CH639795A5

CH639795A5 - Conducteur electrique pourvu d'une isolation.

Info

Publication number: CH639795A5
Application number: CH364779A
Authority: CH
Inventors: Nelson Hildreth
Original assignee: Champlain Cable Corp
Priority date: 1978-04-19
Filing date: 1979-04-18
Publication date: 1983-11-30
Also published as: JPS5586007A; IL57083A; DE2913070A1; US4184001A; IT7921953A0; IT1202911B; GB2021304B; BE875710A; IL57083A0; FR2423845B1; JPS6161204B2; CA1110998A; GB2021304A; FR2423845A1

Description

La présente invention concerne un conducteur électrique, pourvu d'une isolation qui convient particulièrement aux applications où régnent des températures élevées et dans lesquelles une résistance à l'abrasion est nécessaire.

Il existe actuellement une demande pour une bonne isolation, légère, ignifuge, résistante à l'abrasion et aux températures élevées, principalement dans l'industrie aéronautique pour fils de fuselage et de connexions. Cette industrie utilise généralement des isolants très coûteux, comme des polyimides ou du polytétrafluoréthylène chargé. On a utilisé aussi des émaux de polyimides sur diverses isolations pour les améliorer en ce qui concerne leur résistance à l'abrasion, mais la plupart de ces émaux ont une résistance médiocre à l'entaille aux températures élevées.

L'isolation du conducteur électrique selon l'invention comprend une couche de matière isolante polymère réticulée, dans laquelle le polymère est un copolymère ou terpolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène ou un copolymère d'éthylène et de trifluorochloréthylène, et un revêtement constitué par un polyimide durcissable à chaud, adhérant à la surface de la dite couche. L'isolation du conducteur selon l'invention présente une combinaison unique de propriétés, telles que bonne résistance à la flamme, bonne résistance à l'abrasion par grattage et à l'entaille aux températures élevées, bonnes propriétés électriques, faible corrosivité, bonne aptitude au dépouillement et faible tendance à fumer.

De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, dont l'unique figure est une vue en perspective, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce système isolation protégeant un conducteur.

Dans cette figure, un câble désigné par la référence générale 10 comporte un conducteur en fil métallique 1JL qui peut être en cuivre, en cuivre revêtu d'étain, en alliage de cuivre, ou autre matériau similaire. Le conducteur Y2 peut être soit to-

ronné, soit plein. Il est revêtu d'une première couche de matière isolante polymère 14, qui est un copolymère ou un terpolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène ou un copolymère d'éthylène et de trifluorochloréthylène, réticulé par irra-5 diation. Cette couche de matière isolante est elle-même revêtue d'une couche d'émail de polyimide J_6.

La réticulation peut être effectuée soit avant, soit après l'application de la couche de polyimide.

30 Le procédé de fabrication du système d'isolation selon l'invention est maintenant décrit en détail. Dans cette description, on utilise pour la première couche, celle de matière isolante polymère, un copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène. Le procédé reste cependant le même lorsqu'on uti-15 lise un terpolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène ou un copolymère d'éthylène et de trifluorochloréthylène. Pour le terpolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène, on peut utiliser comme troisième monomère une large gamme de monomères éthyléniquement insaturés.

20 Le copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène est charge sous n'importe quelle forme convenable: granules, copeaux, poudre, dans la trémie d'alimentation d'une extru-deuse et chauffé de façon à former un fluide visqueux. Le conducteur à isoler est généralement soumis à un réchauffage pré-25 alable à 121 °C avant d'être enduit de polymère. Le copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène sort de la filière à l'état de liquide visqueux et sous une forme tubulaire; il est étiré sur le conducteur en utilisant un rapport d'étirage convenable. Par exemple, pour isoler un conducteur de jauge 24 (jauge 30 américaine), c'est-à-dire ayant un diamètre extérieur de 0,60 mm, avec une couche de copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène de 0,178 mm d'épaisseur, on extrude le dit copolymère à travers une filière annulaire ayant un diamètre intérieur de 2,438 mm et un diamètre extérieur de 3,658 mm. 35 Le copolymère sortant de l'extrudeuse sous une forme tubulaire est étiré sur le conducteur en utilisant un rapport d'étirage de 7/1. On peut isoler des conducteurs d'autres dimensions avec les copolymères décrits dans le présent mémoire et l'on peut varier l'épaisseur de la couche de matière isolante 40 polymère en modifiant les dimensions de la filière et le rapport d'étirage.

Une extrudeuse typique pour les polymères fluorocarbo-nés utilisés dans le système d'isolation selon l'invention comprend une partie alimentation, une partie centrale et une par-45 tie filière; elle fonctionne avec une température d'environ 100 °C pour la partie alimentation, d'environ 360 °C pour la partie centrale et d'environ 332 °C pour la partie avant ou partie filière. Après que la première couche de matière isolante polymère a été extrudée à travers la filière et étirée sur le so conducteur, on refroidit brusquement le conducteur ainsi enrobé en le trempant dans un bain d'eau froide.

Une fois qu'on a isolé le fil métallique avec la première couche de matière isolante polymère, on réticule cette matière en exposant le fil isolé à un rayonnement ionisant de grande 55 énergie, comme celui émis par un accélérateur d'électrons à haute tension, des rayons X, des rayons gamma émis par une source comme le Cobalt 60, et autres rayons similaires. La source préférée de rayonnement ionisant de grande énergie est un accélérateur d'électrons à haute tension. Le temps d'irra-60 diation nécessaire pour effectuer la réticulation au moyen d'un accélérateur d'électrons à haute tension typique peut varier entre 2 secondes et 60 secondes environ. Toutefois, la dose totale d'irradiation doit être contrôlée entre 3 et 20 mégarads. Les conditions préférées pour irradier la première couche de «s matière isolante polymère avec un accélérateur d'électrons sont 6 secondes et une dose totale d'irradiation de 10 mégarads, soit une intensité d'irradiation de 1,66 mégarad par seconde.

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On peut, si on le désire, enduire tout d'abord la couche de matière isolante polymère d'un émail de polyimide et ne la soumettre qu'ensuite à une irradiation de grande énergie pour réticuler le polymère. L'émail de polyimide est extrêmement résistant à la réticulation par irradiation et cette dernière ne produit pas de changement notable dans sa structure.

Le polyimide est appliqué sur la surface de la couche de matière isolante polymère par n'importe quelle méthode appropriée, par exemple au trempé ou par pulvérisation. Le conducteur passe ensuite à travers une série de fours dans lesquels le revêtement de polyimide est séché et durci. Cette phase de durcissement entraîne une évaporation du solvant et elle peut se dérouler soit comme une opération continue unique, soit par passes multiples à travers un four. De même, la phase de durcissement peut avoir lieu par fournées successives. en plaçant chaque fois un rouleau de fil dans un four pendant une période comprise entre ]/4 d'heure et 4 heures, à une température d'environ 204 °C. On peut contrôler l'épaisseur du revêtement de polyimide sur le polymère réticulé en faisant passer le fil enduit de polyimide à travers une série de filières de calibrage. Pour obtenir la résistance à l'entaille désirée du système d'isolation selon l'invention, l'épaisseur du revêtement en émail de polyimide doit être au moins égale à 0.0127 mm. L'épaisseur préférable de ce revêtement est d'environ 0,0254 mm. On peut appliquer des revêtements de polyimide plus épais, pouvant atteindre 0,0508 mm.

Il est préférable de traiter la surface de la matière isolante polymère après qu'elle a été réticulée par irradiation, afin d'activer cette surface avant l'application de l'émail de polyimide. Un procédé d'activation de la matière isolante polymère consiste à mettre sa surface en contact avec une matière telle que le lithium, le sodium, ou une solution d'un métal alcalin comme le sodium ou le potassium dans de l'ammoniac anhydre liquide, par exemple de 1 % à 10% de sodium dans le dit ammoniac, ou une solution, à 5% par exemple, de sodium métallique dans du naphtalène fondu, ou du naphtalène-so-dium dissous dans du tétrahydrofuranne. Ces substances décapent la surface de la matière isolante polymère et améliorent l'adhérence de l'émail de polyimide à cette surface.

La matière isolante polymère réticulée qui est utilisée dans le système d'isolation selon l'invention est préparée en irradiant une matière polymère choisie dans un groupe comprenant le copolymère de l'éthylène et du tétrafluoréthylène (existant dans le commerce et vendu sous la marque TEFZEL 200 par E.I. du Pont de Nemours & Co.), le terpolymère de l'éthylène et du tétrafluoréthylène (existant dans le commerce et vendu sous la marque TEFZEL 280 par E.I. du Pont de Nemours & Co.) et le copolymère de l'éthylène et du trifluorochloréthylène (existant dans le commerce et vendu sous la marque HALAR par Allied Chemical Company).

Les polymères qui peuvent être réticulés par irradiation pour former la première couche du système d'isolation selon l'invention peuvent contenir de faibles quantités d'agents réti-culants, comme les esters tri-allyliques de l'acide cyanurique et de l'acide isocyanurique. On peut aussi incorporer au polymère d'autres agents réticulants, comme ceux décrits dans le brevet U.S. No. 4 031 167. Ces agents réticulants sont utilisés dans des proportions variant entre 1 % et 10% environ, en poids, ce pourcentage étant basé sur le poids du polymère.

Les émaux utilisés pour enduire la matière polymère réticulée par irradiation selon l'invention sont des imides polymères durcissables à la chaleur, ayant (1) un noyau aromatique, par exemple un noyau benzénique ou un noyau condensé comme le naphtalène, et (2) une liaison hétérocyclique à cinq ou six sommets contenant un atome d'azote ou plus et ou des groupes à double liaison carbone à carbone et/ou carbone à 5 azote et/ou carbonyles. Il s'agit de préférence essentiellement d'atomes de carbone non aromatiques sur lesquels sont fixés des atomes d'hydrogène. Les imides polymères sont des résines et sont en général des polymères linéaires qui ont un point de fusion extrêmement élevé en raison de leur poids molécu-io laire considérable et de leur forte attraction intermoléculaire. Comme exemples des polyimides qui peuvent être utilisés pour la fabrication du conducteur isolé selon l'invention, on peut citer ceux décrits dans le brevet U.S. No 3 168 417. Les polyimides décrits dans ce brevet, notamment dans les colon-15 nés 2,3 et 4, sont spécifiquement incorporés au présent mémoire par référence au dit brevet. Les polyimides préparés par condensation de diamines aromatiques, comme la 4,4-oxydi-aniline, et de dianhydres pyromellitiques, constituent des revêtements convenables pour les système d'isolation selon l'in-20 vention.

Les polyimides sont appliqués à la surface de la matière isolante polymère sous forme de solution. On peut utiliser comme solvant dans cette solution n'importe quel solvant approprié pour polyimides, comme l'acide formique, le di-25 méthylsulfoxyde, l'acide sulfurique, ainsi que le N-méthylpyr-rolidone, le N-méthylcaprolactame, le diméthylacétamide et autres solvants convenables.

Un polyimide préféré pour l'utilisation dans le système d'isolation selon l'invention est vendu dans le commerce par 30 E.I. du Pont de Nemours & Co. sous la marque LIQUID H.

Exemple 1

On détermine les propriétés de conducteurs enrobés dans 35 le système d'isolation selon l'invention en procédant comme décrit plus haut. On toronne dix-neuf brins de fil métallique d'un diamètre de 0,201 mm chacun pour former un conducteur ayant un diamètre de 0,940 mm (repère 20 de la jauge américaine AWG). On enrobe ensuite le conducteur toronné 4o dans une première couche de matière isolante polymère d'une épaisseur de 0,254 mm. On utilise comme matière polymère un copolymère de l'éthylène et du trifluorochloréthylène. On irradie ensuite cette matière avec des électrons à haute tension émis par un accélérateur d'électrons; l'irradiation dure 6 se-45 condes. La dose totale de radiation est de 10 mégarads. On traite alors la surface de la matière isolante polymère avec un mélange de sodium (là 3%) dans l'ammoniac anhydre pour améliorer l'adhérence à sa surface. Après irradiation et traitement de surface, on applique sur la matière polymère réticulée so un revêtement de polyimide d'une épaisseur de 0,0254 mm. Le polyimide est appliqué sous la forme d'une solution à 12% dans un solvant au méthylpyrrolidone normal. Le polyimide utilisé est le produit de la condensation d'une diamine aromatique et du dianhydride pyromellitique. On évalue ensuite di-55 verses propriétés du conducteur isolé ainsi obtenu. Le Tableau I ci-après est un tableau comparatif de certaines propriétés du conducteur isolé selon l'invention et du même conducteur isolé avec une même épaisseur de copolymère non réticulé d'éthylène et de trifluorochloréthylène, ainsi qu'avec un 6o copolymère réticulé par irradiation d'éthylène et de trifluorochloréthylène mais non enduit de polyimide (même processus et mêmes conditions que ci-dessus.

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Tableau I

Propriété

Essai

ECTFE non

ECTFE

ECTFE réticulé et

réticulé (1)

réticulé

Polyimide (2)

Résistance

«essai dynamique de résistance

-

22,680 kg

41,549 kg

à l'entaille

à l'entaille» en utilisant l'appa

à 23 °C

reil Instron; lame de 0,127 mm

de rayon

Résistance

«essai dynamique de résistance

-

1,178 kg

9,425 kg

à l'entaille

à l'entaille» en utilisant l'appa

à 200°C

reil Instron; lame de 0,127 de

rayon

Abrasion

MÌ1.-W-22 759;

-

556,26 mm

1155,7 mm

para. 4.7.5.12

Vieillissement

Mil-W-22 759

refusé

accepté

accéléré; 7h

à 210 °C

(1) ECTFE = copolymère d'éthylène et de trifluorochloréthylène

(2) Polyimide vendu sous la marque LIQUID H

Exemple 2

On isole un conducteur tel que celui décrit à l'exemple 1 avec une première couche de matière isolante polymère, qui est un copolymère modifié d'éthylène et de tétrafluoréthylène vendu sous la marque TEFZEL 280. On respecte pour l'isola-

2s tion du conducteur toutes les conditions et tous les paramètres indiqués à l'exemple 1. On évalue les propriétés du conducteur ainsi isolé. Les résultats de cette évaluation sont indiqués au Tableau II ci-dessous:

Tableau II

Propriété

Déformation

Traction

Allongement

Retrait

Résistance de l'isolation

Résistance à

l'abrasion

Vieillissement accéléré

Essai

U.L. 758; sauf275 "Cet 250 g de poids U.L. 758 U.L. 758

Mil-W-22 759; para.4.7.5.10 température de l'essai 250 °C Mil-W-22 759; para. 4.7.5.2

Mil-W-22 759; para.4.7.5.12.2

Mil-W-81 044/9; sauf épreuve à 250°C

Résultat 70%

378,690 kg/cm2

150%

0

1866,9 mm accepté

Exemple 3 50

En procédant de la même manière et en utilisant les mê- lation selon l'invention sont comparées à celles d'un fil isolé mes dimensions et conditions de conducteur et d'isolation que préparé dans les mêmes conditions et en utilisant le même celles spécifiées à l'exemple 1, on isole un fil toronné avec le conducteur et la même épaisseur de matière isolante polymère système d'isolation selon l'invention, en utilisant un copoly- et de polyimide qu'à l'exemple 1. Les résultats de cette évalua-mère d'éthylène et de tétrafluoréthylène pour la couche de po- 55 tion correspondent à la moyenne de quatre essais de chaque lymère. Pour contrôle, certaines propriétés du système d'iso- propriété et ils sont indiqués au Tableau III ci-après:

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Tableau III Propriété

Abrasion par grattage

Déformation

Résistance à l'entaille à 150°C

Essai

Mil-W-22 759 para. 4.7.5.4.1 sauf

1,36 kg poids U.L. 758 sauf 250 g, 275 °C

Isolation par EFTE

490,22 mm

4,218 kg

EFTA réticulé (1)

152,4 mm

2,722 kg

Isolation par EFTE et Polyimide

100%

ETFE réticulé et Polyimide

2014,22 mm

70% 4,672 kg

( 1 ) EFTE = copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène

C

1 feuille dessins

Claims

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1. Conducteur électrique pourvu d'une isolation, caractérisé en ce que l'isolation comporte une première couche d'une matière isolante polymère réticulée, dans laquelle le polymère est choisi dans le groupe comprenant un copolymère d'éthy-lène et de tétrafluoréthylène, un terpolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène et un copolymère d'éthylène et de trifluo-rochloréthylène, et un revêtement extérieur constitué par un polyimide durcissable à la chaleur, qui adhère à la surface de la matière isolante polymère réticulée.

2. Conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polyimide durcissable à la chaleur est choisi dans le groupe comprenant les polymères qui ont un membre du groupe constitué par les noyaux benzène et naphtalène relié à deux atomes de carbone d'un noyau hétérocyclique à cinq ou six sommets, un ou deux des atomes du noyau hétérocyclique étant l'azote et le reste des atomes de ce noyau hétérocyclique étant des atomes de carbone.

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REVENDICATIONS

3. Conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère réticulé est un copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène.

4. Conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère réticulé est un copolymère d'éthylène et de trifluorochloréthylène.

5. Conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère réticulé est un terpolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène.

6. Conducteur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le polyimide est le produit de condensation de la 4,4-oxydianiline et du dianhydride pyromellitique.