FR3068504A1 - CABLE COMPRISING AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE ELEMENT COMPRISING METALLIC CARBON FIBERS - Google Patents

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/04Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of carbon-silicon compounds, carbon or silicon

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  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un câble électrique (1) comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé (2) entouré par au moins une couche polymérique (4), ledit élément électriquement conducteur allongé (2) comprenant une fibre de carbone métallisée ou au moins un ensemble de fibres de carbone métallisées (3), caractérisé en ce que la fibre de carbone métallisée ou ledit ensemble (3) de fibres de carbone métallisées a une conductivité spécifique d'au moins 8%.The present invention relates to an electrical cable (1) comprising at least one elongated electrically conductive element (2) surrounded by at least one polymeric layer (4), said elongated electrically conductive element (2) comprising a metallized carbon fiber or at least one set of metallized carbon fibers (3), characterized in that the metallized carbon fiber or said set (3) of metallized carbon fibers has a specific conductivity of at least 8%.

Description

CABLE COMPRENANT UN ELEMENT ELECTRIQUEMENT CONDUCTEUR COMPRENANT DES FIBRES DE CARBONE METALLISEESCABLE COMPRISING AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE ELEMENT COMPRISING METALLIZED CARBON FIBERS

L'invention se rapporte à un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé comprenant une fibre de carbone métallisée ou au moins un ensemble de fibres de carbone métallisées.The invention relates to an electric cable comprising at least one elongated electrically conductive element comprising a metallized carbon fiber or at least one set of metallized carbon fibers.

Les câbles électriques sont largement utilisés pour le transport d'énergie électrique ainsi que pour la transmission de données. Les câbles électriques doivent posséder différentes propriétés selon leur utilisation et notamment, une bonne conductivité électrique, une bonne résistance mécanique, tout en étant le plus léger possible.Electric cables are widely used for the transport of electrical energy as well as for data transmission. Electric cables must have different properties depending on their use and in particular, good electrical conductivity, good mechanical resistance, while being as light as possible.

Un câble électrique comprend classiquement un élément électriquement conducteur mono-brin ou multi-brins le plus souvent entouré d'une matière isolante. L'élément électriquement conducteur est généralement constitué de matériaux métalliques comme, par exemple, du cuivre ou de l'aluminium. Cependant, l'utilisation de ces matériaux métalliques dans des câbles électriques présente plusieurs inconvénients. En effet, ces métaux peuvent avoir des propriétés mécaniques pas toujours adaptées aux besoins, une faible disponibilité et un prix élevé. Par ailleurs, les métaux sont des matériaux de densité élevée ce qui pose problème pour la fabrication et l'installation de câbles électriques, notamment de grande longueur (supérieure à 2 km), et dans des applications où la minimisation de la masse des systèmes est recherchée, tel que par exemple dans les systèmes aéronautiques.An electric cable conventionally comprises an electrically conductive single-strand or multi-strand element, most often surrounded by an insulating material. The electrically conductive element is generally made of metallic materials such as, for example, copper or aluminum. However, the use of these metallic materials in electric cables has several drawbacks. Indeed, these metals can have mechanical properties not always adapted to the needs, a low availability and a high price. Furthermore, metals are materials of high density which poses a problem for the manufacture and installation of electric cables, in particular very long (more than 2 km), and in applications where the minimization of the mass of the systems is sought, such as for example in aeronautical systems.

Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un élément électriquement conducteur léger et peu coûteux tout en ayant une très bonne conductivité électrique et des propriétés mécaniques améliorées.The object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art by providing a light and inexpensive electrically conductive element while having very good electrical conductivity and improved mechanical properties.

La présente invention a ainsi pour objet un câble électrique comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé entouré par au moins une couche polymérique, de préférence une couche polymérique électriquement isolante, ledit élément électriquement conducteur allongé comprenant une fibre de carbone métallisée ou au moins un ensemble de fibres de carbone métallisées, caractérisé en ce que la fibre de carbone métallisée ou ledit ensemble de fibres de carbone métallisées a une conductivité spécifique d'au moins 8%, et de préférence d'au moins 10% .The present invention thus relates to an electric cable comprising at least one elongated electrically conductive element surrounded by at least one polymeric layer, preferably an electrically insulating polymeric layer, said elongated electrically conductive element comprising a metallized carbon fiber or at least one assembly of metallized carbon fibers, characterized in that the metallized carbon fiber or said set of metallized carbon fibers has a specific conductivity of at least 8%, and preferably at least 10%.

Grâce au câble électrique de l'invention, l'utilisation de conducteurs métalliques massifs est limitée, voire évitée. Le câble électrique de l'invention possède une bonne conductivité spécifique tout en ayant des propriétés mécaniques, telles qu'une résistance en traction, une tenue thermique, et/ou une flexibilité (e.g. nécessaire pour son enroulement et son installation), améliorée(s) de façon significative. En outre, un autre avantage est que le câble électrique de l'invention présente notamment de très bonnes propriétés physico-chimiques, telles qu'une faible dilatation thermique de l'élément électriquement conducteur. Par ailleurs, le câble électrique de l'invention tire avantageusement parti de la faible densité des fibres de carbone en comparaison avec les densités des métaux. De plus, il possède une masse linéique plus faible qu'un câble électrique comprenant un ou plusieurs conducteur(s) métallique(s) comme seul(s) élément(s) conducteur(s), et a un coût de fabrication comparable.Thanks to the electric cable of the invention, the use of solid metal conductors is limited, or even avoided. The electric cable of the invention has good specific conductivity while having mechanical properties, such as tensile strength, thermal resistance, and / or flexibility (eg necessary for its winding and its installation), improved (s ) significantly. In addition, another advantage is that the electric cable of the invention has in particular very good physicochemical properties, such as a low thermal expansion of the electrically conductive element. Furthermore, the electric cable of the invention advantageously takes advantage of the low density of carbon fibers in comparison with the densities of metals. In addition, it has a lower linear mass than an electric cable comprising one or more metallic conductor (s) as the sole conductive element (s), and has a comparable manufacturing cost.

Elément électriquement conducteur allongéElongated electrically conductive element

Une fibre de carbone est composée majoritairement d'atomes de carbone cristallins alignés plus ou moins parallèlement à l'axe de la fibre de carbone. La teneur d'une fibre de carbone en élément carbone est généralement comprise entre 90% et 99%, et dépend essentiellement des étapes du procédé de fabrication.A carbon fiber is mainly composed of crystalline carbon atoms aligned more or less parallel to the axis of the carbon fiber. The carbon element content of a carbon fiber is generally between 90% and 99%, and essentially depends on the stages of the manufacturing process.

La fibre de carbone métallisée utilisée dans la présente invention peut comprendre une fibre de carbone entourée par une ou plusieurs couche(s) métallique(s).The metallized carbon fiber used in the present invention may include a carbon fiber surrounded by one or more metallic layer (s).

L'ensemble de fibres de carbone métallisées utilisé dans la présente invention comprend plusieurs fibres de carbone métallisées, chacune desdites fibres de carbone métallisées comprenant une fibre de carbone entourée par une ou plusieurs couche(s) métallique(s).The set of metallized carbon fibers used in the present invention comprises several metallized carbon fibers, each of said metallized carbon fibers comprising a carbon fiber surrounded by one or more metallic layer (s).

La fibre de carbone de la fibre de carbone métallisée ou les fibres de carbone de l'ensemble de fibres de carbone métallisées peu(ven)t être respectivement une ou des fibre(s) dite(s) à base de carbone. On entend par « à base de carbone » une fibre pouvant être composée de carbone, et plus particulièrement de nanofibres de carbone, de nanotubes de carbone et/ou de graphène.The carbon fiber of the metallized carbon fiber or the carbon fibers of the set of metallized carbon fibers can (respectively) be one or more fibers (s) called (s) carbon-based. The term “carbon-based” means a fiber which may be composed of carbon, and more particularly of carbon nanofibers, carbon nanotubes and / or graphene.

Un ensemble de fibres de carbone selon l'invention comprend plusieurs fibres de carbone qui peuvent être classiquement organisés en fils de carbone communément dénommés « mèches ». Un fil de carbone peut comprendre plusieurs milliers de fibres de carbone désignés par la lettre K, par exemple un fil de 12000 fibres de carbone est dit « 12K ».A set of carbon fibers according to the invention comprises several carbon fibers which can be conventionally organized into carbon threads commonly known as "wicks". A carbon wire can comprise several thousand carbon fibers designated by the letter K, for example a wire of 12000 carbon fibers is called "12K".

La conductivité spécifique d'au moins 8% de la fibre de carbone métallisée ou de l'ensemble de fibres de carbone métallisées permet avantageusement à ladite fibre de carbone métallisée ou audit ensemble de fibres de carbone métallisées d'être utilisé(e) comme élément électriquement conducteur allongé dans un câble électrique selon l'invention.The specific conductivity of at least 8% of the metallized carbon fiber or of the set of metallized carbon fibers advantageously allows said metallized carbon fiber or said set of metallized carbon fibers to be used as an element. electrically conductive elongated in an electric cable according to the invention.

L'élément électriquement conducteur allongé peut avoir de préférence une conductivité spécifique d'au moins 15%, de préférence d'au moins 25%, et plus préférentiellement d'au moins 35%.The elongated electrically conductive element may preferably have a specific conductivity of at least 15%, preferably of at least 25%, and more preferably of at least 35%.

La conductivité spécifique d'un matériau s'exprime en S.ir^-kg’1, et correspond au rapport de sa conductivité électrique exprimée en Siemens par mètre (S/m) divisée par sa masse volumique exprimée en kg/m3.The specific conductivity of a material is expressed in S.ir ^ -kg ' 1 , and corresponds to the ratio of its electrical conductivity expressed in Siemens per meter (S / m) divided by its density expressed in kg / m 3 .

La conductivité spécifique d'un matériau, exprimée en %, est déterminée par rapport à la conductivité spécifique à 20°C du cuivre pur recuit qui est de 6524,71 S.m2.kg'1. La masse volumique à 20°C du cuivre pur recuit est de 8890 kg.m'3.La conductivité électrique (S/m) caractérise l’aptitude d’un matériau à laisser les électrons qu'il contient se déplacer librement sous l'effet d'un champ électrique et donc permettre le passage d’un courant électrique.The specific conductivity of a material, expressed in%, is determined relative to the specific conductivity at 20 ° C of pure annealed copper which is 6524.71 Sm 2 .kg ' 1 . The density at 20 ° C of pure annealed copper is 8890 kg.m ' 3. The electrical conductivity (S / m) characterizes the ability of a material to let the electrons it contains move freely under the effect of an electric field and therefore allow the passage of an electric current.

Dans l'invention, un ensemble de fibres de carbone métallisées est défini comme plusieurs fibres de carbone métallisées organisées, par exemple, de façon parallèle les unes aux autres. Selon une variante possible, les fibres de carbone d'un ensemble peuvent être torsadées ou tressées.In the invention, a set of metallized carbon fibers is defined as several metallized carbon fibers organized, for example, in parallel to one another. According to a possible variant, the carbon fibers of an assembly can be twisted or braided.

Dans le câble électrique de l'invention, l'ensemble de fibres de carbone métallisées peut comprendre au moins 2 fibres de carbone métallisées, de préférence au moins 1000 fibres de carbone métallisées, de préférence au moins 3000 fibres de carbone métallisées, de préférence au moins 6000 fibres de carbone métallisées, et plus préférentiellement au moins 12000 fibres de carbone métallisées.In the electric cable of the invention, the set of metallized carbon fibers can comprise at least 2 metallized carbon fibers, preferably at least 1000 metallized carbon fibers, preferably at least 3000 metallized carbon fibers, preferably at minus 6000 metallized carbon fibers, and more preferably at least 12000 metallized carbon fibers.

Dans le câble électrique de l'invention, l'ensemble de fibres de carbone métallisées peut comprendre au plus 48000 fibres de carbone métallisées, voire même l'ensemble de fibres de carbone métallisées peut comprendre plus de 48000 fibres de carbone métallisées.In the electric cable of the invention, the set of metallized carbon fibers can comprise at most 48,000 metallized carbon fibers, or even the set of metallized carbon fibers can comprise more than 48,000 metallized carbon fibers.

Dans la présente invention, l'élément électriquement conducteur allongé peut comprendre :In the present invention, the elongated electrically conductive element can comprise:

- uniquement une fibre de carbone métallisée, et/ou- only metallized carbon fiber, and / or

- un unique ensemble ou plusieurs ensembles de fibres de carbone métallisées, notamment au plus 10 ensembles de fibres de carbone métallisées.- a single set or several sets of metallized carbon fibers, in particular at most 10 sets of metallized carbon fibers.

Dans un mode de réalisation particulier, l'élément électriquement conducteur allongé de l'invention peut en outre comprendre au moins un conducteur métallique.In a particular embodiment, the elongated electrically conductive element of the invention can also comprise at least one metallic conductor.

Lorsque l'élément électriquement conducteur allongé comprend plusieurs ensembles de fibres de carbone métallisées, chaque ensemble peut comprendre un nombre différent de fibres de carbone métallisées et/ou un métal différent constitutif de la couche métallique entourant les fibres de carbone.When the elongated electrically conductive element comprises several sets of metallized carbon fibers, each set may comprise a different number of metallized carbon fibers and / or a different metal constituting the metallic layer surrounding the carbon fibers.

L'élément électriquement conducteur allongé peut comprendre également des éléments additionnels comme par exemple une ou plusieurs fibre(s) de carbone non métallisée(s).The elongated electrically conductive element may also comprise additional elements such as for example one or more non-metallized carbon fibers.

Dans la présente invention, la ou les couche(s) métallique(s) du ou des fibres de carbone métallisée(s) peu(ven)t comprendre au moins un métal choisi parmi le cuivre, le zinc, l'étain, l'argent, l'aluminium, et de leurs alliages. Par « alliage », on entend la combinaison ou mélange d'au moins deux métaux, notamment choisis parmi ceux listés ci-dessus.In the present invention, the metal layer (s) of metallized carbon fiber (s) can (s) comprise at least one metal chosen from copper, zinc, tin, silver, aluminum, and their alloys. By “alloy” is meant the combination or mixture of at least two metals, in particular chosen from those listed above.

De préférence, la couche métallique peut comprendre uniquement du cuivre ou uniquement un alliage de cuivre.Preferably, the metal layer can comprise only copper or only a copper alloy.

Lorsque la fibre de carbone métallisée ou les fibres de carbone métallisées d'un ensemble de fibres de carbone métallisées sont entourées par plusieurs couches métallique(s), au moins une des couches métalliques peut comprendre du cuivre ou un alliage de cuivre, la ou les autres couches métallique(s) pouvant comprendre un métal différent, notamment choisi parmi le zinc, le nickel, l'étain, l'argent, l'aluminium, et un de leurs mélanges.When the metallized carbon fiber or metallized carbon fibers of a set of metallized carbon fibers are surrounded by several metallic layers, at least one of the metallic layers may comprise copper or a copper alloy, the other metallic layers which may comprise a different metal, in particular chosen from zinc, nickel, tin, silver, aluminum, and one of their mixtures.

La couche métallique peut être directement en contact physique avec la fibre de carbone de la fibre de carbone métallisée ou avec chaque fibre de carbone dudit ensemble de fibres de carbone métallisées.The metal layer may be in direct physical contact with the carbon fiber of the metallized carbon fiber or with each carbon fiber of said set of metallized carbon fibers.

La couche métallique peut être liée par interactions physiques et/ou chimiques, de préférence par liaison covalente, à la fibre de carbone pour permettre une bonne adhésion de la couche métallique à la fibre de carbone.The metal layer can be linked by physical and / or chemical interactions, preferably by covalent bonding, to the carbon fiber to allow good adhesion of the metal layer to the carbon fiber.

Une couche intermédiaire dite « d'adhésion » peut être placée entre la fibre de carbone et la couche métallique de la fibre de carbone métallisée, afin d'améliorer l'adhésion de la couche métallique autour de la fibre de carbone. La couche intermédiaire peut être une couche métallique, pouvant comprendre un ou plusieurs métaux choisi(s) parmi l'étain, le nickel, le cuivre, l'aluminium, l'argent, et un de leurs mélanges.An intermediate layer called "adhesion" can be placed between the carbon fiber and the metal layer of the metallized carbon fiber, in order to improve the adhesion of the metal layer around the carbon fiber. The intermediate layer may be a metallic layer, which may include one or more metals chosen from tin, nickel, copper, aluminum, silver, and one of their mixtures.

Dans l'invention, la couche métallique peut avoir une épaisseur moyenne d'au moins 100 nm, de préférence d'au moins 500 nm, et plus préférentiellement d'au moins 1 pm.In the invention, the metal layer may have an average thickness of at least 100 nm, preferably at least 500 nm, and more preferably at least 1 µm.

De préférence, la couche métallique peut avoir une épaisseur constante sur toute la longueur de la fibre de carbone ou des fibre(s) de carbone d'un ensemble de fibres de carbone métallisées. Une épaisseur constante signifie que l'épaisseur de la couche métallique peut varier d'au plus ±30% par rapport à l'épaisseur moyenne de la couche métallique, de préférence d'au plus ±20% par rapport à l'épaisseur moyenne de la couche métallique, et plus préférentiellement d'au plus ±10% par rapport à l'épaisseur moyenne de la couche métallique.Preferably, the metal layer may have a constant thickness over the entire length of the carbon fiber or carbon fibers of a set of metallized carbon fibers. A constant thickness means that the thickness of the metallic layer can vary by at most ± 30% compared to the average thickness of the metallic layer, preferably by at most ± 20% compared to the average thickness of the metal layer, and more preferably at most ± 10% relative to the average thickness of the metal layer.

Dans l'invention, l'épaisseur de la couche métallique peut être adaptée selon la nature du métal ou des métaux qu'elle comprend et selon la conductivité souhaitée. En particulier, une couche métallique comprenant un métal ayant une conductivité faible peut être plus épaisse qu'une couche métallique comprenant un métal ayant une conductivité plus élevée.In the invention, the thickness of the metal layer can be adapted according to the nature of the metal or metals which it comprises and according to the desired conductivity. In particular, a metal layer comprising a metal having a low conductivity may be thicker than a metal layer comprising a metal having a higher conductivity.

La métallisation de la fibre de carbone ou des fibre(s) de carbone d'un ensemble de fibres de carbone peut être réalisée par un procédé choisi parmi l'électrodéposition, l'électroplacage (connu sous l'anglicisme « electroplating »), l'électroplacage sans courant électrique (connu sous l'anglicisme « electroless plating »), l'évaporation thermique sous vide (« heated évaporation »), l'évaporation par faisceau d'électrons (« électron beam évaporation »), la pulvérisation cathodique (« sputtering »), la déposition assistée par faisceau ionique (« ion assisted déposition »). Selon un mode de réalisation préféré, la métallisation de la ou des fibre(s) de carbone peut être réalisée le procédé par électrodéposition.The metallization of the carbon fiber or carbon fibers of a set of carbon fibers can be carried out by a process chosen from electroplating, electroplating (known as "electroplating"), l electroplating without electric current (known as “electroless plating”), thermal evaporation under vacuum (“heated evaporation”), evaporation by electron beam (“electron beam evaporation”), sputtering ( "Sputtering"), ion-assisted deposition ("ion assisted deposition"). According to a preferred embodiment, the metallization of the carbon fiber (s) can be carried out by the process by electrodeposition.

Dans l'invention, la ou les fibre(s) de carbone métallisée(s) peu(ven)t avoir une longueur allant de 100 m à 200 km, de préférence allant de 100 m à 10 km, et plus préférentiellement allant de 100 m à 3 km. Grâce à l'utilisation d'une fibre de carbone métallisée ou d'un ensemble de fibres de carbone métallisées, une bonne conductivité spécifique et de bonnes propriétés mécaniques sont maintenues sur toute la longueur du câble électrique.In the invention, the metallized carbon fiber (s) can have a length ranging from 100 m to 200 km, preferably ranging from 100 m to 10 km, and more preferably ranging from 100 m at 3 km. Thanks to the use of a metallized carbon fiber or a set of metallized carbon fibers, good specific conductivity and good mechanical properties are maintained over the entire length of the electric cable.

La fibre de carbone (non métallisée) d'une fibre de carbone métallisée ou les fibres de carbone (non métallisées) constitutives de l'ensemble de fibres de carbone métallisées peu(ven)t avoir un diamètre allant de 0,5 pm à 100 pm, de préférence allant de 1 pm à 50 pm, et plus préférentiellement allant de 5 pm à 10 pm. Ces valeurs sont données pour la fibre de carbone sans tenir compte de l'éventuelle ou des éventuelles couche(s) métallique(s) la recouvrant.The carbon fiber (non-metallized) of a metallized carbon fiber or the carbon fibers (non-metallized) constituting the set of metallized carbon fibers can (have) a diameter ranging from 0.5 μm to 100 pm, preferably ranging from 1 pm to 50 pm, and more preferably ranging from 5 pm to 10 pm. These values are given for carbon fiber without taking into account the possible metallic layer (s) covering it.

La fibre de carbone métallisée ou l'ensemble de fibres de carbone métallisées peut avoir une section allant de 0,2 pm2 à 1000 pm2, de préférence allant de 1 pm2 à 500 pm2, et plus préférentiellement allant de 10 pm2 à 100 pm2.The metallized carbon fiber or the set of metallized carbon fibers may have a cross section ranging from 0.2 pm 2 to 1000 pm 2 , preferably ranging from 1 pm 2 to 500 pm 2 , and more preferably ranging from 10 pm 2 at 100 pm 2 .

Selon l'invention, l'élément électriquement conducteur allongé peut avoir une conductivité électrique en courant continu d'au moins 3% IACS, de préférence d'au moins 5% IACS, et plus préférentiellement d'au moins 10% IACS. Selon l'invention, l'élément électriquement conducteur allongé peut avoir une conductivité électrique en courant continu d'au plus 50% IACSAccording to the invention, the elongated electrically conductive element may have an electrical conductivity in direct current of at least 3% IACS, preferably at least 5% IACS, and more preferably at least 10% IACS. According to the invention, the elongated electrically conductive element can have a DC electrical conductivity of at most 50% IACS

La conductivité électrique d'un matériau s'exprime en Siemens par mètre (S/m).The electrical conductivity of a material is expressed in Siemens per meter (S / m).

La conductivité électrique d'un matériau, exprimée en % IACS (IACS correspondant à l'anglicisme « International Annealed Copper Standard »), est déterminée par rapport à la conductivité électrique à 20°C du cuivre pur recuit qui est de 5,8001xl07 S/m.The electrical conductivity of a material, expressed in% IACS (IACS corresponding to Anglicism "International Annealed Copper Standard"), is determined relative to the electrical conductivity at 20 ° C of pure annealed copper which is 5.8001xl0 7 S / m.

Couche polymériquePolymeric layer

Dans l'invention, l'élément électriquement conducteur allongé est entouré par au moins une couche polymérique. De préférence, la couche polymérique est une couche électriquement isolante. On entend par « couche électriquement isolante » une couche dont la conductivité électrique peut être d'au plus 1.10'9 S/m (siemens par mètre) (à 25°C).In the invention, the elongated electrically conductive element is surrounded by at least one polymeric layer. Preferably, the polymeric layer is an electrically insulating layer. The term "electrically insulating layer" means a layer whose electrical conductivity can be at most 1.10 ' 9 S / m (siemens per meter) (at 25 ° C).

Selon une première variante possible, l'élément électriquement conducteur allongé peut comprendre une unique fibre de carbone métallisée entourée par au moins une couche polymérique.According to a first possible variant, the elongated electrically conductive element may comprise a single metallized carbon fiber surrounded by at least one polymeric layer.

Selon une deuxième variante possible, l'élément électriquement conducteur allongé peut comprendre plusieurs fibres de carbone métallisées, l'ensemble desdites fibres métallisées étant entouré par au moins une couche polymérique.According to a second possible variant, the elongated electrically conductive element may comprise several metallized carbon fibers, all of said metallized fibers being surrounded by at least one polymeric layer.

On entend par couche polymérique une couche comprenant au moins un polymère, le terme « polymère » en tant que tel signifiant de façon générale homopolymère ou copolymère (e.g. copolymère séquencé, copolymère statistique, terpolymère, ...etc).By polymeric layer is meant a layer comprising at least one polymer, the term “polymer” as such meaning generally homopolymer or copolymer (e.g. block copolymer, random copolymer, terpolymer, etc.).

Dans l'invention, le polymère peut être avantageusement un polymère d'oléfine (polyoléfine) ou, en d'autres termes, un homo- ou co-polymère d'oléfine, et peut être notamment un polymère thermoplastique ou réticulé.In the invention, the polymer can advantageously be an olefin polymer (polyolefin) or, in other words, an olefin homo- or co-polymer, and can in particular be a thermoplastic or crosslinked polymer.

De préférence, le polymère d'oléfine est un polymère d'éthylène ou de propylène.Preferably, the olefin polymer is a polymer of ethylene or propylene.

La couche polymérique de l'invention peut comprendre au moins un polymère choisi parmi un polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), un polyéthylène très basse densité (VLDPE), un polyéthylène basse densité (LDPE), un polyéthylène moyenne densité (MDPE), un polyéthylène haute densité (HDPE), un copolymère d’éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), un copolymère d’éthylène et d’acrylate de butyle (EBA), d’acrylate de méthyle (EMA), de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), un copolymère d'éthylène et d'alphaoléfines, un copolymère d'éthylène et de propylène (EPR.), un polyuréthane, un polymère fluoré, un polymère chloré tel qu'un polychlorure de vinyle (PVC), un polyoxyde de phénylène (PPO), un polymère technique, et un leurs mélanges.The polymeric layer of the invention may comprise at least one polymer chosen from a linear low density polyethylene (LLDPE), a very low density polyethylene (VLDPE), a low density polyethylene (LDPE), a medium density polyethylene (MDPE), a high density polyethylene (HDPE), a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA), a copolymer of ethylene and butyl acrylate (EBA), methyl acrylate (EMA), 2-hexylethyl acrylate (2HEA), a copolymer of ethylene and alpha-olefins, a copolymer of ethylene and propylene (EPR.), a polyurethane, a fluorinated polymer, a chlorinated polymer such as a polyvinyl chloride (PVC), a polyphenylene oxide (PPO), a technical polymer, and a mixture thereof.

Comme exemple de copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine, on peut citer par exemple les polyéthylène-octène (PEO).As an example of a copolymer of ethylene and of alpha-olefin, mention may, for example, be made of polyethylene octene (PEO).

Comme exemple de copolymères d'éthylène et de propylène (EPR), on peut citer les terpolymères d'éthylène propylène diène (EPDM).As an example of copolymers of ethylene and propylene (EPR), mention may be made of terpolymers of ethylene propylene diene (EPDM).

On entend par « polymère technique » un polymère ayant des propriétés améliorées, pouvant être notamment choisi parmi un polyphényléthylène éther, un polyamide, le polyétheréthercétone (PEEK), un polyimide, un copolymère d'éthylène fluoré (FEP), un polyéthylène furanoate (PEF), et un de leurs mélanges.The term “technical polymer” means a polymer having improved properties, which can in particular be chosen from a polyphenylethylene ether, a polyamide, polyetheretherketone (PEEK), a polyimide, a fluorinated ethylene copolymer (FEP), a polyethylene furanoate (PEF ), and one of their mixtures.

La couche polymérique peut en outre comprendre au moins un additif choisi parmi les antioxydants, les stabilisants, des agents de réticulation, des retardateurs de grillage, des co-agents de réticulation, des agents favorisants la mise en œuvre tels que des lubrifiants ou des cires, des agents compatibilisants, des agents de couplage, des stabilisants des charges, et un de leurs mélanges.The polymeric layer may also comprise at least one additive chosen from antioxidants, stabilizers, crosslinking agents, toasting retarders, crosslinking co-agents, processing-promoting agents such as lubricants or waxes , compatibilizers, coupling agents, charge stabilizers, and a mixture thereof.

De préférence, la couche polymérique est une couche dite « HFFR » pour l'anglicisme « Hatogen-Free Ftame Retardant » selon la norme IEC 60754 Parties 1 et 2 (2011).Preferably, the polymeric layer is a so-called “HFFR” layer for Anglicism “Hatogen-Free Ftame Retardant” according to standard IEC 60754 Parts 1 and 2 (2011).

La couche polymérique peut en outre comprendre au moins une charge. La charge de l'invention peut être une charge minérale ou organique. Elle peut être choisie parmi une charge ignifugeante, une charge inerte et un de leurs mélanges.The polymeric layer can also comprise at least one filler. The filler of the invention can be a mineral or organic filler. It can be chosen from a flame retardant filler, an inert filler and one of their mixtures.

A titre d'exemple, la charge ignifugeante peut être une charge hydratée, choisie notamment parmi les hydroxydes métalliques tels que par exemple le dihydroxyde de magnésium (MDH) ou le trihydroxyde d'aluminium (ATH). Ces charges ignifugeantes agissent principalement par voie physique en se décomposant de manière endothermique (e.g. libération d'eau), ce qui a pour conséquence d'abaisser la température de la couche polymérique et de limiter la propagation des flammes le long du dispositif électrique. On parle notamment de propriétés de retard à la flamme, bien connues sous l'anglicisme « flame retardant ».By way of example, the flame-retardant filler can be a hydrated filler, chosen in particular from metal hydroxides such as for example magnesium dihydroxide (MDH) or aluminum trihydroxide (ATH). These flame retardant charges act mainly by physical means, decomposing in an endothermic manner (e.g. release of water), which has the consequence of lowering the temperature of the polymeric layer and limiting the propagation of flames along the electrical device. We speak in particular of flame retardant properties, well known under Anglicism "flame retardant".

La charge inerte peut être, quant à elle, de la craie, du talc, de l'argile (e.g. le kaolin), du noir de carbone, ou des nanotubes de carbone.The inert filler can be chalk, talc, clay (e.g. kaolin), carbon black, or carbon nanotubes.

La couche polymérique peut de préférence être extrudée.The polymeric layer can preferably be extruded.

La couche polymérique peut être réticulée ou non réticulée. La réticulation peut s'effectuer par les techniques classiques de réticulation bien connues de l'homme du métier telles que par exemple la réticulation peroxyde et/ou l'hydrosilylation sous l'action de la chaleur ; la réticulation silane en présence d'un agent de réticulation ; la réticulation par faisceaux d'électron, rayons gamma, rayons X, ou microondes ; la réticulation par voie photochimique telle que l'irradiation sous rayonnement béta, ou l'irradiation sous rayonnement ultraviolet en présence d'un photo-amorceur. La réticulation est de préférence effectuée selon la technique de réticulation silane.The polymeric layer can be crosslinked or uncrosslinked. Crosslinking can be carried out by conventional crosslinking techniques well known to those skilled in the art such as, for example, peroxide crosslinking and / or hydrosilylation under the action of heat; silane crosslinking in the presence of a crosslinking agent; crosslinking by electron beams, gamma rays, X-rays, or microwaves; crosslinking by photochemical means such as irradiation under beta radiation, or irradiation under ultraviolet radiation in the presence of a photoinitiator. The crosslinking is preferably carried out according to the silane crosslinking technique.

La couche polymérique peut avoir une épaisseur allant de 10 pm à 2 mm, de préférence de 100 pm à 1 mm, et plus préférentiellement de 100 pm à 700 pm.The polymeric layer can have a thickness ranging from 10 μm to 2 mm, preferably from 100 μm to 1 mm, and more preferably from 100 μm to 700 μm.

GaineSheath

Le câble électrique de l'invention peut comprendre en outre une gaine, notamment une gaine de protection, entourant la ou les couche(s) polymérique(s).The electric cable of the invention may further comprise a sheath, in particular a protective sheath, surrounding the polymer layer (s).

De préférence, la gaine peut être la couche la plus à l'extérieure du câble électrique de l'invention.Preferably, the sheath can be the outermost layer of the electric cable of the invention.

La gaine est notamment une couche continue et uniforme autour d'au moins ladite couche polymérique. Elle permet d'assurer la protection du ou des élément(s) électriquement conducteur(s) allongé(s) isolé(s), notamment contre l'humidité, les détériorations d'origine mécanique et/ou les détériorations d'origine chimique. Elle peut aussi protéger contre les dommages mécaniques Cette gaine peut être réalisée classiquement à partir de matériaux thermoplastiques appropriées tels que des HDPE (polyéthylène haute densité), des MDPE (polyéthylène moyenne densité) ou des LLDPE (polyéthylène à basse densité linéaire) ; ou encore des matériaux retardant la propagation de la flamme ou résistant à la propagation de la flamme.The sheath is in particular a continuous and uniform layer around at least said polymeric layer. It makes it possible to ensure the protection of the electrically conductive elongated element or elements, in particular against humidity, deterioration of mechanical origin and / or deterioration of chemical origin. It can also protect against mechanical damage. This sheath can be produced conventionally from suitable thermoplastic materials such as HDPE (high density polyethylene), MDPE (medium density polyethylene) or LLDPE (linear low density polyethylene); or materials retarding the propagation of the flame or resistant to the propagation of the flame.

Les polymères cités pour la couche polymérique de l'invention peuvent également être utilisés.The polymers mentioned for the polymeric layer of the invention can also be used.

De préférence, la gaine extérieure de protection est une gaine électriquement isolante.Preferably, the outer protective sheath is an electrically insulating sheath.

La gaine peut avoir une épaisseur allant de 100 pm à 2 mm, de préférence de 100 pm à 1,5 mm, et plus préférentiellement allant de 100 pm à 1 mm.The sheath can have a thickness ranging from 100 μm to 2 mm, preferably from 100 μm to 1.5 mm, and more preferably ranging from 100 μm to 1 mm.

Câble électriqueElectric cable

Le câble électrique de l'invention peut s'appliquer typiquement, mais non exclusivement, aux domaines des câbles d'énergie à basse tension (notamment inférieure à 6kV), à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieur à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 800 kV), qu'ils soient à courant continu ou alternatif.The electric cable of the invention can typically, but not exclusively, be applied to the fields of low voltage power cables (especially less than 6kV), medium voltage (especially from 6 to 45-60 kV) or high voltage (especially above 60 kV, and up to 800 kV), whether direct or alternating current.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description d'exemples non limitatifs de câbles électriques selon l'invention, faits en référence à la figure 1.Other characteristics and advantages of the present invention will appear in the light of the description of nonlimiting examples of electric cables according to the invention, made with reference to FIG. 1.

La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un câble électrique selon un mode de réalisation de l'invention.FIG. 1 represents a cross-sectional view of an electric cable according to an embodiment of the invention.

Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle.For reasons of clarity, only the essential elements for the understanding of the invention have been represented schematically, and this without respecting the scale.

La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un câble électrique 1 selon un mode de réalisation particulier de l'invention.Figure 1 shows a cross-sectional view of an electric cable 1 according to a particular embodiment of the invention.

Le câble électrique 1 comprend un élément électriquement conducteur allongé 2 central comprenant un ensemble de 12 000 fibres de carbone métallisées 3, chaque fibre de carbone dudit ensemble étant entourée par une couche métallique de cuivre.The electric cable 1 comprises an elongated electrically conductive element 2 central comprising a set of 12,000 metallized carbon fibers 3, each carbon fiber of said set being surrounded by a metallic layer of copper.

L'élément électriquement conducteur allongé 2 est entouré par une couche polymérique 4.The elongated electrically conductive element 2 is surrounded by a polymeric layer 4.

Une gaine électriquement isolante 5 est placée autour de la couche polymérique 4.An electrically insulating sheath 5 is placed around the polymeric layer 4.

Dans cet exemple particulier, la couche polymérique 4 est directement en contact physique avec l'élément électriquement conducteur allongé 2 et la gaine électriquement isolante 5 est directement en contact physique avec la couche polymérique 4.In this particular example, the polymeric layer 4 is directly in physical contact with the elongated electrically conductive element 2 and the electrically insulating sheath 5 is directly in physical contact with the polymeric layer 4.

ExemplesExamples

Afin de montrer les effets techniques de la présente invention, des essais ont été réalisés à partir de fibres de carbone métallisées selon l'invention et des fibres de carbone dites « comparatives ».In order to show the technical effects of the present invention, tests were carried out using metallized carbon fibers according to the invention and so-called “comparative” carbon fibers.

Formation de l'élément électriquement conducteur allongéFormation of the elongated electrically conductive element

Exemple 1 (exemple comparatif)Example 1 (comparative example)

L'exemple 1 consiste à préparer un élément électriquement conducteur allongé comprenant 12000 fibres de carbone non métallisées commercialisées par la société Toray sous la référence TORAYCA T300. Le diamètre de chaque fibre de carbone est de 7 pm. Leur longueur est de 200 mètres ou plus.Example 1 consists in preparing an elongated electrically conductive element comprising 12,000 non-metallized carbon fibers sold by the company Toray under the reference TORAYCA T300. The diameter of each carbon fiber is 7 µm. Their length is 200 meters or more.

La masse volumique de l'élément électriquement conducteur allongé est déterminée par mesure densimétrique selon la norme ASTM D792-08, et est de 1,76 g/cm3.The density of the elongated electrically conductive element is determined by densimetric measurement according to standard ASTM D792-08, and is 1.76 g / cm 3 .

Exemple 2 (exemple comparatif)Example 2 (comparative example)

L'exemple 2 consiste à préparer un élément électriquement conducteur allongé comprenant 12000 fibres de carbone nickelées commercialisées par la société Teijin sous la référence TOHO TENAX HTS40. Le diamètre de chaque fibre de carbone seule (sans la couche de nickel) est de 7 pm, et la couche de nickel a une épaisseur de 1 pm autour de chaque fibre de carbone. La longueur des fibres de carbone nickelées est de 200 mètres ou plus.Example 2 consists in preparing an elongated electrically conductive element comprising 12,000 nickel-plated carbon fibers sold by the company Teijin under the reference TOHO TENAX HTS40. The diameter of each carbon fiber alone (without the nickel layer) is 7 µm, and the nickel layer has a thickness of 1 µm around each carbon fiber. The length of the nickel-plated carbon fibers is 200 meters or more.

La masse volumique de l'élément électriquement conducteur allongé est déterminée par mesure densimétrique selon la norme ASTM D792-08, et est de 2,7 g/cm3.The density of the elongated electrically conductive element is determined by densimetric measurement according to standard ASTM D792-08, and is 2.7 g / cm 3 .

Exemple 3 /exemple selon l'invention)Example 3 / example according to the invention)

L'exemple 3 consiste à préparer un élément électriquement conducteur allongé comprenant 12000 fibres de carbone cuivrées.Example 3 consists in preparing an elongated electrically conductive element comprising 12,000 copper-plated carbon fibers.

La métallisation des fibres de carbone par du cuivre est réalisée par électrodéposition, avec du cuivre métallique (Cu(0)) commercialisé par la société SIFCO sous la référence CUIVRE ALCALIN DEPOT EPAIS CODE 5280, autour respectivement de 12000 fibres de carbone non métallisées commercialisées par la société Toray sous la référence TORAYCA T300. Le diamètre de chaque fibre de carbone non métallisée est de 7 pm et leur longueur est de 200 mètres ou plus.The metallization of carbon fibers with copper is carried out by electrodeposition, with metallic copper (Cu (0) ) sold by the company SIFCO under the reference CUIVRE ALCALIN DEPOT THAIS CODE 5280, around respectively 12,000 non-metallized carbon fibers marketed by Toray under the reference TORAYCA T300. The diameter of each unmetallized carbon fiber is 7 µm and their length is 200 meters or more.

L'électrodéposition s'effectue avec un appareil du type générateur de courant de la marque TTI sous la référence QPX600DP, pendant environ 5 min, pour obtenir une couche cuivrée d'environ 1 pm d'épaisseur autour des fibres de carbone.The electrodeposition is carried out with a device of the current generator type of the brand TTI under the reference QPX600DP, for approximately 5 min, to obtain a copper-colored layer approximately 1 μm thick around the carbon fibers.

Un élément électriquement conducteur allongé est formé à partir des fibres de carbone cuivrées avec 12000 desdites fibres.An elongated electrically conductive member is formed from carbon fibers coppery with 12,000 of said fibers.

La masse volumique de l'élément électriquement conducteur allongé est déterminée par mesure densimétrique selon la norme ASTM D792-08, et est de 4,4 g/cm3.The density of the elongated electrically conductive element is determined by densimetric measurement according to standard ASTM D792-08, and is 4.4 g / cm 3 .

Mesure de la conductivité spécifique des éléments électriquement conducteurs allongés des exemples 1 à 3Measurement of the specific conductivity of the elongated electrically conductive elements of examples 1 to 3

La mesure de la conductivité spécifique (%) des éléments électriquement conducteurs allongés des exemples 1, 2 et 3 est réalisée en mesurant 4 points selon la norme ASTM B193 et ISO 3915.The measurement of the specific conductivity (%) of the elongated electrically conductive elements of Examples 1, 2 and 3 is carried out by measuring 4 points according to standard ASTM B193 and ISO 3915.

Le calcul de la conductivité spécifique est ensuite déterminé à partir de la valeur de la conductivité électrique et de la masse volumique de l'élément électriquement conducteur allongé.The calculation of the specific conductivity is then determined from the value of the electrical conductivity and the density of the elongated electrically conductive element.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous :The results are collated in the table below:

Conductivité spécifique (%) Specific conductivity (%) Exemple 1 : 12000 fibres de carbone non métallisées Example 1: 12,000 fibers of non-metallic carbon 0,6 0.6 Exemple 2 : 12000 fibres de carbone nickelées Example 2: 12,000 fibers of carbon nickel plated 7,4 7.4 Exemple 3 : 12000 fibres de carbone cuivrées Example 3: 12,000 fibers of carbon copper 39,9 39.9

Ainsi, l'élément électriquement conducteur de l'invention, tel 5 qu'exemplifié dans l'exemple 3, présente une conductivité spécifique bien supérieure à celle de l'exemple 1 et de l'exemple 2.Thus, the electrically conductive element of the invention, as exemplified in Example 3, has a specific conductivity much higher than that of Example 1 and of Example 2.

L'élément électriquement conducteur de l'invention dans un câble électrique permet de limiter de façon significative, voire d'éviter, l'utilisation de conducteurs métalliques massifs, tout en ayant de très bonnes propriétés 10 mécaniques et physico-chimiques.The electrically conductive element of the invention in an electric cable makes it possible to significantly limit, or even avoid, the use of solid metallic conductors, while having very good mechanical and physico-chemical properties.

Claims (11)

1. Câble électrique (1) comprenant au moins un élément électriquement conducteur allongé (2) entouré par au moins une couche polymérique (4), ledit élément électriquement conducteur allongé (2) comprenant une fibre de carbone métallisée ou au moins un ensemble de fibres de carbone métallisées (3), caractérisé en ce que la fibre de carbone métallisée ou ledit ensemble (3) de fibres de carbone métallisées a une conductivité spécifique d'au moins 8%.1. Electric cable (1) comprising at least one elongated electrically conductive element (2) surrounded by at least one polymeric layer (4), said elongated electrically conductive element (2) comprising a metallized carbon fiber or at least one set of fibers of metallized carbon (3), characterized in that the metallized carbon fiber or said set (3) of metallized carbon fibers has a specific conductivity of at least 8%. 2. Câble électrique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément électriquement conducteur allongé (2) a une conductivité spécifique d'au moins 15%, de préférence d'au moins 25%, et plus préférentiellement d'au moins 35%.2. Electric cable (1) according to claim 1, characterized in that said elongated electrically conductive element (2) has a specific conductivity of at least 15%, preferably at least 25%, and more preferably at least minus 35%. 3. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ensemble de fibres de carbone métallisées (3) comprend au moins 1000 fibres de carbone métallisées, de préférence au moins 6000 fibres de carbone métallisées, et plus préférentiellement au moins 12000 fibres de carbone métallisées.3. Electric cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said set of metallized carbon fibers (3) comprises at least 1000 metallized carbon fibers, preferably at least 6000 metallized carbon fibers, and more preferably at least 12,000 metallized carbon fibers. 4. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fibre de carbone métallisée ou l'ensemble de fibres de carbone métallisées comprend respectivement une ou des fibres de carbone entourée(s) par au moins une couche métallique.4. Electric cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized carbon fiber or the set of metallized carbon fibers respectively comprises one or more carbon fibers surrounded by at least one metallic layer. 5. Câble électrique (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite couche métallique comprend du cuivre ou un alliage de cuivre.5. Electric cable (1) according to claim 4, characterized in that said metal layer comprises copper or a copper alloy. 6. Câble électrique (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la couche métallique est directement en contact physique avec la fibre de carbone de ladite fibre de carbone métallisée ou avec chaque fibre de carbone dudit ensemble de fibres de carbone métallisées.6. Electric cable (1) according to claim 4 or 5, characterized in that the metal layer is directly in physical contact with the carbon fiber of said metallized carbon fiber or with each carbon fiber of said set of metallized carbon fibers . 7. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la couche métallique peut avoir une épaisseur moyenne d'au moins 100 nm, de préférence d'au moins 500 nm, et plus préférentiellement d'au moins 1 pm.7. Electric cable (1) according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the metal layer may have an average thickness of at least 100 nm, preferably at least 500 nm, and more preferably d '' at least 1 pm. 8. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une gaine (5) entourant la couche polymérique (4).8. Electric cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a sheath (5) surrounding the polymeric layer (4). 9. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les fibres de carbone métallisée(s) ont une longueur allant de 100 m à 200 km, de préférence allant de 100 m à 10 km, et plus préférentiellement allant de 100 m à 3 km.9. Electric cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the metallized carbon fiber (s) have a length ranging from 100 m to 200 km, preferably ranging from 100 m to 10 km , and more preferably ranging from 100 m to 3 km. 10. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fibre de carbone de la fibre de carbone métallisée ou les fibres de carbone constitutives de l'ensemble de fibres de carbone métallisées a/ont un diamètre allant de 0,5 pm à 100 pm, de préférence allant de 1 pm à 50 pm, et plus préférentiellement allant de 5 pm à 10 pm.10. Electric cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the carbon fiber of the metallized carbon fiber or the constituent carbon fibers of the set of metallized carbon fibers has / have a diameter ranging from 0.5 pm to 100 pm, preferably ranging from 1 pm to 50 pm, and more preferably ranging from 5 pm to 10 pm. 11. Câble électrique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément électriquement conducteur allongé (2) a une conductivité électrique en courant continu d'au moins 3% IACS, de préférence d'au moins 5% IACS, et plus préférentiellement d'au moins 10% IACS.11. Electric cable (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that said elongated electrically conductive element (2) has a DC electrical conductivity of at least 3% IACS, preferably at least 5 % IACS, and more preferably at least 10% IACS.
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