Brevet FR2512263A1 — publié le 19830304

25122-63 L'invention concerne d'une manière générale des câbles électriques gainés de matière plastique, et plus particulièrement une forme de réalisation de câbles utili- sant des matières à base de résine poly(fluorure de viny- lidène). Des câbles de transmission de signaux et de transport d'énergie électrique sont disposés dans les espaces libres, remplis d'air, compris entre les planchers de bâtiioents et des plafonds suspendue au-dessous de ces planchers Etant donné que ces espaces libres sont normale- ment continus, si des matières inflammables entrent dans la fabrication des câbles électriques, ces derniers peuvent favoriser une propagation rapide du feu et de la fumée sur l'ensemble du plancher du bâtiment Par conséquent, lorsque des matières inflammables sont utilisées, les câbles doivent être logés dans des conduits métalliques qui sont coûteux Des résines polyfluorées telles que l'éthylène-propylène fluoré (EPF) ont été utilisées pour la réalisation de revêtements résistant à la flamme et dégageant peu de fumée afin qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser des conduits métalliques On a à présent trouvé une forme de réalisation de câble contenant une résine polyfluorée et possédant des propriétés exceptionnellement faibles de propagation de la flamme et de dégagement de fumée, rendant de tels câbles particulièrement adaptés à des systèmes de câbles en espaces libres. L'invention concerne un câble gainé comprenant un faisceau de conducteurs revêtus de couches isolantes qui comprennent une résine poly(fluorure de vinylidène), un enveloppement constitué d'une bande de verre imprégné d'un polymère fluoré et appliquée sur le faisceau, et une gaine de résine poly(fluorure de vinylidène). L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'une forme de réalisation du câble selon l'invention. Le câble selon l'invention utilise une résine poly(fluorure de vinylidène) en association avec une bande d'enveloppement en verre pour constituer un câble électrique retardant la flamme et dégageant peu de fumée Le câble électrique, tel que montré sur la figure 1, comprend glo- balement plusieurs conducteurs électriques individuels 13, par exemple en cuivre ou en aluminium, comportant chacun une couche isolante 15 de polymère afin d'être isolés électriquement les uns des autres Ces fils sont torsadés en un faisceau 17 qui est maintenu assemblé pour former une âme 18 par un enveloppement constitué d'une bande 19. La bande 19 est en verre de silice imprégné d'une résine polyfluorocarbonée Une bande en "verre-E" imprégné de % en poids de poly(tétrafluoréthylène) (PTFE) s'est révélée particulièrement convenable De telles matières sont disponibles dans le commerce afin d'être utilisées comme enveloppement de câbles et, outre qu'elles maintiennent les faisceaux assemblés, elles assument la fonction supplé- mentaire consistant à protéger les couches isolantes 15 des conducteurs lorsque la gaine 21 du câble est constituée d'une résine fondant à une température supérieure La gaine 21 est ensuite formée, par exemple par extrusion à l'aide d'une tête d'équerre L'isolation en polymère et les couches-de la gaine sont formées d'une résine poly(fluorure de vinylidène) Des rapports, en poids, du polymère poly(fluorure de vinylidène) à la bande de verre imprégné compris entre environ 6:1 et environ 33:1 ont été utilisés avec succès Des rapports supérieurs à 33:1 sembleraient accroître le dégagement de fumée et la propagation de la flamme Des propriétés de dégagement de fumée exceptionnel- lement faibles et de faible propagation de flamme sont obtenues lorsque le rapport est d'environ 22:1 La raison pour laquelle les propriétés de propagation de la flamme et de dégagement de fumée sont meilleures n'est pas tout à fait comprise, mais on pense que la propriété de dégage- ment de HF des polymères de poly(flurorure de vinylidène) à des températures élevées, combinée à l'absorption du HF par la bande de verre de silicepeut entrer en compte. D'autres polymères fluorés,qui ont été utilisés dans le câble selon l'invention, tels que le poly(tétrafluoréthy- lène) (p TFE) et des polymères d'éthylène-propylène fluorés (EPF), n'ont pas la propriété de libérer du HF La faible propagation de la flamme montrée par le câble selon l'invention est encore plus surprenante si l'on considère le fait que le poly(fluorure de vinylidène) présente un indice limite d'oxygène (ILO) (selon la norme ASTM D 2863) d'environ 44 alors qu'il est de 95 pour le poly(tétrafluor- éthylène) et des polymères éthylène-propylène fluorés. En raison de l'indice limite d'oxygène notablement plus faible du poly(fluorure de vinylidène), on pouvait penser que les propriétés de propagation de la flamme du câble selon l'invention auraient été inférieures plutôt que supé- rieures à celles d'un câble comprenant, pour la constitu- tion de la gaine et des couches isolantes, des polymères PTFE et EPF. Bien que les exemples particuliers de réalisation du câble selon l'invention, décrits ci-après, utilisent un homopolymère poly(fluorure de vinylidène), il est évident que des formes de réalisation du câble utilisant des copolymères qui contiennent en majeure partie du fluorure de vinylidène et qui possèdent de meilleures propriétés en ce qui concerne le dégagement de la fumée et la propaga- tion de la flamme entrent dans le cadre de l'invention. L'expression "résine poly(fluorure de vinylidène)" telle qu'utilisée dans le présent mémoire englobe de tels copo- lymères Les polymères peuvent également contenir de petites quantités d'additifs tels que des pigments, des plastifiants et des auxiliaires d'extrusion. Pour mieux illustrer le câble selon l'invention et comparer ses propriétés de dégagement de fumée et de propagation de la flamme à celles d'autres formes de réalisation de câble, on a réalisé et essayé une série de câbles, comme décrit dans les exemples suivants. EXEMPLE 1 Un câble téléphonique contenant 25 paires de conducteurs a été fabriqué selon les opérations suivantes: 1 Un fil de cuivre de 0,64 mm de diamètre a été revêtu d'une résine poly(fluorure de vinylidène) du type "KYNAR 460 ", fabriquée par la firme Pennwalt Corporation et contenant 5 parties en poids d'un concentré de colora- tion, ajouté à des fins d'identification, pour 100 parties en poids de résine Le fil a été revêtu par le procédé connu dans la technique sous le nom d' extrusion sous pression L'épaisseur moyenne de l'isolation était de 0,25 mm, avec un minimum de 0,20 mm. 2 Deux fils métalliques isolés, produits comme dans l'étape 1, ont été torsadés ensemble avec un pas de 7,5 cm, le pas étant défini comme étant le degré de torsion ou la longueur, mesurée le long de l'axe d'un fil ou d'un câble, demandée à un seul brin de fil pour effectuer un tour complet autour de l'axe. 3 25 paires de fil torsadées comme dans l'étape 2 ont ensuite été torsadées ensemble pour former un faisceau d'un pas de 30 cm. 4 Le faisceau produit dans l'étape 3 a été enve- loppé-d'une bande de verre (étoffe de verre-E imprégnée de résine PTFE) La bande avait une épaisseur de 0,64 mm et une largeur de 38 mm La bande de verre est disponible dans le commerce sous la marque "'FLUOROGLASS", un produit de la firme Oak Materials Group, Inc La bande a été enroulée sur le faisceau de fils avec un pas de 45,2 mm et un chevauchement de 12, 7 mm La composition de verre-E est approximativement, en pourcentage en poids: 54 % de Si O 2; 14 % d'A 1203; 10 % de B 203; 4,5 % de Mg O et 17, 5 % de Ca O La résine PTFE constitue environ 30 % du poids total de la bande imprégnée. L'âme réalisée dans l'opération 4 a été gainée par un processus connu dans la technique sous le nom de revêtement par extrusion tubulaire, utilisant une résine poly(fluorure de vinylidène) du type "KYNAR 460 ", contenant 1-2 parties, pour 100 parties en poids, d'un auxiliaire d'extrusion (qui est une résine constituée de 99 % en poids de résine du type "KYNAR 460 " et de 1 % en poids de résine polytétrafluoréthylène), et 1 partie, pour 100 parties en poids, d'un colorant concentré L'épaisseur moyenne de la paroi de la gaine était de 1,14 mm, avec un minimum de 0,69 mm Le rapport en poids de la quantité totale de poly(fluorure de vinylidène) à la bande de verre de cette forme de réalisation a été calculé comme étant égal à environ 22:1, le poids de la résine dans le câble étant d'environ 98,3 g/m. EXEMPLE 2 On a réalisé le même câble que dans l'exemple 1, hormis l'opération 4 dans laquelle la bande utilisée était une pellicule de polyester du type "MYLAR" (Du Pont) de 0,025 mm d'épaisseur et 32 mm de largeur. EXEMPLE 3 Cn a réalisé le même câble que dans l'exemple 2, sauf que le conducteur isolé par un polymère éthylène- propylène fluoré a été produit dans l'étape 1. EXEMPLE 4 On a réalisé le même câble que dans l'exemple 1, sauf que le polymère éthylène-propylène fluoré a été utilisé pour la gaine, à la place du poly(fluorure de vinylidène). EXEMPLE 5 On a réalisé un câble de signalisation de pro- tection contre l'incendie, de puissance limitée, comprenant 24 conducteurs constitués chacun d'un fil de 0,64 mm de diamètre, en utilisant une isolation en résine de type "KYNAR 460 " et une gaine Cette dernière a été posée sur une bande de polyester du type "MYLAR" qui avait une épaisseur de 0,025 mm et une largeur de 30,5 mm, avec un recouvrement de 12,7 mm, cette bande étant appliquée sur l'ensemble des conducteurs. EXEMPLE 6 On a produit la même réalisation que dans l'exemple , sauf que l'on a utilisé une bande de liaison en verre-E imprégnée de PTFE, telle que décrite dans l'exemple 1, à la place de la bande de polyester "MYLAR" Le rapport en poids de la résine "KYNAR" à la bande de verre a été calculé comme étant d 'environ 33:1, le poids de la résine dans le câble étant d'environ 110 g/m. Des échantillons de câble préparés comme décrit dans les exemples 1 à 6 ont été essayés au moyen d'un appa- reil d'essai "Steiner Tunnel" modifié, du type "UL 723 " (ASTM E 84) Des échantillons témoins d'un câble gainé et isolé par du polychlorure de vinyle ont été soumis à des essais dans des conduits d'acier et dans des conduits d'aluminium, à titre de comparaison. L'essai "Steiner Tunnel" a été modifié pour adapter la méthode d'essai "UL 723 " afin que les câbles soient convenablement essayés Les conditions normales de flamme et de tirage ont été utilisées ( 72 m/min dans le sens de développement de la flamme et une flamme d'allumage produite par du méthane, d'une longueur de 1,35 m et pro- duisant 316,5 MJ/h) La durée de l'essai a été choisie à 20 minutes et les échantillons de câble reposaient sur un râtelier de câbles de 30 cm de largeur dans la zone de température maximale La chaleur était concentrée en une couche unique qui occupait la totalité de la largeur du râtelier On a enregistré la propagation maximale de la flamme plutôt qu'un facteur de propagation de la flamme. Le dégagement de fumée a été contrôlé au moyen d'un ins- trument à photomètre placé dans la gaine d'évacuation du four d'essai et la densité optique de la fumée a été calculée à partir des valeurs d'affaiblissement de la lu- mière Les résultats sont donnés dans le tableau ci-dessous. Réalisation du câble Ex 1 Ex 1 Ex 2 Ex 2 Ex 2 Ex 3 Ex 4 Ex 5 Ex 5 Ex 6 Ex 6 PCV Témoin I le Il y I Il il Nombre de câbles Type de conduit aucun aucun aucun aucun aucun aucun aucun aucun aucun aucun aucun acier acier aluminium aluminium aluminium aluminium TABLEAU Nombre de Propagation maximale conduits de la flamme (m) - 0,6 - 0,6 0,9 1,2 0,9 0,9 1,05 1,05 1,'05 1,05 1,05 9,1 2,1 1,35 1,2 1,05 1,05 Densité la crête 0,02 0,007 0,14 0,41 0,18 0,26 0,13 0,26 0,19 0,17 0,14 2 + 2 + 0,91 0,98 0,85 0,87 optique de fumée Moyenne 0,01 0,002 0,05 0,09 0,06 0,07 0,04 0,09 0,07 0,06 0,05 0,52 + 0.,52 + 0,22 0,25 0,14 0,15 -a r% ui r\ 0 % t A Les résultats indiqués dans le tableau montrent que le câble préféré de l'exemple 1, avec un rapport d'environ 22:1 de poly(fluorure de vinylidène) à l'ensem- ble verre-résine, présente une propagation de flamme notablement inférieure à celle des autres échantillons et produit très peu de fumée Le câble réalisé conformément à l'exemple 6, avec un rapport de 33:1 du poly(fluorure de vinylidène) à l'ensemble verre-résine, s'avère, d'après les valeurs mesurées, supérieur au câble ccquarable de l'exemple 5, qui utilisait une bande de polyester, en ce qui concerne le dégagement de fumée, et les deux câbles sont comparables en ce qui concerne la propagation de la flamme La forme de réalisation du câble de l'exemple 1 est également supérieure en ce qui concerne les valeurs moyennes reportées, par rapport à des câbles comparables comportant une isolation et une gaine en résine EPF (propagation de la flamme de 0,9 m et densité optique de crête de O,30 pour le dégagement de fumée) et des câbles comportant une isolation et une gaine en résine constituée d'un copolymère d'éthylène et de chlorotrifluoréthylène (propagation de la flamme de 1,2 m et densité optique de crête de 0,215 pour le dégagement de fumée). EXEMPLE 7 On a préparé deux paires de câbles téléphoniques par enduction d'un fil de cuivre de 0,64 mm de diamètre avec une couche d'isolation et une gaine de résine du type "Kynar 460 " La gaine a été appliquée au-dessus d'une bande de polyester du type "Mylar" qui avait une épaisseur de 0,063-mm et une largeur de 38 mm et qui était appliquée sur l'ensemble des conducteurs. EXEMPLE 8 On a produit la même forme de réalisation que dans l'exemple 7, sauf que l'on a utilisé la bande de liaison en verre-E imprégné de PTFE, telle que décrite dans l'exemple 1, à la place de la bande de polyester "Mylar" Le rapport en poids de la résine "Kynar" à la bande de verre a été calculé comme étant d'environ 6:1, le poids de la résine dans le câble étant d'environ 17 g/m. Des échantillons des câbles préparés conformément aux exemples 7 et 8 ont été soumis à l'essai "Tunnel" modifié, environ 65 longueurs étant utilisées pour remplir le râtelier Dans deux essais, les câbles de l'exemple 7 ont donné des propagations de flamme de o 0, et 1,05 m, des densités optiques moyennes de fumée de 0,03 et 0,04 et des densités de crête de fumée de 0,12 et 0,25, respectivement. Dans deux essais, les câbles de l'exemple 8 ont donné des propagations de flamme de 0,6 et 0,75 m, des densités optiques moyennes de fumée de 0,02 et 0,02 et des densités de crête de 0,08 et 0,10, respectivement, ce qui démontre que dans la configuration de câbles comportant deux paires deconducteurs, la forme de réalisation utilisant une bande de verre est supérieure à une réalisation comparable utilisant une bande de polyester, aussi bien en ce qui concerne le dégagement de fumée que la propagation de la flamme Etant donné le plus faible diamètre des câbles de ces exemples, la masse de résine contenue dans le râtelier n'était que d'environ 1085 g/m ( 65 câbles x 16,7 g/m par câble) à comparer aux valeurs d'environ 2250 à 2750 g/m présentes dans les essais des câbles des exemples 1-6, de sorte que l'on pouvait prévoir que les résultats concer- nant les dégagements de fumée, dans le cas des exemples 7 et 8, seraient inférieurs à ceux obtenus dans les exemples 1-6 en raison de la plus faible masse de résine soumise à la flamme. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au câble décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Câble gainé retardant la flamme et dégageant peu de fumée, caractérisé en ce qu'il comporte un faisceau ( 17) de conducteurs ( 13) portant des couches isolantes ( 15) constituées d'une résine poly(fluorure de vinylidène), un enveloppement comprenant une bande ( 19) de verre imprégné de polymère fluoré, appliqué sur le faisceau, et une gaine ( 21) de polymère comprenant une résine poly- (fluorure de vinylidène). 2 Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport en poids de la résine poly(fluorure de vinylidène) à la bande de verre est compris entre environ 6:1 et environ 33:1. 3. en ce que le de verre est 4. en ce que le de verre est 5. Câble selon la revendication 1, rapport en poids de la résine à d'environ 33:1. Câble selon la revendication 1, rapport en poids de la résine à d'environ 22:1. Câble selon la revendication 1, caractérisé la bande caractérisé la bande caractérisé en ce que les couches isolantes et la gaine comprennent des hcao- polymères de poly(fluorirre de vinylidène) et un pigment. 6 Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande de verre est constituée d'un verre de silice imprégné d'une résine poly(tétrafluoréthylène). 7 Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une propagation maximale de la flamme d'environ 0,6 m et une densité optique maximale de crête de fumée d'environ 0,02, telles que déterminées par l'essai "Steiner Tunnel"modifié, 'UL 723 " (ASTM E-84), la masse de résine soumise à l'essai étant d'environ 2250 g/m.