Brevet FR2294568A1 — publié le 19760709

Pour fabriquer des garnitures de câbles par exemple de boites d ' extrémité, de manchons de raccordement et de mancyons de dérivation, on a utilisé dans le passé un grand nombre de résines moulables, qui sont versées à l'état liquide dans un moule ou dans une botte entourant l'extrémité du cible ou la jonction des câbles puis sont durcies. De ce fait, les garnitures en résines moulables sont utilisées en particulier pour les câbles d'énergie isolés au chlorure de polyvinyle.Au cours de l'utilisation des garnitures en résines moulables pour câbles isolés au polyéthylène non réticulé ou réticulé, on s'est heurté à des difficultés qui étant; dues à la forte dilatation thermique du polyéthylène et à son isnque d'adhérence aux autres matériaux. L1utilisation des garnitures de ce type pour ce genre de cibles exige alors des mesures de précaution supplémentaires afin d'assurer une bonne adhérence de la résine moulée sur l'isolant en polyéthylène et ainsi assurer également une étanchéité suffisante de la garniture du câble. Des mesures de précaution de ce genre sont par exemple l'utilisation d'une résine moulable élastifiée ou l'utilisation d1une couche intermédiaire entre l'isolant du câble et la résine moulée. Les résines moulables utilisées pour les garnitures de câbles peuvent renfermer des charges diverses. Par exemple dans la lasse de la résine moulable on peut incorporer des perles creuses en matière synthétique thermoplastique, ce qui entraîne une diminution de la quantité de résine moulable utilisée. (Demande de brevet allemand publiée n 2 105 895). Mais il ex te une difficulté pour répartir uniformément les perles creuses de ce genre dans la masse de résine moulable. Ihi reste même en prenant une précaution particulière, les problèmes qui sont en rapport avec la dilatation thermique élevée du polyéthylène ne sont pas résolus pour autant. Pour fabriquer un manchon de raccordement de cables on connatt un autre procédé dans lequel l'épissure du câble est entourée d 'un ioule creux par l'ouverture de remplissage duquel on introduit une matière expansible et l'expansion de la matière est effectuae une fois l'ouverture de remplissage du moule fermée. La matière expansible remplit alors complètement le moule en produisant une surpreasion puis durcit en formant une masse cellulaire solide.Pendant l'expansion de la matière il se développe une surpression qui peut servir en iSme temps à vérifier l'étanchéité du manchon. (Demande de brevet allemand publié n 1 690 389). Dans un procédé de ce genre, l'air présent dans le moule avant l'expansion reste à l'intérieur du moule. Ceci peut amener au cours due l'expansion, la formation de grosses cloques par exemple au voisinage immédiat des conducteurs du câble, de sorte que la protection contre l'humidité aù point de jonction est compromise. Dans une autre garniture connue pour cabale, qui est prévue essentiellement dans les câbles de communication, l'épissure des conducteurs du cible est d'abord entourée directement par une enveloppe sur laquelle ensuite on place une gaine extérieure en forme de moule étanche vis-à-vis des extrémités des cabales. Dans l'espace compris entre l'enveloppe et la gaine extérieure on injecte une matière expansible sous forme liquide, que l'on transforme ensuite en produit mousse pour que son volume initial augmente d'environ 30 fois, puis qu'on durcit en une matière solide.Pendant l'expansion, le ga; peut s'échapper au dehors de l'intérieur de la gaine, par des canaux de sorte que la matière mousseuse peut s'expanser suffisamment .(demande de brevet allemand publiée n 2 415 641). La présente invention concerne la fabrication de garnitures pour cibles électriques isolés avec des matières synthétiques, en particulier pour câbles d'énergie isolés avec des matières synthétiques utilisables dans le domaine des basses tensions, de préférence pour câbles isolés au polyéthylène réticulé, garniture qui assurent une protection suffisante con te l'humidité avec un montage simple. Cette protection doit titre assurée aussi bien vis-a-vis de l'influence de l'humidité au point de jonction même, que contre l'humidité s'infiltrant le long du;ctble. Pour résoudre ce problème la présente invention part d'un procédé de fabrication d'une garniture pour câbles élec- triques.isolés par une matière synthétique, dans lequel l'ex- trémité du cible ou les extrémités des cibles liées entre elles sont entourées par un moule présentant une ouverture de remplissage par laquelle une masse de remplissage expansible est introduire dans Le moule, puis on effectue l'expansion et la solidification de cette masse.Selon la présente invention on prévoit que pendant l'expansion de la masse de remplissage l'espace entouré par le moule puisse communiquer librement avec l'espace entourant le moule et l'utilisation d'un mélange de résines moulables comme masse de remplissage expansible, mélange qui, (a) pour être introduit dans le moule a une viscosité de 500 à 1500D centipoises à 20-C, de préférence de 500 à 5000 centipoises à 20 C, (b) a un taux d'expansion compris entre 2,5 et 25 et de préférence environ 10, (c) a une durée d'amorçage d'au moins 5 secondes une vie en pot de 40 à 200 secondes, et forme une fois ex pansé et durci une mousse qui , (d) comprend au moins 75 * et de préférence entre 85 et 95% de cellules fermées, et (e) dont l'adhérence à l'isolant du conducteur du câble est si grande que la résistance à l'arrachement de la mousse est au moins égale à 5 daN/cm? Pour la présente invention, il faut tenir compte du fait que dans la préparation des garnitures de câbles, les masses de résines moulables utilisées doivent avoir certaines propriétés et que ces masses de résines moulables s'expansent dans des conditions déterminées.De ce point de vue la présente invention se base sur le fait que la-formation d'une mousse ainsi étanche à l'humidité, élaetique et adhérente sur l'extré- mité du cible ou sur les extrémités des câbles liées les unes aux autres n'est alors assurée que si pendant l'expansion de la masse de résine moulable, il se forme une mousse fine, à cellules fermées et homogène et que si les parois entre cha cune des cellules de la mousse et les parois faisant face aux parties délimitant les extrémités des cibles sont formées aussi fines que possible. La grosseur des cellules est de préférence comprise entre 0,5 et 2 mm, tandis que l'épaisseur de la pàroi des cellules est de préférence inférieure à 150 microns et mieux inférieure à 100 microns. Le module d'élasticité de la mousse déterminé à partir de l'essai de flexion doit 8tre si possible inférieur à 7000 daN/cm Une structure homogène de la mousse avantageuse pour la présente invention est essentiellement assurée par le fait que la masse de remplissage peut s'expanseur librement. Ainsi on évite que par suite d'une accumulation d'air localement différente sous la pression de la mousse en expansion, il se développe aussi des températures localement différentes, dues à la chaleur de réaction, qui entratneraient des propriétés différentes pour la mousse.En particulier on évite qu'il se forte, sous l'effet d'une surpression voisine, une mousse dont la gros- seur des cellules vers les confins de la matière solide, ainsi qu'en particulier vers la surface des conducteurs du câble, diminue ; une mousse de ce genre désignée par mousse intégrale" forme surtout une pellicule relativement épaisse adhérant mal aux isolants des cibles qui se détache facilement au cours de l'utilisation du câble, ce qui fait qu'une protection suffisante contre l'humidité n'est plus assurée. Pour titre sûr d'avoir une expansion libre de la masse de remplissage, il faut que ou bien l'ouverture de remplissage du moule pour garniture reste ouverte pendant l'expansior afin que la mousse puisse déborder éventuellement par cette ouverture de remplissage, bu bien pendant l'expansion plusieurs ouvertures dans le moule restent ouvertes. Ces ouvertures sont ensuite fermées après durcissement de la masse de remplissage. La structure à cellules fines de la mousse est obtenue en ajoutant des agents mouillants, des stabilisants de mousse et éventuellement certaines charges. Le degré d'expansion compris entre 2,5 et 25 correspond à une mousse de polyuréthanne non chargée ayant une densité apparente d'environ 0,04 à 0,4 et de préférence 0,1. Elle est déterminée surtout par le volume de gaz prenant naissance. Les durées d'expansion et de durcissement de la mousse sont réglées l'une par rapport à-l'autre par une accélération simultanée du dégagement gazeux et de la réaction de durcissement. Un retard dans la première réaction résulte en une expansion insuffisante, un retard dans la seconde réaction amène un affaissement de la mousse non stabilisée en temps voulu.La réalisation du nouveau procédé de fabrication du fait qu'elle nécessite des temps courts, et une exécution simple est particulièrement facile à mettre en oeuvre. Ainsi par exemple les composants de base de la masse de remplissage et le durcisseur peuvent tre mélangés à la main avec un baton agitateur en des quantités allant jusqu'à 8 kg. En outre l'expansion s'effectue à des températures de l'espace environnant allant de -5. à +40ex pratiquement d'une façon égale. Cet environnement est chauffé par la chaleur de réaction à une température inférieure à celle de la résine de noulage compacte afin que la matière de l'iso- lant di câble ,de la gaine ou du moulage ne soit pas endommagée. Comme on l'a déjà mentionné, la protection contre l'humidité de la garniture de cible fabriquée selon le nouveau procédé dépend essentiellement du fait que la mousse peut suivre d'une façon élastique la dilatation thermique de l'élément de câble enveloppé, en particulier-la dilatation de l'isolant du cible. Ceci est favorisé par la pression du gaz à l'intérieur des cellules (pression de serrage ) pendant l'expansion et par la faible épaisseur de paroi de l'enveloppe cellulaire. En ou tre, il faut une adhérence suffisante de la mousse aux conduc teurs du câble. Cette adhérence soit titre de préférence supérieure a la cohésion de la mousse durcie c'est-à-dire au moins égale à 5 daN/cm2 .Elle peut éventuellement être améliorée par des adhésifs particuliers avec lesquels la surface des ex trémité8 des cabres est traitée au préalable. On peut aussi améliorer l'effet d'étanchéité en ajoutant des matières à la masse de remplissage expansible qui communiqueront à la surface de la mousse un état collant intrinsèque durable. Une adhérence améliorée de la masse de remplissage expansée aux surfaces de la matière synthétique du câble et ainsi une protection contre l'humidité encore meilleure peut ê- tre avantageusement obtenue avant tout dans des conditions par ticulièrement sévères, par le fait que avant d'introduire la masse de remplissage,la surface des isolants du câble ou des extrémités des câbles, à réunir, est saupoudrée d'une poudre d'oxyde d'un métal du deuxième sous groupe ou du troisième groupe principal ou du huitième groupe de la classification périodique des éléments ou d'une poudre de silicates ou de ilice. D'une façon surprenante, on obtient avec un traite ment de ee genre des surfaces des conducteurs avec certaines poudres une adhérence bien meilleure de la masse de remplissage expansible aux isolants des conducteurs.Dans ce cas la poudre peut tre répandue d'abord pendant le montage de la garniture du cible ou bien être déposée déjà au cours de la fabrication du cible sur les surfaces des conducteurs d'une façon connue Dans la mesure où la poudre est déjà déposée pendant la fabri cation du cable, elle agit d'une part d'une façon connue comme anticollant entre les surfaces des conducteurs et une gaine intérieur. éventuellement extrudée et d'autre part pendant le montage de la garniture du câble, comme adhésif pour la masse de remplissage expansible I1 est particulièrement avantageux de déposer la poudre sans nettoyage préalable des surfaces des conducteurs, tandis qu'autrement avant la fabrication des garnitures en résines de moulage, ce nettoyage est utile. En particulier, l'adhérence de la masse de remplissage expansée aux isolants des conducteurs et aux cibles isolés en polyéthylène réticulé, est par conséquent fortement améliorée. Parmi les oxydes métalliques prévus pour le saupoudrage, on peut utiliser l'oxyde de zinc et l'oxyde d'aluminium .Mais sont également bien appropriés les oxydes de fer comme par exemple l'oxyde de fer rouge. La taille des grains de cette poudre doit être avantageusement d'environ 1 micron. Sont également utilisables comme poudre les silicates comme le mica de préférence et aussi le talc. On peut aussi utiliser la poudre de pierre ponce, la poudre d'ardoise, le kaolin, l'amiante, la bentonite ou le fer micacé. Ce genre de poudre est utilisé en partie comme lubrifiant dans les conducteurs électriques souples. Dans la mesure où on utilise la poudre de mica précitée, il est recommandé de choisir une poudre ayant une taille de grains comprise entre 10 et 60 microns. Parmi les autres poudres prévues à base de silice sont également appropriées les poudres de kieselgur ou de quartz. On peut aussi utiliser éventuellement les mélanges de pondras données, par exemple un mélange de mica et de talc, la proportion en poids recommandée étant au maximum de 4 parties de talc pour 1 partie de mica. Pour le nouveau procédé de fabrication sont appropriées par exemple les masses de résines moulables suivantes Exemple 1 Masse de base 60-80, par exemple Polyéther à partir de 6 moles d'oxy 60 parties en poids de : de propylène et d'une mole de tri méthyloîpropane comme agent réti- culant indice d'hydroxyle envi ron 450). 30-50, par exemple Polypropylèneglycoléther (10 restes 40 parties en poids de : de propylène, indice d'hydroxyle 50-60). environ 1,0 partie N-méthyl-N'-diméthylamino-éthyl- en poids de : pipérazine (comme accélérateur3. environ 2 parties Ricinoléyl-sulfonate à en poids de t 50 % d'eau environ 0,8 partie Copolymère de polyoxyalkylènepoly en poids de : diméthylsiloxane (comme mouillant et régulateur des cellules). Durcisseur : 74 à 106, de préférence 82 parties 4,4'-diisocyanato-diphénylméthane en poids de : brut (avec environ 15 % de polyiso cyanate, c'est-à-dire un mélange de trimérisat et de diphénylméthane triisocyanate ; viscosité environ 200 cP/25 C, densité 1,23/25 C, et teneur en NCO environ 30 %). Le dur cisseur peut titre coloré avantageuse ment avec environ 0,5 % d'un colorant approprié, pour reconnaître nettement le moment ou le mélange de la masse de base et du durcisseur est termine. Exemple 2 Masse de résine moulable, expansible selon 11 exemple 1, mais avec incorporation de 0,3 partie en poids de noir (par exemple du noir d'acétylène) par rapport à la quantité totale des additifs dans la masse de base. Âvec le même traitement, on obtient des cellules avec une réticulation uniforme, dont la grosseur atteint environ 1/10 de celle de l'exemple 1. Le noir donne des germes pour la formation accrue des cellules. Exemple 3 On obtient un effet identique avec une quantité iden tique de talc micronisé; à cause de sa structure microlamellaire le talc reste réparti dans la masse d'une façon particulièrement régulière et produit un effet txotropique souhaité. Exemple 4 Dans la masse de base selon l'exemple 1, on incorpore 50 parties en poids de poudre de quartz (10000 mailles, dont 60 * ont une taille de grain de 1-25 microns) et pour la suite des opérations la masse est traitée de la même façon. Là encore, la grosseur des cellules est réduite d'une façon analogue a celle des exemples 2 et 3.Simultanément, la conductibilité thermi que est approximativement au moins doublée, la dissipation de la chaleur en dehore de la garniture du cible stest améliorée On peut encore augmenter la teneur en poudre de quartz, toute fois il ne faut pas dépasser 100 parties pour 100 parties de la masse totale des additifs pour des raisons mécaniques. Malgré le poids spécifique élevé l'additif ne montre aucune sédimenta- tion pendant l'expansion. Exemple 5 De la même manière un oxyde d'aluminium hydraté incorporé réduit fortement, cpmme la poudre de quartz1 la combustibilité et confère en plus une résistance à l'hydrolyse extra- ordinaire dans le champ électrique. Autres variantes possibles 1. Avec des microbilles de verre, on améliore essentiellement la conductibilité thermique, la résistance à la compression et la résistance à la chaleur et à l'eau. 2. En faisant varier les quantités du constituant élastifiant à longue chaîne (polypropylèneglycoléther de l'exemple 1) on peut faire varier largement la flexibilité et l.'élns- ticité de la mousse. 3. En changeant d'accélérateur, par exemple en le remplaçant par des quantités analogues de N-méthylmorpholine, ou pour avoir une réaction encore plus rapide, par ce la N,N' endoéthylènepipérazine, on peut faire varier la durée de la réaction selon les nécessités, en particulier aussi selon les dimensions et la forme des garnitures de câbles à fabriquer. En particulier, on peut obtenir une accélération plus forte au de la réaction, pour un durcissement complet et lent de la Pour se, en ajoutant la N,N,N', N'-tétrakis-2-hydroxypropyléthylène diamine (environ 25 % par rapport à la somme des polyalcools). 4. La quantité d'eau introduite, à partir de laquelle le le CO2 est formé comme gaz porogène dans l'exemple 1, peut être remplacée partiellement ou en totalité par un alcane halogène, en particulier par du trichloromonofluorométhane. Cela se traduit par une économie en ester isocyanique et une gradue autonomie du processus de durcissement, parce que le liquide porogène seul est gazéifié par le dégagement de chaleur de la réaction de durcissement et fait gonfler la masse c fines cellules. En combinant une quantité solaire à peu près égale de deux agents porogènes, on neutralise mutuellement de légères tendances éventuelles au retrait ou au gonflement, à température plus élevée. 5. En incorporant une petite quantité (par exemple 1 à 3 %) de fongicides et d'insecticides on immunise la mouise contre les conditions tropicales similaires. 6. En ajoutant de l'oxyde d'antimoine et des hydrocarbures halogénés à la mousse on la rend aussi incombustible. 7. En choisissant une résine époxy durcissante à froid à base de bisphénol Â et par exemple de triéthylène- tétramine comme durcisseur avec addition de l'agent mouillant de l'exemple I et éventuellement dès charges selon les exemples 4 et 5, on peut fabriquer une mousse identique à base de résina époxy. Mais en plus des résines moulables mentionnées on peut utiliser aussi d'autres résines moulables qui satisfassent aux conditions prévues selon la présente invention. L'adhérence améllorée de la masse de remplissage expansée par saupoudrage des surfaces de conducteurs aux extrémités des câbles isolés en polyéthylène réticulé est confirmée par les essais suivants Procédé du mouton-pendule Des morceaux de conducteurs de 30 cm de long environ séparés les uns des autres d'environ 30 à 40 mm dans un vase cylindrique sont entourés d'une mousse avec une masse de remplissage conforme au brevet ; on les laisse en repos pendant 24 heures à la température ambiante, puis on essaie de les extraire de l'enveloppe de mousse à l'aide d'un marteau de 800 g en les frappant dans le sens des conducteurs. Mesure d'appréciation"visuelle très bon : seul le conducteur est chassé, l'isolant du con ducteur reste dans la masse de la mousse bon : le conducteur chassé est recouvert régulièrement et d'une façon étanche par une couche de mousse assez bon : une petite surface du conducteur 'est pas re couverte de mousse médiocre : environ 50 * ou davantage des surfaces des conduc teurs ne sont pas recouverts de mousse Conducteur 1 Conducteur 2 (a) non poudré assez bon médiocre, jusqu'à assez bon (b) poudré avec du talc bon assez bon (c) pouré avec un mé- lange de talc et de mica dans le rapport 4:1 (d) poudré avec du mica très bon bon (e) poudré avec de l'o xyde de 'f'er 'rouge très bon bon REYN DI CAT IONS 1. Procédé de fabrication d'une garniture de cible électrique isolé par une matière synthétique, dans lequel l'ex- trémité du cible ou les extrémités des câbles liées les unes aux autres sont entourées d'un moule présentant une ouverture de remplissage et une masse de remplissage expansible est introduite dans le moule puis expansée et solidifiée, ce procédé étant Ca- ractérisé par le fait que pendant l'expansion de la masse de remplissage l'espace intérieur du moule communique librement avec l'espace entourant le moule et que en tant que massé de remplissage expansible on utilise un mélange de résines moulables qui (a) pour le remplissage du moule présente une viscosité de 500 à 10000 cP/200C, (b) a un degré d'expansion compris entre 2,5 et 25 et de pré férence environ 10, (c) a un temps d'amorçage d'au moins 5 secondes et une vie en pot de 40 à 200 secondes et qui forme après expansion et durcissement une mousse, qui (d) comprend au moins 75 %, de préférence entre 85 et 95 ffi de cellules fermées, et (e) dont l'adhérence à l'isolant des conducteurs du cible est si forte, que dans l'essai de résistance à l'arrachage de la mousse il faut un effort d'au moins 5 daN/cm2 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait gue l'expansion a lieu pendant que l'ouverture de remplissage du moule est ouverte. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pendant l'expansion plusieurs ouvertures du moule sont maintenues ouvertes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait aue en tant que masse de remplissage on utilise un mélange de résines moulables ayant les composants suivants Sasse de base 60-80 parties en poids de : Polyéther à partir de 6 moles d'oxy de de propylène et de 1 mole de triméthylolpropane comme réticulant (indice d'hydroxyle environ 450) 30-50 parties en poids de : Pol'ypropylèneglycoléther (10 restes de propylène, indice d'hydroxyle 50 à 60) environ 1 partie en poids N-méthyl-N'-diméthylamino-éthyl de : pipérazine (comme accélérateur) environ 2 parties en poids de cinoléylsulfonate à 50 % d'eau environ 0,8 partie en poids Copolymère de polyoxyalkylènepoly de : diméthylsiloxane (comme mouillant et régulateur des cellules) Durcisseur : 74 à 106, de préférence 82 parties en 4,4'-diisocyanato-diphénylméthane poids de : brut (avec environ 15 % de poly isocyanate, c'est-à-dire un mélange de trimérisat et de diphénylméthane triisocyanate; viscosité environ 200 cP/25 C, densité 1,23/2500, et environ une teneur en NCO de 30 %) Le durcisseur peut titre avantageu sement coloré avec environ 0,5 % d'un colorant approprié, pour déter iiner le osent où le me lange de la masse de base et du durcisseur est complet. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait quton utilise 60 parties on poids de polyéther et 40 parties en poids de polypropylèneglycoléther. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que avant d'introduire la masse de remplissage, on saupoudre la surface de l'isolant du câble ou des extrémités des cEbles à lier, avec une poudre d'oxydes de mé- taux appartenant au deuxième sous-groupe ou au troisième groupe principal ou au huitième groupe de la classification périodique des éléments ou bien avec une pondre de silicates ou de silice. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'on dépose la poudre sans nettoyage préalable des sur faces des conducteursv 8, Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait qu'on utilise une poudre d'oxydes de fer. 9. Procédé selon l;une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait qu'on utilise une poudre de mica dont la taille des grains est comprise entre 10 et 60 F .