FR2708781A1 - Gaine anti-feu et procédé d'élaboration de cette gaine. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé pour protéger thermiquement et mécaniquement des câbles et faisceaux de câbles par une gaine tressée directement autour de l'élément à protéger utilisant un fil de tressage constitué de plusieurs brins élémentaires formés par entrelacement de fibres synthétiques obtenues après craquage et filage d'une fibre d'aramide et d'une fibre organique oxydée carbonisable. La fibre organique oxydée carbonisable constitue la plus grande partie des fibres synthétiques constituant le brin élémentaire du fil de tressage. Elle concerne également la gaine de protection thermique et mécanique pour câbles et faisceaux de câbles obtenue par ce procédé. Dans le but d'améliorer certaines des caractéristiques mécanique ou thermique de cette gaine, il peut être associé un matériau en fil supplémentaire auxdites deux fibres synthétiques, pour former les brins élémentaires ou bien encore la gaine ainsi tressée peut être recouverte d'un tressage complémentaire à base de fibres d'aramide.

Description

GAINE ANTI-FEU ET PROCEDE D'ELABORATION DE CETTE GAINE
La présente invention concerne une gaine anti-feu destinée principalement à la protection thermique incendie et mécanique de câblages notamment dans les domaines aéronautique, spatial et industriel. Elle concerne également un procédé pour la réalisation de cette gaine.

Dans certaines conditions d'utilisation, les câbles ou les harnais de câbles assurant les liaisons électriques au sein d'ensembles mécaniques ou électroniques sont susceptibles d'être soumis, sur des durées plus ou moins longues, à des températures élevées supérieures à celles spécifiées par les fabricants des produits concernés. Dans la plupart des cas, il en résulte une interruption de ces liaisons qui peut entraîner directement ou indirectement une destruction des matériels mis en oeuvre. Or dans le domaine spatial, la perte d'une fonction essentielle peut amener l'échec de la mission avec les conséquences financières qui en résultent et dans le domaine aéronautique, la mise hors service d'équipements primordiaux comme l'éclairage de secours par exemple est à l'origine directe de pertes en vies humaines lors d'écrasement au sol d'aéronefs.

Actuellement, les techniques mises en oeuvre pour assurer une protection thermique des câbles sont essentiellement de trois sortes: pour les applications aéronautiques, cette protection en température est réalisée en plaçant les différents chemins de câbles dans des zones froides spécialement conques pour supporter ces hautes températures. Une telle solution, outre qu'elle est très onéreuse car nécessitant des systèmes de refroidissement complexes n'est pas réellement efficace comme l'ont démontré les dernières analyses des récents accidents d'aéronefs. De plus, dans l'environnement moteur des aéronefs, les câbles cheminants dans des zones à risques sont des câbles spéciaux qualifiés d'incombustibles d'un prix très élevé, d'une masse linéique et d'un encombrement importants;
pour les applications spatiales, cette tenue en température est réalisée lors de l'assemblage final des matériels en recouvrant les câbles et harnais de câbles d'une protection spiralée souple à base d'un matériau type "Jehier" ou encore d'une protection plus rigide à base de fibres de verre ou de silice telle que le "Reprobat".

Toutefois, ces solutions outre qu'elles impliquent un temps de pose important sont particulièrement coûteuses et pénalisantes en poids. De plus, la première de ces protections n'est réelle que jusqu a environ 200-C et la seconde souffre d'un effet de four provoqué par la capacité d'absorption de la chaleur des fibres. En outre, ces protections à base de fibres de verre ou de silice exigent des pécautions de mise en oeuvre particulières compte tenu de leur toxicité;
pour les applications industrielles, il est fait appel couramment à des câbles spéciaux qualifiés d'incombustibles, notamment à base de PIFE, et présentant des températures de services pouvant atteindre 300 à 400*C Toutefois, ces câbles de haute qualité étant d'un prix très élevé, il est exclue de réaliser des faisceaux de câbles avec cette technique.

Aucune de ces solutions n'est donc pleinement satisfaisante, car elles ne permettent pas l'optimisation des besoins des utilisateurs en matière de masse, coût, tenue en température, et délai de mise en oeuvre.

Aussi une recherche de solutions nouvelles a été entreprise par la société française Aérospatiale à partir d'écrans thermiques à base de matériaux ayant un faible taux de transmission dans l'infrarouge et habituellement utilisés dans la lutte contre les incendies. De tels écrans sont par exemple vendus par la Société
Ariégeoise de Bonneterie, sise à Montferrier (09) France, sous l'appelation
MONSEGUR. Cette recherche a abouti au dépôt de la demande de brevet français
FR 2 666 048 qui tend à protéger une matière constituée d'une superposition de tissu MONSEGUR et recouverte sur chaque face d'une couche de silicone. Cette nouvelle protection thermique n'est malheureusement pas encore satisfaisante car, comme la technique de l'art antérieure, elle ne peut être mise en oeuvre qu'avec l'assemblage final des matériels. En outre, elle reste lourde, coûteuse et de mise en oeuvre délicate, et de par sa structure même n'est pas adaptée à la protection d'un câble unique d'un diamètre de quelques millimètres. Il doit également être noté que compte tenu de la sensible rigidité de la matière (du fait de la multitudes des couches et du revêtement silicone), elle se trouve très mal adaptée à des câblages présentant de nombreuses circonvolutions comme cela existe fréquemment dans les moteurs fusées.

il n'existe donc pas encore à ce jour une protection de câblages d'une très bonne tenue mécanique, qui soit efficace pour des températures par exemple supérieures à 400in et soit à la fois peu coûteuse et de poids et encombrement faibles, tout en pouvant s'adapter à toutes les formes et dimensions de câblage.

Le but de la présente invention est donc de pallier l'ensemble des inconvénients précités et de réaliser une protection à très haute température (jusqu'à environ 850in) de toute sorte de câblages, câbles et harnais de câbles, qui soit universelle, c'est à dire pouvant être mise en oeuvre dans tout type d'industrie, notamment en remplacement des revêtements spatiaux actuels et de certaines protections froides aéronautiques. Un autre but de l'invention est de réaliser une gaine ne nécessitant pas une installation complexe sur le site d'intégration. Encore un autre but de l'invention, est de réaliser cette protection thermique et mécanique dans un encombrement des plus réduits.

Ces buts sont atteints par une gaine de protection thermique et mécanique pour câbles et faisceaux de câbles obtenue directement par un tressage autour de l'élément à protéger, cette gaine comportant une couche trèssée de fils de tressage constitués de plusieurs brins élémentaires formés par entrelacement de fibres synthétiques obtenues après craquage et filage d'une fibre d'aramide et d'une fibre organique oxydée carbonisable.

Par cette utilisation entièrement nouvelle de fibres synthétiques utilisées jusqu'alors sous la seule forme d'un tissu tissé dans des panneaux pare-flammes, il est possible d'obtenir une protection universelle pour tout type d'activité dont le prix de revient est très faible tant en coût du matériau qu'en coût d'installation (toute protection sur site devient inutile). En outre, la faible masse linéique associée à l'encombrement réduit d'une telle gaine la prédispose pour tous les matériels embarqués. Cette protection peut être mise en oeuvre sur des câbles courants comme sur des câbles à fibres optiques et leur donner ainsi des performances mécaniques, thermiques et au feu exceptionnelles. il peut être noté qu'une telle gaine est également applicable pour des systèmes pneumatiques ou hydrauliques.

Des essais menés dans différentes conditions de mesure (type de câble, diamètre du faisceau) ont démontré les performances exceptionnelles de la gaine selon l'invention.

Pour une température de flamme de 727'C (en surface de la gaine), aucune perte de mesure (maintien de la continuité et de l'isolement) n'a été constatée pendant plus de 15 minutes sur des faisceaux de câbles de plus de 10 mm de diamètre. Sur des câbles unitaires du type 4FE ou câble thermocouple, aucune perte de mesure n'a été constatée jusqu'à 10 minutes.

Ces performances, qui vont bien au delà des spécifications actuellement imposées notamment dans le domaine spatial, démontrent l'intérêt de la gaine selon l'invention. De plus, il n'est pas inutile de noter qu'une protection de 25 faisceaux représentant environ 150 câbles (d'une longueur moyenne de 6 mètres) ne pèse que 1 à 2 kg quril faut comparer à la dizaine de kilos d'une protection actuelle équivalente.

Selon les applications mises en oeuvre, la gaine selon l'invention peut comporter une ou plusieurs autres couches tressées se superposant sur la couche initiale, les configurations de tressage des diverses couches pouvant être différentes.

Lorsqu'il existe des contraintes sévères en matière de pollution, cette gaine comportera de préférence une couche supplémentaire destinée à supprimer les résidus fibreux issus de l'opération de craquage. Différents essais ont montré qu'une couche constituée d'un tressage à base de fibres d'aramide tel le Nomex convient dans la plupart des applications.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une représentation schématique d'un métier à tresser destiné à la réalisation d'une gaine de protection thermique selon l'invention, et -les figures 2a à 2c et 3a à 3c montrent deux exemples de mise en oeuvre du procédé de fabrication de gaines selon l'invention.

La figure 1 est une représentation schématique d'un métier à tresser permettant la réalisation de la gaine de protection thermique selon l'invention. Un tel métier 1 comporte classiquement, montés sur un support 10, des bobines d'alimentation en fil 12 et un puits d'alimentation 14 duquel sort l'élément à tresser 2. Le fil de tressage 3 présent sur les différentes bobines d'alimentation est tressé directement autour de l'élément à protéger 4 sortant du puits du métier à tresser.

Cet éIément peut consister en un câble unique d'un diamètre quelconque, les métiers actuels permettant la réalisation de gaines de 2 à plus de 40 mm de diamètre, ou encore en un faisceau de câbles comme ceux illustrés aux figures 2 et 3.

Dans le cadre de la présente invention, le fil de tressage est constitué de plusieurs brins élémentaires formés par entrelacement de fibres synthétiques obtenues après craquage et filage d'une fibre d'aramide et d'une fibre organique oxydée carbonisable. La fibre d'aramide présente de très bonnes caractéristiques mécaniques et une excellente résistance à la chaleur (il peut s'agir des produits connus sous les noms de "Kevlar", "Twaron" ou "Technora"). La fibre organique oxydée carbonisable, notamment à base de polyacrylonitrile, est un fil connu par exemple sous le nom de "Sigrafil". Après craquage, ces deux fils entrent de préférence pour respectivement 30 et 70 % dans la fabrication d'un brin élémentaire à la base du fil de tressage. Ce rapport préférentiel n'exclue pas un rapport différent dans la mesure ou une prépondérance est laissée à la fibre organique oxydée.

Pour certaines applications, pour former ce brin élémentaire, il peut être nécessaire d'associer à la fibre synthétique obtenue précédemment une autre fibre présentant des caractéristiques spécifiques adaptées à cette application. Par exemple, si l'on désire améliorer les propriétés thermiques par conduction de la gaine, le recours à un matériau ayant par exemple une bonne résistivité thermique, en complément de la fibre synthétique précitée, s'avère particulièrement judicieux.

ll doit être noté que cette adjonction d'un matériau en fil supplémentaire peut être réalisée lors du tressage en chargeant une ou plusieurs bobines d'alimentation avec ce matériau spécifique, les autres bobines recevant la fibre synthétique issu du traitement initial.

Une première couche de protection thermique est alors obtenue simplement en tressant avec un angle de tressage déterminé et à partir d'un nombre de bobines prédéfinies, le fil de tressage élaboré précédemment. En tant que de besoin, une ou plusieurs couches supplémentaires peuvent être tressées sur cette première couche en adoptant un angle de tressage identique ou non.

Dans les applications où les contraintes en matière de pollution sont élevées, par exemple dans le domaine spatial, il peut être nécessaire de recouvrir la ou les couches de protection thermique d'une couche supplémentaire permettant de supprimer les barbes présentes au niveau de la fibre synthétique et issues du processus de craquage. Un tressage complémentaire à base de fil d'aramide tel que le Nomex peut parfaitement convenir pour une telle protection antipollution. De même, une imprégnation spécifique de la gaine est aussi envisageable. Une autre solution, ne faisant pas appel à l'emploi d'une couche supplémentaire, consiste à procéder à une épuration des brins élémentaires, préalablement à tout tressage (par peignage par exemple).

Ces différentes couches superposées ou éventuellement la couche unique (lorsque les contraintes thermiques et de pollution sont moins élevées) forment ainsi une gaine autour de l'élément à protéger, qu'il s'agisse d'un câble unique ou d'un faisceaux de câbles, ce câblage ne nécessitant alors d'autres manipulations que sa mise en place au niveau des dispositifs sur lesquels il doit être monté. Aucune étape complémentaire, spécifique, de protection thermique ou mécanique n'est à mettre en oeuvre lors de l'assemblage final du matériel. Ainsi, actuellement, ce n'est pas moins de 150 heures qui sont nécessaires pour assurer sur le site d'intégration la protection thermique des câblages intervenant au niveau d'un moteur fusée de dernière génération.

Ainsi, les différentes étapes permettant de réaliser une gaine de protection thermique pour câbles et faisceau de câbles sont les suivantes: a) formation de brins élémentaires à partir d'un nombre prédéterminé de fibres synthétiques obtenues après craquage et filage dans des proportions déterminées d'un fil d'aramide et d'un fil préoxydé, b) montage de ces brins sur un nombre prédéterminé de bobines ou fuseaux d'alimentation en fil d'un métier à tresser, et c) à partir de ces bobines d'alimentation, réalisation de la gaine de protection par un tressage de ces fils selon un angle prédéterminé directement autour du câble ou du faisceau de câbles à protéger.

Pour certaines applications, ltétape c) de tressage est renouvelée au moins une seconde fois éventuellement avec une configuration de tressage distincte de la précédente.

Lorsque le montage des câblages impose des spécifications antipollutions sévères, afin de supprimer les résidus fibreux issus de l'opération de craquage, ce procédé comporte une étape complémentaire: d) consistant, soit à recouvrir la gaine ainsi tressée d'une couche supplémentaire d'un autre fil compatible salle blanche du type "Nomex", soit à faire une imprégnation spécifique sur la gaine ainsi tressée, cette imprégnation assurant une étanchéité au ruissellement de liquides pouvant entrer au contact de cette gaine.

Une solution alternative existe en intercalant une étape complémentaire entre les étapes a) et b) consistant au peignage des brins élémentaires afin de réaliser ainsi une épuration du fil à tresser.

Les figures 2a à 2c et 3a à 3c montrent deux exemples de réalisation d'un tressage d'une gaine entourant un faisceau de câbles 20 comportant un toron principal 21 sur lequel viennent se greffer plusieurs branches auxiliaires 22, 23, 24 formant comme une fourche avec le toron principal (voir figures 2a et 3a).

Dans le premier exemple de réalisation des figures 2a à 2c, il est procédé tout d'abord au tressage des branches auxiliaires qui sont recouvertes d'une gaine 4, ce tressage étant réalisé jusqu'à englober des accessoires de maintien 30 ( rubans, frettes, etc) disposés aux jonctions du toron principal. Ensuite, le toron principal peut être tressé en une seule fois, la gaine 40 venant alors recouvrir la partie du tressage précédent couvrant les rubans de maintien. L'élément référencé 41 correspond à ce qu'on appelle communément la queue de tressage, celle-ci pouvant devenir un moyen de fixation de la gaine sur sa structure d'accueil.

Dans le second exemple de réalisation des figures 3a à 3c, il est procédé dans un premier temps au tressage des seules extrémités libres du faisceau de câbles, c'est à dire des branches auxiliaires 22 à 24 et de l'extrémité du toron principal 25. Puis, on vient tresser le toron principal 21 qui recouvrira les parties non encore protégées du faisceau de câbles, un aller-retour 45 étant pratiqué au niveau des jonctions avec les branches auxiliaires pour assurer une couverture optique maximale sans interruption du tressage.

Bien évidemment, ces deux modes privilégiés de réalisation ne sont aucunement limitatifs et d'autres modes plus classiques pourront être pareillement mis en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour protéger thermiquement et mécaniquement des câbles et faisceaux de câbles par une gaine tressée directement autour de l'élément à protéger utilisant un fil de tressage constitué de plusieurs brins élémentaires formés par entrelacement de fibres synthétiques obtenues après craquage et filage d'une fibre d'aramide et d'une fibre organique oxydée carbonisable.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre organique oxydée carbonisable constitue la plus grande partie des fibres synthétiques constituant le brin élémentaire du fil de tressage.

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est associé un matériau en fil supplémentaire auxdites deux fibres synthétiques, pour former les brins élémentaires.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ce matériau supplémentaire est un matériau améliorant les caractéristiques thermiques par conduction de la protection.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la gaine ainsi trèssée est recouverte d'un tressage à base de fibres d'aramide.

6. Gaine de protection thermique et mécanique pour câbles et faisceaux de câbles obtenue par un tressage directement autour de l'élément à protéger, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche tréssée de fils de tressage constitués de plusieurs brins élémentaires formés par entrelacement de fibres synthétiques obtenues après craquage et filage d'une fibre d'aramide et d'une fibre organique oxydée carbonisable.

7. Gaine de protection thermique et mécanique pour câbles et faisceaux de câbles selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une ou plusieurs autres couches trèssées se superposant sur la couche initiale, les configurations de tressage des diverses couches pouvant être différentes.

8. Gaine de protection thermique et mécanique pour câbles et faisceaux de câbles selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une couche supplémentaire destinée à supprimer les résidus fibreux issus de l'opération de craquage.

9. Gaine de protection thermique et mécanique pour câbles et faisceaux de câbles selon la revendication 8, caractérisée en ce que cette couche supplémentaire est trèssée à base de fibres d'aramide.

10. Gaine de protection thermique et mécanique pour câbles et faisceaux de câbles selon la revendication 8, caractérisée en ce que cette couche supplémentaire est réalisée par une imprégnation spécifique de la gaine lui assurant en outre une étanchéité au ruissellement.