion contenu dans le tube de chauffage et 30 de l'agent de refroidissement contenu dans le tube de refroidissement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin an-35 nexé, dans lequel : - la figure 1 est une vue en coupe d'un appareil utilisé pour produire un câble comportant un revêtement de caoutchouc ou de matière plastique conformément à l'invention ; et, - la ïigure 2 est un diagramme montrant le gradient des tem- A 71 22634 3 2096479 pératures dans l'appareil de la figure 1. ■Jur la figure 1, 1 est une extrudeuse, ^ sa tête, au-dessus de laquelle sont placés verticalement un tube de chauffage D et un tube de refroidissement 4, qui sont reliés l'un à l'autre, 5 étant un métal ayant un bas point; de fusion qui remplit le tube de chauffage 6 désignant l'eau de refroidissement contenue dans le tube 4, 7 un dispositif de chauffage constitue principalement par des fils métalliques enroulas autour du tube ainsi qu'autour de la partie inférieure du tube de refroidissement et autour d'un tube flexible 9- La r'férence 8 désigne un Çour dans lequel le métal à bas point de fusion est liquéfié, et où le métal liquéfié est conservé. Le four 8, qui est fait d'une matière capable le résister à la chaleur et à la pression, est équipé d'une soupape de régulation de pression (non représentée), de sorte que le métal en fusion qu'il contient peut être maintenu à un niveau constant, indépendamment des variations de la pression de l'agent de refroidissement. Le four 8 est raccordé à l'extrémité inférieure du tube de chauffage 3 au moyen du tube flexible 9. Le four 8 peut être élevé et abaissé au moyen d'un écrou 10 et d'un support 2 3 relié à une broche filetée rotative ^4, afin de contrôler la quantité de métal 3 contenue dans le tube de chauffage 3. 11 est une cuve contenant un milieu (par exemple de l'eau) chauffé à une température supérieure au point de fusion du métal 5, mais qui est inférieure au point d'ébullition de l'eau Je refroidissement, ^eci a pour but de contribuer à éviter que le métal 5 scit solidifié par contact avec l'eau de refroidissement 6. 71 22634 4 2096479 pour l'eau de refroidissement. 25, 26 et 27 désignent des valves. Pour fabriquer un câble, on introduit d'abord un conducteur nu A dans l'appareil, par en-dessous, à travers la tête 2 de 1*extrudeuse 1, dans laquelle il reçoit un revêtement d'un composé 5 isolant cru (par exemple, d'un composé de polyéthylêne non réticulé). Ensuite, on le fait passer à travers le tube de chauffage rempli avec le métal à bas point de fusion à l'état liquide, de sorte que le revêtement de matière isolante peut être polymérisé ou réticulé par la chaleur, puis il passe dans l'eau courante du 10 tube de refroidissement» Après cela, il est dirigé vers un galet de guidage 22 vers une bobine (non représentée) sur laquelle il s'enroule. ^uand on utilise l'appareil de l'invention pour produire un câble isolé avec du caoutchouc ou de la matière plastique, la 15 formation d'une mousse, qui est souvent due à la gazéification d'un composé de la matière isolante, pendant la période comprise entre la polymérisation ou la réticulation par chauffage de cette matière isolante et sa solidification après refroidissement à une certaine température, peut être évitée par la pression résultant 20 du poids du métal à bas point de fusion 5 et de l'eau de refroidissement 6. Dans ce cas, pour empêcher complètement la production des cellules ou des pores dans le composé isolant non réticulé ou non polymérisé, le métal à bas point de fusion doit s'élever à une hauteur suffisante pour développer la pression re-25 quise pour prévenir effectivement le moussage. C'est ainsi, par exemple, que quand la pression est correcte, la température du métal est maintenue à un niveau auquel le composé isolant ne mousse jamais, ce qui, empiriquement, correspond à une tempéra--ture inférieure à 100°C. Dans la pratique, quand on utilise du 30 polyéthylêne mélangé avec un peroxyde organique par exemple, comme composé isolant, une pression de. 2 bars est satisfaisante, et une pression de 5 bars opère parfaitement ; mais, lorsqu'on ajoute au polyéthylêne certains additifs autres que des peroxydes organiques, le mélange peut ne pas mousser sous des pressions in-35 férieures à 2 bars. Le poids du métal à bas point de fusion 5 et de l'eau de refroidissement 6, joint à l'action du dispositif d'alimentation d'eau, par exemple du moteur 14 et de la pompe 15, ainsi que des éléments d'étanchéité du circuit d'eau, maintient la pression 11 22634 5 2096479 dans le tube de chauffage 3 et dans le tube de refroidissement 4 au niveau voulu. En conséquence, le tube de polymérisation ou de réticulation utilisé dans la pratique du procédé de l'invention n'a pas besoin d'être spécialement conçu pour résister à la cha-3 leur. Compte tenu de facteurs tels que la position de chaque dispositif de chauffage 7, la manière dont il est monté et la position du tube de chauffage par rapport au tube de refroidissement, on peut obtenir le gradient de températures représenté sur la Pi-10 gure 2. Le conducteur est couvert, à la tête de 11extrudeuse, d'un revêtement isolant à une température suffisamment basse pour ne pas le roussir, et, dans le tube de chauffage rempli avec le métal à bas point de fusion liquéfié, la polymérisation ou la réticulation s'effectue à une température relativement élevée, en 15 un temps relativement court. Ensuite, la température de la partie du tube que le conducteur enrobé traverse ensuite diminue graduellement jusqu'à ce que le revêtement de caoutchouc ou de matière plastique soit complètement solidifié, permettant ainsi la production continue d'un câble. 20 Le métal à bas point de fusion utilisé dans la pratique de l'invention est choisi parmi ceux dont le point de fusion est assez bas pour être liquide à la température à laquelle le caoutchouc ou la matière plastique est réticulée ou polymérisée, ce métal ne devant, en outre, pas avoir d'influence nuisible sur 25 cette matière. Un tel métal peut être l'un des alliages dont la composition est indiquée dans le tableau ci-après : Tableau 1 Composition de l'alliage ±L • B C D E F Bi 44,7 50 50 50 21 / Pb 22,6 24 25 31,2 42 / 3n 8,3 14 12,5 18,8 37 / Cd 5,5 12 12,5 / / / In 19,1 / / / / 1G0 Point de fusion (OC) 47 65 72 94 152 156 71 22634 6 2096479 Le composé de caoutchouc ou de matière plastique polymérisable ou réticulable est constitué par une matière plastique ou un caoutchouc synthétique ou naturel cru, tel que le polyéthylêne, le butadiène, le chlorure de polyvinyle, les copolymères d'éthy-5 lène et de propylène, qui sont généralement utilisés pour isoler les conducteurs électriques, un agent de polymérisation ou de réticulation, un anti-oxydant, un agent de coloration et un agent de conservation, et qui peut être polymérisé ou réticulé par la chaleur. 10 Dans la technique antérieure, on a utilisé la vapeur comme agent de chauffage, mais, dans la présente invention, on utilise un métal à bas point de fusion. La température et le temps de polymérisation ou de réticulation nécessaires dans les deux cas sont indiqués dans le tableau 2 ci-après : 15 Tableau 2 Température de chauffage Agent de chauffage Vapeur Métal à bas point de fusion 20 200 °C 58 sec 55 sec 250 - 25 300 - 10 320 - 7 25 On place dans l'agent de chauffage un composé isolant com prenant 100 parties, en poids, de polyéthylêne (indice de fusion 2), 20 parties en poids de peroxyde de dicumyle, et 0,5 partie en poids d'un anti-oxydant, et on mesure le temps nécessaire pour obtenir un degré de gélification (degré de réticulation) de 80 %, 30 et ce temps est indiqué dans le tableau. Dans ce cas, si on élève la température de la vapeur au-dessus de 200°C, la pression devient excessive. On voit que le temps nécessaire pour obtenir une gélification à 80 % est plus court avec un métal à bas point de fusion qu'avec de la vapeur, 35 même si la température est la même, probablement du fait que le métal à bas point de fusion a une meilleure conductibilité thermique que la vapeur. Ceci prouve qu'en élevant la température de réticulation, le temps nécessaire pour que le composé isolant atteigne le degré voulu de réticulation serait considérablement 71 22634 7 2096479 abrégé. 'Toutefois, il va sans dire que, si la colonne de métal en fusion utilisée pour le chauffage était au contact de la colonne d'eau dans 1'appareil■dé la présente invention, la température devrait être soumise à une régulation, et lorsque, par exemple, 5 la température du métal en fusion est d'environ 150°C, une couche de métal en fusion d'environ 100°G doit être interposée entre la colonne de métal en fusion et la colonne d'eau. Les exemples qui suivent, qui n'ont bien entendu aucun caractère limitatif, feront mieux comprendre les particularités de l'invention. 10 -Exemple 1 : Cn isole un conducteur électrique (diamètre 2 mm) avec un composé isolant choisi parmi les divers -composés de caoutchouc et de matière plastique mentionnés, capable de produire un revêtement isolant, puis on fait passer le conducteur ainsi traité, aux 15 fins de chauffage, à travers un tube de polymérisation ou de réticulation comportant une section de chauffage de 2 mètres, une section de gradient de températures de 1 mètre et une section de refroidissement de 3 mètres (6 mètres au total). A l'intérieur des sections de chauffage et de refroidissement, on utilise une 20 pression de 5 bars, le métal à bas point de fusion étant l'alliage B du tableau 1. Les résultats obtenus sont les suivants : Composé isolant couche isolante (mm) Epaisseur Température de de la chauffage (°C) Vitesse de translation du câble isolé -dans le tube de po- .Résistance lymérisatiôn (m/mn) à la traction Propriétés du revêtement Allongement (%) Inven- Technique tion connue Invention '■îec]:Iaiclue Inven- Technique Inven- Technique connue tion connue tion connue Caoutchouc naturel 1 .1 250 200 16 7.5 1.3 1.3 430 450 Caoutchouc butylique 1.1 270 200 6 4.0 0.8 0.8 610 630 Ethylène propylène 1 .0 270 200 7 4.5 0.7 0.7 560 560 Polyéthylêne réticulable ■ 0.8 300 200 10 3.0 2.1 2.2 520 510 Terpolymère d'éthylène et de propylène 1 .1 300 200 10 3 0.7 0.7 500 510 Polyéthylêne chlorosulfonaté 1 .1 300 200 10 3 1.2 1.1 300 320 Silicone 1 .1 300 200 10 3 0.7 0.6 350 350 Chloroprène 1..1 250 200 16 7.5 1.4 1.4 330 330 K> N> O U> JBk 00 Kl O «o-o* .fc* o 71 22634 9 2096479 Dans tous les cas Indiqués ci-dessus, le degré de gélification atteint par le composé isolant à la suite du chauffage est d'au moins 80 et le temps nécessaire à cette fin montre que le procédé de la présente invention permet de produire en con-5 tinu un câble isolé de caoutchouc ou- de natière plastique à une vitesse plus élevée qu'avec les procédés de la technique antérieure - Exemple 2 On revêt par extrusion un conducteur toronné de 2 mm de dia-10 mètre et composé de 7 brins ayant chacun un diamètre de 0,7 mm par extrusion avec un composé isolant choisi parmi les divers composés de caoutchouc et de matières plastiques mentionnés, capable de produire une couche isolante, puis on fait passer le câble ainsi traité, aux fins de chauffage, à travers un tube de 15 polymérisation ou de réticulation composé d'une section de chauffage de 2 mètres, d'une section de gradient de températures de 1 mètre et d'une section de refroidissement de 3 mètres (6 mètres au total). La pression utilisée à l'intérieur des sections de chauffage et de refroidissement de l'appareil est de 5 kg/cm^, 20 et le métal à bas point de fusion utilisé est l'alliage B du tableau 1. Les résultats ont été les suivants : Vitesse de transla-ilpaisseur Température de tion du câble isolé Propriétés du revêtement de la chauffage (°C) dans le tube de po- Résistance Composé isolant couche lymérisation (m/mn) à la traction isolante Allongement w (mm) Inven- Technique invention ïecluli(iue Inven- Technique Inven- Technique tion connue connue tion connue tion connue K> N> O OU Caoutchouc naturel 1.1 250 200 16 7.5 1.3 1.3 430 450 Caoutchouc butylique 1.1 270 200 6 4.0 0.8 0.8 610 630 Ethylène propylène 1 .0 0.8 270 200 7 4.5 0.7 0.7 560 560 Polyéthylêne réticulable 300 200 10 3 2.1 2.2 520 510 Terpolymère d'éthylène et de propylène 1 .1 300 200 10 3 0.7 0.7 500 510 Polyéthylêne chlorosulfonaté 1.1 300 200 10 3 1.2 1.1 300 320 Silicone 1 .1 300 200 10 3 0.7 0.6 350 350 Chloroprène 1.1 250 200 16 7-5 1 .4 1 .4 330 330 O NI O sO o O 71 22634 2096479 RSYSMI)! CaTIQHS 1 - Procédé pour produire un câble, caractérisé en ce qu'on isole un conducteur avec un composé réticulable ou polymérisable de caoutchouc et/ou de matière plastique ; on fait passer le con- 5 ducteur ainsi isolé d'abord à travers une colonne de métal liquéfié ayant un point de fusion suffisamment bas pour être complètement fondu à la température à laquelle la polymérisation ou la réticulation dudit composé isolant s'effectue ; puis à travers un agent de refroidissement, tel que de l'eau, réalisant ainsi 10 la polymérisation ou la réticulation dudit composé isolant. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé isolant polymérisable ou réticulable contient un composé choisi dans le groupe comprenant le caoutchouc naturel, le caoutchouc synthétique, le polyéthylêne, le polybutadiène, le 15 chlorure de polyvinyle et les copolymères éthylène propylène. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal à bas point de fusion est un alliage contenant, au moins, deux des métaux du groupe comprenant Bi, Pb, Sn, Gd et In. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 la pression nécessaire pour inhiber le moussage du composé isolant est obtenue en agissant sur la hauteur de la colonne de métal à bas point de fusion liquéfié. 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on exécute la polymérisation ou la réticulation sous une pres- 25 sion ne dépassant pas 5 bars. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour prévenir la solidification du métal liquéfié au contact de l'agent de refroidissement, une certaine quantité d'eau-ou d'un autre milieu-chauffée au-dessus du point de fusion dudit métal, 30 mais au-dessous du point d'ébullition dudit milieu de refroidissement, est introduite dans le fond du tube de refroidissement. 7 - Appareil pour produire un câble, caractérisé en ce qu'il comprendiune extrudeuse pour appliquer un composé isolant au-dessus de la surface d'un conducteur; un tube de chauffage qui 35 est rempli avec un métal liquéfié ayant un bas point de fusion, et dont l'une des extrémités est raccordée à la tête de 1'extrudeuse tandis que son autre extrémité est reliée à un tube de refroidissement rempli avec un milieu de refroidissement ; et un régulateur pour contrôler la température et la pression du métal 71 22634 12 2096479 à bas point de fusion dans le tube de chauffage et du milieu de refroidissement dans le tube de refroidissement. 8 - appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le four pour faire fondre le métal à bas point de fusion est équi- 5 pé d'un dispositif d'élévation au moyen duquel il peut être élevé ou abaissé afin de régler ainsi la quantité de métal fondu alimentant le tube de chauffage à travers un tube flexible raccordé à la base du four. 9 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce 10 qu'une entrée est prévue pour introduire l'eau de refroidissement dans le tube de refroidissement à une position située au-dessus du niveau d'une entrée d'eau chaude, permettant ainsi d'adoucir le gradient des températures. 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