Brevet FR2612549A1 — publié le 19880923

La présente invention concerne un armement isolant pour poteau de support de lignes électriques aériennes. L'invention vise également le procédé pour la fabrication d'un tel armement. Les lignes électriques servant au transport sous bease, moyenne et haute tension. sont supportées par des poteaux ou des pyl8nes par l'intermédiaire de consoles appelées "armements" équipés d'isolateurs. Dans les réalisations connues. ces armements sont constitués par des profilés métalliques munis de moyens de fixation au poteau et de moyens pour accrocher la ligne électrique dans une direction perpendiculaire aux armements. Ces armatures sont rigides et ne peuvent donc fléchir sous l'effet des efforts appliques sur la ligne électrique. Or la ligne électrique peut Etre soumise à des charges exceptionnelles résultant du givre, de la neige ou du vent. Etant donné que ces charges n'entraînent aucune déformation des armements, les charges exceptionnelles ci- dessus peuvent entraîner la rupture de la ligne, qui elle-même peut engendrer un couple de torsion pouvant entrainer la rupture du poteau. Pour éviter ces inconvénients, on a proposé de réaliser des armements en matériau flexible, à base de résine synthétique renforcée au moyen de fibres de verre et présentant une section régulièrement décroissante à partir du poteau. L'armement idéal doit présenter une flexibilité longitudinale la plus grande possible, tout en étant apte à supporter des charges verticales les plus importantes possibles. On conçoit que dans la pratique, un tel compromis est difficile à réaliser. Le but de la présente invention est de créer un armement qui permet d'atteindre l'objectif précité, tout en étant peu onéreux. L'armement visé par l'invention est constitué par un bras flexible comprenant à l'une de ses extrémités des moyens pour le fixer au poteau et à son autre extrémité. des moyens pour fixer une ligne électrique de façon sensiblement perpendiculaire au bras, ce bras ayant une section transversale rectangulaire, la largeur de cette section mesurée dans un plan perpendiculaire à la ligne électrique étant supérieure à l'épaisseur de cette section mesurée dans une direction parallèle à la ligne électrique. Suivant l'invention, l'épaisseur de cette section décroît régulièrement depuis les moyens de fixation au poteau vers les moyens de fixation à la ligne électrique, tandis que la largeur de cette section est constante, le bras présente dans le sens de son épaisseur, une succession de couches de fibres minérales continues s'étendant dans le sens de la longueur du bras, séparées par une couche de fibres minérales courtes orientées de façon aléatoire, ces fibres et ces couches étant liées entre elles par une résine synthétique. Cette succession de couches de fibres minérales enrobées dans une résine synthétique confère à l'armement, en association avec la géométrie de celui-ci, une grande flexibilité longitudinale ainsi qu'une grande résistance aux charges verticales. Les couches renfermant des fibres continues s'étendant dans le sens de la longueur de l'armement et noyées dans la résine synthétique, confèrent à l'armement, du fait qu'elles sont situées dans des plans verticaux, une grande résistance aux charges verticales ainsi qu'une tenue à la rupture en flexion élevée. Par ailleurs, du fait que la section de l'armement présente une dimension dans le sens vertical qui est plus grande que dans le sens longitudinal de la ligne électrique et du fait que cette section décroît régulièrement à partir du poteau, l'armement présente une grande flexibilité longitudinale. La couche renfermant des fibres courtes orientées de façon aléatoire permet de répartir les contraintes thermiques et mécaniques entre les couches précitées a fibres continues. Par ailleurs, cette couche intermédiaire à fibres courtes orientées de fagon aléatoire permet le percement du bras. En effet, si l'armement ne présentait que des couches à fibres longitudinales continues, le percement de l'armement entraînerait un délaminage. Pour augmenter la rigidité de l'armement aux efforts de torsion, une couche de tissu de fibres minérales est disposée de chaque c8té du bras entre la première couche de fibres courtes et la couche de fibres continues suivante. Ce tissu renferme de préférence des fils de fibres disposées à + 45 et à - 45 de la direction de la longueur de l'armement, ce qui permet d'obtenir une résistance optimale à la torsion. Ainsi, les fonctions des différentes couches successives de l'armement conforme à l'invention contribuent les unes avec les autres pour l'obtention d'un armement ayant les propriétés mécaniques recherchées. Selon une version avantageuse de l'invention, la proportion de fibres continues est plus grande que celle des fibres courtes. Cette mesure résulte du r8le prépondérant des fibres continues à l'obtention des propriétés mécaniques recherchées. Il y a ainsi avantage à utiliser un maximum de fibres continues. Selon une version préférée de l'invention, certaines couches de fibres courtes sont séparées de la couche de fibres continues suivante par une couche supplémentaire de fibres courtes qui s'étend sur une partie seulement de la longueur du bras à partir des moyens de fixation au poteau, la longueur de cette couche de fibres courtes diminuant progressivement de l'extérieur vers le milieu de l'épaisseur du bras pour réaliser une épaisseur décroissant régulièrement, depuis le poteau vers l'extrémité de l'armement destinée à supporter la ligne électrique. De préférence, la surface extérieure du bras est recouverte par un revêtement en matière plastique resistant à l'arc électrique, aux intempéries et au rayonnement ultra- violet, telle qu'un copolymère éthylène-propylène-diene- méthylénique. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé pour la fabrication d'un armement isolant pour poteau de support de lignes électriques, conforme à l'invention comprend les étapes suivantes: - on réalise des bandes renfermant une couche de fibres continues s'étendant dans le sens de la longueur de la bande et une couche de fibres courtes de directions aléatoires préimprégnées de résine polyester et éventuellement des bandes de tissu de fibres à 45 de la direction de la longueur de la bande! - on découpe ces bandes aux dimensions de la longueur et de la largeur désirées de l'armement, - on empile les différentes bandes selon la disposition désirée, - on préchauffe cet empilage à une température inférieure à la température de polymérisation de la résine polyester, - on place l'empilage dans un moule! et on moule cet empilage en le chauffant et en appliquant une pression sur celui-ci. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue en élévation montrant la partie supérieure d'un poteau portant un armement conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle de l'armement, - la figure 4 est une vue schématique en plan 26 1 2549 partielle d'une couche renfermant des fibres continues longitudinales. la figure 5 est une vue schématique en plan partielle d'une couche renfermant des fibres continues orientées de fagon aléatoire, - la figure 6 est une vue schématique en plan partielle d'un tissu à fils de fibres disposées à + 45 . - la figure 7 est une vue en coupe schématique montrant la juxtaposition des couches selon les figures 4, 5, 6. - la figure 8 est une vue schématique en coupe suivant un plan parallèle au plan de la figure 2, montrant les différentes couches d'un armement conforme à l'invention, - la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'un moule illustrant le procédé de fabrication d'un armement conforme à l'invention. Dans la réalisation des figures 1 et 2, l'armement latéral 1 est constitué par un bras flexible comprenant à l'une de ses extrémités un support 2 pour le fixer à un poteau - et à son autre extrémité un embout 4 portant un serre-cable 5 auquel est fixée une ligne électrique 6 s'étendant perpendiculairement au bras 1. Le bras 1 a une section transversale rectangulaire (voir figure 3). La largeur 1 de cette section mesurée dans un plan perpendiculaire à la ligne électrique 6 est nettement supérieure à lépaisseur e de cette section mesurée dans une direction parallèle à la ligne électrique 6, c'est-à-dire dans le plan de la figure 2. Comme on le voit sur la figure 2, l'épaisseur e de la section du bras 1 décroît régulièrement depuis le support 2 de fixation au poteau 3 vers l'embout 4 de fixation à la ligne électrique 6. Par ailleurs, la largeur 1 de cette section est constante (voir figure 1). Le bras 1 présente dans le sens de son épaisseur e, c'est-à-dire dans le plan de la figure 2, une succession de couches 7a, 7b, 7c, 7d de fibres de verre continues 10 (voir figures 4, 7, 8) s'étendant dans le sens de la longueur L du bras 1. Ces couches 7a, 7b, 7c, 7d sont séparées par une couche 8a, 8b. Bc, 8d de fibres de verre courtes 11 (voir figures 5, 7, 8) orientées de façon aléatoire. Ces deux couches et les fibres de celles- ci sont liées entre elles par une résine synthétique, telle qu'une résine polyester. Par ailleurs, une couche 9a, 9b de tissu de fibres de verre est disposée (voir figure 8) de chaque c8té du bras 1 entre la première couche de fibres courtes 11 et la couche 7b de fibres continues 10 suivante. La répartition des différentes couches est symétrique de part et d'autre de la fibre neutre N du bras 1. La liaison entre les différentes couches telles que 7a, Sa, 9a est réalisée par polymérisation de la résine synthétique lors d'une opération de moulage sous pression qui sera décrite plus loin. De préférence, la proportion de fibres continues 10 est plus grande que celle de fibres courtes 11. De préférence, le taux massique de fibres continues 10 est sensiblement égale à 80% de la totalité des fibres, celle des fibres courtes 11 étant par conséquent sensiblement égale à %. De préférence, le taux massique de fibres continues et courtes 11 est comprise entre 50 et 60% de la masse totale, la proportion de résine synthétique représentant par conséquent 40 à 50%. Le tissu 9a (ou 9b) (voir figure 6) comprend une première série de fils 12a de fibres de verre parallèles disposés à + 45Q de la direction de la longueur L du bras 1 et une seconde série de fils 12b de fibres parallèles disposées à - 45 de cette direction. On voit d'autre part sur la figure 8, que certaines couches de fibres courtes sont séparées de la couche de fibres continues suivante par une couche de fibres courtes telle que 13a, 13b, 13c qui s'étend sur une partie seulement de la longueur L du bras 1 à partir du support 2 de fixation 26 1 2549 au poteau --. La longueur de ces couches de fibres courtes 13a. 13b. 1;c diminue progressivement de i'extérieur vers le milieu N de l'épaisseur du bras 1 pour réaliser une épaisseur E décroissant regulièrement, comme indiqué sur la figure 2. Par ailleurs, la surface extérieure du bres 1 est recouverte (voir figure 3) par un revêtement 14 en elastomère résistant à l'arc électrique, aux intempéries et au rayonnement ultra-violet, telle qu'un copolymère éthylène- propylène-diène-méthylénique (EPDM). Le support 2 de fixation du bras 1 au poteau Z. ainsi que l'embout d'extrémité 4 sont de préférence réalisés en aluminium et sont fixes au bras i par collage. L'aluminium est parmi les métaux courants celui qui présente le coefficient de dilatation le plus proche du matériau composite (fibres de verre, résine polyester) qui constitue le bras 1, de sorte que la liaison du support 2 et de l'embout 4 au bras 1 ne risque pas d'&tre affectée par des variations de température. On va maintenant détailler le procédé de fabrication de l'armement conforme à l'invention. Dans une première étape, on réalise une bande comprenant successivement une couche de fibres de verre continues 10 orientées dans le sens de la longueur de cette bande, une couche de fibres de verre courtes 11 d'orientation aléatoire et une couche de tissu 9a comportant des fils de fibre de verre 12a. 12b formant un angle de 450 par rapport à la longueur L de la bande. L'ensemble de ces couches est préimprégné par une résine polyester. La composition de cette bande est par exemple la suivante: - résine polyester: 18% - agent thermoplastique anti-retrait: 12%. - adjuvant, catalyseur colorant: 3% - charges minérales: 12% - fibres de verre: 55% Les bandes ainsi préimprégnées de résine polyester sont ensuite découpées aux dimensions du bras 1. On empile ensuite les bandes en suivant la répartition représentée sur la figure S. On place l'empilage ainsi réalisé dans un préchauffeur haute fréquence de façon à chauffer cet empilage à environ 70 C (température inférieure à la température de polymérisation de la résine polyester). Ce préchauffage permet notamment de diminuer les contraintes thermiques à l'intérieur du matériau, lors du moulage. L'empilage obtenu 15 est ensuite placé dans un moule (voir figure 9) en deux parties 16 et 17 placées dans une presse. On chauffe l'empilage 15 jusqu'à la température de polymérisation de la résine polyester, tout en appliquant une pression (voir flèches F de la figure 9). L'empilage 15 est ensuite démoulé, ébavuré, refroidi, puis sablé ou poncé pour obtenir un état de surface aussi bon que possible. On colle ensuite aux extrémités de l'empilage, le support 2 et l'embout 4 en aluminium. La colle utilisée à cet effet peut tre une colle semi-conductrice pour éviter les problèmes de décharges partielles. La surface extérieure du bras ainsi obtenu est ensuite enduite d'un primaire d'adhérence puis d'un revêtement d'EPDM. L'armement ainsi réalisé permet, pour une flexibilité donnée, d'avoir une meilleure tenue aux chargements verticaux qu'un armement à section et inertie constantes réalisée par exemple par pultrusion. Ainsi, un armement réalisé conformément à l'invention, présentant une longueur L égale à 150 cm, une largeur 1 égale à 90 mm et une épaisseur e décroissant entre et 20 mm supporte une charge verticale statique supérieure à 240 daN et présente une flexibilité longitudinale supérieure à 5 mm/daN. Ces propriétés mécaniques résultent du fait que l'armement renferme une grande proportion de fibres longitudinales continues 10. Le tissu présentant des fils de fibres de verre 12a et 12b formant un angle égal à 45 et - 45e avec la direction de la longueur L de l'armement permet d'augmenter la résistance à la torsion de l'armement, tandis que les couches renfermant les fibres de verre courtes 11 orientées de façon aléatoire, permettent de répartir les contraintes thermiques et mécaniques entre le tissu et les couches adjacentes à fibres longues et permettent le perçage du bras 1 sans risque de délaminage. Dans le cas o l'armement est destiné à subir des efforts de torsion moindres, la présente du tissu 9a, 9b n'est pas nécessaire. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les fibres de verre peuvent Etre remplacées par d'autres fibres minérales, telles que des fibres de roche. Far ailleurs, la résine polyester peut etre remplacée par une autre résine synthétique thermodurcissable ou thermoplastique. D'autre part, les dimensions du bras 1 pourront Etre modifiées suivant les besoins. De plus, ce bras 1, au lieu d'!tre perpendiculaire au poteau 3 pourrait tre oblique. D'autre part, dans le procédé de fabrication de l'armement, au lieu d'empiler les unes sur les autres des bandes préimprégnées de fibres, découpées aux dimensions L et 1 de l'armement, on peut procéder comme suit: on utilise une feuille ayant la longueur L de l'armement et présentant une couche de fibres continues et une couche de fibres courtes préimprégnées de résine. et on enroule cette feuille de façon à former une spirale aplatie composée de bandes de largeur maximale égale à L reliées les unes aux autres. Ainsi, on réalise un empilage composé successivement de couches à fibres continues et des fibres courtes. Pour obtenir une épaisseur décroissante, on intercale entre les couches de la spirale des bandes de longueur variable telles que les couches (13a, 13b, 13c) à fibres courtes représentées sur la figure 8. 1i REVENDICATIONS 1. Armement isolant pour poteau ( par une résine synthétique. Armement conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche (9a, 9b) de tissu de fibres minérales est disposée de chaque c8te du bras (1) entre la première couche de fibres courtes et la couche de fibres continues suivante. 3. Armement conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion de fibres continues (10) est plus grande que celle des fibres courtes (11). 4. Armement conforme à la revendication. caractérisé en ce que la proportion de fibres continues est supérieure à la proportion de fibres courtes. 5. Armement conforme à lune des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le taux massique de fibres (10, 11) est compris entre 50 et 60% de la masse totale. 6. Armement conforme à l'une des revendications 1 à , caractérise en ce que la résine synthétique est une résine polyester. 7. Armement conforme à l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le tissu (9a, 9b) comprend une première série (12a) de fils de fibres parallèles disposes à +45 de la direction de la longueur (L) du bras (1) et une seconde série (12b) de fils de fibres parallèles disposés à - 450 de cette direction. 8. Armement conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que certaines couches de fibres courtes (11) sont séparées de la couche de fibres continues (10) suivante par une couche de fibres courtes (13a, 13b, 13c) ou de fibres continues qui s'étend sur une partie seulement de la longueur (L) du bras à partir des moyens de fixation (2) au poteau, la longueur de cette couche (13a, 13b, 13c) de fibres courtes ou continues diminuant progressivement de l'extérieur vers le milieu (N) de l'épaisseur du bras pour réaliser une épaisseur (e) décroissant régulièrement. 9. Armement conforme & l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface extérieure du bras (1) est recouverte par un revêtement (14) en élastomère résistant à l'arc électrique, aux intempéries et au rayonnement ultra- violet. 10. Armement conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le revêtement (14) est en copolymère éthylène-propylène-dièneméthylénique. 11. Procédé pour la fabrication d'un armement isolant pour poteau (3) de support de lignes électriques (6), conforme A l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - on réalise des bandes renfermant une couche (7a, 7b, 7c, 7d) de fibres continues (10) s'étendant dans le sens de la longueur de la bande et une couche (8a, 8b, 8c, 8d) de fibres courtes (11) de directions aléatoires préimprégnées de résine polyester et éventuellement des bandes de tissu (9a, 2 6 1 2 5 4 9 9b) de fibres & 45 de la direction de la longueur (L) de la bande, - on découpe ces bandes aux dimensions de la longueur (L) et de la largeur (1) désirées de lVarmement, - on empile les différentes bandes selon la disposition désirée, - on préchauffe l'empilage (15) obtenu à une température inférieure à la polymérisation de la résine polyester, - on place l'empilage (15) dans un moule (16), et on moule cet empilage en appliquant une pression sur celui- ci. 12. Procédé conforme à la revendication 11. caractérisé en ce que l'empilage (15) des bandes est préchauffé à environ 70 C dans un préchauffeur haute- fréquence. 1. Procédé pour la fabrication d'un armement isolant conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on utilise une feuille ayant la longueur L de l'armement et présentant une couche de fibres continues et une couche de fibres courtes préimprégnées de résine, on enroule cette feuille de fagon à former une spirale aplatie composée de bandes reliées les unes aux autres pour réaliser un empilage composé successivement de couches à fibres continues, de couches à fibres courtes et pour obtenir une épaisseur décroissante on intercale entre les couches de la spirale des couches de longueur variable à fibres courtes (13a. 13-b. 13c) ou à fibres continues.