Brevet FR2796198A1 — publié le 20010112

La présente invention concerne une gaine de protection thermique pour un faisceau de câble électrique, du type comportant des fibres organi ques oxydées carbonisables. Pour des raisons de sécurité, il est nécessaire, dans certaines instal lations électriques, que les faisceaux de fils ou câbles électriques puissent résister momentanément à de très fortes contraintes thermiques, notamment causées par l'application directe d'une flamme. En particulier, de telles exigences sont imposées dans les aéronefs. II est exigé que les fils électriques puissent continuer à exercer leur fonction de conduction électrique pendant une durée déterminée. Plus pré cisément, il est demandé pour les faisceaux électriques d'un avion que la résistance d'isolement entre deux fils d'un même faisceau reste supérieure à 10 kS2 pendant cinq minutes etlou que la température des fils reste inférieure à 250 C pendant trois minutes et demi, lorsque le faisceau est mis en pré sence d'une flamme de 1100 C avec une puissance de 116 kW/M2. Le document FR-A-2.708.781 décrit une gaine anti-feu et son procé dé d'élaboration. La gaine anti-feu décrite est formée essentiellement d'un entrelacement de fibres synthétiques obtenues par craquage et filage d'une fibre d'aramide et d'une fibre organique oxydée carbonisable. Ainsi, les fi bres d'aramide et les fibres organiques oxydées carbonisables sont mêlées dans une même couche formant écran. Bien que cette gaine de protection thermique assure une protection satisfaisante des conducteurs jusqu'à une température d'environ 850 C, celle-ci est insuffisante pour des températures de flamme de l'ordre de 1100 C. Ainsi, l'invention a pour objet de fournir une gaine de protection ther mique résistant à des températures de flamme de l'ordre de 1100 C, et ga rantissant un fonctionnement satisfaisant des fils électriques protégés par la gaine pendant une durée substantielle. A cet effet, l'invention a pour objet une gaine de protection thermique pour un faisceau de câbles électriques, du type précité, caractérisée en ce qu'elle comporte un écran interne formé d'au moins une couche comportant majoritairement des fibres organiques oxydées carbonisables et un écran externe comportant au moins une couche formée de fibres de céramique disposées autour de l'écran interne. Suivant des modes particuliers de réalisation, la gaine de protection thermique comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - ledit écran interne comporte au moins 85 % en poids de fibres orga niques oxydées carbonisables ; - lesdites fibres organiques oxydées carbonisables dudit écran interne sont à base de polyacrylonitrile oxydé ; - ledit écran interne comporte des chlorofibres ; - ledit écran interne comporte au moins deux couches superposées de fibres organiques oxydées carbonisables ; - ledit écran interne comporte une superposition de couches tressées d'une épaisseur totale comprise entre 2 et 6 mm ; - les fibres céramiques sont constituées d'alumino-boro-silicate ; - elle comporte sous ledit écran interne, une couche de protection thermique complémentaire comportant majoritairement du KEVLAR ; et - elle comporte autour dudit écran externe une couche de protection mécanique comportant majoritairement de l'aramide. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux des sins sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un faisceau de câbles protégé par une gaine selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en section transversale du faisceau de la fi gure 1 prise suivant la ligne 11-1l ; - les figures 3 et 4 sont des courbes montrant, pour deux gaines de protection thermique selon l'invention ayant des épaisseurs différentes, res pectivement, l'évolution de la température des fils conducteurs et de leur résistance d'isolement. L'élément de câblage représenté aux figures 1 et 2 comporte un fais ceau de câbles 10 entouré d'une gaine de protection thermique 12 selon l'invention. Le faisceau de câbles 10 est constitué d'un ensemble de câbles ou fils électriques isolés individuellement par une gaine protectrice. Ces fils électriques sont par exemple destinés au transport d'informations de com mande pour les organes de navigation d'un lanceur spatial ou d'un avion. La gaine de protection thermique 12 comporte essentiellement un écran interne 14 formé de plusieurs couches comportant majoritairement des fibres organiques oxydées carbonisables, et un écran externe 16 com portant une couche formée de fibres de céramique, notamment à base d'aluminoborosilicate. L'écran externe 16 est disposé directement autour de l'écran interne 14 sans interposition d'un matériau intermédiaire. En outre, la gaine de protection 12 comporte sous l'écran interne 14 une couche 18 de protection thermique complémentaire comportant majori- tairement du KEVLAR commercialisé par Du Pont de Nemours. Enfin, la gaine 12 présente autour de l'écran externe 16 une couche de protection mécanique 20 réalisée, par exemple, à base de fibres d'ara mide tressées. L'écran interne 14 est constitué avantageusement d'au moins deux couches comportant essentiellement des fibres organiques oxydées carbo- nisables. De préférence, de trois à sept couches sont superposées pour une épaisseur totale de l'écran interne 14 comprise entre 2 et 6 mm. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, l'écran interne 14 est composé de trois couches identiques superposées notées 14A, 14B, 14C. Chaque couche est avantageusement tressée et les couches succes sives sont réalisées par surtressage. Le tressage est adapté pour qu'une quantité d'air importante soit ren fermée dans l'écran interne 14. De préférence, l'écran interne 14 est constitué de plus de 85 % en poids de fibres organiques oxydées carbonisables. Ces fibres sont par exemple à base de polyacrylonitrile oxydé (PANO). Les fibres majoritaires formant l'écran interne 14 sont par exemple du PANOX commercialisé par la société RK Carbon Fibers ou du SIGRAFIL commercialisé par la société SIGRI. Avantageusement, l'écran interne 14 comporte, en plus des fibres organiques oxydées carbonisables, d'autres fibres telles que des fibres commercialisées sous le nom de CHLOROFIBRE fabriquées par la société RHOVI L. Les fibres entrant dans la composition de l'écran interne 14 ont une résistance à une température d'environ 800 C. L'écran externe 16 est constituée d'une tresse de filaments continus. Ces filaments continus sont des filaments de céramique, par exemple réali sés à base de silice. Ces filaments sont avantageusement des alumino- boro-silicates (ABS), tels que les fils NEXTEL, commercialisés par la société 3M. Ces filaments sont adaptés pour résister à une très haute tempéra ture, et notamment à une température d'environ 1200 C. Ces filaments entrant majoritairement dans la composition de l'écran interne 14 peuvent également être formés de fils de Nextel. La couche de protection interne 18 est disposée autour du faisceau de fils 10. Cette couche 18 est constituée d'une tresse ou d'un rubannage de KEVLAR ou d'un mélange de KEVLAR et de Chlorofibre. La couche de protection thermique complémentaire 18 est facultative. Lorsque celle-ci est mise en oeuvre, l'épaisseur de l'écran interne 14 est ré duite. En effet, le KEVLAR a des propriétés d'isolation thermique meilleures que le polyacrylonitrile oxydé pour des températures voisines de 450 C. Ainsi, la mise en ceuvre de la couche de protection thermique com plémentaire 18 à base de KEVLAR permet de diminuer l'épaisseur de l'écran interne 14 et ainsi de réduire l'épaisseur totale de la gaine. La couche de protection mécanique externe 20 est avantageusement réalisée à base de fibres d'aramide tressées, et notamment de NOMEX commercialisé par la société Du Pont de Nemours. La couche de protection mécanique 20, disposée autour de l'écran interne 16 est facultative. Cette couche de protection mécanique permet d'éviter la libération de résidus fibreux issus de l'écran externe 16. En effet, les fibres d'alumino-boro-silicates, et notamment le NEXTEL, ont tendance à pelucher à cause du procédé de réalisation par tressage et à libérer des particules indésirables incompatibles par exemple avec l'utilisation de la gaine de protection dans une salle blanche. La couche de protection méca nique protège également le manipulateur du câblage vis à vis des peluches de fibres céramiques pouvant se trouver en contact avec la peau ou les yeux. En vue de résister à d'éventuelles attaques chimiques, la gaine est avantageusement entourée d'un matériau d'étanchéité et notamment d'une gaine thermorétractable ou d'un ruban auto-amalgamant, tels que les gaines thermorétractables commercialisées par la société RAYCHEM sous le nom de gaines THERMOFIT et les rubans silicones auto-amalgamant commer cialisés par la société NITTO. On constate que la gaine décrite ici présente de très bonnes proprié tés de protection thermique du faisceau de câbles 10 vis à vis d'une flamme. Ces bons résultats obtenus pourraient s'expliquer par la coopération des propriétés respectives des écrans interne et externe. En particulier, l'écran externe 16 présente la propriété essentielle de former une barrière thermique à haute température qui favorise - la divergence du flux thermique en formant un déflecteur; - une barrière isolante haute température ; - le maintien mécanique des résidus de combustion des produits in ternes. L'écran interne 14 constitue - une barrière isolante à température élevée par sa faible conductivité thermique due également à la présence d'air; - une barrière isolante par ses propriétés de filtration infrarouge ; - une barrière isolante par ses propriétés endothermiques par trans formation physique ou chimique. En effet, lors de l'application de chaleur, on constate que la gaine in terne 14 se carbonise par un effet de pyrolyse. Ce changement d'état per met une consommation d'énergie thermique importante, réduisant la chaleur transmise jusqu'au faisceau à protéger. Les essais effectués, et dont les résultats sont donnés sur les figures 3 et 4, montrent les qualités de résistance obtenues avec la gaine de pro tection thermique selon l'invention. Deux gaines d'épaisseurs différentes ont été utilisées. Ces gaines, notées A et B présentent les caractéristiques résumées dans le tableau sui vant. Gaine A Gaine B Epaisseur totale (en mm) 5 0,5 7 0,5 Composition de l'écran interne PANOX PANOX Epaisseur de l'écran interne 4 0,5 6 0,5 mm Nombre de couches de l'écran interne 5 7 Composition de l'écran externe NEXTEL NEXTEL Epaisseur de l'écran externe 0,8 0,8 Ainsi, la gaine A a une épaisseur inférieure à celle de la gaine B. Les courbes représentées aux figures 3 et 4 ont été effectuées avec un brûleur normalisé selon 1'1S0 2685. Ainsi, des faisceaux de câbles identiques équipés des gaines de protection A et B ont été placés à la distance de 75 mm d'un brûleur norma lisé à gaz de 0,018 m2 ayant un diamètre de 150 mm. La température de la flamme normalisée était égale à 1100 C 80 C et la densité du flux thermi que était égale à 116 10 kW/M2. Le faisceau de câbles d'un diamètre de 6,7 mm comporte six paires blindées gainées. On constate sur la figure 3 que, pour une durée d'exposition de la gaine à la flamme de 3mn 30, la température des fils électriques est, dans le cas de la gaine B, inférieure à 250 C, et notamment inférieure à 200 C. De plus, même si pour une faible épaisseur de la gaine correspondant à la courbe A la température au bout de 3mn 30 est supérieure à 250 C, celle-ci reste inférieure à 250 pendant 2mn 30. Sur la figure 4, on constate que les gaines A et B présentent des ré sistances d'isolement entre deux fils adjacents très supérieures à 10 kÇà pour une durée d'exposition à la flamme de 5 mn. REVENDICATIONS 1.- Gaine de protection thermique (12) pour un faisceau de câbles électriques, du type comportant des fibres organiques oxydées carbonisa- bles, caractérisée en ce qu'elle comporte un écran interne (14) formé d'au moins une couche comportant majoritairement des fibres organiques oxy dées carbonisables et un écran externe (16) comportant au moins une cou che formée de fibres de céramique disposées autour de l'écran interne (14). 2.- Gaine de protection thermique selon la revendication 1, caractéri sée en ce que ledit écran interne (14) comporte au moins 85 % en poids de fibres organiques oxydées carbonisables. 3.- Gaine de protection thermique selon la revendication 1 ou 2, ca ractérisée en ce que lesdites fibres organiques oxydées carbonisables dudit écran interne (14) sont à base de polyacrylonitrile oxydé. 4.- Gaine de protection thermique selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisée en ce que ledit écran interne (14) com porte des chlorofibres. 5.- Gaine de protection thermique selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisée en ce que ledit écran interne (14) com porte au moins deux couches superposées de fibres organiques oxydées carbonisables. 6.- Gaine de protection thermique selon la revendication 5, caractéri sée en ce que ledit écran interne (14) comporte une superposition de cou ches tressées d'une épaisseur totale comprise entre 2 et 6 mm. 7.- Gaine de protection thermique selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisée en ce que les fibres céramiques sont constituées d'alumino-boro-silicate. 8.- Gaine de protection thermique selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte sous ledit écran interne (14), une couche de protection thermique complémentaire (18) com portant majoritairement du KEVLAR. 9.- Gaine de protection thermique selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte autour dudit écran externe (16) une couche de protection mécanique (20) comportant majoritairement de l'aramide.