Brevet FR2918786A1 — publié le 20090116

FIL ELECTRIQUE DE TRANSMISSION DE SIGNAUX DESTINE A L'INDUSTRIE AERONAUTIQUE ET SPATIALE L'invention concerne un fil électrique de transmission de signaux 5 destiné à l'industrie aéronautique et spatiale. Elle se rapporte plus précisément à un fil électrique de transmission de données comportant une pluralité de brins conducteurs revêtue d'au moins une enveloppe isolante. De tels fils connus destinés à l'industrie aéronautique comportent des 10 brins conducteurs constitués d'alliage de cuivre et une enveloppe isolante comportant un ruban intérieur de polyimide et un ruban extérieur de PTFE. L'utilisation d'une couche de PTFE a notamment pour but d'améliorer la résistance du fil isolé à la propagation de l'arc électrique. L'utilisation d'une couche de polyimide a notamment pour but d'assurer une résistance 15 mécanique de l'enveloppe isolante du câble. Dans des applications spécifiques telles que des fils et câbles destinés à l'industrie aéronautique et spatiale, ce type de fil doit être conçu de façon à présenter une masse et un volume réduits. Il est donc recherché de réaliser un fil électrique d'une section de l'ordre de 0,2 à 0,4 mm2. 20 Il est également important pour des raisons de sécurité, que l'enveloppe isolante du fil présente une résistance à la coupure et une résistance à l'abrasion (par raclage ou entre fils) importantes. Les polyimides courants (par exemple de marque Kapton ou Apical , et de type 616 d'épaisseur 30 microns) étant performants mécaniquement, 25 une enveloppe isolante les comportant a une résistance à la coupure et à l'abrasion relativement élevée. En particulier, ils sont utilisés depuis plus de trente années pour les constructions à isolation polyimide ne comportant pas de ruban de PTFE (voir Table 1, référence CF24), constructions qui ne résistent pas à la propagation de l'arc électrique. 30 L'utilisation de ces rubans de polyimide 616 dans un fil de section d'âme de 0,2 mm2 à enveloppe isolant associant le polyimide et le PTFE, de diamètre et de masse voisines de celles de la construction référencée CF24, permet d'obtenir une résistance à la propagation de l'arc satisfaisante, mais ne permet pas d'obtenir une résistance de l'isolant à la coupure et à l'abrasion satisfaisantes (Cf Table 1, réf. DR24-616). Pour réaliser un fil de section 0,2 mm2 de diamètre et de masse voisine de celle de la construction référencée CF24, résistant à la propagation de l'arc électrique et présentant des performances mécaniques acceptables de l'isolant, on utilise des rubans de polyimide d'épaisseur réduite (22 microns) et de coût et de résistance mécanique plus élevés que ceux du ruban 616 (de marques Oasis ou Apical , et de type 171). De tels fils (cf Table 1, réf. DR24-171) remplacent avantageusement sur les aéronefs les fils non résistant à la propagation de l'arc électrique référencés CF24. Pour augmenter encore ces performances mécaniques, il peut être envisagé d'utiliser un polyimide de nouvelle génération, plus performant mécaniquement, mais ce dernier est beaucoup plus coûteux que les rubans polyimides 616 et 171 et il conduit à un fil électrique de prix trop élevé (cf Table 1, réf. DR24-161). L'invention résout ce problème en utilisant une enveloppe isolante de caractéristiques mécaniques, électriques et dimensionnelles acceptables et de coût réduit. Pour ce faire, l'invention propose un fil électrique de transmission de données comportant une pluralité de brins conducteurs revêtue d'au moins une enveloppe isolante, la pluralité de brins comprenant un noyau interne de premiers brins recouvert d'au moins une couche extérieure de seconds brins, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds brins sont constitués d'un métal différent, le métal desdits seconds conducteurs présentant une dureté inférieure à celle du métal desdits premiers conducteurs. Grâce à l'invention, lors de l'application d'une charge sur le fil électrique, lors d'un test de coupure ou d'abrasion par raclage, les brins périphériques de dureté inférieure, ont tendance à se déformer par compression et à répartir sur une plus grande surface la force de coupure ou d'abrasion de l'enveloppe isolante. Une résistance à la coupure supérieure à 120 N et une résistance à l'abrasion sous un effort de 8 N supérieure ou égale à 150 cycles peuvent ainsi être obtenues en utilisant une aiguille en acier, de diamètre 0,50 mm, pour tester un fil électrique de section de 0,2 mm2, tout en utilisant une enveloppe isolante de caractéristiques mécaniques courantes et de coût réduit. (cf Table 1, référence DR24-616 composite 3+9 et référence DR24-616 composite 7+12 ). Selon un mode de réalisation préféré, lesdits premiers brins sont constitués essentiellement d'un alliage de cuivre et les seconds brins sont 10 constitués essentiellement de cuivre. Lesdits premiers brins peuvent être revêtus d'une couche de métal de protection contre l'oxydation. Lesdits seconds brins peuvent être revêtus d'une couche de métal de protection contre l'oxydation. 15 Le métal de protection contre l'oxydation du cuivre peut être du nickel, de l'argent ou de l'étain. La couche de métal de protection contre l'oxydation a une épaisseur d'au moins 1 micron. L'alliage de cuivre a l'avantage, par rapport à l'acier, d'être un 20 excellent conducteur et les premiers brins présentent, de préférence, une résistance à la rupture supérieure à 650 MPa. Le câble comporte, de préférence, une première enveloppe isolante constituée de polyimide, qui est de caractéristiques courantes et de coût réduit. 25 Il peut comporter également une seconde enveloppe isolante externe constituée de PTFE. Ledit alliage de cuivre est, avantageusement, un alliage de cuivre, de nickel et de silicium. De préférence, cet alliage de cuivre comprend, en poids, au moins 95% de cuivre et au moins 2% de nickel, et, de préférence, il comprend en poids 96,5% de cuivre, 2,5% de nickel et 0,6% de silicium. Il peut également être utilisé un alliage de bronze ou un alliage de cuivre, de cobalt et de béryllium. De préférence, ladite couche extérieure de seconds brins est concentrique au dit noyau interne de premiers brins. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne 10 représentant que des modes de réalisation préférés. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un fil électrique selon l'invention comportant douze brins conducteurs. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un fil électrique selon l'invention comportant dix neuf brins conducteurs. 15 La figure 3 est une vue en coupe transversale illustrant un essai d'abrasion ou de coupure sur un fil électrique conforme à l'invention. Sur la figure 1, est représenté un fil électrique comportant douze brins conducteurs. Un noyau interne de premiers brins comporte trois brins, 1 à 3, et est 20 recouvert d'une couche concentrique de seconds brins au nombre de neuf, 4 à 12, tous ces brins conducteurs de diamètre identique, inférieur à 1 mm, de préférence de l'ordre de 0,1 mm, étant toronnés ensemble. Les premiers brins sont constitués d'un alliage de cuivre et éventuellement revêtus d'une couche de nickel d'une épaisseur d'environ 1,3 25 micron et les seconds brins sont constitués de cuivre éventuellement également revêtus d'une couche de nickel d'une épaisseur d'environ 1,3 micron. L'alliage de cuivre est, avantageusement, un alliage de cuivre, de nickel et de silicium. De préférence, cet alliage de cuivre comprend, en poids, au moins 95% de cuivre et au moins 2% de nickel, et, de préférence, il comprend en poids 96,5% de cuivre, 2,5% de nickel et 0,6% de silicium. Il peut également être utilisé un alliage de bronze ou un alliage de cuivre, de cobalt et de béryllium. De préférence, la couche extérieure de seconds brins est concentrique 10 au noyau interne de premiers brins. Il est indifférent que les couches concentriques successives aient ou non le même sens de câblage, et il est également indifférent qu'elles aient un pas de câblage identique ou non. De préférence, le pas de câblage de la couche extérieure est compris entre 8 fois et 16 fois le diamètre extérieur du 15 toron. Ce toron composite est revêtu d'une première enveloppe isolante 13 constituée d'un ruban de polyimide rubané , qui est lui-même recouvert d'une seconde enveloppe isolante externe 14 constituée d'un ruban de PTFE rubané dans le sens inverse de celui du ruban polyimide. 20 A titre d'exemple de réalisation préféré, les brins conducteurs ont un diamètre de 0,15 mm, le ruban de polyimide est d'une épaisseur de 0,03 mm et le ruban de PTFE a une épaisseur voisine de 0,05 mm. Deux épaisseurs de ruban polyimide et deux épaisseurs de ruban PTFE sont appliquées et scellées par traitement thermique (cf Table 1, référence DR24-616 composite 3+9 ). 25 Ce toron comportant 3+9 brins conduit à des caractéristiques mécaniques de l'isolant satisfaisantes, mais sa résistance à la rupture s'avère inférieure à l'exigence de résistance minimale de 350 MPa. 6 Un fil électrique selon l'invention, comportant un conducteur dont la proportion de fils de cuivre est moins élevée que précédemment, peut résoudre cette insuffisance. Sur la figure 2, est représenté un fil électrique comportant dix-neuf 5 brins conducteurs. Un noyau interne de premiers brins comporte sept brins, 1 à 7, et est recouvert d'une couche concentrique de seconds brins au nombre de douze, 8 à 19, tous ces conducteurs de diamètre identique, inférieur à 1 mm, de préférence de l'ordre de 0,1 mm, étant toronnés ensemble. 10 Les premiers brins sont constitués d'un alliage de cuivre éventuellement revêtus d'une couche de nickel d'une épaisseur d'environ 1,3 micron et les seconds brins sont constitués de cuivre éventuellement également revêtus d'une couche de nickel d'une épaisseur d'environ 1,3 micron. 15 L'alliage de cuivre est, avantageusement, un alliage de cuivre, de nickel et de silicium. De préférence, cet alliage de cuivre comprend, en poids, au moins 95% de cuivre et au moins 2% de nickel, et, de préférence, il comprend en poids 96,5% de cuivre, 2,5% de nickel et à 0,6% de silicium. Ce toron composite est revêtu d'une première enveloppe isolante 20 20 constituée d'un ruban de polyimide rubané, de caractéristiques courantes et de coût réduit, qui est lui-même recouvert d'une seconde enveloppe isolante externe 21 constituée d'un ruban de PTFE rubané dans le sens inverse. A titre d'exemple de réalisation préféré, les brins électriques ont un diamètre de 0,115 mm, le ruban de polyimide est d'une épaisseur de 0,03 mm 25 et le ruban de PTFE a une épaisseur de 0,05 mm. Deux épaisseurs de ruban polyimide et deux épaisseurs de ruban PTFE sont appliquées et scellées par traitement thermique (cf Table 1, référence DR24-616 composite 7+12 ). La figure 3 est une vue en coupe transversale illustrant un essai d'abrasion ou de coupure sur un fil électrique conforme à l'invention. Lors d'un essai de coupure ou d'abrasion par raclage, une aiguille 22 est appliquée sur le câble et soumise à une certaine charge. Grâce à l'invention, lors de l'application de cette charge sur le câble, les brins périphériques, 8, 18, 19, essentiellement en cuivre, de dureté inférieure à celle des brins du noyau interne, 1 à 7, et qui sont à proximité de l'aiguille, ont tendance à se déformer par compression et à répartir la force de coupure ou d'abrasion de l'enveloppe isolante 20, 21. La pression d'abrasion ou de coupure subie par la gaine isolante en est réduite. Une résistance à la coupure supérieure à 120 N et une résistance à l'abrasion sous un effort de 8 N supérieure ou égale à 150 cycles peuvent ainsi être obtenues en utilisant une aiguille en acier, de diamètre 0,50 mm, pour tester un fil électrique de section 0,2 mm2 et de diamètre de 0,9 mm, tout en utilisant une enveloppe isolante, de caractéristiques mécaniques courantes et de coût réduit. Il est ainsi possible d'utiliser pour l'enveloppe isolante, un ruban interne de polyimide 13 de propriétés mécaniques courantes et de coût réduit et d'une épaisseur de l'ordre de 30 microns. A titre d'exemple, pour l'enveloppe isolante interne, il peut être utilisé du polyimide de référence 616 commercialisé par DuPont de Nemours sous la marque Kapton et par Kaneka sous la marque Apical . TABLE 1 : COMPARAISON DE FILS AERONAUTIQUES DE SECTION 0.2 MM2 Performance / fil A obtenir CF24 DR24-616 DR24-171 DR24-161 DR24-616 DR24-616 composite 3+9 composite 7+12 - Fil actuel Fil à isolation Fil actuel Fil plus performant Fil selon Fil selon Description à isolation polyimide + à isolation à isolation l'invention à l'invention à polyimide PTFE non polyimide polyimide + PTFE toron 3+9 toron 7+12 conforme + PTFE. E_ Ame nickelée 19x0.12 19x0.12 19x0.115 19x0.115 19x0.115 12x0.15 19x0.115 alliage alliage alliage cuivre alliage alliage cuivre 3 alliage + 9 7 alliage + 12 cuivre cuivre cuivre cuivre_ cuivre Isolant 1 - polyamide . polyamide polyamide polyamide 161 polyamide 616 polyamide 616 616 616 171 Isolant 2 - polyimide-PTFE PTFE PTFE PTFE PTFE 616 Isolant 3 - Vernis - - - - - J R rupture âme (N) > 67 73 76 _ 74 72 75 75 R rupture âme (MPa) > 350 370 384 380 375 ... .. 335 384 .. ... Ail rupture âme (%) >6 16 16 22 20 11 13 :Masse nominale (kg/km) I DR24 85 215 --------- 75_- 129 _. . 125 1.2x _.. 144 _ ............. Résistance à l'abrasion > 100 180 55 134 226 150 160 sous 8N (cycles) 00 REVENDICATIONS 1. Fil électrique de transmission de données comportant une pluralité de brins conducteurs revêtue d'au moins une enveloppe isolante (13, 14), la pluralité de brins comprenant un noyau interne de premiers brins recouvert d'au moins une couche extérieure de seconds brins, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds brins sont constitués d'un métal différent, le métal desdits seconds conducteurs présentant une dureté inférieure à celle du métal desdits premiers conducteurs. 2. Fil électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits premiers brins sont constitués essentiellement d'un alliage de cuivre et les seconds brins sont constitués essentiellement de cuivre. 3. Fil électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits premiers brins sont revêtus d'une couche de métal de protection contre l'oxydation. 4. Fil électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits seconds brins sont revêtus d'une couche de métal de protection contre l'oxydation. 5. Fil électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une première enveloppe isolante (13) constituée de polyimide. 6. Fil électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde isolante (14) externe constituée de PTFE. 7. Fil électrique selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit alliage de cuivre est un alliage de cuivre, de nickel et de silicium. 8. Fil électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit alliage de cuivre comprend, en poids, au moins 95% de cuivre et au moins 2% de nickel. 9. Fil électrique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que 5 ladite couche de métal de protection contre l'oxydation a une épaisseur d'au moins 1 micron. 10. Fil électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche extérieure de seconds brins est concentrique au dit noyau interne de premiers brins. 10