Brevet FR2256285A1 — publié le 19750725

Le papier composite, formé de plusieurs couches individuelles de papier unies entre elles, est intéressant à diffé- rentes fins, comme par exemple pour la fabrication de câbles pour courant continu à haute tension, ainsi qu'en tant que succédané des matières synthétiques dans des câbles à basse tension. Dans ce qui suit, il sera question en particulier de l'utilisation de semblables papiers composites pour l'isolation de conducteurs dans des câbles à haute tension. Le motif de l'intérêt que sucite le papier composite pour l'isolation de câbles à haute tension est qu'avec un semblable papier, on peut parvenir à une combinaison désirable aux fins mentionnées de propriétés mécaniques et électriques auxquelles on ne saurait prétendre avec un papier du genre courant. Du fait qu'on unit entre elles par points ou par zones les différentes couches de papier dans le papier composite, l'isolation permet, lors de l'imprégnation à l'huile à laquelle il est procédé sur le câble à haute tension, que l'huile forme des pellicules entre les surfaces des couches.De ce fait, les propriétés mécaniques du papier composite (en ce qui concerne celles qui sont importantes pour la technique de fabrication des câbles) correspondent approximativement à celles d'un papier homogène ayant la même épaisseur que le papier composite et les propriétés électriques du papier composite correspondent approximativement à celles d'un papier qui aurait la même épaisseur qu'une couche individuelle du papier composite. La présente invention, qui concerne un procédé pour la fabrication d'un papier composite, rend possible l'utilisation d'un papier classique, fortement anisotropique, en tant que matière première et, en outre, l'emploi d'un équipement simple pour la fabrication. Pour ces raisons, le procédé se prête à l'exploitation pratique. En raison de sa souplesse en ce qui concerne le choix des matières premières et les conditions de la fabrication, le procédé rend possible la fabrication de produits finis qui possèdent des caractéristiques variables dans de larges limites et souhaitables d7un cas à l'autre. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un papier composite sous forme d'une bande ou d'une feuille, contenant des couches individuelles de papier unies entre elles, procédé qui est caractérisé par le fait qu'au moins une bande continue de papier est enroulée en spirale sur un mandrin pour former un produit tubulaire, prcduit qui, après avoir été retiré du mandrin, est comprimé, de préférence par laminage, en un produit de forme aplatie dans laquel la bande continue de papier forme des couches ae papier individuelles, et par le fait qu'une semblable couche individuelle de papier formée par la bande continue de papier est unie à une couche de papier contigus au niveau des surfaces portantes des deux couches. En cas d'application de plusieurs bandes continues de papier sur le mandrin, une bande de papier peut être enroulée de manière à former sur le mandrin un angle avec une bande de papier déjà appliquée sur celui-ci, par exemple avec une inclinaison opposée à celle de la bande enroulée, pour obtenir de cette manière, sur le papier composite produit, les propriétés mécaniques voulues dans certaines directions. Pour des raisons de technique de fabrication, il est particulièrement avantageux, en cas d'application de plusieurs bandes continues de papier, d'enrouler celles-ci autour du mandrin dans des directions différentes. On peut par exemple enrouler sur le mandrin une bande continue de papier dans le sens des aiguilles d'une montre et une bande de papier suivante dans le sens inverse des aiguilles d'une montre par rapport à l'axe central du produit tubulaire, l'enroulement des deux bandes continues de papier s'effectuant dans le même sens par rapport à la direction longitudinale du produit tubulaire. En faisant varier la largeur des bandes, leur épaisseur, leur nombre, leur inclinaison et, comme on l'a déjà mentionne ci-dessus, l'angle entre les bandes continues de papier enroulées sur le mandrin, on peut fabriquer facilement des produits ayant des caractéristiques diverses. On peut aussi faire varier d'un cas à l'autre le recouvrement entre des spires contiguësd'tme bande de papier dans le produit tubulaire. Ordinairement, on rend ce recouvrement aussi petit que possible et pas plus grand que ce qui est nécessaire, afin de former sur le mandrin un produit tubulaire qui résiste au traitement ultérieur. L'épaisseur du papier dans les bandes continues utilisées se situe opportunément entre 10 et 50 microns9 de préférence entre 15 et 40 microns dans les cas où le papier composite est utilisé pour l'isolation de câbles à haute tension. Il va de soi que l'épaisseur du papier peut être différente dans diffé- rentes bandes continues de papier. On peut obtenir de différentes manières 1 union entre les couches de papier. Lsune de ces manières consiste à exposer la bande continue de papier à un traitement par effluve électri- que accompagné de préférence d'un traitement par l'oxygène, l'ozone, l'eau ou la vapeur d'eau, avant de procéder à la compression en un produit de forme aplatie. I1 est particulièrement opportun d'applIquer le traitement en question, aussi bien avant l'enroulement de la bande continue de papier sur le mandrin qu'après que le produit tubulaire a été retiré du mandrin. Le traitement par effluve électrique peut être remplacé par un autre traitement.C'est ainsi qu'on peut obtenir la liaison nécessaire par un traitement de la bande continue de papier, avant la compression du produit tubulaire, par l'eau ou la vapeur et par application simultanée d'une pression relativement élevée lors d la compression. Une autre manière consiste à soumettre la bande continue de papier avant la compression mentionnée, à un chauffag à une température de l'ordre de 3500C pendant une durée très brève, par exemple au moyen d'un laser ou de haute fréquence, et à appliquer une pression relativement élevée lors de la compressinon Une autre possibilité pour unir entre elles les couches de papier consiste à utiliser les ultra-sons. I1 est également possible d'obtenir la liaison entre les couches de papier avec de la colle, par exemple à base d'éthyl-cellulose ou de carboxyméthyl-cellulose, qui peut être appliquée à la bande continue de papier avant son enroulement sur le mandrin ou au produit tubulaire avant sa compression sous forme aplatie. On peut aussi nté- tablir la liaison entre les couches de papier que quand le produi comprimé sous une forme aplatie a été soumis à un traitement par effluve électrique. Le traitement par effluve électrique, éventuellement en combinaison avec l'oxygène, l'ozone, l'eau ou la vapeur d'eau, pour l'établissement de la liaison a pour avantage particulier qu'il facilite la formation de liaison par points, mentionnée dans le priéambllle, entre les couches de papier, liaison qui est souhaitable en cas de fabrIcation de papier composite pour capables à haute tension. Dans le cas d'un papier composite pour câbles à haute tension, la proportion de la surface d'une couche de papier qui prend part à des assemblages par points oupar zones sera comprise opportunément entre 3 et 15 % de la surface en question. L'invention va être décrite de façon plus détaillée à propos d'exemples de réalisation en référence aux dessins ciannexés. La figure 1 représente schématiquement un dispositif pour la fabrication d'un papier composite selon la présente invention. La figure 2 représente une bande d'un semblable papier. La figure 3 représente un câble à haute tension pour courant continu, imprégné de liquide et la figure 4 un câble à haute tension pour courant alternatif, imprégné d'huile, ces deux câbles comportant une isolation qui se compose d'un papier fabriqué selon la présente invention. La figure 1 représente un dispositif qui comprend entre autres un mandrin fixe 1 qui est percé d'un trou traversant axial 2, une paire de cylindres chauffés 3 et 4 et un rouleau d'enroulement 5 pour le papier composite. Dans le cas choisi à titre d'exemple, deux bandes continues de papier 6 et 7, toutes deux en un papier à câble anisotropique classique d'une largeur de 15-75 cm et d'une épaisseur de 25 microns, sont enroulées sur le mandrin 1. On peut avoir éventuellement une épaisseur différente en ce qui concerne le papier des bandes continues 6 et 7.La bande continue de papier 6, qui est enroulée dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à l'axe central du mandrin et de gauche à droite dans le cas représenté sur la figure, forme une couche interne sur le mandrin avec un léguer recouvrement entre les spires successives de la bande continue de papier appliquée en spirale, c'est-à-dire avec inclinaison. La bande continue de papier 7 est appliquée de manière analogue de gauche à droite comme une couche extérieure, mais par un enroulement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. En même temps que l'enroulement des bandes continues de papier à partir de rouleaux appropriés d'alimentatIon 16 et 17 qui tournent autour du mandrin, le produit tubulaire 8 qui est formé sur le mandrin est déplacé le long de celui-ci et entre les cylindres de pression 3 et 4 où le produit tubulaire est comprimé en un produit 9 ayant une forme aplatie, à la manière d'une bande ou d'une feuille. Dans ces conditions, ce produit contient quatre couches de papier individuelles, dont deux sont formées par la bande continue de papier 6 et deux par la bande continue de papier 7. Avant que le produit tubulaire ne soit comprimé entre les cylindres, les bandes continues de papier sont soumises en 12 à un traitement par effluve électrique.Pour obtenir un assemblage par points entre les couches de papier, le mieux est de procéder au traitement par effluve électrique avec un dispositif qui comprend des plaques-électrodes 13 génératrices d'effluve électrique et des plaques-électrodes 14 dérivant l'effluve électrique vers la terre, les plaques-électrodes 13 étant munies de pointes 15 en vue de la décharge aux points où doit s'effectuer la liaison entre les couches. Pour renforcer la liaison, il est opportun dtintroduire en 12 de l'oxygène, de l'ozone ou de l'eau sous forme d'humidité ou de vapeur par le trou 2 pratiqué dans le mandrin.On obtient la liaison des quatre couches de papier lors de la compression du produit entre les cylindres 3 et 4. Lorsque de l'humidité ou de la vapeur est introduite en 12, les cylindres sont chauffés à une température qui convient pour le séchage du papier composite. Lorsque le papier composite n'a pas la largeur qui convient pour l'application envisagée, il est découpé en bandes dans sa direction longi- tudinale. Une bande qui est utilisée pour l'isolation de câbles à haute tension a ordinairement une largeur de 10-25 mm. I1 va de soi qu'on peut utiliser d'autres dispositifs que celui qui est représenté sur la figure 1 pour l'exécution du procédé selon la présente invention. Par exemple, les bandes continues de papier 6 et 7 peuvent parvenir au mandrin 1 à partir de rouleaux d'alimentation fixes qui se tournent donc pas avec le mandrin. Dans ce cas, le produit tubulaire 8 tourne autour de son axe central et les cylindres 3 et 4 ainsi que le rouleau d' enrou- lement 5 sont mis en rotation de manière correspondante, de fa çon qu'il ne se forme pas de plis dans le papier. Dans la bande de papier représentée sur la figure 2, la partie droite a été décomprimée et les couches ont été écartées les unes des autres par flexion, afin que lton puisse mieux voir la structure de la bande. La bande de papier se compose des couches 6a, 6b, 7a et 7b, qui sont formées des bandes continues de papier 6 et 7 respectivement lors de la fabrication du papier composite selon la figure 1. Les quatre couches sont unies entre elles par points, d'où il résulte que l'huile ou un autre liquide isolant peut pénétrer entre les couches lorsque le papier composite est utilisé pour l'isolation de câbles à haute tension et est soumis à cet effet à une imprégnation par de l'huile ou par un autre liquide isolant. Mise à part l'isolation, le capable imprégné de liquide qui est représenté sur la figure 3 est construit de manière classique. Il comporte un conducteur qui se compose de plusieurs conducteurs de cuivre 23 câblés. Le conducteur est entouré par une couche semiconductrice sous la forme d'un papier au noir de fumée 24. L'isolation 25 se compose d'un enroulement d'un grand nombre de spires d'une bande de papier composite qui a été raoi- quée d'après la présente invention. Dans le cas choisi à titre d'exemple, cette bande est formée comme le montre la figure 2, c'est-à-dire qu'elle se compose de quatre couches de papier individuelles qui ne sont unies entre elles que par points ou par zones. L'épaisseur d'une de ces couches est de 25 microns.L'isolation est entourée d'une couche semiconductrice 26 qui se compose de papier au noir de fumée et de papier métallisé, et de l'en- veloppe de plomb 27. Autour de l'enveloppe de plomb se trouve une armature de pression pour celle-ci, formée de bandes d'acier inoxydable 28 en spirale. En dehors de l'armature de pression est posée une couche d'armature 29 en bandes de jute et en asphalte et, à I'extérieurde celle-ci, une armature longItudinale pour le câble en fils d'acier inoxydable 30, Le câble comporte extérteu- rement une gaine de protection 31 en jute et en asphalte. Le cable est imprégné avec une huile qui est très visqueuse à la température ambiante. L'imprégnation est effectuée à température élevée et sous application de vide et de pression au conducteur isolé, avant que l'enveloppe de plomb ne soit posée. L'huile se propage dans toute la section du câble à l'intérieur de l'enve- loppe de plomb. Le cabale imprégné d'huile qui est représenté sur la figure 4 est également construit de manière classique, sauf en ce qui concerne l'isolation. Le conducteur se compose d'un noyau creux de cuivre ou d'aluminium dans lequel les éléments conducteurs individuels sont désignés par 32 et le trou pour l'adduction d'huile est désigné par 33.. Les autres éléments du câble peuvent être du même genre que ceux du câble de la figure 3 et les numéros de référence de cette figure ont été conservés pour Ies éléments correspondants. L'huile, qui est très fluide dans ce cas, est introduite dans le câble à l'état fini par le trou 33 et elle se propage dans toute la section du câble à l'intérieur de l'enveloppe de plomb. Le trou est raccordé de manière classique à un vase d'expansion. I1 est évidemment possible d'utiliser des bandes de papie: composite de différentes épaisseurs à différents niveaux dans l'isolation d'un câble. I1 est évidemment possible aussi de ntuti liser des bandes de papier composite qu'à un certain niveau ou à certains niveaux, par exemple au voisinage immédiat du conducteur et dans la partie la plus extérieure, tandis que l'isolation est ailleurs formée de bandes de papier classique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un papier composite sous forme d'une bande ou d'une bande ou d'une feuille, contenant des couches individuelles de papier unies entre elles, caractérisé en ce qu'au moins une bande continue de papier est enroulée en spirale sur un mandrin pour former un produit tubulaire, produit qui, après avoir retiré du mandrin, est comprimé, de préférence par laminage, en un produit de forme aplatie dans lequel la bande continue de papier forme des couches de papier individuelles, et en ce qu'une semblable couche de papier individuelle formée par la bande continue de papier est unie à une couche de papier conti guë au niveau des surfaces portantes des deux couches. 2. Procédé selon la revendication 1, dans le cas où deux bandes continues de papier au moins sont enroulées en spirale sur un mandrin pour former un produit tubulaire, caractérisé en ce qu'une bande continue de papier est enroulée dans le sens des aiguilles d'une montre et une autre bande continue de papier dans le sens inversé des aiguilles d'une montre par rapport à l'axe central du produit tubulaire, et en ce que les deux bandes continues de papier sont enroulées dans le même sens par rapport à la direction longitudinale du produit tubulaire. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la liaison entre des couches de papier contigues est obtenue par le fait que la bande continue de papier est exposée à un traitement par effluve électrique avant que ne soit effectuée la compression en un produit de forme aplatie. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des couches de papier contigues sont unies entre elles par points ou par zones. 5. Câble comportant une isolation de papier, caractérisé en ce que le papier se compose au moins en partie d'un papier composite fabriqué selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 6. Câble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le papier composite contient, entre les surfaces des couches de papier dans le papier composite, des pellicules d'huile ou d'un autre liquide isolant avec lequel l'isolation est imprégnée.