Brevet FR3002076A1 — publié le 20140815

GABLE ELECTRIQUE RESTANT AUX DECHARGES PARTIELLES La présente invention se rapporte à un câble électrique, et s'applique typiquement mais non exclusivement aux câbles électriques utilisés en 5 aéronautique, par exemple à bord des avions. Ce type de câble électrique doit satisfaire de nombreux critères nécessaires à son utilisation dans l' aéronautique, notamment lorsqu' il est soumis à des tensions élevées, de l'ordre de 230 V en courant alternatif, ou de l'ordre de ±270 V en courant continu, et lorsqu'il est situé dans les zones non 10 pressurisées. Ces tensions relativement élevées, combinées aux contraintes liées à l'aéronautique, telles que l'humidité, la température élevée et la basse pression, peuvent générer des décharges partielles (DP) sur les équipements électroniques, tels que les câbles électriques. Or, les décharges partielles, qui 15 sont de minuscules arcs électriques dans le matériau électriquement isolant du câble, provoquent avec le temps, une dégradation du matériau électriquement isolant qui peut mener à sa rupture. D'autres critères peuvent également être pris en compte comme le poids et le diamètre dudit câble qui ne doivent pas être excessifs, et la marquabilité 20 dudit câble afin de permettre, quand cela est nécessaire, son identification. Dans l'art antérieur, il est connu d'équiper les avions de fils de câblage, ces fils comprenant un élément conducteur entouré d'une première couche de polyimide de 0,017 à 0,065 mm d'épaisseur, elle-même entourée d'une couche de polytétrafluoroéthylène PTFE d'une épaisseur de 0,1 à 0,22 mm pour des 25 sections nominales de conducteur allant de 0,15 à 120 mm2. Toutefois, pour de tels f ils de câblages, la tension appliquée est de l'ordre de 115 V. Le document EP 1 498 909 concerne une isolation multicouche ayant pour fonction d'isoler et/ ou de protéger des matériaux conducteurs électriques, tels que des câbles pour l'aéronautique. Cette isolation 30 comprend successivement autour de l'élément électrique à protéger, une première couche de polyimide (PI), une deuxième couche de copolymère perfluoro(alkylvinyléther)/tétrafluoroéthylène (PFA), et éventuellement une couche externe de polytétrafluoroéthylène (PTFE). L'épaisseur de la couche de PI va de 8 à 150 pm et l'épaisseur de PTFE va de 1 à 200 pm. Toutefois, la résistance aux décharges partielles d'un câble électrique entouré par cette isolation multicouche n'est pas non plus optimisée pour des tensions élevées, telles que de l'ordre de 230 V en courant alternatif, ou de l'ordre de ±270 V en courant continu. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant un câble électrique résistant aux décharges partielles, notamment lorsque le câble électrique est destiné au domaine de l'aéronautique et subit lors d'un vol, des hautes températures (aux alentours de 150°C) et des basses pressions (environ 150 mbar) La présente invention a pour objet un câble électrique comprenant : - un élément électriquement conducteur allongé, et - au moins une couche polymérique fluorée électriquement isolante, entourant ledit élément électriquement conducteur, caractérisé en ce que le câble électrique est exempt de couche contenant du polyimide entre ledit élément électriquement conducteur et ladite couche polymérique fluorée électriquement isolante. Plus particulièrement, le câble électrique de l'invention ne comprend 20 pas de couche contenant du polyimide entourant l'élément électriquement conducteur et positionnée entre ledit élément électriquement conducteur et ladite couche polymérique fluorée électriquement isolante. De préférence, le câble électrique est exempt de couche contenant du polyimide (entourant ledit élément électriquement conducteur). 25 Plus particulièrement, on entend par « couche contenant du polyimide » une couche de polyimide, telle que notamment celle décrite dans le document EP-1 498 909. De façon générale, un polyimide est un polymère organique comportant des groupes i mi des dans sa chaîne macromoléculaire. La Demanderesse a découvert de manière surprenante que, selon la 30 présente invention, la suppression de la ou des couches de l'art antérieur contenant du polyimide, entourant l'élément électriquement conducteur, permet avantageusement d'augmenter la résistance dudit câble aux décharges partielles et ce quel que soit le diamètre du câble, d'améliorer la tenue à l'humidité, et d'améliorer la tenue à la propagation d'arc électrique. Plus particulièrement, la couche de polyimide de l'art antérieur est typiquement utilisée sous forme de ruban, et est enroulée hélicoïdalement autour de l'élément électriquement conducteur allongé, une couche polymérique fluorée électriquement isolante entourant cette couche de polyimide rubanée. De ce fait, le positionnement de la couche de polyimide sous forme de ruban crée des vides, d'une part entre l'élément électriquement conducteur et le ruban, et d'autre part entre la couche polymérique fluorée et le ruban, ces vides n'étant pas favorables à la tenue aux décharges partielles. On entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique est inférieure à 10-9 Sm-1 (siemens par mètre), à 15 température ambiante. La couche polymérique fluorée électriquement isolante de l'invention comprend au moins un polymère fluoré, notamment choisi parmi le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ; les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) comme par exemple les poly(tét rafluoroét hylène-co- 20 hexafluoropropylène) ; les copolymères perfluoro alkoxy (PFA) comme par exemple les copolymères perfluoro (alkyvinyléther)/ tétrafluoroéthylène ; les copolymères perfluoro met hoxy (MFA) ; et les poly(éthylène-co-tétra fluoroéthylène) (ETFE) ; ou une de leurs combinaisons. De préférence, la couche polymérique fluorée électriquement isolante 25 est une couche de PTFE. Le PTFE peut être généralement extrudé par des techniques bien connues de l'homme du métier, notamment par extrusion de pâte, mieux connue sous l'anglicisme « paste extrusion ». Préalablement à cette extrusion de pâte, une préforme est classiquement réalisée à partir de poudre de PTFE, ladite préforme étant alors extrudée. La couche de PTFE peut en outre 30 être frittée par des techniques bien connues de l' homme du métier De préférence, la couche polymérique fluorée électriquement isolante peut comprendre au moins 50%en poids de composé(s) fluoré(s), de préférence au moins 70 % en poids de composé(s) fluoré(s), et de manière encore plus préférée au moins 80%en poids de composé(s) fluoré(s), et de manière encore plus préférée 90%en poids de composé(s) fluoré(s). Afin d'optimiser la tenue aux décharges partielles, il est préférable que la couche polymérique fluorée électriquement isolante soit une couche extrudée. Plus particulièrement, toutes les couches polymériques fluorées 10 électriquement isolantes constitutives du câble électrique de l'invention sont des couches extrudées. Dans un mode de réalisation particulier, la couche polymérique fluorée électriquement isolante peut être directement en contact physique avec l'élément électriquement conducteur. 15 Couche polymérique semi-conductrice optionnelle Le câble électrique de l'invention peut comprendre en outre au moins une couche polymérique semi-conductrice, ladite couche polymérique semiconductrice comprenant de préférence au moins un polymère fluoré. 20 La couche polymérique semi-conductrice de l'invention peut comprendre au moins un polymère fluoré, notamment choisi parmi le polytétrafluoroéthylène (PTFp ; les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) comme par exemple les poly(tétrafluoroéthylène-co-hexafluoropropylène) ; les copolymères perfluoro alkoxy (PFA) comme par exemple les copolymères perfluoro 25 (alkyvinyléther)/ tétrafluoroéthylène ; les copolymères perfluoro methoxy (MFA) ; et les poly(éthylène-co-tétra fluoroéthylène) (ETFE) ; ou une de leurs combinaisons. De préférence, la couche polymérique semi-conductrice peut comprendre au moins 50% en poids de composé(s) fluoré(s), de préférence au 30 moins 70 %en poids de composé(s) fluoré(s), et de manière encore plus préférée au moins 80% en poids de composé(s) fluoré(s), et de manière encore plus préférée 90%en poids de composé(s) fluoré(s). La couche polymérique semi-conductrice de l'invention peut comprendre classiquement des charges électriquement conductrices en une quantité suffisante pour rendre la couche semi-conductrice. A titre d'exemple, elle peut comprendre de 0,1%à 40% en poids de charges électriquement conductrices, telles par exemple du noir de carbone, des nanotubes de carbone, ..etc. La couche polymérique semi-conductrice peut être une couche extrudée autour de l'élément électriquement conducteur électrique, ou une couche sous forme de ruban enroulé autour de l'élément électriquement conducteur électrique, ou une couche sous forme de vernis déposé autour de l'élément électriquement conducteur électrique, ou une de leurs combinaisons. On entend plus particulièrement par « couche semi-conductrice » une couche dont la conductivité électrique est généralement comprise entre 10-9 Sm-1 et 105 Sm-1, à température ambiante, de préférence entre 0,01 Sm-let 25,0 Sm-1, et de façon particulièrement préférée entre 1,0 et 16,0 Sm-' . Le câble électrique de l'invention peut comprendre : a. une couche polymérique semi-conductrice, telle que définie dans 20 l'invention, entourant l'élément électriquement conducteur allongé, et positionnée entre ce dernier et la couche polymérique fluorée électriquement isolante, ou b. une couche polymérique semi-conductrice, telle que définie dans l'invention, entourant la couche polymérique fluorée électriquement isolante, 25 ou c. une première couche polymérique semi-conductrice selon a, et une deuxième couche polymérique semi-conductrice selon b. La première et la deuxième couches polymériques semi-conductrices peuvent être des couches identiques ou différentes. 30 Dans un mode de réalisation particulier selon a, la couche polymérique semi-conductrice peut être directement en contact physique d'une part avec la couche polymérique fluorée électriquement isolante, et d'autre part avec l'élément électriquement conducteur. Première variante : Câble électrique ne comprenant pas de couche 5 polymérique semi-conductrice Lorsque le câble électrique de l'invention ne comprend pas de couche polymérique semi-conductrice, l'épaisseur totale de l'ensemble des couches polymérique fluorées électriquement isolantes du câble électrique de l'invention est d'au moins 0,40 mm, et de préférence d'au moins 0,50 mm. 10 L'épaisseur totale de l'ensemble des couches polymérique fluorées électriquement isolantes du câble électrique de l'invention peut être d'au plus 0,70 mm. Deuxième variante : Câble électrique comprenant au moins une couche 15 polymérique semi-conductrice Lorsque le câble électrique de l'invention comprend au moins une couche polymérique semi-conductrice, l'épaisseur totale de l'ensemble des couches polymériques fluorées électriquement isolantes est d'au moins 0,10 mm. Ainsi, dans cette variante, l'épaisseur totale ne prend pas en compte 20 l' épaisseur du ou des couches polymériques semi-conductrices. L'épaisseur totale de l'ensemble des couches polymérique fluorées électriquement isolantes du câble électrique de l'invention peut être d'au plus 0,70 mm. Ainsi, la présence d'au moins une couche polymérique semi-conductrice 25 permet avantageusement d'abaisser l'épaisseur minimum du ou des couches polymériques fluorées électriquement isolantes, tout en limitant les décharges partielles. Dans un mode de réalisation avantageux, toutes les couches constitutives 30 du câble électrique de l'invention entourent coaxialement l'élément électriquement conducteur allongé. L'élément électriquement conducteur allongé convenant selon l'invention est par exemple du type massif ou multibrin, et peut être en cuivre (Cu), en alliage de cuivre étamé, en alliage de cuivre argenté, en alliage de cuivre nickelé, en aluminium (Al), en aluminium nickelé, en aluminium cuivré et nickelé (bien connu sous l'anglicisme « nickel plated copper clad aluminum »). Le câble électrique de l'invention peut comprendre en outre un écran métallique entourant la deuxième couche polymérique semi-conductrice. Cet écran métallique peut être un écran dit « filaire », composé d'un ensemble de conducteurs à base de cuivre ou d'aluminium, arrangé autour et le long de la deuxième couche polymérique semi-conductrice, un écran dit « rubané » composé d'un ou de plusieurs rubans métalliques conducteurs posé(s) en hélice autour de la deuxième couche polymérique semi-conductrice, ou d'un écran dit « étanche » de type tube métallique entourant la deuxième couche polymérique semi-conductrice. Ce dernier type d'écran permet notamment de faire barrière à l'humidité ayant tendance à pénétrer le câble électrique en di rection radiale. Tous les types d'écran métalliques peuvent jouer le rôle de mise à la terre du câble électrique et peuvent ainsi transporter des courants de défaut, 20 par exemple en cas de court-circuit dans le réseau concerné. En outre, le câble électrique de l'invention peut comprendre une gaine de protection entourant la couche polymérique fluorée électriquement isolante, cette gaine de protection étant de préférence la couche la plus à l'extérieur du câble électrique de l'invention afin de pouvoir notamment visualiser 25 directement les informations susceptibles d' être marquées dessus. Ladite gaine de protection peut donc être apte à être marquée. Bien entendu, si le câble électrique selon l'invention comprend une couche polymérique semi-conductrice entourant la couche polymère fluorée électriquement isolante, ladite gaine de protection entoure de préférence ladite 30 couche polymérique semi-conductrice. La gaine de protection peut être une couche à base de polymère fluoré (comme par exemple du type PTFE, FEP, PFA et/ou ETFE) et/ou de polyimide. D'autres matériaux bien connus de l'homme du métier dans le domaine de l'aéronautique peuvent bien entendu être utilisés. Ladite couche extérieure peut être sous forme d'un ruban, d'un extrudât ou d'un vernis. Dans la présente invention, ladite gaine de protection ne pourrait notamment être considérée comme une couche polymérique fluorée électriquement isolante telle que définie dans l'invention, notamment pour le calcul des épaisseurs dans la première variante et dans la deuxième variante de l'invention. Le câble électrique de l'invention est plus particulièrement destiné à être utilisé dans le domaine de l'aéronautique, notamment de l'ordre de 230 V en courant alternatif, ou de l'ordre de ± 270 V en courant continu. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des figures annotées, lesdites figures étant données à titre illustratif et nullement limitatif. La figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'un câble électrique selon un mode de réalisation particulier conforme à l'invention. La figure 2 représente une vue schématique semi-éclaté en perspective d'un câble électrique selon un autre mode de réalisation particulier conforme à l' invention Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la 25 compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle. Le fil de câblage (« hook up wire ») ou le câble électrique de puissance 1, représenté sur la figure 1, comprend : 30 - un élément électriquement conducteur 2 central, notamment en cuivre ou en aluminium, de type multibrins, - une première couche polymérique fluorée semi-conductrice 3, sous forme de ruban, entourant ledit élément conducteur 2, - une couche polymérique fluorée électriquement isolante 4, extrudée, entourant la première couche 3, et - une deuxième couche polymérique fluorée semi-conductrice 5, sous forme de ruban, entourant ladite couche 4. La couche polymérique fluorée électriquement isolante 4 est directement en contact physique avec la première et la deuxième couches semiconductrices 3, 5. La couche polymérique fluorée électriquement isolante 4 est une couche de PTFE extrudée, obtenue à partir de la poudre de PTFE commercialisée par la société DUPONT, sous la référence CFP 6000 N. Bien entendu, d'autres types de polymère fluoré peuvent être utilisés, tels que : - le FEP commercialisé par la société DAIKIN, sous la référence NEOFLON NP20 ; - le PFA commercialisé par la société DYNEON, sous la référence 6515 TZ ; ou - I' ETFE commercialisé par la société DAIKIN, sous la référence NEOFLON EP541. Ces polymères sont des polymères thermoplastiques et peuvent être extrudés facilement par des techniques bien connues de l' homme du métier. La première et la deuxième couches polymériques semi-conductrices sont des rubans de PTFE, commercialisée par la société SAINT-GOBAIN, sous la référence DF1400-2F, ayant une épaisseur initiale de 60 pm. Pour réaliser le câble électrique de la figure 1, on enroule tout d'abord hélicoïdalement un premier ruban de PTFE autour de l'élément électriquement conducteur 2 pour former la première couche polymérique semi-conductrice 3. La première couche polymérique semi-conductrice 3 ainsi formée peut comprendre plusieurs enroulements d'un même ruban afin d'en augmenter son épaisseur. Après avoir formé une préforme de type jonc à partir de la poudre de 30 PTFE, on extrude ladite préforme autour de la première couche semiconductrice 3, pour former la couche électriquement isolante extrudée 4 de PTFE. L'épaisseur de la couche électriquement isolante extrudée 4 peut être comprise entre 0,10 et 0,70 mm. Enfin, on enroule hélicoïdalement un deuxième ruban de PTFE autour de la couche électriquement isolante extrudée 4 de PTFE pour former la deuxième couche polymérique semi-conductrice 5. La deuxième couche polymérique semiconductrice 5 ainsi formée peut comprendre plusieurs enroulements d'un même ruban afin d'en augmenter son épaisseur. Les couches polymériques semi-conductrices 3,5 de PTFE peuvent être frittées. Le frittage est classiquement réalisé en traitant thermiquement (e.g. 10 en utilisant par exemple un four) les couches rubanées de PTFE à une température supérieure à 340°C. Le frittage de la première et de la deuxième couches polymériques semiconductrices de PTFE peut être réalisé selon différentes variantes. lon une première variante, la première couche polymérique semi- 15 conductrice 3 de PTFE est frittée avant le positionnement de la couche électriquement isolante 4, puis la deuxième couche polymérique semiconductrice 5 de PTFE est frittée une fois rubanée autour de la couche électriquement isolante 4. lon une deuxième variante, le frittage n'est réalisé qu'une fois la 20 première et la deuxième couches polymériques semi-conductrices 3,5 de PTFE positionnées. Le câble électrique 1', illustré dans la figure 2, est le câble électrique de la figure 1, comprenant en outre un écran métallique 6 de mise à la terre et/ ou de protection entourant la deuxième couche polymérique fluorée semi25 conductrice 5, et une gaine de protection 7 entourant l'écran métallique 6. 30 REVENDICATIONS1. Câble électrique (1) comprenant : - un élément électriquement conducteur (2) allongé, et - au moins une couche polymérique fluorée électriquement isolante (4), entourant ledit élément électriquement conducteur (2), caractérisé en ce que le câble électrique (1) est exempt de couche contenant du polyimide entre ledit élément électriquement conducteur (2) et ladite couche polymérique fluorée électriquement isolante (4). 2. Câble électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 10 câble électrique est exempt de couche contenant du polyimide. 3. Câble électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche polymérique fluorée électriquement isolante (4) est une couche extrudée. 4. Câble électrique selon l'une des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce que la couche polymérique fluorée comprend le polytétrafluoroéthylène (PTFp ; les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) ; les copolymères perfluoro alkoxy (PFA ; les copolymères perfluoro methoxy (MFA) ; et les poly(éthylène-co-tétra fluoroéthylène) (ETFE). 5. Câble électrique selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que le câble électrique comprend en outre au moins une couche polymérique semi-conductrice (3, 5). 6. Câble électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice comprend au moins un polymère fluoré. 7. Câble électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le 25 polymère fluoré est choisi parmi le polytétrafluoroéthylène (PTFp ; les copolymères d'éthylène et de propylène fluorés (FEP) ; les copolymères perfluoro alkoxy (PFA ; les copolymères perfluoro methoxy (MFA) ; et les poly(éthylène-co-tétra fluoroéthylène) (ETFE). 8. Câble électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur totale de l'ensemble des couches polymériques fluorées électriquement isolantes est d' au moins 0,40 mm. 9. Câble électrique selon la revendication 5 à 7, caractérisé en ce que 5 l'épaisseur totale de l'ensemble des couches polymériques fluorées électriquement isolantes est d' au moins 0,10 mm.