Brevet FR2485859A1 — publié le 19811231

Au cours des récentes années, l'utilisation de matières à coefficient positif de température (CPT) s'est répandue de plus en plus à propos des éléments de chauffage électrique en raison des avantages découlant de leurs caractéristiques d'auto-limitation de la température. On a conçu divers types de câbles de chauffage dans lesquels deux conducteurs espacés sont séparés par la matière à CPT qui a été extrudée par dessus les deux conducteurs. La matière à CPT,présente entre les deux conducteurs, constitue un trajet à résistance relativement basse d'un conducteur à l'autre. La chaleur est en fait produite dans la matière à CPT, et l'on peut considérer cette matière présente entre les deux fils conducteurs comme formant plusieurs fils parallèles de chauffage par résistance disposés entre les deux fils conducteurs. La matière à CPT peut typiquement consister en une matière à base de polyéthylène à laquelle une disper- sion de noir de carbone conducteur a été ajoutée. On peut ainsi se référer au brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 858 144 qui décrit les constituants de matières à CPT qui conviennent pour servir dans des câbles de chauffage, ainsi que la façon dont de telles matières pourraient être traitées et notamment l'étape de recuit. Ce brevet mentionne également les problèmes associés à la résistance à faible contact entre la matière à CPT et les conducteurs alimentant celle-ci en courant électrique. On déclare dans le brevet précité avoir obtenu une meilleure stabilité et une conductivité meilleure et plus constante à l'interface entre le fil conducteur et la matière à CPT en revêtant au préalable les électrodes à 1 'aide d' une composition contenant du noir conducteur ava'nt d'effectuer le dépôt, par extrusion sur les électrodes, de la matrice polymère comportant du noir de carbone. Il en résulte que la matrice polymère comporte à l'interface des quantités de noir de carbone nettement supérieures à celles se trouvant partout ailleurs. Cependant, le type de conducteur décrit dans le brevet précité ne convien- drait pas pour servir dans des couvertures électriques ou dans d'autres milieux dans lesquels il faut prévoir des flexions répétées et o le fil doit pouvoir être facilement plié ou fléchi. La présente invention propose un moyen pour obtenir un câble mince et flexible à coefficient positif de température (CPT) présentant de la stabilité et des caractéristiques de résistance uniforme. Le câble comporte deux conducteurs composés de bandes d'une matière à forte conductivité, comme du cuivre, enroulées en hélice sur une âme flexible isolante formée de fins fils de fibres comme de la rayonne ou du verre, dont la configuration circulaire est maintenue par le ruban ou le fil enroulé en hélice. L'âme de matière isolante est revêtue d'une solution ou suspension de particules de carbone conducteur qui sont déposées sur l'âme et, puisque la structure de l'âme est constituée de nombreux fils fins, le carbone tend à s'infiltrer ou à pénétrer dans les interstices existants entre les fils de l'âme. Le carbone qui y est déposé modifie les caractéristiques de conduction électrique de l'âme et constitue un trajet supplémentaire à faible résistance entre la matière à CPT et les fils conducteurs enroulés sur l'âme. Lorsque la matière à coefficient positif de température est extrudée sur les conducteurs dont l'âme est revêtue de carbone, une partie du carbone de surface est absorbée dans la couche superficielle de la matière à CPT ou s'y disperse pour assurer une meilleure conductivité à l'interface entre la matière à CPT et l'âme imprégnée de carbone et constituer un trajet à faible résistance vers les surfaces internes des fils conducteurs. La présente invention vise donc à proposer - un petit câble flexible convenant comme élément de chauffage à utiliser dans une couverture électrique et comportant une matière à coefficient positif de tempéra- ture (CPT) conme élément de chauffage à auto-limitation de température; une couverture à coefficient positif de température présentant de meilleures caractéristiques de flexibilité et une meilleure stabilité de la résistance; et - un élément amélioré de chauffage destiné à être utilisé dans des couvertures électriques et comportant une matière à CPT extrudée sur deux conducteurs espacés dont chacun est constitué d'une âme isolante flexible autour de laquelle un fil conducteur a été enroule en hélice, l'âme étant revêtue d'une dispersion de carbone conducteur pour améliorer la conductivité entre la matière à CPT et le fil conducteur. D'autres objets et avantages de la présente invention ressortiront à l'examen de la description détaillée suivante, faite à titre illustratif et nullement limitatif en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue fragmentaire en perspective d'un câble de chauffage selon l'invention; la figure 2 est une vue agrandie d'une coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une autre coupe longitudinale du câble de chauffage; et la figure 4 est une coupe d'une autre forme de réalisation du câble de chauffage selon l'invention. On voit sur la figure i un câble de chauffage désigné de façon générale par l'indice de référence 12. Le câble 12 comporte deux conducteurs 14 et 16 maintenus espacés par une matière extrudée à coefficient positif de température (CPT) qui peut prendre la forme d'un polyéthylène chargé de noir de carbone conducteur afin d'obtenir les caractéristiques souhaitées de résistance électrique. Chacun des conducteurs 14 et 16 comporte une âme 14a et 16a, respectivement,autour de laquelle est enroulé en hélice un fil conducteur 14b et 16b, respecti- vement. Les fils conducteurs 14b et 16b sont en cuivre et ont une section d'environ 0,0635 mm sur 0,254mm, soit une surface de section de 0,016 mm. Les âmes 14a et 16a ont environ 0,457 mm de diamètre et elles sont formées de plusieurs fils de verre ou de rayonne ayant un titre de 1650 deniers,qui ont été réunis pour obtenir un faisceau de configuration généralement cylindrique comme illustré sur la figure 1 et qui sont retenus entre des fils conducteurs 14b et 16b disposés en hélice. Selon la présente invention, les âmes 14a et 16a sont plongées dans une solution contenant en disper- sion des particules de carbone conducteur. La solution peut être à base d'eau ou d'alcool et elle est suffisamment fluide pour permettre le dépôt des particules de carbone dans les creux et les vides existant entre les fils de verre ou de rayonne constituant les âmes. Cette applica- tion du carbone aux âmes 14a et 16a peut être réalisée avant et après l'enroulement des conducteurs 14b et 16b sur les âmes. Une pénétration plus complète du carbone peut cependant être réalisée si les âmes sont revêtues avant que les conducteurs ne soient enroulés sur elles. Lorsque la matière 18 à CPT est extrudée sur les conducteurs 14 et 16, la partie superficielle du carbone conducteur déposé sur les âmes 14a et 16a vient faire partie de la surface de la matière à CPT, puisque celle-ci est à l'état fluide ou fondu pendant son extrusion. Il en résulte l'existence d'une partie de matière à CPT fortement conductrice à l'interface entre cette matière à CPT et les âmes 14 et 16. Ainsi, il convient de noter que le courant passant entre les conduc- teurs 14b et 16b pour pénétrer dans la matière à CPT peut passer par la surface des fils conducteurs en contact direct avec cette matière à CPT ou peut faire l'objet d'une conduction longitudinale en passant par la couche de carbone déposée dans l'âme et dans les zones de la matière à CPT disposée entre les spires des fils conduc- teurs 14b et 16b enroulés en hélice. Le fait de fournir au courant plusieurs trajets de passage améliore les caractéristiques du câble de chauffage et assure une conductivité plus uniforme entre les deux fils conduc-- teurs. Sur la coupe apparaissant à la figure 3, on peut facilement observer l'augmentation de la surface des conducteurs assurée par le revêtement des âmes isolantes 14a et 16a par le noir de carbone conducteur. La couche 17 entre les âmes 14a, 14b et la couche 18 à CPT est montrée sous une forme un peu exagérée,mais est destinée à représenter la couche de noir de carbone qui pénètre en fait dans les âmes, comme expliqué ci-dessus. Sans le revêtement conducteur, les conducteurs 14b et 16b sont disposés en hélice au voisinage l'un de l'autre sur les côtés voisins des conducteurs 14 et 16 de façon un peu aléatoire lorsque les spires sont orientées de manière appropriée. Dans d'autres cas, la plupart du conducteur se situe du côté de l'âme isolante éloigné du conducteur adjacent, ce qui limite le passage du cou- rant vers cette partie du fil. Cependant, puisque la totalité de la longueur des conducteurs 14 et 16 présente une partie des fils conducteurs 14b et 16b exposée au conducteur adjacent ou présente une partie conductrice 17 des âmes 14a et 14b exposée, le passage du courant entre les deux conducteurs 14 et 16 tend à être uniforme et à s'effectuer directement entre les deux conducteurs, ce qui assure le chauffage maximal et le plus uniforme dans la matière 18 à coefficient positif de température (CPT). Les fines fibres de verre ou de rayonne servant à constituer les âmes 14a et 16a donnent de la résistance mécanique et de la flexibilité au câble de chauffage. Le revêtement de l'âme par du carbone conducteur n'a pas tendance à en diminuer la flexibilité et améliore les caractéristiques électriques des conducteurs-14 et 16, comme expliqué ci-dessus. La présence des fils conducteurs ne diminue pas la flexibilité du câble de chauffage,car les fils de cuivre 14b et 16b sont dispo- sés en hélice sur les âmes flexibles 14a et 16a. En outre, les effets de la flexion du câble de chauffage sur les fils disposés en hélice sont réduits à leur minimum. Le câble de chauffage peut être fréquemment fléchi sans risque de briser les fils conducteurs 14b et 16b. Afin de stabiliser les paramètres électriques, le fil revêtu de la matière à CPT est recuit à une tem- pérature égale ou supérieure au point de fusion de la matière à base de polyéthylène. Pour maintenir la configuration physique de la matière 18 à CPT pendant son recuit, une couche 20 d'une matière thermoplastique a été extrudée par dessus la matière 18 avant le recuit de celle-ci. Après achèvement de ce recuit, le revêtement de caoutchouc thermoplastique peut être enlevé ou bien laissé sur place. Un revêtement supplémentaire 22 de poly(chlorure de vinyle) est ensuite extrudé par dessus le revêtement 20 (ou par dessus la matière 18, selon le cas) pour constituer un revêtement isolant qui peut être convenablement scellé aux zones de jonction et de raccordement du câble de chauffage 12. Selon le type particulier de matière à CPT que l'on utilise et selon le processus de recuit auquel on la soumet, la couche thermoplastique 20 peut ou non s'avérer nécessaire. L'ensemble résultant est solide, flexible et durable et présente des caractéristiques convenables pour son utilisation dans des couvertures chauffantes électriques, des édredons chauffants électriques, des draps et autres objets analogues. Le fil peut être rendu assez petit pour être à peine remarqué dans l'enveloppe d'une couverture classique, et il peut être rendu assez flexible pour que la couverture puisse être pliée et fléchie sans que le câble de chauffage n'offre de résis- tance mécanique notable à de tels plis et flexions. En outre, le câble de chauffage possède les avantages inhérents à un câble de chauffage à coefficient positif de température du fait qu'il exerce un effet d'auto-limita- tion de la température dans les zones dans lesquelles des conditions éventuelles de surchauffe risquent de se développer ou de se produire. Lorsqu'on l'utilise dans une couverture chauffante électrique, un tel câble de chauffage donne une couverture présentant le maximum possible de sécurité et de protection en ce qui concerne les conditions d'une surchauffe locale, et, en même temps, un tel câble va distribuer la chaleur uniformément et efficacement dans toutes les zones de la couverture. On voit sur la figure 4 une autre forme de réalisation du câble de chauffage selon l'invention, qui comporte une seule âme 14a revêtue et sur laquelle l'un des fils conducteurs 14b est enroulé directement, cependant qu'un second fil conducteur 15 est enroulé en hélice sur une- couche de matière 18' à coefficient positif de température extrudée par dessus le premier conducteur 14. Dans cet agencement, les fils conducteurs 14b et 15 sont disposés concentriquement par rapport à l'âme 14a et la couche cylindrique de matière 18' à coefficient positif de température est disposée concentri- quement aussi entre les fils conducteurs 14b et 15 enroulés en hélice. Le fil conducteur externe 15 est enrobé d'un revêtement thermoplastique 20' et d'un revêtement 22' de poly(chlorure de vinyle), comme décrit à propos de la forme de réalisation représente sur les figures 1 à 3 - La couche 17' de carbone appliquée à l'âme 14a, dans la forme de réalisation de la figure 4, correspond, en ce qui concerne sa fonction et son mode d'application, à la couche 17 de la première forme de réalisation décrite. REVENDICATIONS 1. Câble flexible de chauffage, à auto- limitation de température, pour couverture chauffante électrique, ce câble comprenant deux conducteurs (14, 16) allongés maintenus espacés par une matière (18) à coef- ficient positif de température qui sert d'élément de chauffage par résistance dans ce câble, lequel est caractérisé en ce que chacun des conducteurs (14, 16) comporte une âme (14a, 16a) de fils flexibles et non conducteurs, autour de laquelle est- enroulé en hélice un ruban (14b, 16b) d'une matière à faible résistance électrique, cette âme de fils étant imprégnée de carbone conducteur qui offre un trajet à faible résistance le long des conducteurs sur le diamètre interne du ruban de matière enroulée en hélice, la matière (18) étant extrudée par dessus les conducteurs (14, 16) espacés et au-moins un revêtement isolant étant extrudé par dessus la matière. (18). 2. Câble de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière (18) à coefficient positif de température est revêtue d'un caoutchouc ther- moplastique (20),destiné à maintenir la forme de la matière (18) pendant son recuit,et d'un revêtement (22) de poly(chlorure de vinyle) par dessus le revêtement (20) de caoutchouc thermoplastique. 3. Câble de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'imprégnation des âmes (14a, 16a) par le carbone conducteur a été obtenue par immer- sion de ces âmes (14a, 16a) dans une dispersion de carbone conducteur dans un liquide, ce-qui a provoqué le dépôt de ce carbone à la surface des âmes (14a, 16a) et à l'intérieur des interstices des fibres de ces âmes. 4. Câble de chauffage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ruban de matière conductrice (14b, 16b) est constitué par du cuivre à haute conductivité de 0,016 mm environ de section. 5. Câble flexible de chauffage, à auto- limitation de température, pour couverture chauffante électrique, ce câble comprenant deux conducteurs allongés (14, 15) maintenus espacés par une matière (18') à coefficient positif de température servant d'élément de chauffage par résistance dans le câble, ce câble étant caractérisé en ce que l'un (14) des conducteurs comprend une âme (14a) de fils flexibles et non conducteurs autour de laquelle est enroulé en hélice un ruban de matière (14b) à faible résistance électrique, cette âme de fil étant imprégnée par du carbone conducteur consti- tuant un trajet à faible résistance électrique le long des conducteurs sur le diamètre interne du ruban de matière enroulée en hélice, la matière (18') à coefficient positif de température étant extrudée par dessus le conducteur (14) et au moins un revêtement isolant étant extrudé par dessus la matière (18') et les conducteurs (14, 15>. 6. Câble de chauffage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matière (18') à coefficient positif de température forme une enveloppe cylindrique entourant le conducteur (14) et son âme (14a), l'autre (15) conducteur espacé étant enroulé en hélice sur la matière (18'), et le revêtement isolant (20, 22) étant extrudé par dessus le second conducteur (15) et la matière (18').