Brevet FR2555799A1 — publié le 19850531

-1- Câble électrique, notamment pour usage aérospatial, à caractéristiques électriques améliorées La présente invention concerne un câble électrique, notamment pour usage aérospatial, à caractéristiques électriques améliorées, comprenant un conducteur central et une couche d'isolation constituée partiellement par une bande de résine synthétique polyimide enroulée hélicoldalement autour du conducteur nu ou pré-isolé, cette bande à recouvrement étant solidarisée par traitement thermique. Un tel câble convient notamment pour les applications aéronautiques et spatiales. On connaît déjà des câbles de ce genre, dans lesquels l'isola- tion est constituée par une ou plusieurs bandes de résine synthétique polyimide, notamment de la qualité commercialisée sous la marque "Kapton F" par la Société du Pont de Nemours, rubanées autour du conducteur central, avec solidarisation des différentes couches par chauffage, puis revêtues d'un vernis résistant à une température élevée, par exemple d'un vernis polyimide. On a également utilisé des câbles dont le conducteur central est entouré d'un isolant thermoplastique extrudé, par exemple en copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène, réticulé ou non. - Les câbles dont l'isolation est constituée par uns ou plusieurs bandes de résine polyimide présentent une résistance insuffisante au cheminement de l'arc électrique lors de surtensions ou de courts- circuits. Par ailleurs ils manquent de souplesse et doivent âtre dénudés avec des outils parfaitement calibrés. Ceux dont l'isolation est constituée uniquement par une résine thermoplastique réticulée ou non sont relativement encombrants et lourds, et leurs tenues aux surcharges thermiques et aux surtensions électriques élevées laissent à désirer. La présente invention a pour but de procurer un câble électrique présentant une excellente résistance au cheminement de l'arc, une sou- plesse et une dénudabilité satisfaisantes, tout en étant peu encombrant et léger, et résistant aux surcharges thermiques et aux surtensions électriques élevées. Le câble électrique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte outre la couche d'isolation polyimide une autre couche -2- d'isolation en une autre résine synthétique, thermoplastique ou non, disposée entre le conducteur central et la couche d'isolation en résine polyimide, ou bien au-dessus de cette dernière. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéris- tiques suivantes: - L'autre résine synthétique est une résine thermoplastique, de préférence de point de ramollissement au moins égal à 250 C, déposée par extrusion ou rubanage. - La couche de l'autre résine synthétique est disposée entre le conducteur central et la couche de résine synthétique polyimide, et la couche formée par la bande de résine synthétique polyimide est recouverte d'un vernis de la classe résistant à une température d'au moins 150 C. - La résine thermoplastique est choisie dans le groupe formée par les résines perfluoroalcoxy, les résines polyéther-éther-cétone, les copolymères d'éthylène et de tétrafluoréthylène et les fluorures de polyvinylidène, réticulés ou non. - La couche de l'autre résine synthétique est disposée autour de la couche de résine synthétique polyimide, et l'autre résine synthétique est choisie dans le groupe formé par les résines thermoplastiques perfluoroalcoxy, polyéther-éther-cétone, de copolymères éthylène- propylène fluorés, de copolymères d'éthylène et de tétrafluoréthylène, et les fluorures de polyvinylidène, réticulés ou non. - La résine synthétique thermoplastique est choisie dans le groupe formé par les résines de copolymères éthylène-propylène fluorés, de copolymères d'éthylène-tétrafluoréthylène et les fluorures de polyvinylidène, et la résine polyimide est munie d'un adhésif compati- ble avec ces résines. - L'autre résine synthétique est non thermoplastique, et de préférence du polyfluoro-tétrafluoréthylène appliqué par rubanage, dont les couches sont collées par traitement thermique. L'invention s'étend en outre à un câble électrique comportant autour du conducteur central deux couches d'isolation, dont l'une est formée par une bande en résine synthétique polyazole ou polyparabanique, et l'autre est en une autre résine synthétique, ther- -3 - moplastique ou non, disposée entre le conducteur central et la couche en résine synthétique polyazole ou polyparabanique, ou bien au- dessus de cette dernière. - Pour un diamètre du conducteur central allant de 0,3 mm à 10 mm, l'épaisseur de chacune des couches d'isolation des câbles de l'inven- tion est de préférence comprise entre 0,04 mm et 0,35 mm, et l'épais- seur de la couche de vernis est de préférence comprise entre 10 et 100 microns. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, des structures de câble électrique pour usage aéronautique selon l'invention et un essai comparatif de résis- tance au cheminement de l'arc électrique d'un câble connu et d'un câble selon l'invention. La figure 1 représente en section droite un câble comprenant une couche d'isolant en résine thermoplastique de point de ramollissement au moins égal à 250 C entre le conducteur central et une couche d'iso- lant rubané en résine polyimide, revêtue extérieurement d'un vernis. La figure 2 représente en section droite un câble comprenant une couche d'isolant en résine thermoplastique autour de la couche formée par une bande de résine polyimide rubanée autour du conducteur central. La figure 3 représente schématiquement en perspective un appareillage d'essai de résistance au cheminement d'arc. Bien que les figures 1 et 2 portent sur des câbles comportant une couche de résine thermoplastique en plus de la couche de résine polyimide, on obtient déjà de meilleurs résultats qu'avec les câbles connus en disposant une couche d'une résine synthétique thermodurcis- sable, notamment de polytétrafluoréthylène, soit entre le conducteur et le bande rubanée de résine polyimide, soit au-dessus de celle-ci. Dans la figure 1, le câble comprend un conducteur central 1, une couche 2 de résine thermoplastique telle qu'une résine perfluoroalcoxy, une résine polyéther-éther-cétone, ou une résine copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène, pouvant ou non être réticulée, par exemple par irradiation, une couche 3 formée par une bande rubanée de résine polyimide, notamment celle commercialisée par - 4 _ la société du Pont de Nemours sous la marque "Kapton F", et enfin une couche 4 de vernis résistant à au moins 150 C, par exemple un vernis fluorocarboné, un vernis polyimide, un vernis polyamidimide ou un vernis polyuréthane, etc. Le conducteur central 1 peut être en cuivre ou alliage de cuivre, protégés par un revêtement d'étain, d'argent ou de nickel, ou bien en aluminium ou alliage d'aluminium, protégé ou non par un revêtement métallique, notamment en étain ou en nickel. Il se compose en général de plusieurs brins torsadés. Son diamètre est de 1 mm. La couche de résine thermoplastique 2, de point de ramollis- sement au moins égal à 250 C, et de préférence au moins égal à 300 C, obtenue par extrusion autour du conducteur central, a une épaisseur radiale de 0,07 mm. La couche 3 formée par la bande de résine polyimide rubanée "Kapton F" a une épaisseur de 0,06 mm. Afin de permettre le collage des couches de la bande entre elles, elle est munie d'un revêtement thermoplastique de copolymère d'éthylène et de propylène fluoré. Ce collage est assuré par un chauffage à au moins 275 C pendant secondes à 3 minutes. Le vernis 4 de revêtement de la couche 3 a une épaisseur de 0,02 mm. C'est par exemple un vernis polyuréthane, formé de plusieurs couches successives appliquées au trempé, chaque passe d'enduction étant suivie d'une opération de séchage et de cuisson à au moins 2500C pendant 15 secondes à 3 minutes. Dans la figure 2, le câble comprend un conducteur central 11, une couche 13 formée par une bande rubanée de polyimide "KAPTON F" à couches solidarisées par traitement thermique, et une couche 12 d'une résine thermoplastique, déposée par extrusion, sans revêtement d'un vernis. La couche 13 de résine polyimide a la même épaisseur que celle décrite en référence à la figure 1, et le collage de ses couches est assuré de la même manière. Le conducteur, lorsqu'il est constitué de plusieurs brins de cuivre étamés, sera fabriqué de préférence par le procédé qui a fait l'objet de la demande de brevet FR-A-2472253 de la demanderesse, de façon à éviter une soudure de ses brins entre eux, tout en permettant de coller entre elles les couches de la bande de résine polyimide. -5- La résine thermoplastique de la couche 12 est par exemple un eopolymère d'éthylène et de propylène fluoré, un copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène, un polyéther-éther-cétone ou une résine par- fluoroaleoxy. Son épaisseur est la même que celle de la couche de résine thermoplastique de la figure 1. Le copolymère d'éthylène et de propylène fluoré jouant le rôle d'adhésif pour la résine polyimide "Kapton F" peut éventuellement être remplacé par un autre adhésif. Certains de ceux-ci, notamment ceux à base de polyesters ou de silicones, sont compatibles avec l'emploi comme résine thermoplastique de la première couche du câble représenté en figure 1 d'un autre polymère tel qu'un copolymère d'éthylène et de propylène fluoré, un copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène non réticulé, ou du fluorure de polyvinylidène. Dans les deux structures de câble qui viennent d'être décrites, la couche d'isolation autre que celle de résine polyimide assure une meilleure résistance au cheminement de l'arc électrique, empêchant tout amorçage d'arc avec les câbles adjacents d'un faisceau, que l'isolation d'un câble connu. Cette amélioration est d'autant plus sensible que cette autre couche d'isolation est plus épaisse, et elle est plus marquée lorsque la résine de cette couche est une résine thermoplastique. La couche de résine polyimide assure pour sa part une excellente résistance thermique et mécanique et une bonne résistance aux surten- sions importantes. L'ensemble des deux couches d'isolation permet de donner au câble une épaisseur, et par suite un poids, plus faibles que pour un câble à isolation en résine thermoplastique, et assure également un taux d'émission de fumées en cas de feu plus faible. Le dispositif d'essai de résistance au cheminement de l'arc représenté en figure 3 comporte un élément de câble à essayer 21, d'une longueur de 20 cm, entaillé en son milieu par une fente 22 de 0,13 à 0,25 mm de large atteignant le conducteur central. Cet élément de câble est disposé entre deux autres éléments de câble adjacents 23, 24 identiques, mais non entaillés, disposés comme lui 0,25 mm au- dessus d'une plaque plane d'aluminium 25, nettoyée et décapée pour -6 éliminer toute impureté et toute trace d'oxyde, et mise à la terre en 26. Les deux conducteurs des éléments 23, 24 sont reliés à leurs extrémités par des conducteurs 27, 28, et reliés d'un côté à la plaque d'aluminium 25 et par elle à la terre. L'élément de câble 21 à essayer est disposé dans un circuit comprenant une alimentation 29, pouvant être, soit en continu sous 28 volts, soit en alternatif 400 Hz sous 115 volts. Le circuit comprend en outre un disjoncteur 30 déclenchant à 7,5 ampères, une résistance de charge 31 et un ampèremètre 32. Par ailleurs, une burette 33 disposée à la verticale de la fente 22 de l'élément à essayer, est remplie d'une solution de chlorure de sodium à 3% en poids. Son robinet 34 est réglé de façon à laisser la solution tomber goutte à goutte sur la fente. L'essai de résistance au cheminement d'arc, qui est plus sévère que celui défini dans la norme ASTM D 3638-77, et destiné à correspondre aux conditions d'utilisation des câbles à bord d'avions, est le suivant. On fait circuler dans le circuit comprenant l'élément de câble à essayer, un courant d'un ampere, soit sous 28 volts en continu, soit sous 115 volts en alternatif 400 Hz, en laissant tomber la solution saline sur sa fente à la cadence de 2 gouttes par minute. On continue l'essai pendant 24h, même quand la conducteur se rompt, sauf en cas de fonctionnement du disjoncteur. On observe les phénomènes et l'aspect des éléments de câble en fin d'essai. La propagation superfi- cielle de l'arc sur l'élément de câble central ne doit pas dépasser 10 mm. Un essai comparatif a été effectué sur, d'une part un élément de câble connu à conducteur central en cuivre étamé de diamètre 1 mm, et à isolation par bande de polyimide rubanée et recouverte d'un vernis, d'épaisseur totale d'isolation 0,15 mm, d'autre part un élément de câble selon l'invention, comportant - autour du même conducteur central de diamètre 1 mm, une première couche de résine perfluoroalcoxy d'épaisseur 0,07 mm, - autour de celle-ci, une seconde couche de bande de polyimide "Kapton F" rubanée à recouvrement et à couches collées, -7- d'épaisseur 0, 06 mm, - une couche de vernis polyuréthane d'épaisseur 0,02 mm. L'épaisseur totale d'isolant est donc également de 0,15 mm. On soumet en premier lieu le câble témoin et le câble de l'inven- tion à l'essai en courant continu sous 28 volts. Pour le câble témoin, le conducteur central se rompt après environ 10 minutes. La détérioration de l'isolant se propage aux câbles adjacents. L'essai est arrêté après 3 h par déclenchement du disjoncteur. Il y a amorçage d'arc avec les autres conducteurs, et propagation de l'arc sur environ 50 mm. Pour le câble de l'invention, le conducteur central se rompt après environ 20h. Après 24 h, on n'observe ni propagation de l'arc, ni dommage visible sur les câbles adjacents. On soumet ensuite le câble témoin et le câble de l'invention à l'essai en courant alternatif 115 volts, 400 Hz. Pour le câble témoin, le conducteur central se rompt après 5 minutes. L'arc se propage rapidement aux câbles adjacents et déclenche le disjoncteur. Pour le câble de l'invention, le conducteur central se rompt après 5 h. Au bout de 24 h, l'arc s'est propagé sur 3 mm sur le câble central. Il n'y a pas de propagation de l'arc aux câbles adjacents. Le câble selon l'invention convient plus particulièrement pour les utilisations en aviation et sur engins spatiaux, mais il est avantageux également dans toutes les applications o l'on désire un faible encombrement, d'excellentes résistances mécanique et thermique et une grande sécurité à l'égard des possibilités d'incendie à la suite de courts-circuits ou pertes d'isolation. - 8 - REVENDICATIONS 1/ Câble électrique, notamment pour usage aérospatial, à caractéristi- ques électriques améliorées, comprenant un conducteur central et une couche d'isolation formée par une bande de résine synthétique polyimide (3, 13) enroulée hélicoldalement autour du conducteur, ses différentes couches étant solidarisées entre elles par traitement thermique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une autre couche d'isolation (2, 12) en une autre résine synthétique, thermoplastique ou non, disposée entre le conducteur central et la couche d'isolation en résine synthétique polyimide, ou bien au-dessus de cette dernière. 2/ Câble électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre résine synthétique est une résine thermoplastique, de préfé- rence de point de ramollissement au moins égal à 250 C appliquée par extrusion ou rubanage. 3/ Câble électrique selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la couche de l'autre résine synthétique (2, figure 1), est dispsée entre le conducteur central et la couche de résine synthétique polyimide (3), caractérisé en ce que la couche formée par le ruban de résine synthétique polyimide est recouverte d'un vernis (4) de classe résistant à une température d'au moins 150 C. 4/ Câble électrique selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la résine thermoplastique est choisie dans le groupe formé par les résines perfluoroaleoxy, les résines polyéther-éther-cétone, les copolymères d'éthylène et de tétrafluoréthylène, et les fluorures de polyvinylidène, réticulés ou non. / Câble électrique selon la revendication 2, dans lequel la couche de l'autre résine synthétique (12, figure 2) est disposée autour de la couche de résine synthétique polyimide (13), caractérisé en ce que l'autre résine synthétique est choisie dans le groupe formé par les résines thermoplastiques perfluoroalcoxy, polyéther-éther-cétone, de copolymères éthylène-propylène fluorés, et de copolymères d'éthylène et de tétrafluoréthylène, et les fluorures de polyvinylidène, réticulés ou non. 6/ Câble électrique selon les revendications 2 et 3, caraetérisé en ce - que la résine synthétique thermoplastique est choisie dans le groupe - 9 - formé par les résines de copolymères éthylène-propylène fluorés, de copolymères éthylène-tétrafluoréthylne, et les fluorures de polyvinylidène, et la résine polyimide est munie d'un adhésif compatible avec ces résines. 7/ Câble électrique selon la revendication 1, caractérisé en ee que l'autre résine synthétique est non thermoplastique, et formée de pré- férence par du polytétrafluoréthylène appliqué par rubanage, dont les couches sont collées par traitement thermique. 8/ Câble électrique, notamment pour usage aérospatial, à caraetéristi- ques électriques améliorées, caractérisé en ce qu'il comporte autour du conducteur central deux couches d'isolation, dont l'une est formée par une bande en résine synthétique polyazole ou polyparabanique, et l'autre est en une autre résine synthétique, thermoplastique ou non, disposée entre le conducteur central et la couche en résine synthétique polyazole ou polyparabanique, ou bien au-dessus de cette dernière. 9/ Câble électrique selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le diamètre du conducteur central va de 0,3 mm à 10 mm, caractérisé en ce que l'épaisseur de chacune des couches d'isolation va de 0,04 à 0,35 mm. / Câble électrique selon l'une des revendications 3, 4, 6, 79 8 ou 9, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de vernis est comprise entre 10 et 100 microns.