EP2040267A1 - Cable electrique resistant a la propagation d'arc electrique - Google Patents

Cable electrique resistant a la propagation d'arc electrique Download PDF

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EP2040267A1
EP2040267A1 EP08161480A EP08161480A EP2040267A1 EP 2040267 A1 EP2040267 A1 EP 2040267A1 EP 08161480 A EP08161480 A EP 08161480A EP 08161480 A EP08161480 A EP 08161480A EP 2040267 A1 EP2040267 A1 EP 2040267A1
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EP
European Patent Office
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layer
tape
mica
polyimide
ptfe
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EP08161480A
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German (de)
English (en)
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EP2040267B1 (fr
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Jean-Pierre Ferlier
Pascal Clouet
Rui Manuel Da Silva
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Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • H01B7/295—Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame using material resistant to flame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/04—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances mica
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/303—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups H01B3/38 or H01B3/302
    • H01B3/306—Polyimides or polyesterimides

Definitions

  • the present invention relates to an electric cable, and typically but not exclusively applies to electrical cables used in aeronautics, for example on board aircraft.
  • This type of electric cable must satisfy many criteria necessary for its use in aeronautics, especially when it is placed in the conditions of a fire.
  • a safety criterion is to allow the electric cable to continue to operate at high temperatures of the order of 1100 ° C for a minimum period of time, generally of the order of 5 to 15 minutes, without fusion of its electrical conductor, neither spreading the fire, nor resisting vibrations and splashing of water or extinguishing fluids, while ensuring the electrical continuity of the circuits and maintaining a minimum insulation resistance in the flame , generally of the order of 10,000 ohms.
  • a newer criterion requires proper operation of the electrical safety cable when assembled with other electrical cables to form a harness.
  • the document FR 2,573,910 discloses an electrical cable for aeronautics comprising an electrical conductor surrounded by a first layer consisting of two windings of a mica ribbon.
  • thermostable polymer which may consist for example of a tape of polytetrafluoroethylene (PTFE), or a polyimide resin.
  • this second layer is covered with an intermediate layer of glass fibers, as well as an outer layer of the same nature as the second layer.
  • This safety criterion makes it possible to guarantee a sufficient resistance of the insulation of said cable in order to avoid the triggering and the propagation of electric arcs between the electric cables on the one hand and / or between electric cables and a conductive structure of somewhere else.
  • the technical problem to be solved, by the object of the present invention is to propose an electric cable making it possible to avoid the problems of the state of the art, in particular by offering resistance to the propagation of an electric arc satisfying the requirements of the present invention.
  • the first layer being heat-treated at a temperature of at least 400 ° C
  • the Applicant has surprisingly found that for a given section range of electrical conductors, a specific heat treatment of the first layer combined with a ratio R of the linear density of PTFE on the sum of the linear masses of the polymeric binder and the polyimide allows to withstand the spread of dry electric arc to more than 75%, according to standards NF EN 3475-604 and EN 2346-005.
  • the electrical cable advantageously retains a very good fire resistance and ensures the electrical continuity of the circuits optimally, while having a relatively small weight and diameter, to meet the criteria required in aeronautics.
  • the heat treatment of the first layer is carried out for a period t greater than 30% by the time t 0 necessary for the degassing of the first layer, preferably said duration t is from minus 1 minute.
  • the mica ribbon comprises at most 20% by weight of polymeric binder, preferably the mica ribbon comprises 13% by weight of polymeric binder.
  • the polymeric binder is a silicone resin.
  • the percentage of recovery of a tape of mica on itself during its winding and / or a polyimide tape on itself during its winding is at most 49%.
  • This rate advantageously makes it possible to guarantee an optimized ratio R and thus to improve the resistance to the propagation of electric arc by combining it with the minimum adapted quantity of PTFE.
  • the second layer comprises a single winding of a polyimide tape.
  • the third layer comprises at least two windings of a PTFE tape.
  • the mica particles are of the phlogopite type.
  • the polyimide tape comprises a polyimide layer coated on each side with a fluorinated ethylene propylene copolymer (FEP) coating.
  • FEP fluorinated ethylene propylene copolymer
  • the FEP coatings make it possible to obtain adhesion between the overlaps and / or the coils respectively of the polyimide tape (s) on the one hand, and the adhesion of the second layer with the third layer on the other hand .
  • the second layer is heat-treated at a temperature above the melting temperature of the FEP layers.
  • the third layer may also be heat treated at a temperature greater than 340 ° C., thus allowing the sintering of the PTFE and the adhesion between the overlaps and / or the windings respectively of the PTFE tape (s).
  • the heat treatment of the second layer can be carried out simultaneously with the heat treatment of the third layer.
  • the electrical cable further comprises an outer layer (surface) capable of being marked.
  • the third layer further comprises said outer layer, the latter preferably being a PTFE tape comprising white pigments of titanium dioxide.
  • Another object of the present invention is an electrical harness comprising at least one electrical cable as defined above.
  • the harness includes several electrical cables according to the present invention, said electrical cables forming an assembly covered with a protective sheath of mechanical protection type well known to those skilled in the art.
  • the protective sheath comprises one or more metal braids of copper or steel.
  • Said protective sheath may also be covered by a braid of abrasion-resistant and non-fire-resistant textile material, for example of the aromatic polyamide type.
  • the figure 1 schematically shows a structure, in perspective, of an electric cable 1 according to the present invention.
  • This electric cable 1 comprises an electrical conductor 2, for example copper or copper alloy coated with a layer of nickel, whose mass comprises at least 27% nickel, generally of the multi-strand type.
  • Said electrical conductor 2 is surrounded by a first layer 3, said first layer 3 comprising at least one winding of a mica ribbon, preferably a single winding of a mica ribbon.
  • the mica ribbon is typically composed of particles (or flakes) of mica deposited via a polymeric binder on a glass fiber type support generally woven but may be nonwoven.
  • the mica may be of the muscovite or phlogopite type, and for example, the polymeric binder may be of the silicone resin, polyimide, polyamide-imide type or any other type of thermostable polymer.
  • the first layer 3 is surrounded by a second layer 4, said second layer 4 comprising at least one winding of a polyimide tape, preferably a single winding of a polyimide tape.
  • the second layer 4 is surrounded by a third layer 5, said third layer 5 comprising at least one winding of a PTFE tape, preferably the PTFE tape being free of pigments.
  • the outer (superficial) layer of the third layer 5 may advantageously comprise a pigmented PTFE layer, the pigment being, for example, titanium dioxide, in order to allow UV laser marking of the surface of this outer layer.
  • the successive windings of the ribbons are in the opposite direction to avoid mishandling during the manufacture of said cable.
  • the recovery rate of each mica tape on itself and each polyimide tape on itself is at most 49% (recovery coefficient Kr of at most 0.49).
  • This recovery ratio advantageously makes it possible to guarantee a ratio R (linear density of PTFE on the sum of the linear masses of polymeric binder and polyimide) optimized and adapted to the section of the electrical conductor (electrical core), or in other words to limit the linear masses of the first and second layers, and thus improves the resistance to the propagation of electric arc of the electric cable.
  • the laying of the second and third layers may comprise a heat treatment step.
  • the electrical conductor thus isolated is heat-treated in an oven at a temperature of at least 400 ° C. This is the thermal degradation step of the mica ribbon, including its polymeric binder.
  • this heat treatment is performed for a time t greater than at least 30% to the time t 0 required for degassing said ribbon.
  • the time t 0 required for degassing is generally determined experimentally and degassing is typically carried out at a temperature of about 340 ° C.
  • t 0 is determined from the moment when the layers deposited above the layer to be degassed no longer "blister” under the effect of gases released when the upper layers are heat-treated ("firing"). at a temperature of at least 340 ° C.
  • the degassing makes it possible to limit the residual volatile compounds in the first layer, these compounds being able to create insulation defects during subsequent stages of heat treatment, such as, for example, the heat treatment of the second and third layers.
  • this heat treatment also makes it possible to facilitate obtaining a sufficient resistance (greater than 75%) to the electric arc propagation of the electric cable when the temperature is at least 400 ° C. .
  • an electrical conductor with a section of 0.6 mm 2 , insulated with a first layer comprising a single winding of a mica ribbon is passed through an oven 8 meters long at six zones. of heating of identical length, the six heating zones respectively having the following successive temperatures: 340 ° C - 400 ° C - 400 ° C - 450 ° C - 450 ° C - 450 ° C.
  • the time required for the degassing of the mica ribbon is typically 40 seconds (t 0 ), which is a rate of passage in the oven 8 meters in length of 12 meters per minute.
  • At least 30% of t 0 at least a time t of about 1 minute is obtained, ie a rate of passage in the oven of 8 meters per minute.
  • the mica ribbon reaches at least the temperature of 400 ° C.
  • the mica tape With a passage in said oven for 40 seconds (t 0 ), the mica tape can reach a temperature of the order of 340 ° C.
  • the electrical conductor thus isolated may be heat-treated in an oven at a temperature above the melting temperature of the outer layers of FEP of the polyimide tape.
  • FEP fluorinated ethylene propylene copolymer
  • this melting temperature is greater than 260 ° C. This is the step of heat sealing the second layer.
  • the electrical conductor thus isolated can be heat-treated in an oven at a temperature of temperature above the melting temperature of PTFE, ie at a temperature of 342 ° C to sinter PTFE.
  • the steps of rubannage of the second and third layers are carried out one after the other and are followed by a single step of heat treatment of the second and third layers at a temperature greater than 340 ° C. more preferably 342 ° C.
  • the second and third layers are thus simultaneously heat treated.
  • this single heat treatment step which comprises the heat-sealing step of the polyimide and the step of the sintering step of the PTFE, it ensures the adhesion of all the thicknesses of ribbons respectively of the second and third layers between them (overlaps and windings) as well as adhesion between the second and third layers.
  • the electrical cable may advantageously comprise an outer layer for marking, preferably UV laser marking, of the electric cable according to the present invention.
  • This outer layer can surround the third layer, but it can be included in the third layer as such, or in other words the outer layer is also a winding of a PTFE tape, the latter being however laser markable UV.
  • a pigmented PTFE tape preferably comprising white titanium dioxide pigments in an amount of at most 5% by weight of said PTFE tape.
  • titanium dioxide pigments can be harmful vis-à-vis the resistance to the propagation of the electric arc.
  • Tables 1a and 1b below detail various structures of electric cables whose resistance to the propagation of dry electric arc as well as that the ratio R of linear density of PTFE on the sum of the linear masses of the polymeric binder and the polyimide were studied.
  • Tables 1a and 1b show from top to bottom the succession of different ribbons of the first, second and third layers which constitute the electric cable (or insulated electric wire).
  • the first, second and third layers of the electrical cables DW24A to DW14C referenced in Tables 1a and 1b were heat treated according to the manufacturing method described above, except the first layer of the electric cable DW20A.
  • the mica ribbon is a Cablosam 366 20-80 tape, marketed by the company Von Roll-Isola, with a thickness of the order of 0.1 mm.
  • This ribbon comprises phlogopite mica particles and a quantity of 13% by weight of polymeric binder of the silicone resin type, or in other words it comprises 17 g / m 2 of silicone resin for a total mass of 130 mica ribbon. g / m 2 .
  • the polyimide tape (or fluorinated adhesive polyimide tape) is a polyimide tape 616, marketed by DuPont de Nemours. These polyimide tapes comprise a 0.025 mm thick polyimide film coated on each of its faces with a FEP resin layer of 0.0015 to 0.0025 mm thick. The amount of polyimide is 76.5% by weight of said tape.
  • Tables 2a and 2b below show the ratio R of the linear density of PTFE on the sum of the linear masses of silicone resin and polyimide as well as the resistance to the dry electric arc propagation of the various electrical cables of Tables 1a. and 1b.
  • ⁇ b> ⁇ u> Table 2a ⁇ / u> ⁇ /b> Electric cable DW24A DW20A DW20B DW20C DW20D Collateral damage 13% 44% 20% 16% 4% Resistance to the propagation of the electric arc 87% 56% 80% 84% 96% Report R 3.44 8.1 8.1 11.9 14.9 Electric cable DW14A DW14B DW14C Collateral damage 67% 20% 12% Resistance to the propagation of the electric arc 33% 80% 88% Report R 9.1 13 15.5
  • the mass of each of the layers of PTFE (PTFE tape), polymeric binder (mica tape), and polyimide (polyimide tape (s)) is obtained by calculating the area occupied. by each layer and multiplying it by the density of each layer, respectively.
  • the mass of PTFE is calculated before the so-called "sintering" cooking operation which leads to a contraction of 25% of the radial thickness of unsintered PTFE.
  • the mass of polyimide is calculated by multiplying the mass of the polyimide tape having on each side a layer of fluorinated adhesive (FEP), and multiplying this mass by the polyimide content of said tape.
  • the inside diameter is equal to the diameter of the conductor.
  • ER Thickness of the ribbon in mm 1 - recovery Kr of the ribbon %
  • the diameter of the electrical conductor of the electric cables referenced in Tables 1a and 1b is detailed in Table 3 below.
  • Table 3 ⁇ / u> ⁇ /b> Electric cable Electrical conductor section (mm 2 ) Number of wires Diameter of each conductor wire (mm) Maximum diameter of the electrical conductor (mm) DW24 0.25 19 0.12 0.62 DW20 0.60 19 0.20 1.04 DW14 2.0 37 0.25 1.82
  • the first layer is a first layer
  • the second layer is a first layer
  • the third layer is the third layer.
  • This test consisted in successively submitting 18 bundles of 7 electric cables each (of a length of 0.5 m) at 6 different intensities of short-circuit current, 3 of the 18 bundles being tested at the same intensity for the reproducibility of the test .
  • Collateral damage is the ratio of the number of electrical cables damaged by the electric arc to the total number of electrical cables that have not been voluntarily damaged subjected to the test.
  • the collateral cables of the bundle are subjected to a tensile strength test in water according to the method of the standard EN 3475-302, for a duration and at an alternating voltage value defined by the standard EN 2346- 005.
  • the electric cables according to the present invention have a fire resistance higher than the requirements of the standard EN 2346-005, namely the insulation resistance of the electric cable in the flame for 15 minutes (according to NF EN 3475- 408) or for 5 minutes (according to prEN 3475-417) must be greater than 10,000 Ohms.
  • the NF EN 3475-408 fire resistance test carried out on the electrical cable DW20D of Table 1a gives an insulation resistance of between 64,000 and 242,000 ohms.
  • the prEN 3475-417 fire resistance test performed on the electrical cable DW20D of Table 1a according to different harness configurations gives an insulation resistance of between 54,000 and 2,300,000 ohms.
  • the present invention is not limited to the examples of electric cables which have just been described and generally relates to all electrical cables that can be envisaged from the general indications provided in the description of the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un câble électrique comprenant : - un conducteur électrique entouré par une première couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de mica, ledit ruban de mica étant composé de particules de mica déposées par l'intermédiaire d'un liant polymérique sur un support, - une deuxième couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de polyimide, et - une troisième couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de polytétrafluoroéthylène (PTFE), la première couche étant traitée thermiquement à une température d'au moins 400°C, et le rapport R de la masse linéique de PTFE sur la somme des masses linéiques du liant polymérique et du polyimide étant tel que : —‹ R est supérieur ou égal à 2 lorsque la section du conducteur électrique est au plus égale à 0,2 mm 2 , de préférence comprise entre 0,1 et 0,2 mm 2 , —‹ R est supérieur ou égal à 4 lorsque la section du conducteur électrique est strictement supérieure à 0,2 mm 2 et strictement inférieure à 0,6 mm 2 , —‹ R est supérieur ou égal à 6 lorsque la section du conducteur électrique est égale à 0,6 mm 2 , —‹ R est supérieur ou égal à 12 lorsque la section du conducteur électrique est strictement supérieure à 0,6 mm 2 , de préférence d'au plus 3 mm 2 .

Description

  • La présente invention se rapporte à un câble électrique, et s'applique typiquement mais non exclusivement aux câbles électriques utilisés en 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 placé dans les conditions d'un incendie.
  • Par exemple, un critère de sécurité est de permettre au câble électrique de continuer à fonctionner à des températures élevées de l'ordre de 1100°C pendant une période de temps minimale, généralement de l'ordre de 5 à 15 minutes, sans fusion de son conducteur électrique, ni propagation de l'incendie, ainsi que de résister à des vibrations et à des projections d'eau ou de fluides extincteurs, tout en assurant la continuité électrique des circuits et en conservant une résistance d'isolement minimale dans la flamme, généralement de l'ordre de 10 000 ohms.
  • D'autres critères peuvent également être pris en compte comme le poids et le diamètre dudit câble qui ne doivent pas être excessifs, la température maximale d'utilisation en service permanent, qui doit être la plus élevée possible, en général de l'ordre de 260°C pendant au moins 20 000 heures, et la marquabilité dudit câble afin de permettre son identification.
  • Un critère plus récent requiert un bon fonctionnement du câble électrique de sécurité lorsqu'il est assemblé avec d'autres câbles électriques pour constituer un harnais.
  • Le document FR 2 573 910 décrit un câble électrique pour l'aéronautique comportant un conducteur électrique entouré par une première couche constituée de deux enroulements d'un ruban de mica.
  • Cette première couche est recouverte d'une deuxième couche de polymère thermostable pouvant être constituée par exemple soit d'un ruban de polytétrafluoroéthylène (PTFE), soit par une résine polyimide.
  • Enfin, cette deuxième couche est recouverte d'une couche intermédiaire en fibres de verre, ainsi que d'une couche extérieure de la même nature que la deuxième couche.
  • Toutefois, même si ce câble électrique de l'art antérieur satisfait aux critères de sécurité énoncés plus haut, il ne satisfait pas correctement à un autre critère de sécurité qui est celui de la résistance à la propagation d'arc électrique selon les normes NF EN 3475-604 (méthode d'évaluation de la résistance à la propagation de l'arc électrique à sec) et EN 2346-005 (norme définissant les performances minimales d'un câble électrique aéronautique résistant au feu et à la propagation de l'arc électrique).
  • Ce critère de sécurité permet de garantir une résistance suffisante de l'isolant dudit câble afin d'éviter le déclenchement et la propagation d'arcs électriques entre les câbles électriques d'une part et/ou entre des câbles électriques et une structure conductrice d'autre part.
  • Le problème technique à résoudre, par l'objet de la présente invention, est de proposer un câble électrique permettant d'éviter les problèmes de l'état de la technique en offrant notamment une résistance à la propagation d'arc électrique satisfaisant les exigences de la norme EN 2346-005 pour l'essai de propagation de l'arc NF EN 3475-604 tout en gardant des propriétés de tenue au feu et de fonctionnement dans la flamme optimales suivant les normes NF EN 3475-408 et prEN 3475-417.
  • La solution du problème technique posé réside, selon la présente invention, en ce que le câble électrique comprend :
    • un conducteur électrique entouré par une première couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de mica, ledit ruban de mica étant composé de particules de mica déposées par l'intermédiaire d'un liant polymérique sur un support,
    • une deuxième couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de polyimide, et
    • une troisième couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de polytétrafluoroéthylène (PTFE),
  • la première couche étant traitée thermiquement à une température d'au moins 400°C, et
  • le rapport R de la masse linéique de PTFE sur la somme des masses linéiques du liant polymérique et du polyimide étant tel que :
    • o R est supérieur ou égal à 2 lorsque la section du conducteur électrique est au plus égale à 0,2 mm2, de préférence comprise entre 0,1 et 0,2 mm2,
    • o R est supérieur ou égal à 4 lorsque la section du conducteur électrique est strictement supérieure à 0,2 mm2 et strictement inférieure à 0,6 mm2,
    • o R est supérieur ou égal à 6 lorsque la section du conducteur électrique est égale à 0,6 mm2,
    • o R est supérieur ou égal à 12 lorsque la section du conducteur électrique est strictement supérieure à 0,6 mm2, de préférence d'au plus 3 mm2.
  • La Demanderesse a découvert de façon surprenante que pour une gamme de section de conducteurs électriques donnés, un traitement thermique spécifique de la première couche combiné à un rapport R de la masse linéique de PTFE sur la somme des masses linéiques du liant polymérique et du polyimide permet de résister à la propagation d'arc électrique à sec à plus de 75 %, selon les normes NF EN 3475-604 et EN 2346-005.
  • De plus, le câble électrique garde avantageusement une très bonne résistance au feu et assure la continuité électrique des circuits de manière optimale, tout en présentant un poids et un diamètre relativement faibles, afin de satisfaire aux critères requis dans l'aéronautique.
  • Dans un mode de réalisation préféré, le traitement thermique de la première couche s'effectue pendant une durée t supérieure d'au moins 30 % à la durée t0 nécessaire au dégazage de la première couche, de préférence ladite durée t est d'au moins 1 minute.
  • Selon une caractéristique préférée, le ruban de mica comprend au plus une quantité de 20 % en poids de liant polymérique, de préférence le ruban de mica comprend une quantité de 13 % en poids de liant polymérique.
  • A titre d'exemple préféré, le liant polymérique est une résine silicone.
  • Selon une autre caractéristique préférée, le pourcentage de recouvrement d'un ruban de mica sur lui-même lors de son enroulement et/ou d'un ruban de polyimide sur lui-même lors de son enroulement est d'au plus 49 %.
  • Ce taux permet avantageusement de garantir un rapport R optimisé et d'améliorer ainsi la résistance à la propagation d'arc électrique en le combinant avec la quantité minimale adaptée de PTFE.
  • Selon une autre caractéristique préférée, la deuxième couche comprend un unique enroulement d'un ruban de polyimide.
  • Selon une autre caractéristique préférée, la troisième couche comprend au moins deux enroulements d'un ruban de PTFE.
  • Ces caractéristiques préférées permettent avantageusement de minimiser la quantité de liant polymérique et de polyimide et par conséquent d'augmenter le rapport R pour améliorer la résistance à la propagation d'arc électrique du câble électrique tout en préservant son poids et son diamètre finals et ses propriétés de résistance au feu.
  • Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les particules de mica sont du type phlogopite.
  • Grâce à ce type de particules, on obtient une meilleure résistance d'isolement dans la flamme.
  • Dans un autre mode de réalisation, le ruban de polyimide comprend une couche de polyimide recouverte sur chacune de ses faces d'un revêtement de copolymère d'éthylène propylène fluoré (FEP).
  • Les revêtements de FEP permettent d'obtenir l'adhésion entre les recouvrements et/ou les enroulements respectivement du ou des ruban(s) de polyimide d'une part, et l'adhésion de la deuxième couche avec la troisième couche d'autre part.
  • Selon ce mode de réalisation, la deuxième couche est traitée thermiquement à une température supérieure à la température de fusion des couches de FEP.
  • La troisième couche peut également être traitée thermiquement à une température supérieure à 340°C permettant ainsi le frittage du PTFE et l'adhésion entre les recouvrements et/ou les enroulements respectivement du ou des ruban(s) de PTFE.
  • Avantageusement, le traitement thermique de la deuxième couche peut être réalisé simultanément avec le traitement thermique de la troisième couche.
  • Dans un autre mode de réalisation, le câble électrique comprend en outre une couche extérieure (superficielle) apte à être marquée.
  • A titre d'exemple particulièrement avantageux, la troisième couche comprend en outre ladite couche extérieure, cette dernière étant de préférence un ruban de PTFE comprenant des pigments blanc de dioxyde de titane.
  • Un autre objet de la présente invention est un harnais électrique comprenant au moins un câble électrique tel que défini ci-avant.
  • De préférence, le harnais regroupe plusieurs câble électriques selon la présente invention, lesdits câbles électriques formant un ensemble recouvert d'une gaine de protection de type protection mécanique bien connu de l'homme du métier.
  • A titre d'exemple, la gaine de protection comprend une ou plusieurs tresses métalliques en cuivre ou en acier.
  • Ladite gaine de protection peut également être recouverte par une tresse en matériau textile résistant à l'abrasion et non propagateur de l'incendie, par exemple du type polyamide aromatique.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence à la figure unique annotée, lesdits exemples et figure étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
  • La figure 1 représente de manière schématique une structure, en perspective, d'un câble électrique 1 conforme à la présente invention.
  • Ce câble électrique 1 comprend un conducteur électrique 2, par exemple en cuivre ou en alliage de cuivre recouvert d'une couche de nickel, dont la masse comporte au moins 27 % de nickel, généralement de type multibrins.
  • Ledit conducteur électrique 2 est entouré par une première couche 3, ladite première couche 3 comprenant au moins un enroulement d'un ruban de mica, de préférence un unique enroulement d'un ruban de mica.
  • Le ruban de mica est typiquement composé de particules (ou paillettes) de mica déposées par l'intermédiaire d'un liant polymérique sur un support de type fibres de verre généralement tissées mais pouvant être non tissées.
  • Le mica peut être du type muscovite ou phlogopite, et à titre d'exemple, le liant polymérique peut être du type résine silicone, polyimide, polyamide-imide ou tout autre type de polymère thermostable.
  • Ensuite, la première couche 3 est entourée par une deuxième couche 4, ladite deuxième couche 4 comprenant au moins un enroulement d'un ruban de polyimide, de préférence un unique enroulement d'un ruban de polyimide.
  • Enfin, la deuxième couche 4 est entourée par une troisième couche 5, ladite troisième couche 5 comprenant au moins un enroulement d'un ruban de PTFE, de préférence le ruban de PTFE étant exempt de pigments.
  • La couche extérieure (superficielle) de la troisième couche 5 peut avantageusement comprendre une couche de PTFE pigmentée, le pigment étant par exemple du dioxyde de titane, afin de permettre le marquage par laser UV de la surface de cette couche extérieure.
  • Typiquement, les enroulements successifs des rubans sont en sens inversé pour éviter le dérubannage lors de la fabrication dudit câble.
  • De préférence, le taux de recouvrement de chaque ruban de mica sur lui-même et de chaque ruban de polyimide sur lui-même est d'au plus 49% (coefficient de recouvrement Kr d'au plus 0,49).
  • Ce taux de recouvrement permet avantageusement de garantir un rapport R (masse linéique de PTFE sur la somme des masses linéiques de liant polymérique et de polyimide) optimisé et adapté à la section du conducteur électrique (âme électrique), ou en d'autres termes de limiter les masses linéiques des première et deuxième couches, et permet ainsi d'améliorer la résistance à la propagation d'arc électrique du câble électrique.
  • Lors de la fabrication du câble électrique selon la présente invention, la pose des deuxième et troisième couches peut comprendre une étape de traitement thermique.
  • Après la pose (ou rubannage) de la première couche, le conducteur électrique ainsi isolé est traité thermiquement dans un four à une température d'au moins 400°C. C'est l'étape de dégradation thermique du ruban de mica, notamment de son liant polymérique.
  • A titre d'exemple, ce traitement thermique est réalisé pendant une durée t supérieure d'au moins 30 % à la durée t0 nécessaire au dégazage dudit ruban.
  • Le temps t0 nécessaire au dégazage est généralement déterminé expérimentalement et le dégazage s'effectue typiquement à une température d'environ 340°C.
  • Plus particulièrement, t0 est déterminé à partir du moment où les couches déposées au-dessus de la couche à dégazer ne « cloquent » plus sous l'effet des gaz se dégageant lorsque l'on traite thermiquement (« cuisson ») les couches supérieures à une température d'au moins 340°C.
  • Ainsi, le dégazage permet de limiter les composés volatils résiduels dans la première couche, ces composés pouvant créer des défauts d'isolation lors d'étapes ultérieures de traitement thermique comme par exemple le traitement thermique des deuxième et troisième couches.
  • Par ailleurs, de manière particulièrement avantageuse, ce traitement thermique permet également de faciliter l'obtention d'une résistance suffisante (supérieure à 75 %) à la propagation d'arc électrique du câble électrique lorsque la température est d'au moins 400°C.
  • A titre d'exemple non limitatif, un conducteur électrique d'une section de 0,6 mm2, isolé avec une première couche comprenant un unique enroulement d'un ruban de mica est passé dans un four de 8 mètres de long à six zones de chauffe de longueur identique, les six zones de chauffe ayant respectivement les températures successives suivantes : 340°C - 400°C - 400°C - 450°C - 450°C - 450°C.
  • Le temps nécessaire au dégazage du ruban de mica est typiquement de 40 secondes (t0), soit une vitesse de passage dans le four de 8 mètres de longueur de 12 mètres par minute.
  • En prenant au moins 30 % de t0, on obtient au minimum une durée t d'environ 1 minute, soit une vitesse de passage dans le four de 8 mètres par minute.
  • Ainsi, pendant une minute (t) dans le four décrit ci-avant, le ruban de mica atteint au moins la température de 400°C.
  • Avec un passage dans ledit four pendant 40 secondes (t0), le ruban de mica ne peut atteindre qu'une température de l'ordre de 340°C.
  • Après la pose (ou rubannage) de la deuxième couche, lorsque le ruban de polyimide comprend une couche de polyimide recouverte sur chacune des ces faces d'une couche d'un copolymère d'éthylène propylène fluoré (FEP), le conducteur électrique ainsi isolé peut être traité thermiquement dans un four à une température supérieure à la température de fusion des couches externes de FEP du ruban de polyimide.
  • Typiquement, cette température de fusion est supérieure à 260°C. C'est l'étape de thermosoudage de la deuxième couche.
  • Après la pose (ou rubannage) de la troisième couche, le conducteur électrique ainsi isolé peut être traité thermiquement dans un four à une température supérieure à la température de fusion du PTFE, à savoir à une température de 342°C pour obtenir le frittage du PTFE.
  • De manière particulièrement préférée, les étapes de rubannage des deuxième et troisième couches sont réalisées l'une à la suite de l'autre et sont suivies d'une unique étape de traitement thermique des deuxième et troisième couches à une température supérieure à 340°C, plus particulièrement égale à 342°C.
  • Les deuxième et troisième couches sont ainsi simultanément traitées thermiquement.
  • Par cette unique étape de traitement thermique qui comprend l'étape de thermosoudage du polyimide et l'étape de l'étape de frittage du PTFE, on assure l'adhésion de toutes les épaisseurs de rubans respectivement des deuxième et troisième couches entre elles (recouvrements et enroulements) ainsi que de l'adhésion entre la deuxième et la troisième couches.
  • Enfin, le câble électrique peut comprendre avantageusement une couche extérieure permettant le marquage, de préférence le marquage par laser UV, du câble électrique selon la présente invention.
  • Cette couche extérieure peut entourer la troisième couche, mais elle peut être comprise dans la troisième couche en tant que telle, ou en d'autres termes la couche extérieure est également un enroulement d'un ruban de PTFE, ce dernier étant toutefois marquable par laser UV.
  • Typiquement, c'est un ruban de PTFE pigmenté, comprenant de préférence des pigments blancs de dioxyde de titane en une quantité d'au plus 5 % en poids dudit ruban de PTFE.
  • Il est préférable de ne pas dépasser cette valeur de 5 %, voire de la minimiser, car la présence de pigments de dioxyde de titane peut être néfaste vis-à-vis de la résistance à la propagation de l'arc électrique.
  • Afin de montrer les avantages des câbles électriques selon la présente invention, les Tableaux 1a et 1b ci-après détaillent différentes structures de câbles électriques dont la résistance à la propagation d'arc électrique à sec ainsi que le rapport R de masse linéique du PTFE sur la somme des masses linéiques du liant polymérique et du polyimide ont été étudiés.
  • Les Tableaux 1a et 1b présentent de haut en bas la succession des différents rubans des première, deuxième et troisième couches qui constituent le câble électrique (ou fil électrique isolé).
  • Les première, deuxième et troisième couches des câbles électriques DW24A à DW14C référencés dans les Tableaux 1a et 1b ont été traitées thermiquement conformément au procédé de fabrication décrit ci-avant, excepté la première couche du câble électrique DW20A.
  • Les détails du traitement de la première couche, les coefficients de recouvrement Kr ainsi que les épaisseurs des différents rubans sont également mentionnées dans les Tableaux 1a et 1 b.
  • L'origine des différents constituants des Tableaux 1a et 1b est la suivante.
  • Le ruban de mica est un ruban Cablosam 366 20-80, commercialisé par la société Von Roll-Isola, d'une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm.
  • Ce ruban comprend des particules de mica phlogopite et une quantité de 13 % en poids de liant polymérique du type résine silicone, ou en d'autres termes il comprend 17 g/m2 de résine silicone pour une masse totale du ruban de mica de 130 g/m2.
  • Le ruban de polyimide (ou ruban polyimide à adhésif fluoré) est un ruban de polyimide 616, commercialisé par la société DuPont de Nemours. Ces rubans de polyimide comprennent un film de polyimide de 0,025 mm d'épaisseur revêtu sur chacune de ses faces d'une couche de résine FEP de 0,0015 à 0,0025 mm d'épaisseur. La quantité de polyimide est égale à 76,5 % en poids dudit ruban.
  • Le ruban de PTFE non fritté et non marquable laser UV ainsi que le ruban de PTFE non fritté et marquable UV de couleur blanche sont commercialisés notamment par la société Plastic Omnium 3P. Tableau 1a
    Câble électrique DW24A DW20A DW20B DW20C DW20D
    Conducteur électrique Toron (multibrin) de 19 fils de cuivre de 0,12 mm de diamètre chacun Toron (multibrin) de 19 fils de cuivre de 0,20 mm de diamètre chacun
    Section du conducteur électrique (mm2) 0,25 0,6
    Première couche 1 Ruban de Mica d'épaisseur 0,1 mm ayant subi un traitement thermique à plus de 400°C Kr=53% - Kr=37% Kr=37% Kr=37%
    1 Ruban de Mica d'épaisseur 0,1 mm ayant subi un traitement thermique à plus de 400°C Kr=26% - - - -
    1 Ruban de Mica d'épaisseur 0,1 mm ayant subi un traitement thermique à 340°C - Kr=37% - - -
    Deuxième couche 1 Ruban de polyimide d'épaisseur 0,030 mm Kr=30%
    Troisième couche 1 Ruban PTFE 1 ruban PTFE UV d'épaisseur 0,064 mm Kr =53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,076 mm Kr = 53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,076 mm Kr =53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,064 mm Kr =53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,076 mm Kr = 53%
    1 Ruban PTFE - 1 ruban PTFE UV d'épaisseur 0,064 mm Kr =53% 1 ruban PTFE UV d'épaisseur 0,064 mm Kr =53% 1 ruban PTFE non UV 0,064 mm Kr =53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,076 mm Kr = 53%
    1 Ruban PTFE - - - 1 ruban PTFE UV d'épaisseur 0,064 mm Kr =53% 1 ruban PTFE UV d'épaisseur 0,076 mm Kr = 53%
    Poids du câble électrique (g/m) 4,9 8,9 8,9 9,9 10,8
    Diamètre du câble électrique (mm) 1,59 à 1,68 1,80 à 1,84 1,80 à 1,84 2,00 à 2,05 2,12-2,17
    Tableau 1b
    Câble électrique DW14A DW14B DW14C
    Conducteur électrique Toron (multibrin) de 37 fils de cuivre de 0,25 mm de diamètre chacun
    Section du conducteur électrique (mm2) 1,8
    Première couche 1 Ruban de Mica d'épaisseur 0,1 mm ayant subi un traitement thermique à plus de 400°C Kr=49% Kr=35% Kr=49%
    1 Ruban de Mica d'épaisseur 0,1 mm ayant subi un traitement thermique à plus de 400°C - Kr=30% -
    1 Ruban de Mica d'épaisseur 0,1 mm ayant subi un traitement thermique à 340°C - - -
    Deuxième couche 1 Ruban de polyimide d'épaisseur 0,030 mm Kr = 30%
    Troisième couche 1 Ruban PTFE 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,100 mm Kr = 53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,100 mm Kr = 53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,100 mm Kr = 53%
    1 Ruban PTFE 1 ruban PTFE UV d'épaisseur 0,076 mm Kr = 53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,100 mm Kr = 53% 1 ruban PTFE non UV d'épaisseur 0,100 mm Kr = 53%
    1 Ruban PTFE - 1 ruban PTFE UV d'épaisseur 0,076 mm Kr = 53% 1 ruban PTFE UV d'épaisseur 0,076 mm Kr = 53%
    Poids du câble électrique (g/m) 23,4 28,3 26
    Diamètre du câble électrique (mm) 2,72 à 2,80 3,3 à 3,43 3,10 à 3,18
  • Les Tableaux 2a et 2b ci-après présentent le rapport R de la masse linéique de PTFE sur la somme des masses linéiques de résine silicone et de polyimide ainsi que la résistance à la propagation d'arc électrique à sec des différents câbles électriques des Tableaux 1a et 1b. Tableau 2a
    Câble électrique DW24A DW20A DW20B DW20C DW20D
    Endommagement collatéral 13% 44% 20% 16% 4%
    Résistance à la propagation de l'arc électrique 87% 56% 80% 84% 96%
    Rapport R 3,44 8,1 8,1 11,9 14,9
    Tableau 2b
    Câble électrique DW14A DW14B DW14C
    Endommagement collatéral 67% 20% 12%
    Résistance à la propagation de l'arc électrique 33% 80% 88%
    Rapport R 9,1 13 15,5
  • Le rapport R de la masse linéique de PTFE sur la somme des masses linéiques de liant polymérique et de polyimide est calculé à partir des masses initiales respectives :
    • de PTFE provenant du ou des rubans de PTFE (troisième couche),
    • de liant polymérique provenant du ou des rubans de mica (première couche), et
    • de polyimide provenant du ou des rubans de polyimide (deuxième couche).
  • Les épaisseurs, les compositions et les constructions de ces rubans ainsi que les coefficients de recouvrement Kr sont bien entendu pris en compte dans le calcul du rapport R.
  • Plus particulièrement, la masse de chacune des couches de PTFE (ruban(s) de PTFE), de liant polymérique (ruban(s) de mica), et de polyimide (ruban(s) de polyimide) est obtenue en calculant la surface occupée par chacune des couches et en la multipliant par la densité de chaque couche, respectivement.
  • Ainsi, on a les équations suivantes :
    • Masse de PTFE :
    • Masse de PTFE = (surfaces occupées par le(s) ruban(s) PTFE non frittés) x (densité = 1,62)
  • La masse de PTFE se calcule avant l'opération de cuisson dite de « frittage » qui conduit à une contraction de 25 % de l'épaisseur radiale de PTFE non fritté.
    • Masse de liant polymérique :
    • Masse du ou des ruban(s) de mica = (surfaces occupées par le(s) ruban(s) de mica) x (densité = 1,30)
  • La masse de liant polymérique se déduit de la masse du ou des rubans de mica en multipliant celle-ci par la teneur du ruban mica en liant polymérique, teneur indiquée par le fournisseur.
    • Masse de liant polymérique = (masse du ou des ruban(s) de mica) x (teneur en liant polymérique (%) du ou des rubans de mica )
    Masse de polyimide :
  • La masse de polyimide se calcule en multipliant la masse du ruban de polyimide comportant sur chaque face une couche d'adhésif fluoré (FEP), et en multipliant cette masse par la teneur en polyimide dudit ruban.
    Masse de polyimide = surface occupée par le ruban de polyimide × densité = 1 , 50 × teneur en polyimide ( % ) du ruban de polyimide à adhésif fluoré = 76 , 5 %
    Figure imgb0001
  • Enfin, la surface occupée par une couche se calcule en retranchant de la surface du cercle de diamètre égal au diamètre extérieur (De) de ladite couche, la surface du cercle de diamètre égal au diamètre intérieur (Di) de ladite couche selon la formule suivante :
    Surface occupée par une = π 4 × De 2 - Di 2
    Figure imgb0002
  • Pour la première couche d'isolation, le diamètre intérieur est égal au diamètre du conducteur.
  • Le diamètre extérieur de la couche est égal à la somme du diamètre intérieur et de 2 fois l'épaisseur radiale (ER) de la couche, à savoir : De = Di + 2 × ER .
    Figure imgb0003
  • L'épaisseur radiale (ER) d'une couche rubanée est donnée par l'équation suivante : ER = Epaisseur du ruban en mm 1 - recouvrement Kr du ruban en %
    Figure imgb0004
  • A titre d'exemple, le calcul du rapport R concernant le câble électrique DW20D est détaillé ci-après, la méthode de calcul étant identique pour les autres types de câbles électriques DW décrits dans les tableaux 1a et 1b.
  • Différentes normes concernant lesdits câbles électriques DW, bien connues de l'homme du métier, précisent le diamètre du conducteur électrique en fonction de sa section, du nombre de fils conducteurs ainsi que du diamètre de chacun desdits fils, et du degré de compactage desdits fils conducteurs.
  • A titre d'exemple, selon la norme EN 2346-005, le diamètre du conducteur électrique des câbles électriques référencés dans les tableaux 1a et 1b est détaillé dans le tableau 3 ci-dessous. Tableau 3
    Câble électrique Section du conducteur électrique (mm2) Nombre de fils conducteurs Diamètre de chaque fils conducteur (mm) Diamètre maximal du conducteur électrique (mm)
    DW24 0,25 19 0,12 0,62
    DW20 0,60 19 0,20 1,04
    DW14 2,0 37 0,25 1,82
  • Un autre exemple dudit diamètre, conformément à la norme NF EN 4434, est détaillé dans le tableau 4 ci-dessous. Tableau 4
    Câble électrique Section du conducteur électrique (mm2) Nombre de fils conducteurs Diamètre de chaque fils conducteur (mm) Diamètre minimal du conducteur électrique (mm) Diamètre maximal du conducteur électrique (mm)
    DW24 0,25 19 0,12 0,555 0,585
    DW20 0,60 19 0,20 0,94 0,97
    DW14 2,0 37 0,25 1,69 1,73
  • Les diamètres des conducteurs DW24, DW20 et DW14 des tableaux 1a et 1b sont ceux mentionnés respectivement dans la colonne « Diamètre maximale du conducteur électrique » du tableau 4 selon la norme EN 4434, lesdits diamètres étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
    Diamètre du conducteur = 0,97 mm
    • La première couche :
  • Epaisseur du ruban de mica = 0,100 mm
    Recouvrement Kr du ruban de mica = 37 %
    Densité du ruban de mica = 1,30
    Teneur en liant polymérique du ruban mica = 13 %
    Diamètre intérieur de la couche de mica = 0,97 mm
    Surface du cercle de diamètre 0,97 mm = 0,7390 mm2
    Epaisseur radiale de ruban de mica = 0,1587 mm
    = 0,100/(1 - 0, 37)
    Diamètre extérieur de la couche de mica = 1,2875 mm
    =0,97 + 2 x 0,1587
    Surface du cercle de diamètre 1,2875 mm = 1,3018 mm2
    Surface de la couche de ruban de mica = 0,5629 mm2
    = 1,3018 - 0,7390
    Masse de la couche de ruban de mica = 0,731
    = 0,5629 x 1, 30
    Masse de liant polymérique du ruban de mica = 0,0951
    = 0,7319 x 0,13
    • La deuxième couche :
  • Epaisseur du ruban de polyimide à adhésif fluoré = 0,030 mm
    Recouvrement Kr du ruban de polyimide à adhésif fluoré = 30 %
    Densité du ruban de polyimide à adhésif fluoré = 1,53
    Teneur en polyimide du ruban de polyimide
    à adhésif fluoré = 76,5 %
    Diamètre intérieur de la couche de polyimide
    à adhésif fluoré = 1,2875 mm
    Surface du cercle de diamètre 1,2875 mm = 1,3018 mm2
    Epaisseur radiale de ruban de polyimide
    à adhésif fluoré = 0,0435 mm
    = 0,03048/(1 - 0,30)
    Diamètre extérieur de la couche de polyimide
    à adhésif fluoré = 1,3745mm
    = 1, 2875 + 2 x 0,0435
    Surface du cercle de diamètre 1,3745 mm = 1,4839 mm2
    Surface de la couche de ruban de polyimide
    à adhésif fluoré = 0,1821mm2
    = 1,4839 - 1,3018
    Masse de la couche de ruban de polyimide
    à adhésif fluoré = 0,2786
    = 0,1821 x 1,53
    Masse de polyimide du ruban de polyimide
    à adhésif fluoré = 0,2131
    = 0,2786 x 0,765
    • La troisième couche :
  • Epaisseur du premier ruban PTFE non fritté = 0,076 mm
    Recouvrement Kr du premier ruban PTFE non fritté = 53 %
    Densité du premier ruban PTFE non fritté = 1,62
    Diamètre intérieur de la couche du premier ruban
    PTFE non fritté = 1,3745 mm
    Surface du cercle de diamètre 1,5362 mm = 1,4839 mm2
    Epaisseur radiale du premier ruban PTFE non fritté = 0,1617 mm
    = 0,076/(1 - 0,53)
    Diamètre extérieur de la couche du premier ruban
    PTFE non fritté = 1,6980 mm
    = 1,3745 + 2 x 0,1617
    Surface du cercle de diamètre 1,6980mm = 2,2643 mm2
    Surface de la couche du premier ruban PTFE non fritté = 0,7804 mm2
    = 1,8536 - 1,4839
    Masse de la couche du premier ruban PTFE non fritté = 1,2643
    = 0,7804 x 1,62
    Epaisseur du deuxième ruban PTFE non fritté 0,076 mm
    Recouvrement Kr du deuxième ruban PTFE non fritté = 53 %
    Densité du deuxième ruban PTFE non fritté = 1,62
    Diamètre intérieur de la couche du deuxième ruban
    PTFE non fritté = 1,6980 mm
    Surface du cercle de diamètre 1,6980 mm = 2,2643 mm2
    Epaisseur radiale du deuxième ruban PTFE non fritté = 0,1617 mm
    = 0,076/(1 - 0,53)
    Diamètre extérieur de la couche du deuxième ruban
    PTFE non fritté = 2,0214 mm
    =1,6980+2x0,1617
    Surface du cercle de diamètre 2,0214 mm = 3,2090 mm2
    Surface de la couche du deuxième ruban PTFE non fritté = 0,9447 mm2
    = 3,2090 - 2,2643
    Masse de la couche du deuxième ruban PTFE non fritté = 1,5304
    = 0,9447 x 1,62
    Epaisseur du troisième ruban PTFE non fritté = 0,076 mm
    Recouvrement Kr du troisième ruban PTFE non fritté = 53 %
    Densité du troisième ruban PTFE non fritté = 1,62
    Diamètre intérieur de la couche du troisième ruban
    PTFE non fritté = 2,0214 mm
    Surface du cercle de diamètre 2,0214 mm = 3,2090 mm2
    Epaisseur radiale du troisième ruban PTFE non fritté = 0,1617 mm
    = 0,076/(1 - 0,53)
    Diamètre extérieur de la couche du troisième ruban
    PTFE non fritté = 2,3448 mm
    = 2,0214 + 2 x 0,1617
    Surface du cercle de diamètre 2,3448 mm = 4,3180 mm2
    Surface de la couche du troisième ruban PTFE non fritté = 1,1090 mm2
    = 4,3180 - 3,2090
    Masse de la couche du troisième ruban PTFE non fritté = 1,7966
    = 1,1090 x 1,62
    Masse totale de PTFE = 1,2643 + 1,5304 + 1,7966 = 4,5913
    • Rapport R pour le câble électrique DW20D :
  • R = 4 , 5913 / 0 , 0951 + 0 , 2131 = 14 , 9
    Figure imgb0005
  • Chaque câble électrique des Tableaux 1a et 1 b subit le test de résistance à la propagation d'arc électrique à sec selon la méthode d'essai de la norme NF EN 3475-604.
  • Ce test permet de produire, d'une façon contrôlée, les effets de défaillances qui sont représentatifs de ce qui peut survenir en utilisation quand un faisceau de câbles électriques est endommagé par usure de sorte que des arcs électriques se déclenchent entre les câbles électriques et/ou entre des câbles électriques et la structure conductrice.
  • Ce test consiste à soumettre successivement 18 faisceaux de 7 câbles électriques chacun (d'une longueur de 0,5 m) à 6 intensités différentes de courant de court-circuit, 3 des 18 faisceaux étant testés à une même intensité pour la reproductibilité du test.
  • Pour chaque faisceau de 7 câbles, deux câbles électriques sont volontairement endommagés et mis en court-circuit, soit un total de 18 x 5 = 90 câbles électriques pour lesquels on mesure l'endommagement collatéral.
  • Pour satisfaire l'exigence de la norme EN 2346-005, il faut que moins de 25 % (endommagement collatéral) de ces 90 câbles électriques soient endommagés ou identiquement que la résistance à la propagation de l'arc soit au moins de 75 % (résistance propagation d'arc électrique = 100 - endommagement collatéral).
  • L'endommagement collatéral est le rapport entre le nombre de câbles électriques endommagés par l'arc électrique et le nombre total de câbles électriques qui n'ont pas été volontairement endommagés soumis au test.
  • Ainsi, sur les 90 câbles électriques, il est nécessaire qu'au moins 67 câbles électriques résistent à la propagation d'arc électrique à sec.
  • Pour ce faire, l'endommagement collatéral de la couche extérieure des 5 câbles électriques est tout d'abord contrôlé visuellement.
  • Puis, les 5 câbles collatéraux du faisceau sont soumis à un test de tenue en tension dans l'eau selon la méthode de la norme EN 3475-302, pendant une durée et à une valeur de tension électrique alternative définies par la norme EN 2346-005.
  • Les résultats des Tableaux 2a et 2b démontrent clairement que les câbles électriques selon l'invention (DW24A, DW20B, DW20C, DW20D, DW14B, DW14C) présentent une résistance à la propagation d'arc électrique d'au moins 75 %, voire même d'au moins 90 % suivant les prescriptions de la norme NF EN 3475-604.
  • Des résultats identiques ont également été obtenus avec un câble électrique de construction identique au câble DW20B, mais avec une section de conducteur électrique de 0,34 mm2 (DW22) pour un rapport R supérieur ou égal à 4.
  • On observe ainsi que la température plus élevée du traitement thermique de la première couche des câbles électriques selon la présente invention favorise l'obtention d'une bien meilleure résistance à la propagation d'arc électrique.
  • Par exemple, on obtient 80 % en résistance à la propagation d'arc électrique pour DW20B, contrairement au câble électrique DW20A avec lequel on obtient 56 %.
  • D'autres tests concernant la résistance au feu ont également été réalisés selon les méthodes des normes NF EN 3475-408 et prEN 3475-417.
  • Il apparaît clairement que les câbles électriques selon la présente invention présentent une résistance au feu supérieure aux exigences requises de la norme EN 2346-005, à savoir la résistance d'isolement du câble électrique dans la flamme pendant 15 minutes (suivant NF EN 3475-408) ou pendant 5 minutes (suivant prEN 3475-417) doit être supérieure à 10 000 Ohms.
  • Par exemple, le test de résistance au feu NF EN 3475-408 réalisé sur le câble électrique DW20D du Tableau 1a donne une résistance d'isolement comprise entre 64 000 et 242 000 ohms.
  • Par exemple, le test de résistance au feu prEN 3475-417 réalisé sur le câble électrique DW20D du Tableau 1a suivant différentes configurations de harnais donne une résistance d'isolement comprise entre 54 000 et 2 300 000 ohms.
  • Parallèlement, on en déduit que le traitement thermique de la première couche selon la présente invention n'est pas néfaste à la tenue au feu dudit câble.
  • La présente invention n'est pas limitée aux exemples de câbles électriques qui viennent d'être décrits et porte dans sa généralité sur tous les câbles électriques envisageables à partir des indications générales fournies dans l'exposé de l'invention.

Claims (13)

  1. Câble électrique comprenant :
    - un conducteur électrique entouré par une première couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de mica, ledit ruban de mica étant composé de particules de mica déposées par l'intermédiaire d'un liant polymérique sur un support,
    - une deuxième couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de polyimide, et
    - une troisième couche comprenant au moins un enroulement d'un ruban de polytétrafluoroéthylène (PTFE),
    la première couche étant traitée thermiquement à une température d'au moins 400°C, et
    le rapport R de la masse linéique de PTFE sur la somme des masses linéiques du liant polymérique et du polyimide étant tel que :
    ○ R est supérieur ou égal à 2 lorsque la section du conducteur électrique est au plus égale à 0,2 mm2, de préférence comprise entre 0,1 et 0,2 mm2,
    ○ R est supérieur ou égal à 4 lorsque la section du conducteur électrique est strictement supérieure à 0,2 mm2 et strictement inférieure à 0,6 mm2,
    ○ R est supérieur ou égal à 6 lorsque la section du conducteur électrique est égale à 0,6 mm2,
    ○ R est supérieur ou égal à 12 lorsque la section du conducteur électrique est strictement supérieure à 0,6 mm2, de préférence d'au plus 3 mm2.
  2. Câble électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique de la première couche s'effectue pendant une durée t supérieure d'au moins 30 % à la durée t0 nécessaire au dégazage de la première couche, de préférence ladite durée t est d'au moins 1 minute.
  3. Câble électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ruban de mica comprend au plus une quantité de 20 % en poids de liant polymérique, de préférence le ruban de mica comprend une quantité de 13 % en poids de liant polymérique.
  4. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liant polymérique est une résine silicone.
  5. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pourcentage de recouvrement d'un ruban de mica sur lui-même lors de son enroulement et/ou d'un ruban de polyimide sur lui-même lors de son enroulement est d'au plus 49 %.
  6. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième couche comprend un unique enroulement d'un ruban de polyimide.
  7. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième couche comprend au moins deux enroulements d'un ruban de PTFE.
  8. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules de mica sont du type phlogopite.
  9. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ruban de polyimide comprend une couche de polyimide recouverte sur chacune de ses faces d'un revêtement de copolymère d'éthylène propylène fluoré (FEP).
  10. Câble électrique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la deuxième couche est traitée thermiquement à une température supérieure à la température de fusion des couches de FEP.
  11. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième couche est traitée thermiquement à une température supérieure à 340°C.
  12. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième couche comprend en outre une couche extérieure apte à être marquée.
  13. Harnais électrique comprenant au moins un câble électrique tel que défini selon les revendications précédentes.
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