Brevet FR2475789A1 — publié le 19810814

La présente invention concerne un procédé de prépara- tion de câbles d'allumage sous haute tension (désigné ci-après par l'expression "câble d'allumage") qui est utilisé pour supprimer les interféreuces radioélectriques produites par l'allumage électrique d'un moteur à combustion interne d'une voiture automobile par exemple. Lorsque des substances conductrices, comme du sel (destinées par exemple à empêcher le verglas sur les routes dans une contrée froide), de la boue, etc., se fixent à la surface externe de la gaine du câble d'allumage, de sorte que son impédance par rapport au potentiel de la terre s'abaisse, le courant de charge s'échappe en fonction de la capacité électrostatique existant entre une âme produc- trice d'une certaine résistivité (que l'on appellera "âme" par abré- viation) et la surface externe de la gaine. Ainsi, lorsque la capacité électrostatique s'accroît, la tension d'allumage tend à diminuer, l'allumage devenant alors médiocre. Pour éliminer ces défaillances de l'allumage, il est néces- saire d'utiliser un câble d'allumage dont la capacité électrostatique est de 80 pF/m ou moins. Une manière d'abaisser la capacité électrostatique consiste à augmenter le diamètre externe du câble d'allumage. Toute- fois, puisque le diamètre externe du câble d'allumage est ordinaire- ment d'environ 7 à 8 mm, une telle augmentation n'est pas souhaitable, car, alors, le câble d'allumage obtenu cesse d'être interchangeable avec les cables classiques, il occupe plus de place. Pour abaisser la capacité électrostatique tout en mainLenanc constant ie diamètre externe, il est nécessaire de réduire le diamaètre extérieur de l'âme. Toutefois, divers problèmes surviennent lorsqu'on se contente de simplement réduire le diamètre extérieur de l'àme de la tecnnique antérieure. Jusqu'ici, on a utilisé des faisceaux de fibres de verre comme éléutent de tension constituant l'âme. Lorsqu'on réduit le diamftre de l'âme préparée au moyen du faisceau de fibres de verre afin d'abaisser la capacité électrostatique du câble d'allumage, celle-ci peut se couper pendant la formation, par extrusion ou vulca- nisation, de la couche isolante, de la gaine protectrice, etc. Ceci rend difficile la production à l'échelle commerciale d'un tel câble d'allumage. L'emploi d'un faisceau de fibres de polyamide aroma- tique à forte résistance mécanique comme élément de tension de l'âme évite les défauts indiqués ci-dessus pour le faisceau de fibres de verre, si bien qu'un câble d'allumage ayant une faible capacité électrostatique, d'environ 80 pF/m, peut être obtenu. Il est toutefois apparu que le câble d'allumage à faible capacité électrostatique ainsi obtenu présentait l'inconvé- nient d'un manque de stabilité de son aptitude à supporter la haute tension, ainsi que d'une insuffisance de durabilité en service long et répété. L'invention a pour objet de proposer un procédé per- mettant de préparer un câble d'allumage qui possède une capacité électrostatique suffisamment basse. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé permettant de préparer un cAble d'allumage possédant une capacité électrostatique suffisamment basse et une aptitude excellente à supporter la haute tension, ce câble étant produit sur la base de la découverte selon laquelle, lorsqu'on prépare une couche isolante au moyen d'une résine de polyoléfine et qu'on l'irradie à l'aide d'un faisceau électronique, on améliore l'aptitude à supporter la haute tension. Ainsi, selon l'invention, il est proposé un procédé permettant de préparer un câble d'allumage sous haute tension possé- dant une faible capacité électrostatique et comportant une âme formée d'un conducteurrésistant, une couche isolante et une couche formant une gaine, ce procédé comprenant les opérations qui consistent à préparer une âme conductrice résistante comportant un élément de tension constitué d'un faisceau de fibres et un matériau semi-conduc- teur disposé au moins sur la surface circonférentielle de celui-ci, à déposer par extrusion une résine de polyoléfine à la surface cir- conférentielle de l'âme conductrice résistante afin de former une couche isolante, à irradier la couche isolante à l'aide d'un faisceau électronique afin d'effectuer la réticulation de la résine, à déposer par extrusion une résine de polyoléfine sans prévoir une couche de renforcement ou après avoir mis en place une couche de renforcement sur l'isolant réticulé afin de constituer la gaine, et à irradier la gaine à l'aide d'un faisceau électronique. Selon un mode de réalisation préféré, l'invention propose un procédé permettant de préparer un câble d'allumage sous haute tension possédant une faible capacité électrostatique, o la résine de polyoléfine utilisée dans la couche isolante est un mélange poiTmëre de polyéthylène et d'une résine de polyoléfine non cristalline. Selon un autre mode de réalisation préféré, l'inven- tion propose un procédé permettant de préparer un cable d'allumage possédant une faible capacité électrostatique o on prépare l'aâme conductrice résistante en faisant déposer par extrusion le matériau semiconducteur sur la surface circonférentielle de l'élément de tension qui est constitué d'un faisceau de fibres de polyamide aro- matique, l'âme achevée devant avoir un diamètre extérieur de 1,2 mm ou moins. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure i est une vue en perspective d'un cable d'allumage sous haute tension possédant une faible capacité électro statique qui présente une structure générale a laquelle le procédé de l'invention peut être appliqué; et ia figure 2 est une représentation schématique d'un appareil destiné à être utilisé dans un essai de résistance à la cension d'une bohine d'allumage. Pour supprimer les interférences radioélectriques pro- duites par une décharge d'allumage, il faut que l'ame du cable d'allu- mage ait une résistance électrique d'environ 16 kohms/m. Par consé- quent, de façon générale, il est généralement fait appel à une aâme ayant un diamètre d'environ 1,8 mm, que l'on prépare en imprégnant un faisceau de fibres de verre au moyen d'une peinture au carbone. Lorsqu'on réduit le diamètre de l'ame préparée au moyen du faisceau de fibres de verre afin d'abaisser la capacité électro- statique au cSble d'allumage, l'âme peut se couper pendant la forma- tion, par extrusion ou vulcanisation, de la couche isolante, de la gaine, etc. Ceci rend difficile la production commerciale d'un tel câble d'allumage. Il est possible de surmonter le défaut résultant de l'emploi de faisceaux de fibres de verre en utilisant un.faisceau de fibres de polyamide aromatique à forte résistance mécanique comme élément de tension de l'âme. Par exemple, comme cela est illustré sur la figure 1, lorsqu'on imprègne un faisceau 1 de fibres de poly- amide aromatique de 1 500 deniers constitué par exemple de "Kevler" (marque déposée de DuPont de Nemours) au moyen d'une peinture au carbone 2 afin de former un âme ayant un diamètre extérieur compris entre 0,9 et 1,2 mm et en plaçant sur l'âme ainsi obtenue une couche isolante 3 comprenant un produit de réticulation d'une composition constituée de polyéthylène et d'un polymère d'oléfine non cristalline, une tresse de verre 4, et une gaine 5 en caoutchouc d'éthylène-pro- pylène (soit caoutchouc EP) ou en caoutchouc de silicone, dans cet ordre, on peut obtenir un cable d'allumage ayant une faible capacité électrostatique, d'environ 80 pF/m. Pôur obtenir une capacité électro- statique aussi faible que 80. pF/m, ou moins, il est nécessaire de réduire le diamètre externe de l'âme jusqu'à 1,2 mm, ou moins. Il a toutefois été découvert que le câble d'allumage à faible capacité électrostatique ainsi obtenu présentait l'inconvé- nient d'être instable dans son aptitude à supporter la haute tension et d'avoir une durée insuffisante en service prolongé et répété. Ainsi, si on effectue un essai de résistance à la tension d'une bobine d'allumage, au cours duquel on applique à répétition une tension maxi- male de 30 kV au moyen d'une bobine d'allumage, on constate qu'un semblable câble d'allumage présente une médiocre aptitude à supporter la haute tension. A la suite de longues recherches visant à améliorer l'aptitude à supporter la haute tension, il a été découvert que le fait de faire appel à une irradiation à l'aide d'un faisceau élec- tronique au moment de la réticulation de l'isolant ou de la gaine, au lieu d'une vulcanisation à la vapeur classique, avait tendance à accroître l'aptitude à supporter la haute tension, et en outre que l'emploi, comme couche isolante, d'un mélange de polymères comprenant du polyéthylène cristallin et un polymère d'oléfine non cristalline, par exemple du caoutchouc EP et un copolymère d'éthylène-a-oléfine qui a été réticulé par irradiation à l'aide d'un faisceau électronique, au lieu du polyéthylène réticulé, améliorait sensiblement l'aptitude à supporter la haute tension. Le phénomène décrit ci-dessus est très inattendu pour des c9bles utilisant un conducteur en cuivre ordinaire. Il est connu dans la technique que, lorsqu'on compare des polyéthylènes réticulés, les polyéthylènes réticulés par vulcanisation a la vapeur et ceux qui sont réticulés par irradiation à l'aide d'un faisceau électronique présentent à peu près la même aptitude a supporter la haute tension, ou même ces derniers sont légèrement inférieurs aux premiers en ce qui concerne l'aptitude à supporter la haute tension. En outre, il est également connu dans la technique que la comparaison d'un polyéthylène seul avec un mélange de polymères comprenant du polyéthylène et du caoutchouc EP fait apparaître que ce dernier est inférieur au premier en ce qui concerne l'aptitude à supporter la haute tension. Toutefois, malgré cette constatation, lorsque l'âme comprend un conducteur doté d'une certaine résistivité au lieu d'un conducteur en cuivre, les cables pour lesquels la réticulation a été effectuée par irradiation à l'aide d'un faisceau électronique présentent une aptitude à supporter la haute tension fortement améliorée par rapport à ceux pour lesquels la réticulation a été effectuée par vul- canisation à la vapeur, même lorsque du polyéthylène seul est employé dans la couche isolante du câble d'allumage, et, de plus, il apparaît une augmentation sensible de l'aptitude à supporter la haute tension lorsqu'un mélange de polymères comprenant du polyéthylène et du caout- chouc EP ou un copolynière éthylène-a-oléfine subit une réticulation par irradiation à l'aide d'un faisceau électronique. Ces phénomènes sont très inattendus et, par leur utilisation, l'invention permet d'obtenir un excellent câble d'allumage présentant une capacité élec- trostatique suffisamment faible et une aptitude stable A supporter la haute tension. On va maintenant décrire l'invention en relation avec les dessins annexés. Sur la figure 1, le numéro de référence 1 désigne un élément de tension constitué d'un faisceau de fibres de polyamide aro- matique, le numéro de référence 2 désigne une couche de peinture semiconductrice, le numéro de référence 3 désigne une couche isolante, le numéro de référence 4 désigne une couche de renforcement, par exem- ple une tresse, et le numéro de référence 5 désigne une gaine. Le tableau I ci-après donne les dimensions de ces par- ties constitutives selon des exemples de l'invention et des exemples de comparaison. Sur une fibre de polyamide aromatique de 1 500 deniers constituée de "Kevler" (marque déposée de la société DuPorit de Nemours), oudépose de façon répétée une peinture semi-conductrice que l'on prépare en introduisant une substance conductrice, telle que du noir de carbone, du graphite, de l'argent ou du cuivre en poudre, dans du caoutchouc, de la matière plastique ou un matériau analogue et en laissant sécher les couches déposées, de façon que le diamètre externe soit compris entre 0,9 et 1,2 mm. Ensuite, pour obtenir la faible capacité électrostatique, on extrude, de façon à former un isolant, un matériau à faible cons- tante diélectrique, par exemple un polyéthylène, un copolymère éthylène- propylène (y compris un terpolymère éthylène-propylène-diène (EPDM)), un copolymère éthylène-a-oléfine, ou un mélange de ces polymères, et on effectue la réticulation par le procédé d'irradiation à l'aide d'un faisceau électronique, de manière que le diamètre final soit compris entre 4,6 et 4,8 mm. Ensuite, on place sur'le câble en formation une tresse en fibres de verre destinéeà servir de couche de renforcement, puis on dépose par extrusion sur la tresse en fibres de verre du caout- chouc EP ou du caoutchouc de silicone. Le diamètre externe final est alors de 7,0 mm. La formule de l'isolant employé est décrite dans le tableau Il ci-après. Les résultats de mesures de la capacité électrostatique et de l'aptitude à supporter la tension d'une bobine d'allumage du câble d'allumage ainsi obtenu sont présentés sur le tableau III ci- après. On a mesuré la capacité électrostatique au moyen de l'essai normalisé JIS C-3004, désigné sous le titre 'Rubber Insulated Cable Testing Method", et, en particulier, on a trempé l'échantillon dans l'eau, on l'a mis à la masse et on a mesuré la capacité électro- statique existant entre le conducteur et l'eau par le procédé du pont en courant alternatif à une fréquence de 1 000 Hz, la valeur de la capacité étant exprimée par rapport à l'unité de longueur (en mètre). La figure 2 est une représentation schématique d'un appareil destiné à être utilisé pour l'essai de résistance à la tension d'une bobine d'allumage, et la référence 11 désigne un bât!, la référence 12 désigne un moteur, la référence 13 désigne une bobine, la référence 14 désigne un dispositif d'allumage, la réfé- rence 15 un distributeur (tournant à 1 000 tr/min), la référence 16 une courroie d'entrainement, les références 17 et 17' la terre, et les références i8 et 18' des cables d'allumage. La surface du cable d'allumage reçoit une peinture à l'argent et est mise à la terre, tandis qu'on fait décharger, dans l'intervalle formé entre le conduc- teur du cabe 18' el la terre 17', une tension de 30 kV. Les résultats sont présentés sur le tableau III ci- après. Comme le montrent clairement les résultats du tableau I1l, alors que chaque exemple de l'invention et chaque exemple de comparai- son fournit une capacitié électrostatique de 80 pF/m, tous les échan- tillons étant donc à mettre sur le même plan de ce point de vue, l'irradiation à l'aide d'un faisceau électronique se révèle supérieure à la vuàcanisation à la vapeur comme procédé de réticulation, tandis qu'un mélange de polymères comprenant une polyoléfine cristalline, par exemple du polyéthylène, etunepolyoléfine non cristalline, par exemple du caoutchouc EP ou un copolymère éthylène-a-oléfine tel que "Toughmer" (marque déposée d'un copolymère dthylène-4-méthylpentène-1 produit par la société Mitsui Petrochemical Industries Limited), etc.. se révèle supérieur à une polyoléfine seule. * La raison pour laquelle il est possible d'obtenir selon l'invention une excellente aptitude à supporter la haute tension peut vraisemblablement être associée au fait que, par opposition au cas de la réticulation par vulcanisation à la vapeur, qui creuse la surface de l'âme à cause de la chaleur et de la pression appliquées et rend donc cette surface irrégulière (alors qu'un tel creusement du conducteur ne se produit pas lorsque le conducteur est en cuivre), la réticulation par irradiation à l'aide d'un faisceau électronique produit un article doté d'une âme conductrice résistante possédant - une surface lisse même lorqu'il est fait appel à une âme conductrice résistante qui aurait, autrement, souffert d'une déformation due à la chaleur et à la pression au moment de la réticulation. Le cable d'allumage selon l'invention, présentant une faible capacité électrostatique, se révèle excellent pour empêcher les problèmes dus au sel dans les contrées froides, etc. Selon l'invention, les faisceaux de fibres de poly- amide aromatique utilisés comme éléments de tension, peuvent être tor- sadés ou entrelacés autour d'un faisceau central de fibres de poly- amide aromatique. L'âme conductrice résistante peut être un élément de tension qui n'est revêtu que d'une peinture semi-conductrice appliquée à répétition et séchée, ou un élément de tension portant une couche de peinture semi-conductrice, puis au-dessus de celle-ci, une couche de dénudation, et une couche de matériau semi-conducteur de caoutchouc ou de matière plastique, déposée par extrusion, en plusieurs couches. Comme matériau permettant de préparer la couche de dénudation, il est possible d'utiliser une peinture au silicone comprenant du silicone et une peinture semi-conductrice préparée par mélange d'une substance conductrice, telle que du carbone, du graphite, de l'argent ou du cuivre en poudre, avec un caoutchouc ou une matière plastique. De plus, la couche de renforcement peut être une bande perforée, ou un matériau analogue, aussi bien que la tresse, et elle peut être placée entre une gaine interne et une gaine externe, ou bien la couche de renforcement peut être omise, si cela est souhaitable. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. T A B L E A U I Structure dimensionnelle de cables d'allumage à faible capacité!ectrostatiqjge Partie considérée Ame Isolant Tresse de renforcement Gaine Matériau Faisceau de fibres de polyamide aromatique de 1 500 deniers x 1 Peinture semi-conduc- trice Résine de polyoléfine Fil de verre Résine d'oléfine Modèle I Diamètre Epaisseur extérieur (mn) (mm) 0,20 1,85 0,10 1,1 0,5 0,9 4,6 4,8 7,0 Modèle Il _pai___Diamètre Epaisseur extérieur (min) (mm) 0,35 1,80 0, 10 1,00 0,5 1,2 4,8 ,0 7,0 do r[/ Ln ce "o T A B L E A U I I Composition de l'isolant et de la gaine Note *: "Toughmer A": copolymère éthylène-a-olefine produit par Mitsui Petrochemical Co., Ltd. Polyéthylène Agents de Composition cristallin EP "Toughmer A réti.culation et d'anti- vieillissement A 80 20 -- peu B 60 40 -- C 50 50 -- D 80 -- 20 E 60 -- 40 F 50 -- 50 G 100 --.. -- H -- 100 -- T A B L E A U III 1. (invention) (invention) (invention) (invention) (invention) (invention) (invention) (invention) (invention) (invention) Cde eIb es d'Alail.cie a faible.h;;_te éFtrOStaUue S Lructurc Capa^;té |EssaL de résistanicc- Is.]an r. C ne] leól:rost.,tique] la 'ens.on avwc Coinp-oiti omR-ti u j Ca.-sition '1.It L;1at-r.ir bohix.;> d 'al}J'azge r r, ;. -.... A, Trrad. C úIrdL | 7(1 2 000 hb bon pour I 5.chantilLons A | Irrad. C Irrad. úI 80 B Trrad, C irrad. I 71 C Irrad. C Irrad. I 70 C Irraa. Irrad. IL 80 " D Irrad. C [rrad. I 71 D Irrad. C Irrad. I 79 E Irrad. C Irra d. I 70 F Irrad. C Irrad. I 69 F Irrad. C Irrad. II 78 j-" -PJ Ln u-1 %O T A B L E A U I I I (suite) - - r Structure Capacité Essai de résistance Is olant 'Gaine électrostatique à la tension avec Composition Réticulation Composition Réticulation Modele (pF/m)** une bobined'allumage 1l i (invention) G irrad. C Irrad. I 68 18 h, 1 échantillon (invention) lq e claqué et 2 000 h, bon pour 4 échantillons (invention) G Irrad. C Irrad, II 78 27 h, 1 échantillon claqué et 2 000 h. bon pour 4 échantillons 13 Vulc. Vulc. (comparaison) G vapeur H vapeur I 69 entre 2 et 3 h, 3 échantillons claqués et 2 000 h. bon pour 2 échantillons 14 Vulc. Vulc. (comparaison) G vapeur H vapeur Il 78 entre 5 et 29 h, 4 échantillons claques et 2 000 h, bon pour 1 échantillon NOTE *É: JIS C-3004-1975 "Rubber Insulated Cable Testing Method". "Irrad." signifie "irradiation à l'aide d'un faisceau électronique. "Vule. vapeur" signifie "vulcanisation à la vapeur. 4- -4 ul oo t-I) R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé permettant de préparer un câble d'allumage sous haute tension possédant une faible capacité électrostatique qui comprend une àme formant un conducteur d'une certaine résistivité, une couche isolante (3) et une gaine (5), le procédé étant carac- térisé en ce qu'il consiste à préparer une âme conductrice résistante comportant un dlément de tension (1) constitué d'un faisceau de fibres et un mnatériau semi-conducteur (2) disposé sur au moins la surface circonférentielle de celui-ci, à déposer par extrusion une résine de polyolétine sur la surface circonférentielle de l'âme con- ductrice résistante afin de former une couche isolante (3), à irra- dier la couche isolante à l'aide d'un faisceau électronique afin d'effectuer la réticulation de la résine à déposer par extrusion une résine de polyoléfine, sans prévoir de couche de renforcement ou après avoir mis en place une couche de renforcement (4), sur l'isolent réticulé afin de former la gOine (5) et irradier la gaine à l'aide d'un faisceau électronique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine de polyoléfine utilisée comme couche isolante est un mélange de polymères comprenant du polyéthylène et une polyoléfine non cristalline. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la polyoléfine non cristalline est un caoutchouc d'éthylène- propylène. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la polyoléeue non cristailine est un copolymère éthylène-a- oldfine. 5. Procéed selon la revendication 4, caractérisé en ce que le coovIolymère éthylène-x-oléfine est un copolymère éthylène-4- méthylpentène-l. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prépare l'âme conductrice résistante en déposant par extrusion un matériau semi-conducteur à la surface circonférentielle de l'élé- ment de tension comprenant un faisceau de fibres de polyamide aroma- tique de manière à obtenir un diamètre externe de 1,2 mm ou moin3. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prépare l'âme conductrice résistante en déposant une peinture au carbone sur l'élément de tension comprenant un faisceau de fibres de polyamide aromatique, en laissant sécher l'élément de tension ainsi revêtu, en plaçant sur celui-ci une couche de dénudation, eten déposant par extrusion une couche semi-conductrice de caoutchouc ou de matière plastique sur la couche de dénudation, l'Sme conductrice résistante ayant, une fois terminée, un diamètre externe de 1,2 mm ou moins.