Brevet FR2561680A1 — publié le 19850927

Câble et son procédé de fabrication L'invention concerne un câble et un procédé de fabri- cation de câble, et plus particulièrement un câble fabriqué entièrement en matière plastique synthétique. On utilise des câbles dans des milieux o il est sou- haitable de transmettre des forces de traction élevées pour déplacer des objets tels que des cabines d'ascen- seurs, des éléments de grues, des draglines et analo- gues. Les caractéristiques souhaitées des câbles sont contradictoires. Il est souhaitable que le câble soit léger mais résistant, flexible mais durable. La plu- part des câbles sont aussi utilisés dans des milieux o la détérioration causée par l'eau ou les produits chimiques corrosifs est courante. La plupart des câbles acceptés sur le marché sont fabri- qués à partir de fils ferreux qui sont d'abord combinés en un enroulement en hélice avec d'autres fils pour former des torons, et ces torons sont ensuite enroulés en hélice autour d'un toron central pour produire le câble. Ces câbles sont très résistants mais aussi passablement lourds et d'une flexibilité limitée. Des tentatives ont été faites pour améliorer leur résistance à la corrosion en les recouvrant de maté- riaux plastiques synthétiques ou en réalisant une imprégnation des mêmes matériaux plastiques entre les torons. De telles solutions améliorent la durée de vie du câble mais tendent à réduire sa flexibilité et à accroître son poids. Récemment, des fabricants se sont tournés vers des filaments en matériaux plastiques synthétiques pour développer des câbles fabriqués à partir de tels matériaux. Il est bien connu que des filaments de matériau tel que celui vendu par E.I. DuPont de Nemours & Co. Inc. sous la marque KEVLAR présentent une grande résistance à la traction mais tendent à s'user rapide- ment s'ils frottent les uns contre les autres. On n'a pas réussi à mettre au point un procédé convenable pour la fabrication de câbles à partir de tels fila- ments. Certains fabricants ont mis les fibres en fais- ceaux et imprégné la structure résultante de matériaux plastiques synthétiques pour bloquer les filaments en position. Bien que des câbles acceptables aient été produits de cette façon, ils n'ont pas connu le même succès que les câbles en fil métallique. Bien entendu, ceci est dû, dans une certaine mesure, au fait qu'une grande quantité d'équipements est disponible pour fabriquer des câbles en fil métallique et que des équipements entièrement nouveaux seraient nécessaires pour fabriquer des câbles plastiques synthétiques utilisant des techniques d'imprégnation. Le but de l'invention est de procurer un câble plasti- que synthétique pouvant être fabriqué en utilisant les techniques et les équipements classiques de fabrica- tion de câbles. Un autre but de l'invention est de procurer un câble ayant des caractéristiques de résis- tance rapportées au poids élevées, ainsi qu'une bonne flexibilité et une bonne résistance à la détérioration en utilisation. Selon un aspect de l'invention, on propose un câble comportant un toron central et une pluralité de torons externes s'étendant en hélice autour du toron central. Chacun des torons externes est constitué par une plura- lité d'éléments enroulés en hélice, certains au moins de ces éléments présentant une âme formée de filaments plastiques synthétiques s'étendant d'une façon générale parallèlement les uns aux autres, et une gaine entou- rant l'âme contenant les filaments. Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de fabrication du câble. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après et du dessin annexé, dans lequel la figure unique est une vue en perspective d'une portion de câble selon l'invention, l'un des torons étant dévié pour montrer la structure d'un élément individuel. Un mode de réalisation préféré du câble selon l'inven- tion est désigné dans son ensemble, dans la figure 1, par la référence 20. Le câble est constitué par un toron central 22 entouré par six torons externes 24. L'un des torons externes est dévié de son alignement normal dans le câble pour montrer l'élément 26 qui est typique de tous les éléments formant les torons. L'élément 26 a une gaine externe 28 entourant une âme 30 faite d'un faisceau de filaments fibreux en polyamide aromatique KEVLAR qui sont disposés de façon générale parallèlement les uns aux autres dans le fais- ceau (KEVLAR est une marque de E.I. DuPont de Nemours & Co. Inc). Le câble 20 est classique dans sa forme générale à l'exception de la structure des éléments individuels 26. Chacun de ces éléments est composé de l'âme en KEVLAR entourée par une gaine qui est, de préférence, en ZYTEL (marque de E.I. DuPont de Nemours & Co. Inc. pour des résines de polyamides aliphatiques) et qui est appli- quée sur l'âme dans un processus d'extrusion. De plus, on achève le câble en le faisant passer à travers une extrudeuse pour appliquer une chemise 32 qui est, de préférence, en HYTREL (marque de E.I. DuPont de Nemours & Co. Inc. pour un élastomère de polyester). L'agencement est tel que les filaments individuels de l'âme 30 transmettent la charge de traction et restent dans une disposition générale parallèle sans contact croisé avec les filaments adjacents. Les contacts croi- sés sont faits par les gaines 28 de sorte que lorsque le câble fléchit, les gaines glissent l'une sur l'au- tre. En conséquence, le matériau de ces gaines doit être choisi pour procurer un minimum de résistance à l'abrasion lorsqu'elles glissent l'une sur l'autre et également pour permettre de légers mouvements des fila- ments à l'intérieur de la gaine avec un minimum d'usure contre la gaine. Comme indiqué, le matériau préféré pour la gaine est vendu sous la marque ZYTEL, mais tout autre matériau plastique synthétique convenable pou- vant être appliqué par extrusion serait acceptable. En ce qui concerne la chemise 32, elle est prévue pour optimiser la résistance à l'abrasion du câble en utili- sation, mais elle contribue également à assurer que ce câble très flexible conserve sa forme lorsqu'il est coudé selon de faibles rayons de courbure. De plus, la chemise tend à empêcher le câble de tourner lorsqu'il est sous tension, effet causé par l'enroulement en hélice des torons externes autour du toron central 22. Le chemise peut être en n'importe quel matériau conve- nable ayant des caractéristiques analogues au HYTREL et peut d'une façon générale être en polyuréthane, en polyéthylène ou en polyester. La fabrication du câble est réalisée en utilisant les équipements existants pour la fabrication des câbles en fil métallique, après que les éléments individuels ont été préparés en formant la gaine 28 autour du faisceau de filaments 30. Les éléments sont amenés en nombre convenable à travers l'équipement de fabrica- tion de câbles en fil métallique pour former des torons, et les torons sont à leur tour amenés dans l'équipement qui enroule les torons externes 24 en hélice autour du toron central 22. En dehors du processus d'extrusion, la fabrication se fait jusqu'ici sur des équipements classiques de fabrication de câbles en fil métallique. Ensuite, le câble semi-fini est amené à travers une autre extrudeuse pour l'application de la chemise 32. Il est clair que dans certains cas le câble est utile sans la chemise, et pour de tels usages, la dernière étape peut être omise. Le câble résultant est léger, facile à manipuler, résistant aux défaillances dues à l'abrasion entre les éléments du câble et résiste à l'attaque dans les milieux hostiles. La résistance du câble est compara- ble à celle d'un câble en fil métallique de taille similaire, mais les essais de flexion et de fatigue montrent des différences considérables. Les résultats d'essais ci-après ont été obtenus en utilisant trois câbles de comparaison différents tells que décrits. Le câble selon l'invention était fait de fibres de KEVLAR enveloppées dans des gaines en ZYTEL avec une chemise en HYTREL. Un amide d'acide gras a été utilisé comme lubrifiant lors de la fabrica- tion de sorte que ce lubrifiant était présent dans le câble terminé. 1 0 Charge Facteur de Rapport de d Cycles avant Câble (kg) sécurité Rouet/Câble défaillance Câble de fil 5000 3 12 4 900 métallique diamètre 15,9 mm 2500 6 12 15 000 (résistance à 1 5 la traction 5000 3 24 11 000 nominale 14740 kg) 2500 6 24 33 000 KEVLAR nO 1 5000 3 12 230 Structure de câble normali- 2500 6 12 1 300 sée pour le cordage 5000 3 24- 3 700 (résistance à la traction 2500 6 24 67 000 nominale 14970 kg) KEVLAR nO 2 5000 3 12 72 Câble tressé (résistance à 2500 6 12 240 la traction nominale 5000 3 24 400 14970 kg) 2500 6 24 7 800 Présente inven- 7250 3 12 122 tion structure de câble en fil 3630 6 12 1 500 métallique (résistance à 7250 3 24 1 000 la traction nominale 3630 6 24 104 000 30400 kg) On voit, d'après ces résultats d'essais, qu'avec un rapport rouet/cable normal (c'est-à-dire environ 24) et un facteur de sécurité de 6, qui est couramment utilisé, la présente invention manifeste une capacité significativement amnliorée à supporter la flexion cycli- que sous charge. Les essais montrent également des résultats médiocres avec un facteur de sécurité de 3. On pense que ceci est dû à une friction accrue entre les fibres indivi- duelles conduisant à des taux d'usure élevés. De même, lorsque le rapport rouet/câble est de 12, les résul- tats sont médiocres, indiquant ici encore une usure accrue causée par la friction entre filaments. A la suite de ces essais, on a constaté que certains paramètres doivent être respectés dans la conception des câbles de ce type. Comme il a été indiqué, les gaines entourant les fibres sont destinées à minimi- ser le frottement entre les fibres. Bien entendu, si chaque gaine contient trop de fibres, le frottement entre les fibres est accru dans chaque gaine. On a constaté que chaque gaine ne doit pas contenir plus de fibres que l'équivalent de 21 000 deniers. La quan- tité préférée est 15 000 deniers et tel est le poids de filaments utilisés pour obtenir les résultats d'essais. Avec ce poids, et les normes admises d'envi- ron 6 pour le facteur de sécurité et plus de 17 (de préefrence environ 24) pour le rapport du diamètre de rouet au diamètre de câble, le présent câble pré- sente des propriétés physiques exceptionnelles. Le câble est aussi léger, durable dans des milieux hostiles et flexible pour son positionnement dans les équipements, etc. Une diversité de matériaux peut être requise pour certains milieux ou certains usages. On s'est aperçu que ces matériaux peuvent être choisis dans un vaste domaine de possibilités. Par exemple, tout matériau thermoplastique convenable peut être utilisé pour la gaine et la chemise, y compris: polyéthylène, poly- propylène, résines fluorées, polyester thermoplasti- que, polyester élastomère thermoplastique, copolymè- res d'éthylène, polyuréthane, polymères et copoly- mère vinylique. Bien que l'amide d'acide gras mentionné plus haut constitue un lubrifiant commode à utiliser dans la fabrication et avantageux dans le produit fini, d'au- tres lubrifiants peuvent être utilisés, parmi lesquels les esters d'alcools, les cires d'amides, les acides gras, les alcools gras, les esters de glycols, les esters métalliques, les cires de paraffine, les cires de pétrole, les cires de polyéthylène, le polypropy- lène amorphe, les cires de PTFE, les esters de cires et les savons de cires. Il va de soi également que des câbles peuvent être fabriqués en utilisant des combinaisons de différents filaments et charges à l'intérieur des gaines. Ceci dépendra des critères de conception et de telles varia- tions entrent dans le domaine de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Câble comprenant: un toron central (22); une pluralité de torons (24) s'étendant en hélice autour du toron central; et chacun des torons externes comprenant une pluralité d'éléments (26) enroulés en hélice et certains au moins des éléments (26) ayant une âme (30)de filaments plastiques synthétiques s'étendant de façon générale parallèlement les uns aux autres et une gaine (28) autour de l'âme contenant les filaments. 2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le toron central a une structure semblable à celle des torons externes. 3. Câble selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que les filaments sont en KEVLAR. 4. Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine est en matériau choisi dans le groupe comprenant le polyuréthane, le poly- éthylène et le polyester. 5. Câble selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que le câble est en ZYTEL. 6. Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chemise (32) contenant les torons. 7. Câble selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chemise est en un matériau choisi dans le groupe comprenant le polyuréthane, le polyéthylène et le polyester. 8. Câble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que certains au moins des torons contiennent des âmes ne dépassant pas 21 000 deniers. 9. Procédé de fabrication d'un câble, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: grouper en faisceaux des filaments plastiques synthétiques; À faire passer chaque faisceau à travers une extru- deuse pour revêtir le faisceau d'une gaine plasti- que synthétique pour former des éléments; amener des groupes de ces éléments dans un dispo- sitif pour enrouler les éléments en hélice et former des torons; 15. amener des groupes de torons à travers un disposi- tif pour former à partir de ces torons un cble comportant un toron. central et des torons externes enroulés en hélice autour du toron central.