EP0791938A1 - Procédé et installation de fabrication de câbles électriques isolés à revêtement mince - Google Patents

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EP0791938A1
EP0791938A1 EP97400370A EP97400370A EP0791938A1 EP 0791938 A1 EP0791938 A1 EP 0791938A1 EP 97400370 A EP97400370 A EP 97400370A EP 97400370 A EP97400370 A EP 97400370A EP 0791938 A1 EP0791938 A1 EP 0791938A1
Authority
EP
European Patent Office
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coating
extrusion
zone
support
cable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97400370A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christine Dos Santos Ferreira
Janny Verdier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fileca-Foptica
Original Assignee
Fileca-Foptica
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0791938A1 publication Critical patent/EP0791938A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06Insulating conductors or cables
    • H01B13/14Insulating conductors or cables by extrusion
    • H01B13/143Insulating conductors or cables by extrusion with a special opening of the extrusion head
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06Insulating conductors or cables
    • H01B13/14Insulating conductors or cables by extrusion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06Insulating conductors or cables
    • H01B13/14Insulating conductors or cables by extrusion
    • H01B13/141Insulating conductors or cables by extrusion of two or more insulating layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06Insulating conductors or cables
    • H01B13/14Insulating conductors or cables by extrusion
    • H01B13/146Controlling the extrusion apparatus dependent on the capacitance or the thickness of the insulating material

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing insulated electric cables with a thin coating, comprising insulating a conductive core with an insulating jacket and depositing a thin coating.
  • a thin coating is called a coating having a thickness of at least less than 100 ⁇ m.
  • the invention also relates to an installation for implementing such a method.
  • cables are more especially used in the aeronautical field where the requirements of quality, stability are important and must be obtained with a minimum weight.
  • the coating layers must have good adhesion to the insulating envelope.
  • the method relates to the application of a coating on wiring wires, elements and sheaths of multi-conductor electric cables which can be marked or not, for example by a method using a laser.
  • This coating is generally a fluoropolymer resin of chemical family ETFE, (copolymer of Ethylene and TetraFluoroEthylene), FEP (copolymer of TetraFluoroEthylene and hexafluoroPropylene), PFA (polymer with basic structure Carbon-Fluorine with side chains PerFluorAlcoxy).
  • ETFE copolymer of Ethylene and TetraFluoroEthylene
  • FEP copolymer of TetraFluoroEthylene and hexafluoroPropylene
  • PFA polymer with basic structure Carbon-Fluorine with side chains PerFluorAlcoxy
  • a wiring wire can be obtained by wrapping a conductive core, it then forms a tape support.
  • tape support is either of the polytetrafluoroethylene family or of the family of coated polyimides. All tapes are sealed by heat treatment.
  • Materials such as (copper, copper alloys, copper steels, aluminum and aluminum alloys) can be used for the production of cores and shields. These different metals can be protected by tinning, silver plating or nickel plating.
  • the dimensions of the supports used according to the invention concerning wiring wires and elements are preferably defined by the AWG standard (American Wire Gage) of minimum diameter equal to 0.70 mm and maximum equal to 2 mm.
  • Document JP-A-01.065.729 deals with the production of an insulated electric wire coated with a thin insulating layer of resin by extrusion.
  • the thin layer is made of tetrafluoroethylene resin and has a thickness of up to 100 ⁇ m.
  • the document FR-A-2,357,042 relates to a process for manufacturing an insulated electric wire and an installation for the implementation of this process.
  • insulation material is discharged in fusion in an extrusion tool through which the wire passes and is compressed on the wire by this tool.
  • the insulation thickness obtained reaches 20 to 50 ⁇ m.
  • Document DD-A-293.911 describes the production of thin layers of polymer on the surface of insulating sleeves, by double extrusion.
  • the document GB-A-2,221,080 relates to a process for manufacturing a cable, in particular an electric cable.
  • the cable is coated with two concentric layers of polymer material, these coatings can be produced by coextrusion.
  • Document JP-A-06.099.470 relates to the production of an insulated wire and its coating with a thin insulating layer by extrusion.
  • JP-A-58.100.318 describes a method of coating a conductor with a thin insulating layer by extrusion.
  • Document JP-A-03.297.011 relates to obtaining an insulated electrical wire for which an extrusion of a thin insulating layer is carried out.
  • the document FR-A-2,492,529 relates to the manufacture of extruded products, in particular sheaths of electric cables. It discloses the deposition on the core of the cable of several protective layers, including at least one insulating layer, by extrusion.
  • the object of the invention is to considerably improve the productivity of cables comprising thin coatings, preferably of thickness 50 ⁇ m maximum for two layers or 35 ⁇ m maximum for one layer.
  • the invention therefore relates to a method for manufacturing insulated electric cables with a thin coating deposited on a support, in which the coating is deposited by extrusion around the support and the coating is made of fluoropolymer resin.
  • At least one fluoropolymer resin is introduced successively into a feed zone, a compression zone and a plasticization zone of at least one extrusion screw respectively to form the thin coating.
  • the method of the invention allows a very thin coating of fluoropolymer resin, for example from the chemical family ETFE, FEP or PFA, to be produced on a ribbon cable, using extrusion technology.
  • the method according to the invention has advantages in particular a constant and concentric thickness of the coating on the cable and a reduced cost due to the increase in productivity.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain a cable meeting the quality requirements of aeronautical products.
  • the coating extruded on the ribbon cable has great resistance to temperature aging and attack from the outside. Finally, the marking of the coated cable remains legible and the exterior color is not altered.
  • Flaming, preheating in a hot environment, ionization, induction preheating can be implemented.
  • Flaming consists of passing the support through a flame just before extrusion to prepare it. Preheating advantageously consists in leaving the cable for a certain time in a warm atmosphere.
  • the marking of the cables is carried out by wheel, by ink jet, according to the diameter or the geometry of said cable.
  • the invention also relates to an installation for manufacturing insulated electric cables with a thin coating comprising an extruder which comprises an extrusion head and an extrusion screw.
  • the coating consisting of fluoropolymer resin, the extrusion screw has successively a feeding zone, a compression zone and a plasticization zone.
  • the extrusion head is made of anti-corrosion material.
  • the extruder is equipped with an extrusion screw, an extruder sheath and head tools which are also made of anti-corrosion material.
  • the installation of the coating advantageously comprises an extrusion head fed by two extrusion screws orthogonal to the extrusion head.
  • the extrusion screws are therefore orthogonal to the plane of travel of the support. It is thus possible to produce two-layer coatings.
  • the extrusion head consists of two superimposed coaxial rockets.
  • these rockets then have flow channels avoiding shearing phenomena of sensitive material in fluoropolymer resins, mainly with low flow rates which are suitable for thin coatings.
  • the depth of the threads in the plasticization zone of the extrusion screw is less than the depth of the threads in the feed zone.
  • the depth of the threads combined with the respective lengths of the three zones (feed, compression, plasticization), generates low flow rates not subject to a shearing phenomenon.
  • Figure 1A shows a cable such as those obtained by the method and installation of the invention whose coating is two-layer.
  • Figure 1B shows a cable such as those obtained by the method and installation of the invention whose coating is single-layer.
  • Figure 1C shows a multicore cable.
  • Figure 2 shows a longitudinal view of the coating manufacturing machine.
  • Figure 3A shows a front view of the co-extrusion head and the two screws.
  • Figure 3B shows a top view of Figure 3A.
  • Figure 4A shows a front view of the extrusion head and the screw.
  • Figure 4B shows a top view of Figure 4A.
  • Figure 5 shows the diagram of the extrusion head.
  • Figure 6 shows the extrusion screw in a longitudinal view.
  • the cable manufactured according to the invention is shown in Figures 1A and 1B. It comprises a conductive core 60, contained in an insulating envelope 1a. This envelope 1a constituting the support 1 is covered with a single-layer coating 40 or two-layer 17, 18.
  • Figure 1C illustrates two supports 1 coated respectively with their coatings 17, 18.
  • the assembly comprising the two cables is surrounded successively from inside to outside, by a shield 64, a sheath constituting the support 61 and a bi-layer coating 62, 63 in fluoropolymer.
  • Figure 2 illustrates the installation of the coating manufacturing process 17, 18 on the insulated cable 1.
  • the insulated cable 1 at the outlet of the reel 3 is cleaned using a brushing and a blowing to detach dust or other glued foreign elements.
  • the surface of the insulated core 1 is prepared either by flame treatment, by ionization or by preheating to allow good attachment of the coating to said insulated core 1.
  • the device with vacuum pump 6 can optionally be used to obtain better adhesion of the coating 17, 18 on the insulated cable 1.
  • the extruder 7 makes it possible, from granules, to form and then deposit the coating 17, 18 on the insulated cable 1. It is advantageously equipped upstream with a heating hopper for drying the resin.
  • the processing device 5 of the cable 1 can also operate by flaming. In this configuration, the cable travels through a gas ramp placed in front of the extrusion device.
  • the coated cable 2a, 2b undergoes post-baking 8 to promote the sealing of the coating layer or layers 17, 18.
  • the coated support 17, 18 is cooled in a water tank 9 or in air (the water can be brought up to temperature).
  • a heat source contains thermoregulated heating elements for post-baking the layers.
  • the means used can be hot air, soaking in a mineral salt bath or both.
  • the cooling tank 9 of the coated cable 2a, 2b is disposed after the post-curing device 8.
  • the cooling takes place in air or in water.
  • the marking 10 is carried out by an ink jet, by a wheel.
  • the final geometric control 11 of the coated cables 2a, 2b makes it possible to check the diameter and to detect any faults.
  • the marking unit 10 of the coated cable 2 is placed in line downstream of the extruder 7. This operation can nevertheless be carried out later in a recovery operation.
  • control station 11 makes it possible to control the geometry of the extruded layers 40, 17-18 on the support 1, and any defects.
  • the dielectric control during the production of the cable is done by running in a high voltage dry test unit.
  • It also includes an optical type diameter reader with reading along two perpendicular axes which permanently displays the average and the value of the two diameters read on a processor unit.
  • FIGS 3A and 3B illustrate an extruder 7a used in the installation of the invention to obtain a two-layer coating. It comprises a co-extrusion head 13a with on its left a first extrusion screw 14 and on its right a second extrusion screw 15.
  • the two screws 14, 15 are mounted opposite and orthogonal to the head of co-extrusion 13a, the tape support 1, to be coated passes through the head 13a and comes out coated with the layers 17, 18.
  • Each screw 14, 15 rotates in a sheath 37 consisting of four thermoregulated zones 16a, 16b, 16c, 16d individually.
  • the granules enter the feed zone of the two screws at the end 39, 40 and penetrate in plastic form in the extrusion head 13a where the two layers 17, 18 of the coating are formed.
  • Figures 4A and 4B illustrate an extruder 7b used in the installation of the invention to obtain a single-layer coating 40. It comprises an extrusion head 13b with only one extrusion screw 14; said head 13b is mounted "square" with respect to the extrusion screw 14.
  • the support to be coated 1 passes through the head 13b and leaves coated with a layer 40.
  • the screw 14 rotates in the sheath 37 consisting of four zones 16a, 16b, 16c, 16d individually thermoregulated.
  • the granules enter the feed zone of the screw 14 through its end 41, and penetrate in plastic form into the extrusion head 13b where the layer 40 of the coating is formed.
  • FIG. 5 more particularly illustrates the extrusion head 13a.
  • the two screws 14, 15 are mounted opposite and orthogonal to the head 13a.
  • the insulated cable 1 enters on the left in the head 13a in the direction of advance 19, it comes out to the right with its two very thin coatings 17, 18.
  • the head 13a comprises: a die 23, a punch 24, an internal rocket 25 receiving the molten material intended to form the internal layer 17 of the coating, an external rocket 26, coaxial and superimposed on the internal rocket 25 receiving the molten material intended for forming the outer layer 18 of the coating, a die holder 50 and a die nut 28.
  • the screws 14, 15 have threads 35 arranged on their core 34.
  • the extrusion head 13a is made of anti-corrosion and anti-seize material.
  • This head 13a consists of an inner rocket 25 and an outer rocket 26. These two rockets 25, 26 are coaxial superimposed.
  • the angle head for fluorine material extrusion is designed to receive boring dies less than about 15 mm; adapted to the rules of fluoropolymers.
  • the tools can be of the "tubing or stuffing" type.
  • the dimensional compensation of the head is carried out by punch holder and die holder as appropriate.
  • the concentricity tolerance in the aligned organs 26, 25, 24, 23, 50, 13a is less than or equal to 0.10 mm.
  • the punch 24 and the die 23 are equipped with a temperature self-regulation system.
  • the head 13a is equipped with pressure probes which make it possible to know in real time the uniformity of the pressure in the tools.
  • Two adapters 36a, 36b are disposed respectively between the screws 14, 15 and the extrusion head 13a.
  • the screw 14 and its adapter 36a are inserted into a sheath 37a.
  • the screw 15 and its adapter 36b are inserted into a sheath 37b.
  • the plasticized material 33 formed in the screw 14 enters the head 13a through the first inlet 29.
  • the material plasticized 51 formed in the screw 15 enters the head 13a through the second inlet 30.
  • FIG. 5 illustrates the process of forming the two layers 17, 18 of the coating on the insulated cable 1 through the head 13a.
  • the dried granules thanks to the rotation of the screws 14, 15 and to the effect of the heating of the sleeves 37a, 37b are kneaded and plasticized to obtain a molten material flowing through the two cones 21, 22 of the head 13a.
  • the traction of the cable 2b in the direction 19 makes it possible to deposit the two layers 17, 18.
  • the two layers of superimposed molten materials flow between the punch 24 and the die 23.
  • the thicknesses of material deposited on the cable depend on a part of the space between the die and the punch and secondly the cable pulling speed.
  • the material 33 is plasticized between the sleeves 37a, 37b, the cores 34 and the threads 35 of the screws 14, 15.
  • the adapters 36a, 36b allow good regulation of the flow of the plasticized material 33.
  • FIG. 6 illustrates an extrusion screw 14, 15 comprising threads 35 with pitch P on a core 34.
  • the screw 14, 15 is of the three-zone type (A: supply, C: compression, PL: plasticization).
  • the coating may consist for example of a layer of PFA and a layer of FEP or of two layers of identical chemical nature.
  • a long feeding area provides residence time and a heat transfer surface large enough for material to melt.
  • the depth of the thread makes it possible to transport the resin in a uniform manner, while leaving a sufficient diameter for the core, so that the screw retains all its rigidity.
  • the transition zone makes the link between the feeding zone and the plasticization zone. Transition and compression are faster than feeding.
  • a transition length of approximately five times the diameter of the screw will be used.
  • the plasticizing zone acts like a pump of melted material, and creates the pressure which will push the melted material through the head and the die.
  • the thread depth of this area determines the flow characteristics of the screw. Deep threads provide greater volumetric flow rates, however, the thread depth in the plasticizing area must be less than that of the feeding area to achieve compression.
  • the difficulty in defining the screws used in the invention lies in the low flow rates achieved. Indeed: if the extrusion speed of this invention increases the mass deposited in a given time, the thicknesses of 35 ⁇ m and 50 ⁇ m only give very low coating weights per kilometer of cable.
  • fluoropolymer resins do not absorb moisture. However, water can condense on the surface of the granules.
  • the use of a simple and efficient heating means allows the resin to dry before the molten material is formed at the start of the process.
  • a vacuum can be created around the cable in the existing volume.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication de câbles électriques isolés à revêtement (17-18) mince déposé sur un support (1) par extrusion ou coextrusion. Pour l'extrusion, on introduit au moins une résine fluoropolymère dans successivement une zone d'alimentation, une zone de compression et une zone de plastification de respectivement au moins une vis d'extrusion. L'invention concerne aussi une installation permettant de mettre en oeuvre le procédé, comprenant une extrudeuse (7) qui comporte une tête d'extrusion et une vis d'extrusion ayant successivement une zone d'alimentation, une zone de compression et une zone de plastification. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un procédé de fabrication de câbles électriques isolés à revêtement mince comportant l'isolation d'une âme conductrice par une enveloppe isolante et le dépôt d'un revêtement mince.
  • On appelle ici revêtement mince un revêtement ayant une épaisseur au moins inférieure à 100 µm.
  • L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
  • Ces câbles sont plus spécialement utilisés dans le domaine de l'aéronautique où les exigences de qualité, de stabilité sont importantes et doivent être obtenues avec un poids minimum. En particulier on cherche, dans ce domaine à réaliser des câbles repérables facilement par leur couleur, compatibles avec les systèmes spécifiques de marquage des câbliers et avionneurs, résistant bien au vieillissement et à la température et présentant une bonne tenue aux liquides de bord. Les couches de revêtement doivent présenter une bonne adhésion sur l'enveloppe isolante. Ce sont les raisons pour lesquelles les âmes conductrices, après avoir reçu une enveloppe isolante sont recouvertes d'une ou de plusieurs couches minces.
  • Le procédé concerne l'application d'un revêtement sur des fils de câblage, des éléments et des gaines de câbles électriques multiconducteurs marquables ou non par exemple par un procédé mettant en oeuvre un laser.
  • Ce revêtement est généralement une résine fluoropolymère de famille chimique ETFE, (copolymère d'Ethylène et TétraFluoroEthylène), FEP (copolymère de TétraFluoroEthylène et d'hexafluoroPropylène), PFA (polymère à structure de base Carbone-Fluor avec des chaînes latérales PerFluorAlcoxy).
  • On appellera par la suite "support" l'un quelconque des produits suivants:
    • un fil de câblage, c'est-à-dire une âme conductrice et son enveloppe isolante,
    • un élément, c'est-à-dire un fil de câblage entrant dans la constitution d'un câble,
    • un blindage, c'est-à-dire une partie métallique recouvrant un certain nombre d'éléments,
    • une enveloppe ou gaine, c'est-à-dire un isolant qui recouvre le blindage.
  • Un fil de câblage peut être obtenu par enrubannage d'une âme conductrice, il forme alors un support rubané.
  • La nature du support rubané est soit de la famille polytétrafluoroéthylène ou de la famille des polyimides enduits. Tous les rubans sont scellés par traitement thermique.
  • Les rubans polyimides peuvent être constitués de différents matériaux, on pourra citer comme exemple les marques déposées suivantes:
    • KAPTON F, marque déposée par DUPONT de NEMOURS,
    • OASIS, marque déposée par DUPONT de NEMOURS,
    • KAPTON XL marque déposée par DUPONT de NEMOURS,
    • KAPTON HKJ, marque déposée par DUPONT de NEMOURS,
    • UPILEX F, marque déposée par UBE INDUSTRIES,
    • APICAL AF, marque déposée par KANEGAFUCHI CHEMICAL.
  • Pour les rubans polytétrafluoroéthylène, on pourra citer comme exemple les marques déposées suivantes:
    • BF, marque déposée par GORE,
    • Bandes PTFE crues de RESITAPE,
    • Bandes PTFE non frittées de 3P (Produits Plastiques Performants).
  • Pour les ETFE:
    • le TEFZEL, marque déposée par DUPONT de NEMOURS,
    • l'HOSTAFLON, marque déposée par HOECHST,
    • NEOFLON ETFE, marque déposée par DAIKIN,
    • AFLON COP, marque déposée par ASAHI GLASS.
  • Pour les FEP:
    • le TEFLON FEP, marque déposée par DUPONT de NEMOURS,
    • le NEOFLON FEP, marque déposée par DAIKIN,
    • HOSTAFLON FEP marque déposée par HOECHST.
  • Pour le PFA
    • le TEFLON PFA, marque déposée par DUPONT de NEMOURS,
    • NEOFLON PFA de DAIKIN,
    • HOSTAFLON PFA de HOECHST.
  • On peut utiliser pour la réalisation des âmes et des blindages, des matériaux tels que (cuivre, alliages de cuivre, aciers cuivrés, aluminium et alliages d'aluminium). Ces différents métaux peuvent être protégés par étamage, argenture ou nickelage.
  • Concernant les fils de câblage et des éléments, les dimensions des supports utilisés selon l'invention concernant des fils de câblage et des éléments sont de préférence définis par la norme AWG (American Wire Gage) de diamètre minimum égal à 0,70 mm et maximum égal à 2 mm.
  • Les câbles rubanés connus, sont jusqu'à présent revêtus par une enduction multipassage avec une cuisson dynamique simultanée. Ce procédé d'enduction impose une vitesse basse et par conséquent une productivité faible.
  • On connaît, par ailleurs, des procédés de réalisation de revêtements sur câbles par extrusion ou par co-extrusion. Ces procédés connus permettent d'obtenir des revêtements sur des supports métalliques rubanés ou non. L'épaisseur totale de ces revêtements extrudés antérieurs est de l'ordre de 120 µm alors que rappelons le, on désigne ici par mince des revêtements d'épaisseurs inférieures à 100 µm. Cela entraîne des poids élevés et une consommation de matière importante générant des surcoûts.
  • Le document JP-A-01.065.729 traite de la production d'un fil électrique isolé revêtu d'une couche mince isolante de résine par extrusion. La couche mince est en résine de tétrafluoréthylène et a une épaisseur pouvant atteindre 100 µm.
  • Le document FR-A-2.357.042 a pour objet un procédé de fabrication d'un fil électrique isolé et d'une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon le procédé, de la matière d'isolation est refoulée en fusion dans un outillage d'extrusion traversé par le fil et est comprimée sur le fil par cet outillage. L'épaisseur d'isolation obtenue atteint 20 à 50 µm.
  • Le document DD-A-293.911 décrit la production de couches minces de polymère à la surface de manchons isolants, par double extrusion.
  • Le document GB-A-2.221.080 concerne un procédé de fabrication d'un câble, notamment électrique. Le câble est revêtu de deux couches concentriques de matériau polymère, ces revêtements pouvant être réalisés par coextrusion.
  • Le document JP-A-06.099.470 concerne la production d'un fil isolé et son revêtement par une couche mince isolante par extrusion.
  • Le document JP-A-58.100.318 décrit une méthode de revêtement d'un conducteur par une couche mince isolante par extrusion.
  • Le document JP-A-03.297.011 concerne l'obtention d'un fil électrique isolé pour laquelle on effectue une extrusion d'une couche mince isolante.
  • Le document FR-A-2.492.529 concerne la fabrication de produits extrudés, notamment de gaines de câbles électriques. Il divulgue le dépôt sur l'âme du câble de plusieurs couches protectrices, dont au moins une couche isolante, par extrusion.
  • Le but de l'invention est d'améliorer considérablement la productivité de câbles comportant des revêtements minces, de préférence d'épaisseur 50 µm maximum pour deux couches ou 35 µm maximum pour une couche.
  • L'invention concerne donc un procédé de fabrication de câbles électriques isolés à revêtement mince déposé sur un support, dans lequel le dépôt du revêtement est réalisé par extrusion autour du support et le revêtement est constitué de résine fluoropolymère.
  • Selon l'invention, pour l'extrusion, on introduit au moins une résine fluoropolymère dans successivement une zone d'alimentation, une zone de compression et une zone de plastification de respectivement au moins une vis d'extrusion pour former le revêtement mince.
  • Le procédé de l'invention permet la réalisation d'un revêtement très mince en résine fluoropolymère par exemple de la famille chimique ETFE, FEP ou PFA sur un câble rubané, en utilisant la technologie de l'extrusion.
  • Le procédé selon l'invention présente des avantages notamment une épaisseur constante et concentrique du revêtement sur le câble et un coût réduit du fait de l'augmentation de la productivité.
  • Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un câble répondant aux exigences de qualité des produits aéronautiques. Le revêtement extrudé sur le câble rubané possède une grande tenue au vieillissement en température et aux agressions de l'extérieur. Enfin, le marquage du câble revêtu reste lisible et la couleur extérieure n'est pas altérée.
  • Dans différents modes de réalisation, l'invention peut aussi présenter les caractéristiques ci-après considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles:
    • le revêtement est réalisé par la co-extrusion de deux couches,
  • On entend par, co-extrusion, un procédé qui permet de déposer simultanément deux couches en un seul passage dans une seule tête à extruder. La co-extrusion est réalisée par poussage de la matière à travers l'extrudeuse. Une première arrivée de la première matière fondue forme une première couche intérieure. Une deuxième arrivée de la deuxième matière fondue, distincte de la première arrivée forme une deuxième couche extérieure à la première. Les deux couches circulaires, intérieure et extérieure, sont déposées simultanément sur le câble par tirage dudit câble. L'homogénéité de la matière fondue est de préférence améliorée par un contrôle de la viscosité et de la pression réalisé par une auto-régulation de la température.
    • le support est dépollué avant le dépôt du revêtement,
    • le support subit un traitement de surface avant le dépôt du revêtement.
      Ce traitement de surface du câble est effectué pour permettre un accrochage amélioré du revêtement sur le support.
  • Un flammage, un préchauffage en ambiance chaude, une ionisation, un préchauffage par induction peuvent être mis en oeuvre.
  • Le flammage consiste à faire passer le support dans une flamme juste avant l'extrusion pour le préparer. Le préchauffage consiste avantageusement à laisser le câble durant un certain temps dans une ambiance chaude.
  • Le traitement de surface par ionisation consiste à ioniser la surface du câble. Le champ sous le courant à haute tension, se décharge par l'intermédiaire d'un effet Corona. L'ionisation est alors portée sur la surface à traiter et conduit à la formation de groupes polaires qui permettent une fixation suffisante du revêtement.
    • Un préchauffage par induction consiste à passer le support dans un solénoïde alimenté par un courant haute fréquence induisant un courant de Foucault dans l'âme conductrice du support. L'âme conductrice est portée en température qui engendre à son tour une température dans l'isolant par conduction transversale du centre de l'âme vers l'extérieur.
  • Selon la géométrie du support, on utilisera soit le traitement Corona, le flammage ou l'un des préchauffages décrits ci-dessus.
    • le câble revêtu est soumis à un traitement de post-cuisson après le dépôt du revêtement.
  • Un câble revêtu de qualité, exige une grande adhérence de la couche extrudée sur le support. Le traitement du support par flammage, par préchauffage ou par ionisation contribue à faciliter cette adhésion, mais n'est pas toujours suffisant. Une post-cuisson est utile pour favoriser le scellement de la ou des couches en matière fluoropolymère. Lorsque l'enveloppe isolante est formée par un ruban polyimide recevant le revêtement, ce ruban est recouvert d'un adhésif en thermoplastique permettant par traitement thermique de sceller le ruban pour obtenir un isolant homogène. La post-cuisson permet d'amener la couche extérieure à sa température de ramollissement pour permettre à la ou aux couches extrudées de venir s'accrocher sur le support rubané. Cette opération peut être réalisée en ligne avec l'extrusion ou en reprise suivant les vitesses de tirage du câble.
    • le câble revêtu est marqué.
  • En fin de procédé, avant le contrôle final, le marquage des câbles est réalisé par molette, par jet d'encre, suivant le diamètre ou la géométrie dudit câble.
  • Après post-cuisson et marquage éventuel du support revêtu, un contrôle du diamètre est effectué ainsi qu'une détection de présence du revêtement et de défauts diélectriques.
  • L'invention concerne également une installation de fabrication de câbles électriques isolés à revêtement mince comprenant une extrudeuse qui comporte une tête d'extrusion et une vis d'extrusion.
  • Selon l'invention, le revêtement étant constitué de résine fluoropolymère, la vis d'extrusion a successivement une zone d'alimentation, une zone de compression et une zone de plastification.
  • Préférentiellement, la tête d'extrusion est réalisée en matière anti-corrosion.
  • Il est également avantageux que l'extrudeuse soit équipée d'une vis d'extrusion, d'un fourreau d'extrudeuse et d'outillages de tête qui soient aussi en matériau anti-corrosion.
  • L'installation du revêtement comprend avantageusement une tête d'extrusion alimentée par deux vis d'extrusion orthogonales à la tête d'extrusion. Les vis d'extrusion sont donc orthogonales au plan de défilement du support. Il est ainsi possible de réaliser des revêtements bi-couches.
  • Avantageusement, la tête d'extrusion est constituée de deux fusées coaxiales superposées.
  • Préférentiellement, ces fusées ont alors des canaux d'écoulement évitant des phénomènes de cisaillement de matière sensible dans les résines fluoropolymères, principalement avec de faibles débits qui conviennent à des revêtements minces.
  • Il est aussi avantageux que la profondeur des filets dans la zone de plastification de la vis d'extrusion soit inférieure à la profondeur des filets dans la zone d'alimentation.
  • La profondeur des filets, conjuguée avec les longueurs respectives des trois zones (alimentation, compression, plastification), engendre de faibles débits non soumis à un phénomène de cisaillement.
  • Des dispositions, formes et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée faite en regard des dessins annexés, sur lesquels:
  • La Figure 1A représente un câble tel que ceux obtenus par le procédé et l'installation de l'invention dont le revêtement est bi-couche.
  • La Figure 1B représente un câble tel que ceux obtenus par le procédé et l'installation de l'invention dont le revêtement est mono-couche.
  • La Figure 1C représente un câble multiconducteur.
  • La Figure 2 représente une vue longitudinale de la machine de fabrication du revêtement.
  • La Figure 3A représente une vue de face de la tête de co-extrusion et des deux vis.
  • La Figure 3B représente une vue de dessus de la Figure 3A.
  • La Figure 4A représente une vue de face de la tête d'extrusion et la vis.
  • La Figure 4B représente une vue de dessus de la Figure 4A.
  • La Figure 5 représente le schéma de la tête d'extrusion.
  • La Figure 6 représente la vis d'extrusion dans une vue longitudinale.
  • Le câble fabriqué selon l'invention est représenté sur les figures 1A et 1B. Il comporte une âme conductrice 60, contenue dans une enveloppe isolante 1a. Cette enveloppe 1a constituant le support 1 est recouverte d'un revêtement mono-couche 40 ou bi-couche 17, 18.
  • La Figure 1C illustre deux supports 1 revêtus respectivement avec leurs revêtements 17, 18. L'ensemble comprenant les deux câbles est entouré successivement en allant de l'intérieur vers l'extérieur, par un blindage 64, une gaine constituant le support 61 et un revêtement bi-couche 62, 63 en fluoropolymère.
  • La Figure 2 illustre l'installation du procédé de fabrication du revêtement 17, 18 sur le câble isolé 1.
  • Le sens de déroulement 19 du câble 1 va du dévidoir 3 situé à gauche vers le récepteur 12. Le câble isolé non revêtu 1 passe successivement dans:
    • le dispositif de dépollution 4,
    • le dispositif de traitement de surface 5,
    • éventuellement le dispositif de vide 6,
    • l'extrudeuse 7.
  • A la sortie de ladite extrudeuse 7, le câble isolé revêtu 2a, 2b passe successivement dans:
    • le dispositif de post-cuisson 8,
    • le bac de refroidissement 9,
    • le dispositif de marquage 10,
    • le poste de contrôle 11.
  • Le câble isolé 1 à la sortie du dévidoir 3 est dépollué à l'aide d'un brossage et d'un soufflage pour détacher des poussières ou autres éléments étrangers collés. La surface de l'âme isolée 1 est préparée soit par flammage, par ionisation ou par préchauffage pour permettre un bon accrochage du revêtement sur ladite âme isolée 1.
  • Le dispositif avec pompe à vide 6 peut être utilisé éventuellement pour obtenir une meilleure adhésion du revêtement 17, 18 sur le câble isolé 1.
  • L'extrudeuse 7 permet à partir de granulés, de former, puis de déposer le revêtement 17, 18 sur le câble isolé 1. Elle est avantageusement équipée en amont d'une trémie chauffante pour le séchage de la résine.
  • Le dispositif de traitement 5 du câble 1 à revêtir peut fonctionner par ionisation. Celui-ci comprend alors les éléments suivants:
    • un générateur de courant à haute tension,
    • une électrode de décharge.
  • L'efficacité de ce dispositif de traitement par ionisation sera limitée par la vitesse d'extrusion élevée: environ 200 m/mn.
  • Le dispositif de traitement 5 du câble 1 peut aussi fonctionner par flammage. Dans cette configuration, le câble défile au travers d'une rampe à gaz placée devant le dispositif d'extrusion.
  • Un autre mode peut être utilisé: il s'agit d'un préchauffage. Dans ce cas, deux possibilités se présentent:
    • le support défile dans l'atmosphère chaude d'un four disposé en ligne,
    • le support défile dans un préchauffeur à induction.
  • A la sortie de cette extrudeuse 7, le câble revêtu 2a, 2b subit une post-cuisson 8 pour favoriser le scellement de la ou des couches de revêtement 17, 18. Après la post-cuisson 8, le support revêtu 17, 18 est refroidi dans un bac d'eau 9 ou à l'air (l'eau pouvant être portée en température).
  • Une source de chaleur contient des éléments chauffants thermorégulés pour la post-cuisson des couches. Les moyens utilisés peuvent être de l'air chaud, un trempage dans un bain de sel minéral ou les deux conjugués.
  • En effet, un traitement de surface ne permet pas toujours d'obtenir l'adhérence souhaitée de la couche de revêtement 40, 17-18 sur le support 1. La post-cuisson 8 est alors nécessaire pour favoriser l'accrochage du revêtement 40, 17-18 sur le support 1.
  • Le bac de refroidissement 9 du câble revêtu 2a, 2b est disposé après le dispositif de post-cuisson 8. Le refroidissement se fait à l'air ou dans de l'eau.
  • Le marquage 10 est effectué par un jet d'encre, par une molette. Le contrôle géométrique 11 final des câbles revêtus 2a, 2b permet de vérifier le diamètre et de détecter les défauts éventuels.
  • L'unité de marquage 10 du câble revêtu 2 est placée en ligne en aval de l'extrudeuse 7. Cette opération peut néanmoins être effectuée ultérieurement dans une opération de reprise. poste de contrôle 11 permet de contrôler la géométrie des couches extrudées 40, 17-18 sur le support 1, et les défauts éventuels.
  • Ce poste comprend d'une part un Sparktester du type haute fréquence permettant de détecter en continu:
    • les épissures reliant les longueurs saines entre elles,
    • les éventuels défauts diélectriques (fil ou câble éraflé).
  • Le contrôle diélectrique pendant la production du câble se fait en défilant dans une unité d'essai à sec à haute tension.
  • Il comprend d'autre part un lecteur de diamètre de type optique avec lecture suivant deux axes perpendiculaires qui affiche en permanence la moyenne et la valeur des deux diamètres lus sur une unité processeur.
  • Les Figures 3A et 3B illustrent une extrudeuse 7a mise en oeuvre dans l'installation de l'invention pour obtenir un revêtement bi-couche. Elle comprend une tête 13a de co-extrusion avec à sa gauche une première vis d'extrusion 14 et à sa droite une deuxième vis d'extrusion 15. Les deux vis 14, 15 sont montées en vis à vis et orthogonal à la tête de co-extrusion 13a, le support rubané 1, à revêtir passe au travers de la tête 13a et sort revêtu des couches 17, 18. Chaque vis 14, 15 tourne dans un fourreau 37 constitué de quatre zones 16a, 16b, 16c, 16d thermorégulées individuellement.
  • Les granulés entrent dans la zone d'alimentation des deux vis à l'extrémité 39, 40 et pénètrent sous forme plastifiée dans la tête d'extrusion 13a où se forment les deux couches 17, 18 du revêtement.
  • Les Figures 4A et 4B illustrent une extrudeuse 7b mise en oeuvre dans l'installation de l'invention pour obtenir un revêtement mono-couche 40. Elle comprend une tête 13b d'extrusion avec seulement une vis d'extrusion 14; ladite tête 13b est montée "d'équerre" par rapport à la vis d'extrusion 14.
  • Le support à revêtir 1, passe au travers de la tête 13b et sort revêtu d'une couche 40. La vis 14 tourne dans le fourreau 37 constitué de quatre zones 16a, 16b, 16c, 16d thermorégulées individuellement. Les granulés entrent dans la zone d'alimentation de la vis 14 par son extrémité 41, et pénètrent sous forme plastifiée dans la tête d'extrusion 13b où se forme la couche 40 du revêtement.
  • La Figure 5 illustre plus particulièrement la tête d'extrusion 13a. Les deux vis 14, 15 sont montées en vis-à-vis et orthogonales par rapport à la tête 13a. Le câble isolé 1 entre à gauche dans la tête 13a dans le sens d'avancement 19, il en ressort à la droite avec ses deux revêtements 17, 18 très minces. La tête 13a comprend: une filière 23, un poinçon 24, une fusée intérieure 25 recevant la matière fondue destinée à former la couche intérieure 17 du revêtement, une fusée extérieure 26, coaxiale et superposée à la fusée intérieur 25 recevant la matière fondue destinée à former la couche extérieure 18 du revêtement, un porte-filière 50 et un écrou de filière 28. Les vis 14, 15 possèdent des filets 35 disposés sur leur noyau 34.
  • La tête d'extrusion 13a est réalisée en matière anti-corrosion et anti-grippage. Cette tête 13a est constituée d'une fusée intérieure 25 et d'une fusée extérieure 26. Ces deux fusées 25, 26 sont coaxiales superposées. La tête d'équerre pour extrusion de matière fluorée est prévue pour recevoir des filières d'alésage inférieur à environ 15 mm; adaptées aux règles des fluoropolymères. Suivant la géométrie des supports 1, les outillages peuvent être de type "tubant ou bourrant". La compensation dimensionnelle de la tête est réalisée par porte-poinçon et porte-filière suivant le cas. La tolérance de concentricité dans les organes alignés 26, 25, 24, 23, 50, 13a est inférieure ou égale à 0,10 mm. Le poinçon 24 et la filière 23 sont équipés d'un système d'autorégulation de la température. La tête 13a est équipée de sondes de pression qui permettent de connaître en temps réel l'homogénéité de la pression dans les outillages.
  • Deux adaptateurs 36a, 36b sont disposés respectivement entre les vis 14, 15 et la tête d'extrusion 13a. La vis 14 et son adaptateur 36a sont insérés dans un fourreau 37a. La vis 15 et son adaptateur 36b sont insérés dans un fourreau 37b. La matière plastifiée 33 formée dans la vis 14 entre dans la tête 13a par la première entrée 29. La matière plastifiée 51 formée dans la vis 15 entre dans la tête 13a par la deuxième entrée 30.
  • Cette figure 5 illustre le processus de formation des deux couches 17, 18 du revêtement sur le câble isolé 1 à travers la tête 13a. Les granulés séchés, grâce à la rotation des vis 14, 15 et à l'effet du chauffage des fourreaux 37a, 37b sont malaxés et plastifiés pour obtenir une matière fondue s'écoulant à travers les deux cônes 21, 22 de la tête 13a. La traction du câble 2b dans le sens 19 permet de déposer les deux couches 17, 18. Les deux couches de matières fondues superposées s'écoulent entre le poinçon 24 et la filière 23. Les épaisseurs de matière déposées sur le câble dépendent d'une part de l'espace compris entre la filière et le poinçon et d'autre part de la vitesse de tirage du câble.
  • La matière 33 est plastifiée entre les fourreaux 37a, 37b, les noyaux 34 et les filets 35 des vis 14, 15. Les adaptateurs 36a, 36b permettent une bonne régulation de l'écoulement de la matière plastifiée 33.
  • La Figure 6 illustre une vis d'extrusion 14, 15 comprenant des filets 35 à pas P sur un noyau 34. La vis 14, 15 est du type trois zones (A: alimentation, C: compression, PL: plastification).
  • Le bon écoulement de la matière dépend:
    • de la longueur active de la vis qui est, de préférence, supérieure à vingt fois son diamètre,
    • de la longueur de la zone d'alimentation qui est, de préférence importante, au moins huit fois le diamètre de la vis,
    • de la progression du diamètre des fonds de filet qui permet avantageusement de diminuer le cisaillement,
    • du taux de compression qui est, de préférence, inférieure à 2,6,
    • de la zone de plastification mixte constituée d'une partie à filet et d'un malaxage.
  • En co-extrusion, le revêtement peut être constitué par exemple d'une couche de PFA et d'une couche en FEP ou de deux couches de nature chimique identiques.
  • Une longue zone d'alimentation permet d'obtenir un temps de résidence et une surface de transfert de chaleur suffisamment grands pour que de la matière puisse fondre. La profondeur du filet permet de transporter la résine d'une manière uniforme, en laissant toutefois un diamètre suffisant au noyau, pour que la vis garde toute sa rigidité.
  • La zone de transition fait le lien entre la zone d'alimentation et la zone de plastification. La transition et la compression se font d'une manière plus rapide que l'alimentation. On utilisera avantageusement une longueur de transition d'environ cinq fois le diamètre de la vis.
  • La zone de plastification (encore appelée zone de pompage) agit comme une pompe de matière fondue, et crée la pression qui va pousser la matière fondue au travers de la tête et de la filière. La profondeur de filet de cette zone détermine les caractéristiques de débit de la vis. Des filets profonds fournissent des débits volumétriques plus importants, toutefois, la profondeur de filet dans la zone de plastification doit être inférieure à celle de la zone d'alimentation pour obtenir une compression.
  • La difficulté de la définition des vis utilisées dans l'invention réside dans la faiblesse des débits réalisés. En effet: si la vitesse d'extrusion de cette invention augmente la masse déposée dans un temps donné, les épaisseurs de 35 µm et 50 µm ne donnent que de très faibles poids de revêtement par kilomètre de câble.
  • En général, les résines fluoropolymères n'absorbent pas l'humidité. Cependant, l'eau peut se condenser à la surface des granulés. L'utilisation d'un moyen chauffant simple et efficace permet le séchage de la résine avant la formation de la matière fondue au début du procédé.
  • Avant d'effectuer le revêtement, on peut réaliser le vide autour du câble dans le volume existant.
  • Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée.

Claims (11)

  1. Procédé de fabrication de câbles électriques isolés à revêtement mince déposé sur un support (1), dans lequel le dépôt du revêtement est réalisé par extrusion autour du support (1) et le revêtement est constitué de résine fluoropolymère, caractérisé en ce que pour l'extrusion, on introduit au moins une résine fluoropolymère dans successivement une zone d'alimentation (A), une zone de compression (C) et une zone de plastification (PL) de respectivement au moins une vis d'extrusion (14, 15) pour former le revêtement (17-18, 40, 62-63) mince.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement (17-18, 62-63) est réalisé par la co-extrusion de deux couches.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le support (1) est dépollué avant le dépôt du revêtement (17-18, 40, 62-63).
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (1) subit un traitement de surfaces (5) avant le dépôt du revêtement (17-18, 40, 62-63).
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support revêtu (2a, 2b) est soumis à un traitement de post-cuisson (8) après le dépôt du revêtement (17-18, 40, 62-63).
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support revêtu (2a, 2b) est marqué.
  7. Installation de fabrication de câbles électriques isolés à revêtement mince comprenant une extrudeuse (7) qui comporte une tête d'extrusion et une vis d'extrusion, caractérisée en ce que le revêtement (17-18, 40, 62-63) étant constitué de résine fluoropolymère, la vis d'extrusion (14, 15) a successivement une zone d'alimentation (A), une zone de compression (C) et une zone de plastification (PL).
  8. Installation de revêtement selon la revendication 7, caractérisée en ce que la tête d'extrusion (13a) est réalisée en matière anti-corrosion.
  9. Installation de revêtement selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la tête d'extrusion (13a) est alimentée par deux vis d'extrusion (14, 15) orthogonales à la tête d'extrusion (13a).
  10. Installation de revêtement selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la tête d'extrusion (13a) est constituée de deux fusées (25, 26) coaxiales superposées.
  11. Installation de revêtement selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que la profondeur des filets (35) dans la zone de plastification (PL) de la vis d'extrusion (14, 15) est inférieure à la profondeur des filets (35) dans la zone d'alimentation A.
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