Brevet FR3096828A1 — publié le 20201204

Description Titre de l'invention : CABLE DE COMMUNICATION SANS HALOGENES Domaine technique [0001] La présente invention concerne des câbles de communication sans Halogènes (« Halogen-free ») résistants aux hautes températures (> 130°C) et aux radiations (> 100 Mrad) comprenant une couche de matière isolante diélectrique sans halogène. Technique antérieure [0002] Les câbles coaxiaux et à paires torsadées les plus performants d'un point de vue tenue thermique, souplesse et performances électriques sont aujourd'hui ceux basés sur l'utilisation de diélectriques fluorés de type éthylène propylène fluore (FEP), (perfluoroalkoxy) PFA et plus particulièrement polytétrafluoroéthylène (PTFE) et PTFE expansé ou alvéolaires permettant d'obtenir des constantes diélectriques inférieures à 2,1. Ces matériaux sont cependant par nature dits « Halogénés » (présence d'atomes de fluors) ce qui peut poser des problèmes de sécurité pour des questions de toxicité des fumées dégagées lors de leur dégradation, en cas d'incendie par exemple. Leur tenue aux radiations est également très faible de par leur structure et nature chimique particulière ( 130°C, en utilisant une couche de matière isolante diélectrique à base de copolymère siloxanc haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse. En effet, en particulier les copolymères polyimides-siloxancs ou polyarylcétones-siloxancs expansés et / ou alvéolaires et / ou sous forme de mousse et plus particulièrement les polyétherimides-siloxanes expansés et / ou alvéolaires et / ou sous forme de mousse, présentent la particularité d'être une solution « sans halogène » et de résister à de hauts niveaux de radiations (>300Mrad selon la norme IEC 60544-4 datée 2 de 2003) et à de hautes températures (>130-150°C) tout en assurant également une excellente flexibilité, similaire aux fluorés thermoplastiques de type FEP ou éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE) et supérieure à celle des polyoléfines. [0005] La présente invention concerne donc un câble de communication comprenant une couche de matière isolante diélectrique à hase de copolymère siloxanc haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse. [0006] Au sens de la présente invention on entend par « couche de matière isolante di- électrique à hase de copolymère siloxanc haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse » toute couche de matière isolante diélectrique dont le principal constituant, en particulier le principal polymère, est le copolymère siloxane haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse. En particulier le copolymère siloxanc haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse représente au moins 50% en poids de la couche diélectrique, plus particulièrement au moins 70% en poids, encore plus particulièrement au moins 80 % en poids, avantageusement au moins 90% en poids, plus avantageusement 100% en poids. Dans ce dernier cas le copolymère siloxanc est le seul composant, en particulier le seul polymère de la couche de matière isolante diélectrique. [0007] Au sens de la présente invention on entend par « copolymère siloxane haute tem- pérature » tout copolymère résistant aux hautes températures (en particulier >130°C, plus particulièrement comprise entre 130 et 150°C), (avantageusement résistant au moins 10000 h à ces températures, en particulier la résistance aux hautes températures est mesurée selon la norme IEC 60216-2 datée de 2005, plus particulièrement il s'agit de la température d'utilisation continue) dont l'un des monomères est un siloxane. En particulier la température de dégradation de ces polymères est ~130°C, plus particulièrement comprise entre 130 et 150°C. De façon avantageuse la teneur en siloxane de la couche de matière isolante diélectrique en % massique est comprise entre 10 et 40 % par rapport à la masse totale de la couche de matière isolante diélectrique, en particulier comprise entre 15% et 30% par rapport à la masse totale de la couche de matière isolante diélectrique. Avantageusement le copolymère siloxane haute température est choisi dans le groupe constitué par le polyimide-siloxane, le polyaryléthercétone-siloxane, et le polyphénylsioxane, plus avantageusement il s'agit du polyimide-siloxane, en particulier choisi parmi les copolymères thermoplastiques tels que les polyétherimides-siloxanes. [0008] Dans un mode de réalisation avantageux, la couche de matière isolante diélectrique comprend en outre un autre polymère thermoplastique isolant, avantageusement choisi dans le groupe constitué par les polyaryléthercétones (PAEK), les polyétheréthercétones (PEEK), les polyéthercétones (PEK), les polyéthercétoneéthercétonecétones (PEKEKK), les polyéthercétonescétones (PEKK), les polyaryléthersulfones 3 (PAES), les polyphénylsulfides (PPS), les thermoplastiques polyimidcs (TPI) et leurs mélanges. En effet ces polymères permettent l'augmentation de la Tg ou l'obtention d'une structure semi-cristalline avec une température de fusion élevée ce qui permet d'améliorer encore la tenue en température de la couche de matière isolante diélectrique. [0009] Au sens de la présente invention on entend par « copolymère siloxane haute tem- pérature expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse » tout copolymère siloxane haute température selon l'invention présentant des vides d'air ou de gaz dans sa structure. De façon avantageuse, la teneur en vides d'air ou de gaz est > 10 % en volume par rapport au volume total du copolymère, de façon encore plus avantageuse comprise entre 10 et 50% en volume par rapport au volume total du copolymère, avantageusement entre 20 et 50%, plus avantageusement entre 30 et 50%, en particulier entre 40 et 50%, en volume par rapport au volume total du copolymère. L'incorporation de gaz ou d'air dans la structure du copolymère selon l'invention peut être réalisée par des procédé chimique ou physique bien connus de l'homme du métier tels que le moussage ou l'expansion ou par un design particulier de la couche extrudée du copolymère selon l'invention autour du conducteur central tel qu'une forme alvéolaire (ou en nid d'abeille) ou par un mélange de ces deux techniques (structure alvéolaire + moussage) ce qui permettrait d'améliorer d'autant plus les propriétés diélectriques finales (diminution de la constante diélectrique, gain de masse). Avantageusement, le copolymère siloxane haute température selon l'invention est expansé ou sous forme de mousse, en particulier sous forme de mousse. De façon avantageuse le copolymère siloxane haute température expansé ou sous forme de mousse selon l'invention est obtenu par voie physique (par exemple par introduction de gaz sous pression à l'état fondu au cours du process) ou chimique (par exemple par ajout d'additifs dans le copolymère selon l'invention et permettant la formation de composés gazeux au cours du procédé de transformation), avantageusement par voie chimique, par exemple par moussage chimique d'un mélange intime du copolymère avec un agent porogène et / ou un agent d'expansion tel que le talc ou l'argile ou leurs mélanges. Ainsi avantageusement la couche isolante diélectrique contient en outre un agent porogène et / ou un agent d'expansion, tel que le talc ou l'argile ou leurs mélanges, en particulier le talc. En général, avantageusement, la teneur en un agent porogène et / ou un agent d'expansion est comprise entre 1 et 50% en masse par rapport à la masse totale de la couche isolante diélectrique, en fonction de l'agent porogène et / ou de l'agent d'expansion utilisé. Si possible elle est la plus faible possible pour ne pas impacter les propriétés électriques, permettre la mise en oeuvre et permettre un moussage maximum. Ainsi dans le cas du talc la teneur peut être comprise entre 1 et 20% en masse par rapport à la masse totale de la couche isolante diélectrique, avanta- geusement entre 5 et 15% en masse par rapport à la masse totale de la couche isolante diélectrique. [0010] Avantageusement, la couche de matière isolante diélectrique selon l'invention présente une constante diélectrique comprise entre 2 et 2,9, en particulier entre 2 et 2,7, plus particulièrement entre 2 et 2,5, encore plus particulièrement entre 2 et 2,3. [0011] De façon avantageuse la couche de matière isolante diélectrique selon l'invention présente une densité entre 0,6 et 1,1, en particulier entre 0,6 et 1, plus particulièrement entre 0,6 et 0,9, encore plus particulièrement entre 0,6 et 0,7. [0012] De façon avantageuse la couche de matière isolante diélectrique selon l'invention résiste aux radiations (en particulier >100Mrad, plus particulièrement entre 100 et 300 Mrad, en particulier mesurée selon la norme TEC 60544 4 datée de 2003). [0013] Dans un mode de réalisation avantageux, la couche de matière isolante diélectrique selon l'invention est obtenue par extrusion moussage ou extrusion d'un design alvéolaire ou extrusion moussage d'un design alvéolaire. [0014] Dans un mode de réalisation avantageux, la couche de matière isolante diélectrique selon l'invention est sans halogène, en particulier sans atomes de fluor. [0015] Dans un mode de réalisation avantageux, l'épaisseur finale de la couche de matière isolante diélectrique selon l'invention est fonction des performances électriques souhaitées (impédance caractéristique notamment) et du diamètre du conducteur central. Elle peut donc varier de plusieurs mm. De façon avantageuse, l'épaisseur est comprise entre 0,5mm et 5mm. [0016] Avantageusement, le câble selon l'invention est un câble coaxial ou à paires torsadées ou à impédance contrôlée. [0017] Dans un mode de réalisation avantageux, il s'agit d'un câble haute fréquence et avan- tageusement haute température (en particulier capable de résister à des températures ~130°C, plus particulièrement comprise entre 130 et 150°C), encore plus avantageusement résistant aux radiations (en particulier >100Mrad, plus particulièrement entre 100 et 300 Mrad selon la nonne IEC 60544-4 datée de 2003). [0018] Dans un autre mode de réalisation avantageux, il s'agit d'un câble sans halogène. [0019] Dans un mode de réalisation particulier, la couche de matière isolante diélectrique du câble selon l'invention est disposée autour du conducteur central, en particulier directement autour du conducteur central, avantageusement par extrusion moussage ou extrusion d'un design alvéolaire ou extrusion moussage d'un design alvéolaire. Les matériaux de conducteur central pour câble sont bien connus de l'homme du métier. Il peut s'agir d'acier revêtu de cuivre (Copper Clad Steel), de cuivre plaqué argent (SPC) ou d'aluminium renforcé par de l'acier (SCA) ou de tout autre type de conducteur standard adapté aux applications à haute fréquence et haute température pour les câbles coaxiaux ou à impédance contrôlée. Il peut s'agir de cuivre étamé (TPC) pour les câbles à paires torsadées ou à impédance contrôlée. [0020] De façon avantageuse, une (ou plusieurs) couche(s) de matériau(x) de blindage mé- tallique est (sont) disposée(s) autour de la couche de matière isolante diélectrique. Les matériaux de blindage métallique pour câble sont bien connus de l'homme du métier. Il peut s'agir de cuivre plaqué argent (SPC) ou de cuivre étamé (TPC) ou de tout autre type de conducteur pour un blindage adapté à l'application et aux performances finales ciblées. [0021] De façon particulièrement avantageuse, une gaine externe est disposée autour de la couche de matériau de blindage métallique. Les matériaux de gaine externe pour câble sont bien connus de l'homme du métier. Il peut s'agir de copolymère polyimidesiloxane ou polyarylethercétone-siloxane tel que les copolymères polyétherimidessiloxanes, de polysulfoncs (PSU), de polyéthersulfones (PES(U)), de polyphénylsulfones (PPSU), de polysulfides (PPS), de polyaryléthercétones (PAEK), de polyétheréthercétones (PEEK), de polyéthercétones (PEK), de polyéthercétoneethercétonecétones (PEKEKK), de polyéthercétonecétoncs (PEKK), de polyimides (PI), de polyimides thermoplastiques (TPI), de polyétherimides (PET), de polyamide-imidcs (RAI) ou d'un mélange de ceux-ci. Dans un mode de réalisation avantageux, cette gaine externe est à base de copolymère polyimide-siloxane ou polyarylethercétone-siloxane, ce qui permet de conserver la souplesse et la tenue thermique et aux radiations de ce type de copolymère. [0022] La présente invention concerne en outre l'utilisation d'un copolymère siloxane haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse en tant que matériau isolant diélectrique de câble de communication, avantageusement de câble coaxial ou à paires torsadées ou à impédance contrôlée. [0023] Le copolymère siloxane haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse est avantageusement tel que décrit ci-dessus. [0024] De façon avantageuse le copolymère siloxane haute température se trouve sous la forme d'une couche de matière isolante diélectrique, en particulier telle que décrite ci-dessus. [0025] L'invention sera mieux comprise à la lumière des exemples qui suivent qui sont donnés à titre indicatif non limitatif. Exemple 1 [0026] Un conducteur monobrin SPC AWG19 (diamètre 0,91mm) est revêtu d'une couche de matière isolante diélectrique obtenue par extrusion moussage d'un mélange de 90% en poids de copolymère polyétherimide-siloxane contenant 40% en poids de siloxane avec 10% en poids de talc de façon à obtenir une couche de copolymère polyétherimide-siloxane sous forme de mousse de densité 0,85 et contenant 28 % de vide en volume par rapport au volume total de la couche (Ex 1 : le diamètre du conducteur 6 revêtu de la couche de matière isolante diélectrique est de 3,6mm) et a été comparé à un conducteur identique revêtu d'une couche de matière isolante diélectrique obtenue par extrusion du même copolymère polyétherimide-sioxane contenant 40% en poids de siloxane (ex comparatif 1 : le diamètre du conducteur revêtu de la couche de matière isolante diélectrique est de 3,6 mm) au niveau de sa capacitance et de sa constante diélectrique mesurés à l'aide d'un capacimètre à eau selon le principe décrit dans Goldshtein et al (« CAPACITANCE CONTROL ON THE WIRE PRODUCTION LINE », MATEC Web of Conferences 79 01009 (2016), pages 1 à 8). Les résultats sont rassemblés dans le tableau 1 ci-après. [0027] [Tall 'eaux 1] Produit Ex comparatif 1 Ex 1 Capacitance mesurée (pF/m) 177 90 Constante diélectrique mesurée 3,08 2,22 [0028] L'exemple 1 a donc une meilleure constante diélectrique que l'exemple comparatif 1. [0029] Ainsi, les nouvelles propriétés électriques du matériau diélectrique selon l'invention permettent (en raison de la diminution de la constante diélectrique) d'augmenter la vitesse de propagation des signaux électriques, et / ou de réduire les dimensions (épaisseur du diélectrique autour du conducteur central), et / ou de diminuer l'atténuation. L'utilisation d'un copolymère siloxane haute température expansé et / ou alvéolaire et/ ou sous forme de mousse selon l'invention, en particulier d'un copolymère polyétherimide-siloxane sous 'bulle de mousse, permet donc de fabriquer des câbles plus légers, plus petits et plus flexibles avec de meilleures caractéristiques électriques. Plus la constante diélectrique est faible et se rapproche de 1 (constante diélectrique de l'air) moins il y a de pertes électriques et meilleure est la fréquence de coupure et la vitesse de propagation. Exemple 2 [0030] Les gains estimés au niveau de la réduction de la constante diélectrique ont été calculés en fonction du % en volume de gaz introduit dans la couche diélectrique selon l'invention à base du copolymère polyétherimide-siloxane de l'exemple 1 par moussage sont rassemblés dans le tableau 2 ci-après. [0031] 7 [Tablcaux2] % en volume moussage ou vide d'air Constante diélectrique à 1MHz Densité apparente 50% 2,05 0,59 40% 2,26 0,7 30% 2,47 0,82 20% 2,68 0,94 10% 2,89 1,06 0% 3,1 1,18 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] REVENDICATIONSCâble dc communication comprenant une couche dc matière isolante diélectrique à hase dc copolymère siloxanc haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme dc mousse, avantageusement choisi dans le groupe constitué par le polyimide-siloxane, le polyaryléthercétone-siloxane, et le polyphénylsiloxane, expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme dc mousse, plus avantageusement à base dc copolymère polyimide-siloxane expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme dc mousse. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en siloxane de la couche de matière isolante diélectrique en % massique est comprise entre 10% et 40% par rapport à la masse totale de la couche de matière isolante diélectrique. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le copolymère polyimide-siloxane est choisi parmi les copolymères thermoplastiques tels que les polyétherimides-siloxanes. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de matière isolante diélectrique comprend en outre un autre polymère thermoplastique isolant, avantageusement choisi dans le groupe constitué par les polyaryléthercétones, les polyétheréthercétones, les polyéthercétones, les polyéthercétoneéthercétonecétones, les polyéthercétonecétones, les polyaryléthersulfones, les polyphénylsulfides, les thermoplastiques polyimides et leurs mélanges. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le copolymère siloxane haute température de la couche de matière isolante diélectrique est expansé ou sous forme de mousse, avantageusement il est obtenu par voie physique ou chimique, plus avantageusement par voie chimique par moussage chimique d'un mélange intime du copolymère avec un agent porogène et / ou un agent d'expansion tel que le talc, l'argile ou leurs mélanges. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un câble coaxial ou à paires torsadées ou à impédance contrôlée. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un câble haute fréquence et avantageusement haute température. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce 9 [Revendication 9] que la couche de matière isolante diélectrique est disposée autour du conducteur central. [Revendication 10] Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en cc qu'il comprend une (ou des) couche(s) de matériau(x) de blindage métallique disposée(s) autour de la couche de matière isolante diélectrique. Câble selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une gaine externe disposée autour de la (ou des) couche(s) de matériau(x) de blindage métallique, avantageusement à hase de copolymère polyimidesiloxane ou polyarylethercétonc-siloxanc. [Revendication 11] Utilisation d'un copolymère siloxanc haute température expansé et / ou alvéolaire et / ou sous forme de mousse en tant que matériau isolant diélectrique de câble de communication, avantageusement de câble coaxial ou à paires torsadées ou à impédance contrôlée.