EP0953990A1 - Electrical wire and method for making the same - Google Patents
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- EP0953990A1 EP0953990A1 EP99400754A EP99400754A EP0953990A1 EP 0953990 A1 EP0953990 A1 EP 0953990A1 EP 99400754 A EP99400754 A EP 99400754A EP 99400754 A EP99400754 A EP 99400754A EP 0953990 A1 EP0953990 A1 EP 0953990A1
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- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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- 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
- H01B3/44—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 vinyl resins; acrylic resins
- H01B3/443—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 vinyl resins; acrylic resins from vinylhalogenides or other halogenoethylenic compounds
- H01B3/445—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 vinyl resins; acrylic resins from vinylhalogenides or other halogenoethylenic compounds from vinylfluorides or other fluoroethylenic compounds
Definitions
- the invention relates to an insulated conducting wire, especially for aeronautical and / or space applications. She also relates to an insulator for such a wire and to its method Manufacturing.
- the insulation must have determined mechanical resistance properties. These properties are cut resistance, resistance to abrasion by scraping and abrasion resistance wire by wire.
- Cut resistance is measured by force minimum that it is necessary to exercise, at a temperature determined, on an insulator, using a cutting tool standardized, to reach the driver.
- the resistance to abrasion by scraping is measured at using a needle with a diameter of approximately 0.5 mm which is applied on the insulation perpendicular to the wire axis with, according to standards, a force of 500g to 1Kg and that we move in one direction and in the other part of the wire.
- the result is expressed by the minimum number of cycles, i.e. back and forth from the needle, at the end of which the conductor is exposed.
- Wire-to-wire abrasion resistance is measured at using a test which consists in rubbing a first wire stretched against a second stretched wire, the first wire moving transversely to the second. Again, the result is expressed by the minimum number of cycles (back and forth) after which the two conductors are laid bare.
- the insulator has a minimum sensitivity to the propagation of the electric arc.
- polyimide is a very expensive material, at least around four times more than PTFE.
- the polyimide price is even higher if it has properties hydrolysis resistance.
- the invention makes it possible to produce an electric wire or cable for aeronautical and / or space use with insulation with comparable mechanical strength qualities to those of known insulators but of a price significantly less high and with good resistance properties propagation of the electric arc.
- the wire or cable according to the invention comprises an insulator resistant to the propagation of the electric arc around a conductor, characterized in that the insulation is waterproof and includes a matrix, or base, of PTFE polymer and fibers mechanical reinforcement, continuous and of great length.
- the fibers will be chosen to ensure the mechanical resistance required for the conductor insulation, i.e. cut resistance and resistance to abrasion (by scraping and thread by thread). They are continuous (no cut).
- These fibers can be chosen from the group comprising: meta aramid or para-aramid fibers, polyamide-imide fibers, carbon fibers, fibers polyimides, PTFE fibers. Glass fibers can also be used if low resistance of the insulation to abrasion by scraping is sufficient. We can use either one fiber type, a combination of several types of fibers.
- the risk of propagation electric arc is practically eliminated. In the case where the fibers are polyimide, this risk is, anyway, considerably reduced due to the decrease in the quantity polyimide.
- the yarn according to the invention is less expensive than a conventional thread.
- the reinforcing fibers have often a much lower cost than polyimide or PTFE.
- the price per kilogram of a polyamide-imide fiber is about four times less than the price at kilogram of PTFE.
- the insulation is preferably produced in the form of very long tape (typically several thousand meters) wrapped around the conductor.
- the insulation is extruded in great length (typically several thousand meters) around the conductor wire, and therefore it is in the form of a large extrudate length.
- the fibers are advantageously in the longitudinal direction of the ribbon.
- the recovery rate between turns of the ribbon is example between 10 and 70%, preferably between 10 and 50%.
- Reinforced tape has characteristics sufficient sealing, insulation and mechanical strength to be used alone on the conductor. Sealing is measured for example under atmospheric pressure by the possibility that the cable formed from the insulation around a core not to leave penetrate a fluid such as water radially, the ends said cable being emerged and the rest of the cable being submerged, at least for a few hours, for example some twelve hours. Thus tightness is measured for example by the test of tensile strength according to standard NF C 93523 or any standard equivalent (which corresponds to a 12-hour immersion), or well by the tensile test according to the ASTM standard D 3032 or even ASTM D 149.
- the external PTFE tape has for example a thickness between 50 and 100 ⁇ m and a recovery rate between turns between 20 and 70%.
- the conductor is 20 gauge, that is to say has a cross section of 0.6 mm 2
- the ribbon, with a matrix or base of PTFE reinforced with fibers has a thickness of 50 ⁇ m.
- Known conductive wires of gauge 20 usually comprise four layers of polyimide insulating tape with a thickness of approximately 30 ⁇ m.
- the wire according to the invention will be significantly heavier than the conventional wire, especially since the density of the sintered PTFE (which is 2.2) is greater than the density ( 1.5 to 1.8) of the polyimide. Under these conditions, to limit the weight of the conductive wire fitted with insulating tape according to the invention, it would be advantageous to provide a recovery rate between turns of the tape which is relatively low, for example of the order of 10 to 20%.
- Fibers can be used unbound with others, or can be used in an organized form such as nonwoven tape.
- the fibers are embedded in the PTFE matrix.
- the fibers are encrusted on the surface of the matrix, or base, of PTFE.
- the conductor is for example made of copper or an alloy of copper or aluminum alloy and is advantageously covered of tin, silver or nickel.
- the ribbon thus formed has a cut resistance and a resistance to scraping abrasion as high as possible and preferably comparable to the similar properties of known polyimide tapes.
- the abrasion wire to wire is typically of the order of 6 million cycles
- scraping abrasion is typically of the order of 100 cycles for a force of 0.8 kg
- resistance to cutting, at room temperature, i.e. 20 ° C ⁇ 5 ° C, with a needle 0.5 mm in diameter, is around 10 kgs.
- fibers having a high modulus of elasticity in traction generally of 2 at 80 N / Tex (where Tex is the weight of the fiber in g / km).
- fibers of polyamide-imide such as Kermel fibers from the company Rhodia.
- a fiber of this type is usually made up of a set of 200 to 300 fibers each having a diameter of around 5 or 10 ⁇ m.
- aramids such as those known under the brand Nomex or para-aramid fibers known under the brands Kevlar and Twaron of the Dupont de Nemours and Akzo companies.
- a aramid is an aromatic polyamide.
- the tape 10 comprises a matrix 12 of PTFE in which polyamide-imide fibers 14 1 , 14 2 , 14 3 , etc. are embedded. These fibers are unrelated to each other. However, they extend over a very long length in the longitudinal direction - represented by the arrow F - of the ribbon 10.
- the thickness of the ribbon is approximately 50 ⁇ m and its width on the order of 350 mm during its manufacture. After manufacture, the ribbon is cut longitudinally into ribbons of widths of approximately 4 to 15 mm each.
- FIG. 2 differs from that described in relation to FIG. 1 by the fact that polyamide-imide fibers 14 1 , 14 2 , 14 3 , etc. are used. in the form of a nonwoven ribbon, that is to say that said fibers are organized according to parallel weft threads 14 1 , 14 2 , 14 3 and are assembled by transverse warp threads 16 1 (a single warp thread has been shown in Figure 2).
- the distance between two neighboring warp son is significantly greater than the distance between two neighboring weft son 14 1 , 14 2 .
- FIG. 3 a section of a wire 20 having a central conductor 22 composed of a plurality of strands 21 1 , 21 2 etc., on which is applied a tape 10 with a recovery rate of the order 20% from one turn to another.
- the recovery rate is the ratio between, of a share, the width 1 of overlap of two turns 26 and 28 ( Figure 6) of the ribbon wound on the conductor and, on the other hand, the total width L of the ribbon. In this way, along the wire we will have either a single thickness of the ribbon or a double thickness, the double thickness appearing only on approximately 20% of the length. In general, the recovery rate will be between 10 and 50%. However, it is in our interest to minimize this recovery rate so as to limit the weight of the wire and its outside diameter.
- the ribbon 10 is covered by another ribbon 30 in PTFE of conventional type with a thickness between 30 and 100 ⁇ m.
- This ribbon 30 is wound in the opposite direction of the ribbon 10, and with a recovery rate between 20 and 70%.
- the fibers of an aqueous dispersion of PTFE Prior to the corresponding manufacturing stages in FIGS. 4 and 4a, a surface treatment of the fibers so as to improve the bond, or adhesion, between these and the PTFE matrix.
- the fibers of an aqueous dispersion of PTFE is in the form of fine particles each of which has dimensions of the order of 0.1 ⁇ m.
- the treatment by Corona effect consists in making circulate a fiber between two electrodes between which creates an electric arc.
- the plasma of the electric arc performs a surface treatment of the fiber which helps its adhesion subsequent to the PTFE in which it will be embedded or on which it will be encrusted.
- the fibers and PTFE are introduced into a PTFE extruder operating according to a process known as "pultrusion".
- Unsintered PTFE powder is mixed with a lubricant such as a hydrocarbon, this mixture forming a whole pasty called "preform”.
- the pultrusion device comprises, first of all, a guide device 32 into which the fibers are introduced longitudinally at the same time as the pasty mixture.
- the fibers are pulled and the mixture pasty is pushed under high pressure and at a temperature of the order of 40 ° C, in a flat die 34 which reduces the cross section of the assembly to reach a ribbon thickness of the order of 60 ⁇ m.
- the ribbon undergoes at the station cooking 36 cooking at a lower or equal temperature at 250 ° C intended to evaporate the lubricant.
- the effort of traction at the exit of station 32 or 34 allows the installation of fibers in longitudinal direction.
- the ribbon is introduced into a calendering station 38 which is shown schematically in Figure 4a. Calendering consists of reduce the thickness of the tape previously formed so as to reduce its thickness from 60 to 50 ⁇ m for example. This operation is generally carried out hot. It consists, in a way conventional, to provide two rollers 40 and 42 between which passes the ribbon 44 whose thickness is to be reduced.
- the ribbon 10 thus produced is wound on a drum 46, then cut longitudinally as mentioned above.
- the assembly thus formed, which comprises non-PTFE sintered, is then subjected to a sintering operation which consists of heating to a temperature of at least 342 ° C for about 1 minute.
- This PTFE sintering operation increases the density of the latter, secures them different layers of ribbons, and changes the structure crystal of the PTFE polymer.
- sintering expels air residual trapped by unsintered PTFE tapes.
- the ribbon 50 is formed by the incrustation, by pressure, of fibers 52 at the surface of a ribbon 54 of unsintered PTFE whose thickness is between 25 and 40 ⁇ m.
- a ribbon of fibers 52 arranged in a very long nonwoven ribbon and previously coated with an aqueous dispersion of PTFE and / or subjected to a Corona treatment as described above.
- This pre-treatment is particularly useful in this realization, because the pressures exerted between the ribbon 54 of PTFE and the fiber ribbon 52 are significantly less important than in the process described in relation to Figures 4 and 4a.
- the ribbon 52 of fibers non woven is applied to the PTFE 54 tape and the assembly is hot calendered as described with figure 4a. Pressure exerted between the calendering rollers 56 and 58 encrusts the fibers in the surface of the ribbon 54, thereby forming the ribbon 50.
- the nonwoven ribbon 52 is placed between 2 PTFE tapes.
- the ribbon based of non-sintered PTFE which is thus formed is wound around the wire conductor as described with other modes of production.
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Abstract
L'invention est relative à un fil ou câble comportant au moins un isolant résistant à la propagation de l'arc électrique autour d'au moins un conducteur. L'isolant est étanche et comporte une matrice (12) en PTFE et des fibres (141, 142, 143, ...) de renforcement mécanique, continues et de grande longueur,. L'isolant est soit sous forme de ruban, soit sous forme d'extrudat, de grande longueur. Application aux fils ou câbles d'usage aéronautique et/ou spatial. <IMAGE>The invention relates to a wire or cable comprising at least one insulator resistant to the propagation of the electric arc around at least one conductor. The insulation is waterproof and comprises a matrix (12) of PTFE and fibers (141, 142, 143, ...) of mechanical reinforcement, continuous and of great length. The insulation is either in the form of a strip, or in the form of extrudate, of great length. Application to wires or cables for aeronautical and / or space use. <IMAGE>
Description
L'invention est relative à un fil conducteur isolé, notamment pour applications aéronautiques et/ou spatiales. Elle concerne également un isolant pour un tel fil ainsi que son procédé de fabrication.The invention relates to an insulated conducting wire, especially for aeronautical and / or space applications. She also relates to an insulator for such a wire and to its method Manufacturing.
Les fils et les câbles électriques doivent satisfaire un certain nombre de conditions qui dépendent de leur utilisation.Electrical wires and cables must meet a number of conditions which depend on their use.
Les applications aéronautiques et/ou spatiales imposent des conditions sévères. En particulier, l'isolant doit présenter des propriétés de résistances mécaniques déterminées. Ces propriétés sont la résistance à la coupure, la résistance à l'abrasion par raclage et la résistance à l'abrasion fil à fil.Aeronautical and / or space applications impose severe conditions. In particular, the insulation must have determined mechanical resistance properties. These properties are cut resistance, resistance to abrasion by scraping and abrasion resistance wire by wire.
La résistance à la coupure se mesure par la force minimale qu'il est nécessaire d'exercer, à une température déterminée, sur un isolant, à l'aide d'un outil coupant de forme normalisée, pour atteindre le conducteur.Cut resistance is measured by force minimum that it is necessary to exercise, at a temperature determined, on an insulator, using a cutting tool standardized, to reach the driver.
La résistance à l'abrasion par raclage se mesure à l'aide d'une aiguille de diamètre 0,5 mm environ qu'on applique sur l'isolant perpendiculairement à l'axe du fil avec, selon les normes, une force de 500g à 1Kg et qu'on déplace dans un sens et dans l'autre sur une partie du fil. Le résultat s'exprime par le nombre minimal de cycles, c'est-à-dire d'allers et retours de l'aiguille, à l'issue desquels le conducteur est mis à nu.The resistance to abrasion by scraping is measured at using a needle with a diameter of approximately 0.5 mm which is applied on the insulation perpendicular to the wire axis with, according to standards, a force of 500g to 1Kg and that we move in one direction and in the other part of the wire. The result is expressed by the minimum number of cycles, i.e. back and forth from the needle, at the end of which the conductor is exposed.
La résistance à l'abrasion fil à fil se mesure à l'aide d'un essai qui consiste à faire frotter un premier fil tendu contre un second fil tendu, le premier fil se déplaçant transversalement au second. Là aussi, le résultat s'exprime par le nombre minimal de cycles (allers et retours) au bout desquels les deux conducteurs sont mis à nu.Wire-to-wire abrasion resistance is measured at using a test which consists in rubbing a first wire stretched against a second stretched wire, the first wire moving transversely to the second. Again, the result is expressed by the minimum number of cycles (back and forth) after which the two conductors are laid bare.
Une autre condition que doit satisfaire un fil ou câble électrique pour application aéronautique ou spatiale est que l'isolant ait une sensibilité minimale à la propagation de l'arc électrique.Another condition that a thread must meet or electric cable for aeronautical or space application is the insulator has a minimum sensitivity to the propagation of the electric arc.
On sait qu'un arc électrique se produit entre deux fils voisins quand les conducteurs correspondants sont mis en court-circuit, soit par un électrolyte, soit par un élément métallique. Lorsque l'isolant du fil est principalement constitué de résine polyimide, l'arc électrique provoque une pyrolyse locale de la résine et, de ce fait, crée un chemin carboné entre les conducteurs, ce qui facilite le passage de l'arc électrique. Le phénomène s'amplifie ainsi de lui-même et peut entraíner la destruction du faisceau dans lequel se trouvent les deux fils concernés.We know that an electric arc occurs between two neighboring wires when the corresponding conductors are put in short circuit, either by an electrolyte or by an element metallic. When the wire insulation is mainly made of polyimide resin, the electric arc causes a local pyrolysis of the resin and thereby creates a path carbon between the conductors, which facilitates the passage of the electric arc. The phenomenon thus amplifies itself and can lead to the destruction of the beam in which find the two sons concerned.
Malgré cet inconvénient, on utilise quand même de la résine polyimide pour isoler les fils et câbles électriques pour applications aéronautiques car l'isolant polyimide présente les meilleures caractéristiques de résistance mécanique. Toutefois, pour améliorer la résistance à la propagation de l'arc électrique tout en conservant les avantages de résistance mécanique du polyimide, il est connu d'utiliser une combinaison de ruban polyimide et de ruban en polytétra-fluoréthylène (PTFE), la résistance à la propagation de l'arc électrique étant d'autant plus importante que la quantité de PTFE est importante, car le défaut de propagation de l'arc électrique ne se produit pas avec le PTFE. Mais ce gain en résistance à la propagation de l'arc entraíne une diminution corrélative des propriétés de résistance mécanique.Despite this drawback, we still use polyimide resin to insulate electrical wires and cables for aeronautical applications because the polyimide insulation has the better mechanical resistance characteristics. However, to improve resistance to arc propagation electric while retaining the advantages of resistance polyimide mechanics it is known to use a combination polyimide tape and polytetrafluoroethylene tape (PTFE), the resistance to propagation of the electric arc being the more important the greater the amount of PTFE, because the fault of propagation of the electric arc does not occur not with PTFE. But this gain in resistance to the propagation of the arc causes a corresponding decrease in the properties of mechanical resistance.
Par ailleurs, le polyimide est un matériau très onéreux, au moins de l'ordre de quatre fois plus que le PTFE. Le prix du polyimide est encore plus élevé s'il présente des propriétés de résistance à l'hydrolyse.Furthermore, polyimide is a very expensive material, at least around four times more than PTFE. The polyimide price is even higher if it has properties hydrolysis resistance.
L'invention permet de réaliser un fil ou câble électrique pour usage aéronautique et/ou spatial comportant un isolant présentant des qualités de résistance mécanique comparables à celles des isolants connus mais d'un prix sensiblement moins élevé et avec de bonnes propriétés de résistance à la propagation de l'arc électrique.The invention makes it possible to produce an electric wire or cable for aeronautical and / or space use with insulation with comparable mechanical strength qualities to those of known insulators but of a price significantly less high and with good resistance properties propagation of the electric arc.
Le fil ou câble selon l'invention comprend un isolant résistant à la propagation de l'arc électrique autour d'un conducteur, caractérisé en ce que l'isolant est étanche et comprend une matrice, ou base, en polymère PTFE et des fibres de renforcement mécanique, continues et de grande longueur,.The wire or cable according to the invention comprises an insulator resistant to the propagation of the electric arc around a conductor, characterized in that the insulation is waterproof and includes a matrix, or base, of PTFE polymer and fibers mechanical reinforcement, continuous and of great length.
Les fibres seront choisies de façon à assurer la résistance mécanique nécessaire pour l'isolant du conducteur, c'est-à-dire la résistance à la coupure et la résistance à l'abrasion (par raclage et fil à fil). Elles sont continues (non coupées).The fibers will be chosen to ensure the mechanical resistance required for the conductor insulation, i.e. cut resistance and resistance to abrasion (by scraping and thread by thread). They are continuous (no cut).
Ces fibres peuvent être choisies dans le groupe comprenant : les fibres méta aramides ou para-aramides, les fibres polyamides-imides, les fibres de carbone, les fibres polyimides , les fibres PTFE. Les fibres de verre peuvent également être utilisées si une faible résistance de l'isolant à l'abrasion par raclage suffit. On peut utiliser soit un seul type de fibres, soit une combinaison de plusieurs types de fibres.These fibers can be chosen from the group comprising: meta aramid or para-aramid fibers, polyamide-imide fibers, carbon fibers, fibers polyimides, PTFE fibers. Glass fibers can also be used if low resistance of the insulation to abrasion by scraping is sufficient. We can use either one fiber type, a combination of several types of fibers.
Sauf si la fibre est en polyimide, le risque de propagation de l'arc électrique est pratiquement éliminé. Dans le cas où les fibres sont en polyimide, ce risque est, de toute façon, considérablement diminué du fait de la diminution de la quantité de polyimide.Unless the fiber is polyimide, the risk of propagation electric arc is practically eliminated. In the case where the fibers are polyimide, this risk is, anyway, considerably reduced due to the decrease in the quantity polyimide.
En outre, le fil selon l'invention est moins onéreux qu'un fil classique. En effet, les fibres de renforcement ont souvent un coût bien moindre que le polyimide ou que le PTFE. Par exemple le prix au kilogramme d'une fibre de polyamide-imide est environ quatre fois moins important que le prix au kilogramme du PTFE.In addition, the yarn according to the invention is less expensive than a conventional thread. Indeed, the reinforcing fibers have often a much lower cost than polyimide or PTFE. For example the price per kilogram of a polyamide-imide fiber is about four times less than the price at kilogram of PTFE.
L'isolant est réalisé de préférence sous forme de ruban de grande longueur (typiquement plusieurs milliers de mètres) enroulé autour du conducteur.The insulation is preferably produced in the form of very long tape (typically several thousand meters) wrapped around the conductor.
En variante, l'isolant est extrudé en grande longueur (typiquement plusieurs milliers de mètres) autour du conducteur du fil, et donc il est sous forme d'un extrudat de grande longueur.As a variant, the insulation is extruded in great length (typically several thousand meters) around the conductor wire, and therefore it is in the form of a large extrudate length.
Dans le cas où l'isolant est un ruban, les fibres sont avantageusement dans la direction longitudinale du ruban. In the case where the insulation is a tape, the fibers are advantageously in the longitudinal direction of the ribbon.
Le taux de recouvrement entre spires du ruban est par exemple compris entre 10 et 70%, de préférence entre 10 et 50%.The recovery rate between turns of the ribbon is example between 10 and 70%, preferably between 10 and 50%.
Le ruban renforcé présente des caractéristiques d'étanchéité, d'isolation et de résistance mécanique suffisantes pour être utilisé seul sur le conducteur. L'étanchéité se mesure par exemple sous pression atmosphérique par la possibilité qu'a le câble formé de l'isolant autour d'une âme de ne pas laisser pénétrer un fluide tel que l'eau radialement, les extrémités dudit câbles étant émergées et le reste du câble étant immergé, au moins pendant quelques heures, par exemple quelques douze heures. Ainsi l'étanchéité se mesure par exemple par le test de tenue en tension suivant la norme NF C 93523 ou toute norme équivalente (qui correspond à une immersion de 12 heures), ou bien par le test de tenue en tension suivant le norme ASTM D 3032 voire ASTM D 149.Reinforced tape has characteristics sufficient sealing, insulation and mechanical strength to be used alone on the conductor. Sealing is measured for example under atmospheric pressure by the possibility that the cable formed from the insulation around a core not to leave penetrate a fluid such as water radially, the ends said cable being emerged and the rest of the cable being submerged, at least for a few hours, for example some twelve hours. Thus tightness is measured for example by the test of tensile strength according to standard NF C 93523 or any standard equivalent (which corresponds to a 12-hour immersion), or well by the tensile test according to the ASTM standard D 3032 or even ASTM D 149.
Toutefois, il peut s'avérer nécessaire de disposer un autre ruban de PTFE autour du ruban à matrice ou base de PTFE renforcée par des fibres afin d'uniformiser la surface extérieure du fil. En effet, les fibres sont susceptibles de créer, sur la surface extérieure du fil, des irrégularités d'un aspect inacceptable. Le ruban PTFE extérieur a par exemple une épaisseur comprise entre 50 et 100 µm et un taux de recouvrement entre spires compris entre 20 et 70%.However, it may be necessary to have a other PTFE tape around the matrix or PTFE base tape reinforced with fibers to standardize the surface outside of the wire. Indeed, fibers are likely to create irregularities on the outer surface of the wire unacceptable appearance. The external PTFE tape has for example a thickness between 50 and 100 µm and a recovery rate between turns between 20 and 70%.
Dans un mode de réalisation, le conducteur est de
jauge 20, c'est-à-dire présente une section de 0,6 mm2, et le
ruban, à matrice ou base de PTFE renforcée par des fibres,
présente une épaisseur de 50 µm. Les fils conducteurs connus de
jauge 20 comportent habituellement quatre couches d'un ruban
isolant en polyimide d'épaisseur 30 µm environ. Ainsi, si on ne
prend pas de précaution particulière, le fil selon l'invention
sera sensiblement plus lourd que le fil classique, d'autant plus
que la densité du PTFE fritté (qui est de 2,2) est supérieure à
la densité (1,5 à 1,8) du polyimide. Dans ces conditions, pour
limiter le poids du fil conducteur équipé de ruban isolant selon
l'invention, on aura intérêt à prévoir un taux de recouvrement
entre spires du ruban qui soit relativement faible, par exemple
de l'ordre de 10 à 20%.In one embodiment, the conductor is 20 gauge, that is to say has a cross section of 0.6 mm 2 , and the ribbon, with a matrix or base of PTFE reinforced with fibers, has a thickness of 50 µm. Known conductive wires of
Les fibres peuvent être utilisées sans lien les unes avec les autres, ou peuvent être utilisées sous une forme organisée telle qu'un ruban non tissé.Fibers can be used unbound with others, or can be used in an organized form such as nonwoven tape.
Dans un mode de réalisation, les fibres sont noyées dans la matrice de PTFE.In one embodiment, the fibers are embedded in the PTFE matrix.
Dans un autre mode de réalisation, les fibres sont incrustées à la surface de la matrice, ou base, de PTFE.In another embodiment, the fibers are encrusted on the surface of the matrix, or base, of PTFE.
Le conducteur est par exemple en cuivre ou en alliage de cuivre ou en alliage d'aluminium et est recouvert avantageusement d'étain, d'argent ou de nickel.The conductor is for example made of copper or an alloy of copper or aluminum alloy and is advantageously covered of tin, silver or nickel.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaítront avec la description de certains de ses modes de
réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins
ci-annexés sur lesquels :
Dans les exemples représentés sur les figures 1 et 2, les fibres continues et de grande longueur (typiquement plusieurs milliers de mètres) sont noyées dans une matrice de PTFE et dans la variante représentée sur la figure 5, lesdites fibres sont incrustées à la surface d'une base de PTFE.In the examples shown in Figures 1 and 2, continuous and very long fibers (typically several thousand meters) are drowned in a matrix of PTFE and in the variant shown in Figure 5, said fibers are encrusted on the surface of a PTFE base.
Quel que soit le mode de réalisation, on choisira de préférence des fibres qui s'étendent dans la direction longitudinale du ruban et qui présentent des propriétés de résistance mécaniques telles que le ruban ainsi formé ait une résistance à la coupure et une résistance à l'abrasion par raclage aussi élevées que possible et, de préférence, comparable aux propriétés analogues des rubans polyimides connus. Ainsi pour une mesure faite sur un conducteur comprenant un fil d'âme conductrice de section 0,6 mm2 et un isolant sur cette âme en une épaisseur radiale de 120 µm, l'abrasion fil à fil est typiquement de l'ordre de 6 millions de cycles, l'abrasion par raclage est typiquement de l'ordre de 100 cycles pour une force de 0,8 kg, et la résistance à la coupure, à la température ambiante soit 20°C ± 5°C, avec une aiguille de diamètre 0,5 mm, est de l'ordre de 10 kgs.Whatever the embodiment, it is preferable to choose fibers which extend in the longitudinal direction of the ribbon and which have mechanical resistance properties such that the ribbon thus formed has a cut resistance and a resistance to scraping abrasion as high as possible and preferably comparable to the similar properties of known polyimide tapes. Thus, for a measurement made on a conductor comprising a conductive core wire of section 0.6 mm 2 and an insulator on this core in a radial thickness of 120 μm, the abrasion wire to wire is typically of the order of 6 million cycles, scraping abrasion is typically of the order of 100 cycles for a force of 0.8 kg, and resistance to cutting, at room temperature, i.e. 20 ° C ± 5 ° C, with a needle 0.5 mm in diameter, is around 10 kgs.
Pour obtenir ces propriétés de résistance mécanique de l'isolant du conducteur, on choisira de préférence des fibres ayant un haut module d'élasticité en traction, généralement de 2 à 80 N/Tex (où le Tex est le poids de la fibre en g/km).To obtain these mechanical strength properties of the insulator of the conductor, we will preferably choose fibers having a high modulus of elasticity in traction, generally of 2 at 80 N / Tex (where Tex is the weight of the fiber in g / km).
Dans un exemple, on fait appel à des fibres de polyamide-imide telles que des fibres Kermel de la société Rhodia. Une fibre de ce type est habituellement constituée par un ensemble de 200 à 300 fibres ayant chacune un diamètre de l'ordre de 5 ou 10 µm.In one example, fibers of polyamide-imide such as Kermel fibers from the company Rhodia. A fiber of this type is usually made up of a set of 200 to 300 fibers each having a diameter of around 5 or 10 µm.
Dans un autre exemple, on utilise des fibres méta aramides telles que celles connues sous la marque Nomex ou des fibres para-aramides connues sous les marques Kevlar et Twaron des sociétés Dupont de Nemours et Akzo. On rappelle ici qu'un aramide est un polyamide aromatique.In another example, we use meta fibers aramids such as those known under the brand Nomex or para-aramid fibers known under the brands Kevlar and Twaron of the Dupont de Nemours and Akzo companies. We recall here that a aramid is an aromatic polyamide.
On peut également faire appel à des fibres de carbone, des fibres en polyimide, et, éventuellement, des fibres en PTFE.We can also use carbon fibers, polyimide fibers, and possibly PTFE fibers.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure
1, le ruban 10 comporte une matrice 12 de PTFE dans laquelle
sont noyées des fibres polyamide-imide 141, 142, 143, etc. Ces
fibres sont sans lien les unes avec les autres. Toutefois, elles
s'étendent sur une très grande longueur dans la direction
longitudinale - représentée par la flèche F - du ruban 10. Dans
cet exemple, l'épaisseur du ruban est d'environ 50 µm et sa
largeur de l'ordre de 350 mm lors de sa fabrication. Après
fabrication, le ruban est découpé longitudinalement en rubans de
largeurs de 4 à 15 mm environ chacun.In the embodiment shown in FIG. 1, the
Le mode de réalisation représenté sur la figure 2 se distingue de celui décrit en relation avec la figure 1 par le fait qu'on utilise des fibres polyamide-imide 141, 142, 143, etc. sous forme de ruban non tissé, c'est-à-dire que lesdites fibres sont organisées selon des fils de trame parallèles 141, 142, 143 et sont assemblées par des fils transversaux de chaíne 161 (un seul fil de chaíne a été représenté sur la figure 2). De façon en soi connue, la distance entre deux fils voisins de chaíne est nettement plus importante que la distance entre deux fils voisins de trame 141, 142.The embodiment shown in FIG. 2 differs from that described in relation to FIG. 1 by the fact that polyamide-imide fibers 14 1 , 14 2 , 14 3 , etc. are used. in the form of a nonwoven ribbon, that is to say that said fibers are organized according to parallel weft threads 14 1 , 14 2 , 14 3 and are assembled by transverse warp threads 16 1 (a single warp thread has been shown in Figure 2). In known manner, the distance between two neighboring warp son is significantly greater than the distance between two neighboring weft son 14 1 , 14 2 .
On a représenté sur la figure 3 une coupe d'un fil 20
présentant un conducteur central 22 composé d'une pluralité de
brins 211, 212 etc., sur lequel est appliqué un ruban 10 avec un
taux de recouvrement de l'ordre de 20% d'une spire à l'autre.There is shown in Figure 3 a section of a
Le taux de recouvrement est le rapport entre, d'une
part, la largeur 1 de recouvrement de deux spires 26 et 28
(figure 6) du ruban enroulé sur le conducteur et, d'autre part,
la largeur totale L du ruban. De cette manière, le long du fil
on aura soit une simple épaisseur du ruban soit une double
épaisseur, la double épaisseur n'apparaissant que sur environ
20% de la longueur. De façon générale, le taux de recouvrement
sera compris entre 10 et 50%. Toutefois, on a intérêt à
minimiser ce taux de recouvrement de façon à limiter le poids du
fil et son diamètre extérieur.The recovery rate is the ratio between, of a
share, the width 1 of overlap of two
Le ruban 10 est recouvert par un autre ruban 30 en
PTFE de type conventionnel d'épaisseur comprise entre 30 et
100 µm. Ce ruban 30 est enroulé dans le sens contraire du ruban
10, et avec un taux de recouvrement compris entre 20 et 70 %.The
On décrira ci-après en relation avec les figures 4 et 4a, un procédé de fabrication du ruban des figures 1 et 2.We will describe below in relation to Figures 4 and 4a, a method of manufacturing the ribbon of FIGS. 1 and 2.
Préalablement aux étapes de fabrication correspondant aux figures 4 et 4a, on effectue un traitement de surface des fibres de façon à améliorer la liaison, ou adhérence, entre ces dernières et la matrice de PTFE. A cet effet, on enduit les fibres d'une dispersion aqueuse de PTFE. Le PTFE en solution aqueuse est sous forme de fines particules dont chacune a des dimensions de l'ordre de 0,1 µm.Prior to the corresponding manufacturing stages in FIGS. 4 and 4a, a surface treatment of the fibers so as to improve the bond, or adhesion, between these and the PTFE matrix. For this purpose, the fibers of an aqueous dispersion of PTFE. PTFE in solution aqueous is in the form of fine particles each of which has dimensions of the order of 0.1 µm.
A la place, ou en plus, de cette enduction des fibres, on peut aussi prévoir un traitement par effet Corona. De façon en soi connue, le traitement par effet Corona consiste à faire circuler une fibre entre deux électrodes entre lesquelles on crée un arc électrique. Le plasma de l'arc électrique effectue un traitement de surface de la fibre qui aide à son adhérence ultérieure au PTFE dans lequel elle sera noyée ou sur lequel elle sera incrustée.In place of, or in addition to, this coating of fibers, it is also possible to provide a treatment using the Corona effect. In a way in itself known, the treatment by Corona effect consists in making circulate a fiber between two electrodes between which creates an electric arc. The plasma of the electric arc performs a surface treatment of the fiber which helps its adhesion subsequent to the PTFE in which it will be embedded or on which it will be encrusted.
Après cette enduction des fibres et/ou le traitement par effet Corona, les fibres et le PTFE sont introduits dans une extrudeuse pour PTFE fonctionnant selon un procédé dit de "pultrusion". Le PTFE non fritté en poudre est mélangé à un lubrifiant tel qu'un hydrocarbure, ce mélange formant un ensemble pâteux appelé "préforme".After this fiber coating and / or treatment by Corona effect, the fibers and PTFE are introduced into a PTFE extruder operating according to a process known as "pultrusion". Unsintered PTFE powder is mixed with a lubricant such as a hydrocarbon, this mixture forming a whole pasty called "preform".
L'appareil de pultrusion comporte, tout d'abord, un
dispositif de guidage 32 dans lequel les fibres sont introduites
longitudinalement en même temps que le mélange pâteux. The pultrusion device comprises, first of all, a
Ensuite, les fibres sont tirées et le mélange pâteux
est poussé sous haute pression et à température de l'ordre de
40°C, dans une filière plate 34 qui réduit la section de l'ensemble
pour atteindre une épaisseur de ruban de l'ordre de
60 µm. Après passage dans la filière 34, le ruban subit au poste
de cuisson 36 une cuisson à une température inférieure ou égale
à 250°C destinée à faire évaporer le lubrifiant. L'effort de
traction à la sortie du poste 32 ou 34 permet d'installer les
fibres en direction longitudinale. Après le poste 36, le ruban
est introduit dans un poste de calandrage 38 qui est représenté
schématiquement sur la figure 4a. Le calandrage consiste à
réduire l'épaisseur du ruban formé précédemment de façon à
ramener son épaisseur de 60 à 50 µm par exemple. Cette opération
s'effectue, en général, à chaud. Elle consiste, de façon
classique, à prévoir deux rouleaux 40 et 42 entre lesquels passe
le ruban 44 dont on veut diminuer l'épaisseur.Then the fibers are pulled and the mixture pasty
is pushed under high pressure and at a temperature of the order of
40 ° C, in a
Enfin, le ruban 10 ainsi fabriqué est enroulé sur un
tambour 46, puis découpé longitudinalement comme mentionné ci-dessus.Finally, the
Pour fabriquer le fil 20 (figure 3), on enroule le
ruban à base de PTFE non fritté ainsi fabriqué autour du
conducteur 22 avec, comme mentionné ci-dessus, un taux de
recouvrement de préférence de l'ordre de 20%, puis on enroule le
ruban 30 en PTFE non fritté autour de ce ruban 10 en sens
contraire. L'ensemble ainsi formé, qui comporte du PTFE non
fritté, est alors soumis à une opération de frittage qui
consiste en un chauffage à une température d'au moins 342°C
pendant environ 1 minute. Cette opération de frittage du PTFE
augmente la densité de ce dernier, solidarise entre elles les
différentes couches de rubans, et modifie la structure
cristalline du polymère PTFE. Enfin, le frittage chasse l'air
résiduel emprisonné par les rubans de PTFE non frittés.To make the wire 20 (Figure 3), the
non-sintered PTFE tape thus manufactured around the
Dans la variante représentée sur la figure 5, le ruban
50 est formé par l'incrustation, par pression, de fibres 52 à la
surface d'un ruban 54 de PTFE non fritté dont l'épaisseur est
comprise entre 25 et 40 µm. A cet effet, on part d'un ruban de
fibres 52 disposées en ruban non tissé de grande longueur et
préalablement enduites d'une dispersion aqueuse de PTFE et/ou
soumises à un traitement par effet Corona comme décrit ci-dessus.
Ce traitement préalable est particulièrement utile dans
cette réalisation, car les pressions exercées entre le ruban 54
de PTFE et le ruban de fibres 52 sont sensiblement moins
importantes que dans le procédé décrit en relation avec les
figures 4 et 4a.In the variant shown in Figure 5, the
Après le traitement des fibres, le ruban 52 de fibres
non tissé est appliqué sur le ruban PTFE 54 et l'ensemble est
calandré à chaud comme décrit avec la figure 4a. La pression
exercée entre les rouleaux de calandrage 56 et 58 incruste les
fibres dans la surface du ruban 54, formant ainsi le ruban 50.After processing the fibers, the
En variante (non représentée), le ruban non tissé 52
est disposé entre 2 rubans de PTFE.Alternatively (not shown), the
Quel que soit le mode de réalisation, le ruban à base de PTFE non fritté qui est ainsi formé est enroulé autour du conducteur du fil comme décrit avec les autres modes de réalisation.Whatever the embodiment, the ribbon based of non-sintered PTFE which is thus formed is wound around the wire conductor as described with other modes of production.
Bien qu'on ait le plus souvent intérêt à minimiser le
taux de recouvrement du ruban de façon à limiter le poids du
conducteur formé, il peut se produire qu'on ait, au contraire,
intérêt à l'augmenter de façon à améliorer les résistances
mécaniques de l'isolant ainsi formé. Également pour optimiser
les performances mécaniques, on peut associer deux rubans selon
l'invention ayant chacun un taux de recouvrement de l'ordre de
20 à 30% ; autrement dit, dans le mode de réalisation représenté
sur la figure 3, on peut remplacer le ruban de PTFE 30 par un
autre ruban selon l'invention.Although it is most often beneficial to minimize the
tape recovery rate in order to limit the weight of the
trained conductor, it can happen that, on the contrary,
interest in increasing it so as to improve resistance
of the insulation thus formed. Also to optimize
mechanical performance, two ribbons can be combined according to
the invention each having a recovery rate of around
20 to 30%; in other words, in the embodiment shown
in Figure 3, you can replace the
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Also Published As
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