Brevet FR2932605A1 — publié le 20091218

CABLE CONDUCTEUR ELECTRIQUE AUTO-CICATRISANT. La présente invention concerne le domaine des câbles conducteurs électriques. Un câble conducteur électrique transmet un signal ou de l'énergie d'un connecteur ou composant électrique ou électronique à un deuxième connecteur ou composant électrique ou électronique. L'ensemble du dispositif électrique doit rester étanche afin d'éviter toute pénétration d'eau ou d'humidité dans le dispositif électrique et notamment dans les composants et les câbles électriques. En effet, l'eau et l'humidité peuvent être à l'origine d'un défaut de fonctionnement du composant, comme un dysfonctionnement intempestif ou permanent, pouvant aller jusqu'à un court-circuit aggravé susceptible de détruire le composant et même une partie de son environnement. Une application particulièrement intéressante de l'invention se situe dans le domaine des véhicules automobiles qui peuvent intégrer de tels câbles électriques et/ou des dispositifs électriques intégrant de tels câbles électriques raccordés à des composants électriques ou à des connecteurs électriques. Usuellement, les dispositifs électriques sont bien protégés contre les liquides provenant du milieu environnant, les composants et les câbles étant rendus étanches vis-à-vis de l'extérieur. De façon connue, les câbles électriques sont protégés par isolation du conducteur au moyen d'une gaine isolante. La figure 1 représente schématiquement un dispositif électrique 10 comprenant un câble conducteur électrique 11 reliant un premier connecteur ou composant électrique 4 d'un deuxième connecteur ou composant électrique 5. De façon connue, le câble conducteur électrique 11 est composé d'une partie conductrice 2, également appelée conducteur, entourée d'une partie isolante 1, également appelée gaine isolante. La partie conductrice 2 est généralement formée par une âme métallique munie d'une pluralité de brins métalliques logés à l'intérieur de la gaine isolante 1. La partie isolante 1 du câble 11 isole le conducteur 2 afin d'éviter tout contact entre le conducteur 2 et des objets ou des corps extérieurs susceptibles de créer des courts-circuits ou des dysfonctionnements du dispositif électrique 10. Lors des opérations d'assemblage des différents organes ou éléments du véhicule sur la chaine de montage ou durant la vie du véhicule dans certaines conditions d'utilisation, la gaine isolante 1 du câble 11 subit diverses agressions 3 endommageant occasionnellement la gaine isolante 1 par coupures et/ou pincements provoquant une mise à nue du conducteur 2. Dans ces circonstances, l'eau (ou un autre liquide) peut pénétrer dans la gaine isolante par la blessure occasionnée et migrer par capillarité pour finir par se répandre dans les connecteurs ou les composants électriques 4 et 5 et ainsi perturber le fonctionnement normal des organes électriques ou électroniques alimentés. La blessure de la gaine 1 peut générer également un contact électrique avec l'environnement métallique et ainsi perturber le fonctionnement normal des composants ou organes électriques, électroniques alimentés. Comme déjà mentionné plus haut, ce type de défaut difficilement maîtrisable et difficilement identifiable génère durant le cycle de vie du véhicule des dysfonctionnements, permanents ou intempestifs, susceptibles de provoquer un court-circuit pouvant aller jusqu'à la destruction du connecteur ou du composant électrique. Dans ce contexte, l'invention vise à fournir un câble conducteur électrique capable de garantir une isolation du conducteur électrique quelles que soient les conditions d'utilisation du câble électrique, et permettant de s'affranchir des dysfonctionnements électriques pouvant provoquer des courts-circuits dans un dispositif électrique utilisant ledit câble conducteur électrique. A cette fin, l'invention propose un câble conducteur électrique auto-cicatrisant comportant une partie conductrice et une partie isolante entourant ladite partie conductrice, ledit câble conducteur électrique étant caractérisé en ce que ladite partie isolante est formée par une monocouche isolante intégrant des micro-éléments, lesdits micro-éléments renfermant un composé polymérisable de sorte que ledit composé polymérisable polymérise lors d'une rupture desdits micro-éléments (23). On désigne par le terme � auto-cicatriser � l'action de régénérescence de la partie isolante sans la nécessité d'une intervention extérieure, notamment à température ambiante. On entend par polymérisation la réaction chimique permettant la transformation d'un monomère ou d'un mélange de monomère de faible poids moléculaire en un polymère de poids moléculaire plus élevé. Le polymère obtenu pourra avoir des propriétés physiques de rigidité ou de souplesse selon la nature composé polymérisable. On entend par micro-éléments des éléments de dimensions comprises entre quelques micromètres et quelques centaines de micromètres. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le câble conducteur électrique auto-cicatrisant selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : ledit composé polymérisable est un composé formé d'une résine polymérisable et d'un amorceur de polymérisation ; ledit composé polymérisable est un composé formé 5 de molécules d'acides gras et d'un amorceur de polymérisation ; ledit amorceur de polymérisation est un durcisseur et/ou un catalyseur ; ledit catalyseur est l'air ambiant ou la 10 température ambiante ; lesdits micro-éléments incluent des micro-éléments comportant une résine polymérisable et des micro-éléments comportant un amorceur de polymérisation ; lesdits micro-éléments incluent des micro- 15 éléments comportant des molécules d'acides gras et des micro-éléments comportant un amorceur de polymérisation ; lesdits micro-éléments sont répartis uniformément dans ladite monocouche isolante sous forme de fibres longues alignées dans le sens longitudinal 20 dudit câble conducteur électrique ; lesdits micro-éléments sont répartis en vrac dans ladite monocouche isolante sous forme de fibres courtes ; lesdits micro-éléments sont répartis en vrac 25 dans ladite monocouche isolante sous forme de microsphères. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre 30 indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'une disposition illustrant un câble conducteur électrique selon l'état de la technique ; 35 - la figure 2 est une représentation en coupe dans le sens longitudinal d'un câble conducteur électrique selon l'invention selon un premier mode de réalisation ; - la figure 3 est une représentation en coupe dans le sens longitudinal d'un câble conducteur électrique selon l'invention selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 4 est une illustration des différentes étapes du processus de réalisation d'un câble conducteur électrique selon l'invention. Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes numéros de référence sauf précision contraire. La figure 1 a déjà été décrite en référence à l'état de la technique. La figure 2 illustre une vue en coupe d'un câble électrique 20 auto-cicatrisant selon l'invention. Le câble conducteur électrique 20 comprend une partie conductrice 21, également appelée conducteur, entourée d'une partie isolante 22, également appelée gaine isolante. La partie conductrice 21 est généralement formée par une âme métallique munie d'une pluralité de brins métalliques logés à l'intérieur de la gaine isolante. La partie isolante 22 du câble 20 isole de façon étanche la partie conductrice 21 afin d'éviter les contacts entre la partie conductrice 21 et des objets ou des corps extérieurs susceptibles de créer des courts- circuits ou des dysfonctionnements. La partie isolante 22 est formée par une monocouche de matériau isolant 24 intégrant une pluralité de micro-éléments 23. Le matériau isolant 24 est un matériau de type polyéthylène, polychlorure de vinyle, polyéthylène réticulé, polypropylène ou autres matériaux utilisés de façon connue dans le domaine des câbles électriques. Les micro-éléments 23 de forme sensiblement allongée sont répartis dans le matériau isolant 24. Les micro-éléments 23 comportent une enveloppe extérieure délimitant un espace interne. L'espace interne des micro-éléments 23 est rempli par un composé de type résine ou par un amorceur de polymérisation du type durcisseur et/ou un catalyseur. De cette façon, les micro-éléments 23 sont formés par un mélange de micro-éléments 23a comportant une résine polymérisable et de micro-éléments 23b comportant un amorceur de polymérisation. On désigne par le terme résine tout polymère qui est une matière de base pour l'élaboration des matières plastiques ou composites, c'est-à-dire l'ensemble des matières thermoplastiques et thermodurcissables. Dans un mode avantageux de l'invention, l'enveloppe extérieure des micro-éléments 23a et 23b est formée, par exemple, par une fibre de verre creuse ou par une résine d'urée formaldéhyde d'une épaisseur sensiblement voisine de quelques nanomètres. Il également envisagé d'utiliser comme enveloppe extérieure des micro-éléments 23 toutes fibres synthétiques pouvant contenir une résine ou un amorceur de polymérisation. La résine polymérisable utilisée pour la cicatrisation du câble conducteur électrique 20 est préférentiellement une résine de type résine époxyde. En effet, les résines époxydes sont connues pour leur excellente résistance à l'eau et aux produits chimiques. Il est également envisagé d'utiliser du silicone, une résine siliconée ou encore de petites molécules d'acide gras, dérivées d'huile végétale pour la cicatrisation du câble conducteur électrique 20. L'amorceur de polymérisation peut être aussi bien par exemple du dicyclopentadiène, un simple solvant, par exemple du chlorobenzène, ou encore l'air ambiant ou la température ambiante. Les amorceurs de polymérisation contenus dans des micro-éléments 23b sont de nature à polymériser le type de résine polymérisable contenu dans les micro-éléments 23a. Dans ce même mode avantageux de l'invention, les micro-éléments 23a et 23b sont représentés sous la forme de microfibres d'un diamètre compris entre 30 et 100 micromètres reparties uniformément dans la partie isolante 22. Les microfibres sont réparties uniformément en chaine longues, de l'ordre de 400 micromètres, dans le sens longitudinal du câble 20, sur toute la surface du matériau isolant 24. Lorsqu'un endommagement de la partie isolante 22 est généré, les micro-éléments 23a et 23b sous forme de microfibres sont rompus en même temps que la gaine isolante 22 expulsant la résine et le durcisseur des microfibres. La résine et le durcisseur se mélangent et le mélange migre alors par capillarité le long des brins métalliques de la partie conductrice 21 recouvrant au moins partiellement ou totalement la zone de la partie conductrice 21 mise à nue par l'endommagement de la partie isolante 22. A température ambiante et au contact de l'amorceur de polymérisation la résine polymérise et protège ainsi la partie conductrice 21 d'une pénétration de liquide. De cette façon, la résine polymérisée crée un nouvel isolant autour de la partie conductrice 21 protégeant de façon étanche et durable la partie conductrice 21 d'éventuels contacts avec un objet ou un corps environnant ; on parle alors � d'auto- cicatrisation � du câble électrique 20. La figure 3 illustre un deuxième mode de répartition de micro-éléments dans la partie isolante d'un câble conducteur électrique 30 auto-cicatrisant selon l'invention. Dans ce deuxième mode de répartition, la partie isolante 22 est formée par une monocouche de matériau isolant 24 intégrant une pluralité de micro-éléments 25 représentés sous la forme de microfibres courtes, de l'ordre de 50 micromètres, d'un diamètre compris entre 30 et 100 micromètres reparties en vrac dans la partie isolante 22. De façon identique à la description précédente, les micro-éléments 25 sous forme de microfibres incluent des micro-éléments 25a chargés en résine polymérisable et des micro-éléments 25b chargés en amorceur de polymérisation. De même, le matériau isolant 24 est un matériau de type polyéthylène, polychlorure de vinyle, polyéthylène réticulé, polypropylène ou autres matériaux utilisés de façon connue dans le domaine des câbles électriques. De plus, le principe d'auto-cicatrisation de la partie isolante 22 reste en tous points identiques avec la description faite en référence à la figure 2. La figure 4 illustre un procédé de réalisation d'un câble conducteur électrique 30 selon l'invention. Le procédé de réalisation d'un câble conducteur électrique 30 comporte : une première étape 40 de synthèse des micro-éléments 23, 25 comportant le composé polymérisable ; ladite première étape 40 comprenant une étape 41 de synthèse de micro-éléments 23a, 25a comportant la résine polymérisable et une étape 42 de synthèse de micro-éléments 23b, 25b comportant l'amorceur de polymérisation ; une deuxième étape 43 de mélange des micro-éléments 23a et 23b ou 25a et 25b avec le matériau 25 isolant 24 de la partie isolante 22 ; une troisième étape 44 d'extrusion du matériau isolant 24 ou d'injection du matériau isolant 24 sur la partie conductrice 21 ; Lors de la première étape 40, les micros-éléments 30 23 et 25 sont réalisés au moyen d'un processus de thermo- chauffage connu du monde industriel. Le processus de thermo-chauffage consiste, dans le cas par exemple de synthèse d'un micro-élément 23a ou 25a chargé en résine époxyde dont l'enveloppe extérieure est une résine d'urée 35 formaldéhyde, à mélanger un composé chimique d'urée- formaldéhyde ayant réagi pendant 1 heure à 70 degrés Celsius (°C) avec un composé chimique, composé notamment de résine époxyde, ayant subi une agitation mécanique. Le mélange des deux composés formant, au moyen de divers ajustements du pH et au moyen de divers temps de réactions, des micro-éléments 23a ou 25a chargés en résine. A titre d'exemple, la réalisation de micro-éléments 23a ou 25a chargés en résine époxyde nécessite, lors du mélange du composé d'urée-formaldéhyde et du composé comprenant la résine époxyde, les étapes suivantes : ajustement du pH autour d'une valeur sensiblement voisine de 4 ; réaction à 70°C pendant une heure ; ajustement du pH autour d'une valeur sensiblement voisine de 1,5-2,0 ; réaction pendant une heure ; ajustement du pH autour d'une valeur sensiblement voisine de 7 ; Il est à noter que la taille finale des micro-éléments 23 et 25 dépend de la vitesse d'agitation des composés lors du processus de synthèse des micro-éléments 23 et 25. L'intégration des micro-éléments 23, 25 dans la couche du matériau isolant 24 est réalisée lors de la deuxième étape 43 par mélange lors de la réalisation de la partie isolante 22. Le matériau isolant 24, comprenant les micro-éléments 23 ou 25, est ensuite extrudé ou injecté, selon un procédé de réalisation connu dans le domaine des câbles électriques, sur la partie conductrice 21 lors de la troisième 44 ; la partie conductrice 21 étant réalisée séparément du procédé de réalisation d'un câble conducteur électrique dans une étape 45. Il a été essentiellement décrit l'intégration de micro-éléments sous la forme de microfibres dans le matériau isolant de la partie isolante d'un câble conducteur électrique ; toutefois il est également possible d'intégrer des micro-éléments ayant la forme de microcapsules ou de microsphères d'un diamètre sensiblement voisin de 200 micromètres dans la couche de matériau isolant de la partie isolante. Il est également envisagé de concevoir un matériau isolant intégrant un seul type de micro-éléments, les micro-éléments comportant un mélange résine/amorceur de polymérisation. Les autres avantages de l'invention sont notamment les suivants . réalisation industrielle simplifiée d'une gaine 10 isolante monocouche, matériau unique et homogène autour du conducteur, cicatrisation de la blessure de la gaine isolante sur toute l'épaisseur de la gaine isolante, 15 - suppression des interactions entre les différentes couches de différents matériaux lors par exemple des cycles de validation en température, en humidité et en présence de fluides. REVENDICATIONS1. Câble conducteur électrique (20) auto-cicatrisant comportant une partie conductrice (21) et une partie isolante (22) entourant ladite partie conductrice (21), ledit câble conducteur électrique (20) étant caractérisé en ce que ladite partie isolante (22) est formée par une monocouche isolante (24) intégrant des micro-éléments (23, 25), lesdits micro-éléments (23, 25) renfermant un composé polymérisable de sorte que ledit composé polymérisable polymérise lors d'une rupture desdits micro-éléments (23, 25). 2. Câble conducteur électrique (20) auto- cicatrisant selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit composé polymérisable est un composé formé d'une résine polymérisable et d'un amorceur de polymérisation. 3. Câble conducteur électrique (20) auto-cicatrisant selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit composé polymérisable est un composé formé de molécules d'acides gras et d'un amorceur de polymérisation. 4. Câble conducteur électrique (20) auto- cicatrisant selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que ledit amorceur de polymérisation est un durcisseur et/ou un catalyseur. 5. Câble conducteur électrique (20) auto-cicatrisant selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit catalyseur est l'air ambiant ou la température ambiante. 35 6. Câble conducteur électrique (20) auto-cicatrisant selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que lesdits micro-éléments (23, 25) incluent des micro-éléments (23a, 25a) comportant une résine polymérisable et des micro-éléments (23b, 25b) comportant un amorceur de polymérisation. 7. Câble conducteur électrique (20) auto-cicatrisant selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que lesdits micro-éléments (23, 25) incluent des micro-éléments (23a, 25a) comportant des molécules d'acides gras et des micro-éléments (23b, 25b) comportant un amorceur de polymérisation. 8. Câble conducteur électrique (20) auto-cicatrisant selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que lesdits micro-éléments (23, 25) sont répartis uniformément dans ladite monocouche isolante (24) sous forme de fibres longues alignées dans le sens longitudinal dudit câble conducteur électrique (20). 9. Câble conducteur électrique (20) auto-cicatrisant selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que lesdits micro-éléments (23, 25) sont répartis en vrac dans ladite monocouche isolante (24) sous forme de fibres courtes. 10. Câble conducteur électrique (20) auto- cicatrisant selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que lesdits micro-éléments (23, 25) sont répartis en vrac dans ladite monocouche isolante (24) sous forme de microsphères.