Brevet FR2585872A1 — publié le 19870206

TERMINAISONS DE CABLES ELECTRIQUES A ISOLATION MINERALE La présente invention concerne des terminaisons pour câbles électriques du type comportant une gaine métallique et une isolation en poudre minérale tassée qui remplit la gaine (câbles à isolation minérale). Les câbles de ce genre possèdent une résistance inhérente à la chaleur et à l'exposition au feu, et continuent de fonctionner sauf si la gaine métallique est fondue ou détruite par oxydation ; par exemple, un câble à isolation minérale ayant des conducteurs et une gaine en cuivre fonctionne pendant plusieurs heures à 10000C dans l'air ayant la composition atmosphérique normale. Cependant, l'isolation minérale de tels câbles est sensible à l'humidité, et les terminaisons qu'on utilise couramment pour établir un joint étanche à l'humidité résistent beaucoup moins bien à la chaleur et au feu que les câbles, et ils peuvent provoquer une défaillance de l'ensemble alors que les câbles eux-mêmes sont encore en état de servir. La présente invention fournit des terminaisons possédant des caractéristiques de performances en incendie comparables à celles des câbles. Selon l'invention, une terminaison de câble à isolation minérale comportant un boîtier d'étanchéité fixé à l'extrémité sectionnée de la gaine du câble et renfermant la totalité de l'isolation minérale exposée à l'extrémIté sectionnée de la gaine, avec une section adjacente du ou de chaque conducteur de câble exposé, et rempli d'un milieu d'étanchéité, pâteux en permanence et adhérant en permanence, comprenant une charge minérale et un liant organique fluide, est caractérisée en ce que le milieu d'étanchéité est convertible en un corps céramique quand on le chauffe suffisamment pour pyrolyser et/ou volatiliser le liant organique. De préférence, le boîtier est fait d'un ou plusieurs matériaux ayant une résistance à la chaleur au moins égale à celle du câble, mais cela n'est pas essentiel car le corps céramique formé dans des conditions d'incendie peut (dans des cas favorables) être apte à maintenir un niveau minimal de résistance d'isolement, même si le boîtier a été fondu ou détruit autrement ; ainsi, un boîtier classique en laiton avec un disque de fermeture en une matière organique peut convenir. Autrement, on recommande un boîtier en acier inoxydable ou en cuivre avec un disque de fermeture en matière céramique. Le milieu d'étanchéité doit posséder une haute affinité d'adhérence avec le métal ou les métaux de la gaine du câble et du ou des conducteurs ainsi qu'avec l'isolation minérale ; et il doit être convertible en une forme céramique à une température supérieure à la température maximale d'utilisation, mais ne dépassant pas notablement la plus forte température que le boîtier peut supporter. Pour utilisation avec les câbles à isolation minérale normalisés dont les composants métalliques sont en cuivre, la Demanderesse préfère que la conversion en une forme céramique soit rapide dans au moins une partie de la plage de températures allant de 500 à 800"C. Parmi les charges minérales appropriées, on peut citer la bentonite, le talc, le kaolin et d'autres argiles, le silicate de magnésium, le mica, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de zinc, le verre et des mélanges de ceux-ci. La silice peut être utilisée en mé lange avec un ou plusieurs de ceux-ci. Etant donné que les liants organiques à base de carbone sont susceptibles de carbonisation dans au moins certaines conditions de haute température, la Demanderesse préfère l'utilisation d'un liant siliconique non carbonisable et surtout de polymères siliconiques qui se décomposent à l'état solide en laissant un résidu de silice qui contribue positivement au proces-sus de transformation en matière céramique ; ces exigences sont satisfaites par les "siloxanes copolymères" dans lesquels existe un squelette constitué essentiellement d'atomes de silicium et d'oxygène, avec seulement des chaînes latérales carbonées toutes fixées par l'entremise d'atomes de silicium en chaînes latérales, et la Demanderesse pense à l'heure actuelle que cette structure est nécessaire, parmi les liants siliconiques. Des polymères appropriés peuvent être préparés par hydrolyse et co-condensation d'un silane tétrafonctionnel et d'un trialkylsilane monofonctionnel, par exemple le tétraéthoxysilane et le triméthyléthoxysilane (ou leurs analogues chlorés), comme décrit plus en détail dans le brevet GB 2.046.283 B (voir aussi le brevet US 2 676 182). Pour autant que la Demanderesse le sache, de tels polymères ne sont pas actuellement offerts tels quels sur le marché libre, mais on pense qu'ils sont fabriqués et utilisés dans la fabrication d'adhésifs et de revêtements siliconiques. Les liants siliconiques qui conviennent pour utilisation dans l'invention et dont on pense qu'ils sont de cette catégorie peuvent être extraits des adhésifs vendus par Dow Corning Limited sous les numéros de référence 280A et 282 et du revêtement vendu sous l'appellation "Toray Silastic TS1417". Une certaine proportion d'une silicone, telle qu'une silicone fluide, se décomposant au moins partiellement en phase vapeur pour donner un dépôt de silice en poudre, peut être présente, et elle facilite l'établissement des propriétés requises à température ambiante. Des fluides ordinaires polydiméthylsiloxane conviennent dans ce but. Les adhésifs siliconiques transformables en matière céramique qui sont décrits dans le brevet US 4.255.316 peuvent convenir comme milieu d'étanchéité de la présente invention, ou bien on peut modifier les proportions des ingrédients pour garantir de meilleures propriétés physiques et adhésives dans les conditions ambiantes. Les exemples suivants servent à illustrer l'invention Exemple 1 "Toray Silastic TS1417" se révèle être une dispersion de mica dans une solution dans le xylène d'un premier polymère siliconique (polymère A) du type décrit dans le brevet US 2.676.182 et d'un second polymère siliconique (polymère B) ayant pour but de rendre le revêtement plus flexible (dans le cas d'une utilisation classique, on aurait ajouté des agents de durcissement). On soumet à une centrifugation le matériau de revêtement (tel que livré et sans aucun agent de durcissement) pour séparer le mica, et on mélange la solution limpide résultante avec un fluide siliconique, vendu par Dow Corning Ltd sous le nom Silicone Fluid DC 200/300000 cl, et avec du talc de qualité charge (granulométrie inférieure à 70 microns), dans le rapport de 3 parties de fluide siliconique et 60 parties de talc par 10 parties du total des polymères A et B. On élimine le xylène du mélange par distillation à 1600C et on obtient un enduit ayant une consistance et une adhésivité similaires à celles des joints étanches classiques pour terminaisons de câbles à isolement minéral. Un câble 440/600 V, à conducteurs de cuivre, gainé de cuivre, à isolation minérale, à deux âmes de 3 mm2, de 2,5 m de longueur, reçoit à une extrémité une terminaison avec un joint étanche classique. On prépare une terminaison expérimentale en dénudant 1,2 m à l'autre bout, en vissant dessus un boîtier de laiton classique et en remplissant celui-ci avec le mastic qui vient d'être décrit. On applique un disque de fermeture en caoutchouc siliconique dur. On charge le câble à 500 V continu et 250 mA en utilisant une résistance de charge et un transformateur triphasé et on procède à des essais de résistance à la tension à intervalles de temps par application de 2 kV de courant alternatif pendant 1 minute. On ne détecte aucun changement notable des propriétés électriques lorsque l'on chauffe la terminaison expérimentale (en l'absence de bague ou d'une autre protection) dans un four à 9200C pendant 30 minutes. A l'inspection après refroidissement, on trouve que le boîtier de laiton a fondu mais que le mastic s'est converti en un corps céramique ayant une cohérence suffisante pour empêcher le laiton fondu de faire un courtcircuit sur les conducteurs (on n'applique aucun choc pendant ce test). Exemple 2 Dans un exemple entièrement synthétique, on dissout 15,6 g de tétra-éthoxysilane et 13,3 g de triméthyléthoxysilane dans un mélange de 40 ml d'éthanol (essence méthylée industrielle "dénaturée" par addition de petites quantités de méthanol), 10 ml d'eau et 0,4 ml de HCl 1N. On porte la solution au reflux pendant 8 heures, t on chasse les solvants par évaporation sous pression atmosphérique à 1000C. On obtient un condensat siliconique polymère sous forme d'un liquide visqueux. On mélange celui-ci avec une poudre de kaolin (qualité E, fournie par ECC International Ltd, préséchée à 2000C pendant 3 heures) dans les proportions de 5 par ties du produit et 8 parties du kaolin, pour produire un mastic pratiquement équivalent à celui préparé et utilisé dans l'exemple 1. Exemples 3 à 6 Dans chacun de ces exemples, on mélange 100 parties d'adhésif siliconique 280A de Dow Corning (55 parties de matières solides) avec 27,5 parties de fluide siliconique de Dow Corning 200/60.000 cs et avec les charges suivantes (toutes préséchées à 200"C pendant 3 heures) exemple 3 : 132 parties de poudre de kaolin (qualité E) exemple 4 : 82,5 parties de poudre de kaolin de qualité E et 165 parties d'oxyde de magnésium (qualité HMD5, de Steetley Refractories Limited) exemple 5 : 74,5 parties d'argile calcinée (vendue sous la marque déposée Polestar 501 par ECC International Ltd) et 149 parties d'oxyde de mangésium de qualité HMD5 exemple 6 : 66 parties d'argile calcinée (Polestar 51) et 132 parties de fleur de silice (qualité 35/2005 de Richard Baker Harrison Limited). On évapore le solvant à 1500C pour obtenir dans chaque cas un mastic mou et collant. On les tasse dans des terminaisons de câbles classiques à isolation minérale, et chaque produit passe le test de pénétration d'eau selon la norme britannique BS 6081. Les terminaisons préparées avec le mastic de l'exemple 4 passent le test de feu selon la Specification 331 de l'IEC (3 heures à 75O0C dans une flamme à gaz, chargées pendant la fusion à 3A sous la tension nominale) et elles résistent également 15 minutes à 8500C dans un four tubulaire. Dans tous ces exemples, lors de l'application de la flamme, le mastic est con vert i en un corps céramique suffisamment cohérent pour éviter des courts-circuits de conducteur à conducteur (mais non pour maintenir la résistance à l'eau). On pense à l'heure actuelle qu'un mastic ayant une teneur un peu plus élevée en fluide siliconique que dans les exemples indiqués serait optimal pour utilisation dans les terminaisons pré-assemblées qui ont été décrites dans la demande antérieure de brevet britannique de la Demanderesse NO 85 18008. REVENDICATIONS 1. Terminaison de câble à isolation minérale comportant un boîtier d'étanchéité fixé à l'extrémité sectionnée de la gaine du câble et renfermant la totalité de l'isolation minérale exposée à l'extrémité sec tionnée de la gaine, avec une section adjacente du ou de chaque conducteur de câble exposé, et rempli d'un milieu d'étanchéité, pâteux en permanence et adhérant en permanence, comprenant une charge minérale et un liant organique fluide, caractérisée en ce que le milieu d'étanchéité est convertible en un corps céramique quand on le chauffe suffisamment pour pyrolyser et/ou volatiliser le liant organique. 2. Terminaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge minérale est choisie parmi la bentonite, le talc, le kaolin et autres argiles, le silicate de magnésium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de zinc, le verre et les mélanges de ceux-ci. 3. Terminaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge minérale est du mica. 4. Terminaison selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le liant est une silicone non carbonisable ayant un squelette formé essentiellement d'atomes de silicium et d'oxygène, avec seulement des chaînes latérales à base de carbone, fixées par l'entremise des atomes de silicium de chaînes latérales. 5. Terminaison selon la revendication 4, carac térisée en ce que le liant contient également un fluide siliconique.