Brevet FR2484688A1 — publié le 19811218

o0 248 46:88 La présente invention concerne un procédé pour proté- ger les équipements électriques des effets de courants para- sites dus notamment aux rayons X, une composition protectrice à base de silicone et un dispositif spécialement adapté à la mise en oeuvre de ce procédé. Il est nécessaire de protéger les câbles, connecteurs et liaisons électriques diverses susceptibles d'être exposés à des rayons X, en particulier dans les satellites, les ap- pareils susceptibles d'être utilisés dans le vide, etc., en raison des perturbations que ces irradiations peuvent entral- ner dans le fonctionnement des appareillages électriques dans de telles conditions d'utilisation. Ainsi, par exemple, dans le cas d'un câble coaxial constitué d'un conducteur externe et d'un conducteur interne séparés par un diélectrique, placé dans un flux de photons X, on constate l'apparition d'un courant électrique entre les deux conducteurs. Ce courant résulte du déplacement des charges au niveau des interfaces conducteur- diélectrique. Une irradiation de photons X brève mais intense peut provoquer une impulsion de courant d'amplitude élevée, suscep- tible de masquer les signaux transmis dans le fonctionnement normal de l'appareillage, de perturber le fonctionnement des équipements électroniques raccordés aux câbles, et dans cer- tains cas d'endommager les équipements électroniques de manière définitive. On sait que l'on peut protéger des câbles électriques des effets des irradiations par photons X en formant une cou- che conductrice entre le diélectrique et le conducteur externe. On a proposé l'emploi d'une couche conductrice en polyéthylène chargé avec des particules de carbone. Toutefois, cette métho- de ne procure pas de résultats satisfaisants car il se forme, à la surface du polyéthylène, une couche résistante qui em- pêche la relaxation des charges. On a également utilisé des produits silicones rendus conduâteurs par addition de charges en carbone, mais de tels produits sont en pratique inutilisables en raison de dif- ficultés de mise en oeuvre et de reproductibilité; il appa- rait notamment, au cours de la polymérisation des élastomères - 2484688 silicones, une couche résistante se formant à la surface de l'élastomère, ce qui détruit l'intérêt du produit conduc- teur. Un produit silicone conducteur constitué d'une pâte thixotropique conductrice, chargée de particules de noir de carbone, est décrit dans le brevet US 3 445 620. Toutefois l'utilisation de ce produit s'avère délicate et se heurte à des difficultés de mise en oeuvre et de reproductibilité. La présente invention a pour objet un procédé de protection de câbles connecteurs et liaisons électriques di- verses comportant au moins un conducteur et plus particuliè- rement au moins deux conducteurs séparés par un diélectrique, susceptibles d'être soumis à un flux de photons X. L'invention a également pour objet une nouvelle composition à base d'élastomère silicone, rendu conducteur de l'électricité par addition de charges, présentant une structure électriquement homogène après polymérisation, que l'on peut-préparer aisément à partir de produits disponibles dans le commerce. Enfin, l'invention a pour objet un dispositif spécia- lement adapté à la mise en oeuvre du procédé de protection de liaisons électriques, permettant d'appliquer une couche homogène d'élastomère silicone, en une Épaisseur appropriée. Conformément au procédé de l'invention, on forme, au cours de la fabrication des liaisons électriques, au moins une couche homogène d'une élastomère silicone chargé avec du noir de carbone, dépourvue de couche résistante superficielle, entourant le conducteur ou entre les conducteurs et le diélec- trique. Suivant une forme préférentielle de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on applique au moins deux couches élastomère silicone chargé de particules de noir de carbone, chaque couche étant placée entre le diélectrique et chacun des conducteurs électriques, en une épaisseur à sec comprise entre 0,05 et 0,5 mmn Le procédé suivant l'invention s'applique tout particulièrement à la protection d'un câble coaxial comportant un conducteur électrique central, entouré d'un diélectrique, lui-même entouré d'un deuxième conducteur électrique. Conformément à l'invention, on applique une couche homogène de silicone chargé de particules de noir de carbone sur le conducteur électrique central, puis on applique successivement la couche de diélectrique et une deuxième couche de silicone chargé de particules de noir de carbone, et on met ensuite en place le deuxième conduc- teur électrique que l'on revêt d'un gaine de protection. Le cas échéant, une couche supplémentaire de silicone chargé est appliquée entre le deuxième conducteur électrique et la gaine de protection. La nouvelle composition conforme à la présente invention est constituée par un caoutchouc silicone, et de préférence un caoutchouc silicone vulcanisant à froid,rendu conducteur par incorporation de charges constituées par de fines Darticules de noir de carbone. Le mélange du noir de carbone et de l'élastomère silicone peut s'effectuer suivant les techniques usuelles, par exemple au moyen d'un broyeur à cylindres qui permet d'obtenir une dispersion homogène des particules de noir de carbone dans le silicone. Il est important que la dimension des particules de noir de carbone soit aussi faible que possible par rapport à l'épaisseur de la couche enduire pour qpe celle-ci puisse être parfaitement homo- gène. On peut utiliser des particules de dimension moyenne inférieure à quelques microns et de préférence de l'ordre de 0,01 à 0,5 micron. Il est également avantageux que la surface spécifique des particules soit importante afin d'obtenir un élastomère chargé conducteur avec un faible taux de charge. La surface spécifique des particules de noir de carbone utilisées dans l'invention est de préférence supérieure à 500m2/g. Lorsqu'on utilise un élastomère bicomposant, vulcanisable à température ambiante, l'agent de réticula- tion approprié est ajouté dans le mélange décrit ci-dessus, de préférence par malaxage sous vide afin d'éliminer l'air qui aurait pu s'introduire dans le mélange., Le mélange de l'élastomère silicone et des charges de noir de carbone peut le cas échéant être conservé pendant une durée de quelques jours à plusieurs môis, avant d'être utilisé conformément au procédé de protection de liaisons électriques de l'invention. Il est avantageux d'introduire dans le mélange un solvant des silicones, et par exemple dutoluène, du xylène, etc., de préférence dans une proportion d'au moins 40% en poids, ce qui permet d'abaisser la viscosité du produit. Il peut également s'avérer utile d'incorporer dans le mé- lange un apprêt, ou primaire, pour faciliter l'enduction et l'adhérence de l'éastomère vis-à-vis des conducteurs métalliques et du diélectrique. A titre d'exemple on peut utiliser un primaire du type silane. La composition protectrice à base de silicone chargé de particules de noir de carbone conforme à l'invention peut être appliqués par des moyens usuels sur les compo- sants d'un câble électrique, c'est-à-dire sur un conduc- teur métallique ou sur une couche de diélectrique, au moyen des appareils usuels d'enduction. Il est toutefois pré- férable d'utiliser le dispositif décrit ci-après, qui entre également dans le cadre de la présente invention; on peut ainsi obtenir dans de bonnes conditions une enduction d'une couche homogène. La couche de silicone conducteur appliquée sur le conducteur métallique ou sur le diélectrique constituant le support est chauffée à une température comprise entre 80'C et 2500C environ, et de préférence entre 1200 C et 2000C pour provoquer la polymérisation de l'élastomère silicone, pendant une durée de l'ordre de une à plusieurs minutes. L'épaisseur à sec de la coubhe de silicone conducteur doit être suffisante pour arrêter les pphotoêlectrons émis par les conducteurs sans modifier de façon sensible les pro- priétés du câble; elle doit être comprise entre 0,05 mm et 0,5 mm environ. Une épaisseur trop importante risque de s'accompagner de défauts d'homogénéité. Le conducteur électrique peut être constitué par un fil ou câble métallique en cuivre ou en aluminium, ou en alliage, etc. Le diélectrique intercalé entre les conducteurs est d'une manière générale réalisé en un matériau àbase d'éléments légers, par exemple en téflon ou en polyéthylène, ce qui permet de négliger les dépla- cements de charges dus aux photoélectrons émis. par le diélectrique luimême. Le dispositif d'enduction conforme à l'invention comporte un carter étanche contenant le câble à enduire relié à une cuve d'imprégnation dans laquelle passe le câble et d'ou il ressort par une filière de calibrage, ainsi qu'un four tubulaire placé à la sortie de la cuve et un moteur d'entraînement du câble; suivant une caractéris- tique de l'invention la cuve et le carter sont raccordés - par un tube dont une partie au moins est transparente, et un vide partiel est appliqué dans le carter et le tube. Ainsi, en agissant sur le débit en mélange de silicone et de noir de carbone introduit dans la cuve, sur la vitesse de défilement du câble et sur la dépression dans le carter et le tube, on peut stabiliser le niveau du mélange dans le tube à une valeur déterminée. On peut ainsi améliorer la qualité de l'impré- gnation et la stabilité du niveau dans le tube permet de s'assurer de la conformité et de la reproductibilité des conditions d'imprégnation. Suivant une variante de l'invention, on peut prévoir un deuxième dispositif d'enduction constitué par une deuxième cuve d'imprégnation placée entre la première cuve et le four tubulaire et traversée par le câble; les deux cuves sont -identiques et l'enceinte qui les raccorde est reliée à une pompe aspirante-permettant d'établir un vide partiel dans la deuxième cuve. Il est ainsi possible d'appliquer deux couches distinctes sur le câble en plaçant dans les cuves des mélanges de compositions différentes. - Il peut en effet être avantageux d'emplir la première cuve d'un mélange de silicone et de noir de carbone sans solvant qui procure une première couche relativement épaisse, et d'emplir la deuxième cuve d'un même mélange additionné de solvant procurant ainsi une 6 _ deuxième couche moins épaisse mais parfaitement homogène. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus en détail des exemples préférentiels de réalisation décrits ci-après, en référence aux dessins annexés qui représentent: Figure 1: une coupe schématique d'un dispositif d'enduction conforme à l'invention. Figure 2: une coupe schématique d'une variante du dispositif de la figure 1. Figure 3: une coupe d'un câble coaxial comportant deux couches de composition protectrice à base de silicone. Figure 4: une coupe d'un câble bifilaire protégé conformément à l'invention. Figure 5: une variante de réalisation du câble bifilaire de la figure 4. Figure 6: un connecteur électrique protégé conformément à l'invention. Le dispositif d'enduction de l'élastomère silicone conforme à l'invention comprend un carter 1 étanche contenant une bobine 2 de câble à enduire. Le câble 3 se déroule et s'engage dans un tube 4 débouchant dans une cellule d'imprégnation 5 contenant le mélange à enduire 6 constitué essentiellement de l'élastomère silicone et des particules de noir de carbone provenant de la cuve 7 au moyen du piston à tige creuse 8. Le positionnement du câble 3 dans la cellule d'imprégnation 5 est assuré par les guides 9 et 10. L'épaisseur de la couche appliquée sur le câble est déterminée par la filière de calibrage 11. Le câble pénètre ensuite dans le four tubulaire 12 dans lequel s'effectue la polymérisation de l'élastomère silicone. Ce four 12 est constitué par un tube d'acier de 3,3m de long disposé verticalement, chauffé par des résis- tances électriques spiralées. L'isolation thermique est assurée par de la laine de verre,et des sondes thermiques 13 contrôlent la température du four, réglable jusqu'à 250'C. Des moyens d'aspiration 14 des produits volatils, tels que les solvants utilisés dans la préparation du mélange de silicone et de noir de carbone, sont prévus à la sortie du four 12. Le câble est entraîné par un moteur 15 à courant continu et à vitesse variable, et s'enroule sur la bobine réceptrice 16. Le carter 1 de la bobine débitrice de câble com- porte une ouverture 17 assurant le raccordement avec une pompe à vide qui permet d'appliquer un vide partiel dans la partie inférieure de la cellule d'imprégnation 5. Ainsi, en agissant sur le débit de mélange 6 au moyen du piston 8 actionné par de l'air comprimé, sur la vitesse de défile- ment du câble au moyen du moteur 15, et sur la pression résiduelle dans l'enceinte étanche constituée par le carter 1, le tube 4 et la cellule 5, on peut aisément stabiliser le niveau du mélange 6 dans le tube 4, dont une partie au moins est transparente. Le câble ainsi recouvert d'une première couche de protection de silicone chargé de particules de noir de car- bone peut être revêtu d'une couche de diélectrique suivant les techniques usuelles. Il est ensuite à nouveau mis en place dans le carter 1 pour recevoir une deuxième couche protectrice de silicone chargé de noir de carbone par le même processus, avant mise en place du conducteur élec- trique externe et d'une gaine protectrice suivant les tech- niques usuelles. Suivant.une variante du dispositif de l'invention représentée sur la figure 2, on prévoit une double enduction. Le carter 1, le tube 4 et le four 13 sont identiques à ceux de la figure 1,-de même que la cuve 7 et le piston 8. La sortie de la cellule 5 est raccordée à une enceinte 17 dans laquelle on établit un vide partiel, et que traverse le câble 3 pour pénétrer dans une deuxième cellule 5', identique à la cellule 5, et raccordée de la même façon à une cuve 7' contenant un deuxième mélange d'enduction repoussé dans la cellule 5' au moyen du piston 8'. Ce dispositif permet d'appliquer une première couche sur le câble avec un mélange de silicone et de noir de carbone sans solvant, se trouvant dans la cuve 7,tandis que la cuve 7' contient le même mélange additionné d'un solvant qui permet d'appliquer sur la première couche une deuxième couche moins épaisse mais plus homogène. Les niveaux dans les deux cellules 5 et 5' peu- vent être réglés de manière indépendante. On peut ainsi réaliser un câble coaxial mono- conducteur tel que celui représenté sur la figure 3 qui comprend un conducteur central18 entouré successivement d'une couche 19 de silicone chargé de noir de carbone, d'une couche 20 de diélectrique, d'une deuxième couche 21 de silicone chargé de noir de carbone, du conducteur élec- trique externe constitué par une tresse métallique 22 et d'une gaine 23. La figure 4 représente un câble bifilaire à haute immunité comportant deux conducteurs internes 24 et 25, revêtus respectivement par une couche 26, 27 de silicone chargé de noir de carbone et par un diélectrique 28,29. L'ensemble est incorporé dans une gaine 30 en élastomère silicone sur laquelle sont appliqués successivement une couche de silicone chargée de noir de carbone 31, une première tresse 32, un ruban d'immunité en métal 33, une deuxième tresse 34 et une gaine de protection 35. Suivant la variante de protection de câble bifilaire représentée sur la figure 5, une couche supplémentaire 36 de silicone chargé de noir de carbone est placée entre la première tresse 32 et le ruban d'immunité 33. La figure 6 représente schématiquement un connecteur électrique, comprenant une enveloppe métallique externe 37 en deux parties vissées l'une à l'autre, des contacts mâles 38 et femelles 39 assurant la connexion et un diélectri- que 40. La protection est réalisée au moyen des couches 41 de silicone chargé de noir de carbone, appliquées autour du diélectrique. Un exemple de préparation de la composition à base de silicone chargé de ncir de carbone est donné ci-après. On mélange dans un récipient un élastomère silicone à vulcanisation à température ambiante RTV 141A (Rhône-Poulenc) et des particules de noir de carbone Ketjenblack EC (Akzo Chemie) dans les proportions indiquées ci-après. Le mélange est effectué dans un broyeur tri- cylindrique. Le produit obtenu se présente sous la forme d'une graisse épaisse dont la viscosité est de 500.000 poises environ. On introduit ensuite par malaxage sous vide l'agent réticulant approprié, RTV 141B (RhBne-Poulenc), cette opération se pratiquant sous vide pour éliminer l'air qui audit pu s'introduire dans le mélange. On obtient ainsi un mélange pâteux se comportant com- me un élastomère vulcanisable à chaud que l'on peut conser- ver à température ambiante. Par mélange sous vide partiel (100 à 200 mm Hg) on introduit du toluène pour abaisser la viscosité du produit et supprimer l'effet de résistance superficielle après poly- mIrisation et on ajoute du silane comme primaire d'accro- chage. La composition est alors prête à l'emploi et présente une grande thixotropie en raison de la grande surface spéci- fique des charges de noir de carbone; sa viscosité est d'en- viron 26000 centipoises. - Composition: Silicone RTV 141 A 100 parties pondérales - Agent réticulant RTV 141B 10 parties pondérales - Noir de carbone Ketjenblack EC 12 parties pondérales Toluène 120 parties pondérales Silane 3172 1 partie pondérale On peut faire varier la conductivité de la composi- tion en modifiant les quantités de noir de carbone ajoutées, comme indiqué au tableau ci-dessous: Taux',de charge en Conductivité (h.m) noir de carbone 5 parties pondérales 1,163 8 parties pondérales 0,16 parties pondérales 0,214 12 parties pondérales 0,06 parties ponderales 0,06 La composition peut être aisément déterminée en fonc- tion des conditions d'utilisation et des effets recherchés. On peut appliquer la composition conductrice selon l'invention à la protection contre d'autres courants parasites, par exemple contre l'effet Corona apparaissant dans des câbles de transport d'électricité à très haute tension, ou contre les courants parasites apparaissant dans des câbles électriques à faible diaphonie, tels les câbles de téléphone. REVENDICATIONS 1- Composition conductrice, pour la protection contre des courants parasites, notamment dus à des irradiations de photons X, entourant au moins un conducteur de liaison élec- trique, caractérisée en ce qu'elle comprend un élastomè_re silicone chargé de fines particules de noir de carbone for- mant une structure électriquement homogène après poly.eéri- sation. 2 - Composition conductrice pour la protection,contre des courants parasites notamment dus à des irradiations de photons X, de liaisons électriques au moins deux conduc- teurs électriques séparés par un diélectrique, caractérisée en ce qu'elle comprend un élastomère silicone chargé de fines -particules de noir de carbone formant une structure élec- triquement homogène après polymérisation. 3 - Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élastomère silicone est un silicone du type vulcanisant à froid, comprenant un solvant silicone dans un pourcentage d'au moins 4C0/0 en poids. 4 - Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la dimension moyenne des particules de noir de carbone est inférieure à 1 micron environ. - Composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisée en ce qu'elle est appliquée sur le conduc- teur et/ou le diélectrique en une'épaisseur comprise entre 0,05 et 0,5mm. 6 - Procédé de protection contre des courants parasites dus notamment à des photons X, de liaisons électriques compor- tant au moins deux conducteurs électriques séparés par un diélectrique, caractérisé en ce qu'on applique au moins une couche homogène de composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 5. 7 - Procédé selon la revendication -6,-caractérisé-en ce qu'on applique au moins une couche de composition à chaque inter- face conducteur-diélectrique. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on applique au moins une couche supplémentaire de composition sur la face externe du conducteur externe. 9 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte unvcarter étanche contenant la liaison électrique à enduire, relié par un tube au moins en partie transparent, à une cuve d'imprégnation à la sortie de laquelle est placé un four tubulaire, un vide partiel étant appliqué dans le carter et le tube. - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième cuve d'imprégnation placée entre la première cuve et le four, raccordée à la première cuve par une enceinte dans laquelle on peut établir un vide partiel.