Câble électrique multifilaire isolé, à conducteurs protégés, soudables et non thermo-collants

Description

[0001] La présente invention concerne un câble électrique multifilaire isolé et à conducteurs protégés, soudables et non thermo collants.

[0002] Certains câbles pour l'aéronautique par exemple sont constitués de tordons de conducteurs électriques protégés par un revêtement métallique, et isolés, soit par une gaine de polymère thermoplastique, soit par un rubannage de polyimide, rubannage qui peut être recouvert par une gaine de polymère thermoplastique.

[0003] Les conducteurs électriques protégés de ces câbles connus sont des fils de cuivre recouverts traditionnellement soit par de l'étain, soit par de l'argent, soit par du nickel.

[0004] Pour des conditions d'environnement sévères, les conducteurs de cuivre protégés par un revêtement d'argent sont utilisés préférentiellement pour les raisons suivantes :

Les fils de cuivre protégés avec de l'étain ne conviennent pas car l'isolation du tordon par un revêtement rubanné ou une gaine polymère, à des températures de l'ordre de 300-350°C, provoque un thermocollage entre les brins du tordon.

[0005] Ce thermoccllage est dû au fait que le point de fusion de l'étain est de 232° C.

[0006] Ce thermocollage entraîne des désavantages car les câbles obtenus sont peu malléables, et du fait de la migration de l'étain, certaines zones de la surface des conducteurs en cuivre ne sont plus protégées par l'étain, ce qui conduit à des manques de soudabilité et à des possibilités de corrosion.

[0007] Les fils protégés avec du nickel présentent l'inconvénient de ne pas être soudables et obligent l'utilisateur d'effectuer des opérations de sertissage ou de décapage chimique du nickel lors de la réalisation de connexions.

[0008] Les fils protégés à l'argent conviennent bien, mais ils présentent l'inconvénient d'être coûteux d'une part, et d'autre part la protection contre la corrosion électro chimique du cuivre n'est pas assurée puisque l'argent ne réalise pas une protection cathodique.

[0009] On a pensé que les protections au plomb, métal dont le point de fusion est de 321°C, sembleraient convenir pour le câble à conducteurs soudables et non thermocollants, mais il se trouve que le plomb a une soudabilité ou brasabilité insuffisante lors de l'utilisation avec un alliage d'apport d'étain plomb 60/40 et que le plomb mouille mal le cuivre, ce qui ne permet pas de réaliser des fils électriques correctement protégés au plomb au point de vue aspect de surface et répartition uniforme de .plomb.

[0010] Des alliages de plomb tels que celui à 30% d'étain et 70% de plomb, présentent l'inconvénient de ne plus être soudables après des traitements de vieillissement accéléré de 96 heures à l'air et à une température de 155°C ou de 4 heures à 100°C dans la vapeur d'eau, selon les tests décrits dans la norme française NFC 20 630 paragraphe 2.5.

[0011] La perte de soudabilité est due notamment à une diffusion de cuivre dans la couche d'alliage qui conduit à la formation d'un composé intermétallique type CU3 Sn non soudable.

[0012] Des alliages du type plomb-argent présentent l'inconvénient d'être sensibles à l'humidité atmosphérique lors d'un stockage prolongé, ce qui entraîne une perte de soudabilité complète.

[0013] Il en ressort qu'il est difficile d'avoir dans un alliage à la fois une bonne soudabilité après vieillissement de 96 heures à 155°C à l'air ou de 4 heures à 100°C dans la vapeur d'eau, et une bonne mouillabilité par alliage fondu pour des conducteurs électriques.

[0014] Et pourtant, pour des câbles à conducteurs soudables et non thermocollants, il est nécessaire que la soudabilité après vieillissement accéléré soit bonne, car elle présente une facilité d'effectuer des soudures ou brasures rapidement même si le temps de stockage des câbles a été plus ou moins long.

[0015] Il est nécessaire également que la mouillabilité à une tempéra ture de l'ordre de 350°C de l'alliage soit excellente, sinon les revêtements métalliques sont excentrés et la soudabilité ou brasure est défectueuse, le recouvrement du conducteur électrique par l'alliage se faisant par le procédé au trempage à chaud, à une température de l'ordre de 350°C.

[0016] La présente invention, ayant pour but d'éviter les inconvénients rappelés ci-dessus, permet de réaliser un câble multifilaire économique à conducteurs électriques non thermocollants restant individuellement séparés même après une opération d'isolation électrique de leur tordon et présentant une bonne protection cathodique, et une bonne soudabilité même après un vieillissement accéléré tel que l'un des vieillissements décrits dans la norme française NFC 20.630.

[0017] Selon l'invention un câble électrique multifilaire isolé dont les conducteurs sont non thermocollants lors d'une opération d'isolation électrique de leur tordon, et soudables même après un vieillissement accéléré, comprend des conducteurs électriques revêtus individuellement d'une couche d'un alliage de plomb qui, présentant une bonne mouillabilité et une excellente soudabilité, comporte pour 100% d'alliage, une teneur en plomb supérieure à 90%. Les pourcentages indiqués des constituants métalliques des alliages décrits et revendiqués dans le cadre de l'invention sont des pourcentages en poids.

[0018] Dans le câble électrique réalisé selon l'invention, il ne se forme pas de couche intermétallique entre le conducteur et l'alliage après des vieillissements accélérés de ce conducteur.

[0019] D'autre part les bonnes caractéristiques de mouillabilité de l'alliage revêtant les conducteurs du câble de l'invention permettent d'utiliser avantageusement le procédé de trempage à chaud pour le revêtement de ces conducteurs.

[0020] Cet avantage est important, car si ces conducteurs sont protégés par l'argent ou le nickel, ces métaux ne peuvent être déposés que par électrolyse, ces revêtements de protection obtenus sont poreux, et conservent une partie des composés chimiques du bain d'électrolyse.

[0021] La présence de ces composés chimiques ainsi que la porosité du revêtement de protection sont nuisibles à la bonne soudabilité après vieillissement accéléré. Elles favorisent une corrosion chimique.

[0022] Le procédé de trempage à chaud permet d'obtenir des revêtements fortement adhérents qui garantissent une bonne soudure ou brasure même en cas de soudage automatique.

[0023] Ce procédé permet également d'obtenir des revêtements non poreux, très compacts qui permettent d'assurer une bonne protection à l'oxydation en cas de stockage prolongé ainsi qu'une bonne soudabilité après vieillissement accéléré.

[0024] De tels revêtements réalisés conformément à l'invention assu rent une bonne protection des conducteurs du câble contre la corrosion même dans le cas où est utilisé un alliage plomb- argent. Ceci paraît surprenant, car des alliages plomb-argent rappelés dans un paragraphe précédent, sont réputés d'être sensibles à l'humidité.

[0025] Les revêtements des conducteurs du câble réalisé selon l'invention permet d'éviter également le collage de ces conducteurs lors de l'opération d'isolation de leur tordon par exemple, par extrusion d'une gaine thermoplastique ou thermodurcissable ou bien de scella ge du rubannage, opérations se déroulant à des températures de 300-350°C. Ceci paraît surprenant puisqu'il était admis qu'il fallait que ces revêtements aient un point de fusion supérieur à 400°C pour éviter toute fusion ou ramollissement qui entraîneraient un collage entre conducteurs du tordon, ce qui explique que l'argent et accessoirement le nickel soient généralement utilisés comme métaux de protection de ces conducteurs.

[0026] Selon l'invention l'épaisseur de revêtement de ces conducteurs est comprise entre un et dix microns et préférentiellement de entre un et cinq microns.

[0027] Des épaisseurs de revêtement plus fortes provoquent, lors de la mise des conducteurs en tordon, des difficultés dues au poudrage laissé par ces revêtements sur les guides et poulies.

[0028] Selon l'invention, un alliage destiné à revêtir les conducteurs du câble, est choisi parmi les alliages ayant des compositions suivantes :

- des alliages plomb-argent où pour 100% d'alliage la teneur en plomb varie de 90 à 99% et la teneur en argent varie de 10 à 1% ;

- des alliages plomb-étain où pour 100% d'alliage la teneur en plomb varie de 90 à 99% et la teneur en étain varie de 10 à 1% ;

- des alliages plomb-étain-argent où pour 100% d'alliage la teneur en plomb varie de 90 à 99% et les teneurs en étain peuvent varier de 1 à 10%, le complément à 100% étant constitué par de l'argent.

[0029] Le procédé de revêtement du fil de cuivre est selon l'invention, le procédé au trempé dans un bain d'alliage fondu.

[0030] Pour mieux faire comprendre l'invention, un certain nombre d'exemples de réalisation sont donnés ci-après.

Exemple I

[0031] Un fil de cuivre recuit d'un diamètre de 0,20 mm est tout d'abord nettoyé par passage sur des feutres imbibés de trichloroé- thane III, solvant volatil, de point d'ébullition 74°C.

[0032] Le fil sec passe ensuite sur des feutres imbibés d'un liquide de mordançage-décapage composé d'une solution d'acide chlorhydrique 1 N, soit une molécule gramme d'acide par litre. Le fil passe ensuite dans un bain à 350°C d'alliage fondu de plomb-argent Pb Ag 3, à 97,5% de plomb et à 2,5% d'argent pour 100% d'alliage.

[0033] Une filière en diamant, utilisée pour le tréfilage des fils de cuivre, est placée juste à la sortie du bain ; elle permet de calibrer le dépôt d'alliage pour obtenir une épaisseur de 3 microns. Le diamètre interne de la filière est de 0,2080 mm.

[0034] La soudabilité à la goutte du fil ainsi protégé, mesurée conformément à la norme française NFC 20 630 paragraphe 2.8 est de 0,3 seconde à 235°C. La soudabilité au bain d'alliage du fil protégé selon le paragraphe 2.6 de la norme française NFC 20 630 est bonne à 235°C. La soudabilité à la goutte du fil protégé mesurée après le vieillissement accéléré de 16 heures à 155°C selon le paragraphe 2.53 de la norme française NFC 20 630 est de 1 seconde à 235°C.

[0035] Dans une réalisation d'un câble de l'invention, 19 fils protégés de ce type sont assemblés pour obtenir un tordon de 19 x 0,20 mm.

[0036] Le tordon obtenu est isolé par un double rubannage croisé avec un ruban de polyimide couché avec du fluoroéthylènepropylène par exemple commercialisé sous la marque KAPTON SG 16 de largeur 1/4 de pouce ou 6,35 mm, par la firme DUPONT de NEMOURS.

[0037] Le recouvrement des rubans est de 51%.

[0038] Le tordon rubanné est enfin amené pour scellage dans un four dont la température est réglée à 320°C-330°C pour obtenir le câble de l'invention.

[0039] Dans une opération de contrôle on a constaté que le tordon du câble réalisé, dénudé est bien soudable a 235°C avec un alliage d'apport Sn Pb à 60/40 et que les 19 brins composant le tordon ne sont pas collés les uns aux autres.

Exemple n

[0040] On réalise dans des conditions similaires à l'exemple 1 un fil de cuivre protégé par un alliage Pb Sn Ag 2 à 97% de plomb, 1% d'étain et 2% d'argent pour 100% d'alliage.

[0041] L'épaisseur de la couche d'alliage de revêtement de ce fil est de 5 microns. La température du bain d'alliage fondu pour le revêtement au trempé de ce fil est de 350°C. Le diamètre de la filière utilisée pour le calibrage de ce revêtement est de 0,2120 mm.

[0042] La soudabilité à la goutte du fil ainsi protégé, mesurée selon la norme française NFC 20 630 paragraphe 2.8 est de 0,2 secondes à 235°C. La soudabilité au bain d'alliage du fil protégé selon la norme française NFC 20 630 paragraphe 2.8 est bonne à 235°C. La soudabilité au bain d'alliage du fil protégé après vieillissement accéléré de 4 heures à l'eau bouillante paragraphe 2.51 de la norme française NFC 20 630 est bonne à 235°C.

[0043] Dans une réalisation d'un câble de l'invention, un tordon de 19 x 0,20 mm est obtenu avec des fils protégés de ce type.

[0044] On procède à un double rubannage de ce tordon avec un ruban du même type que celui de l'exemple 1.

[0045] Le scellage des rubans du tordon obtenu s'effectue par passage dans un four dont la température est de 320°C-330°C.

[0046] Le tordon rubanné et scellé passe ensuite dix fois de suite dans un bain de vernis polyimide commercialisé par exemple sous la marque Liquid H par la firme DUPONT de NEMOURS.

[0047] Après chaque enduction par passage dans le bain de vernis, ce tordon passe dans un four à une température de 400°C.

[0048] La technique utilisée pour cette enduction est celle qui est -couramment employée pour la fabrication de fils émaillés.

[0049] La surépaisseur d'isolant provenant du vernis après séchage et cuisson est de 80 microns au diamètre.

[0050] Au cours d'une opération de contrôle du câble ainsi obtenu on remarque que les brins du tordon du câble ne sont pas collés entre eux et que la partie dénudée du tordon est soudable à 235°C avec un alliage d'apport Sn Pb 60/40.

Exemple III

[0051] On réalise dans des conditions similaires à celles de l'exemple 1 un fil de cuivre protégé par un alliage Pb Sn 8 constitué par 92% de plomb, 8% d'étain, pour 100% d'alliage.

[0052] L'épaisseur de la couche d'alliage de revêtement de ce fil est de 1 micron. La filière utilisée pour le calibrage de ce revêtement a un diamètre de 0,2032 mm. La température du bain d'alliage fondu pour un revêtement au trempé de ce fil est de 350°C.

[0053] La soudabilité à la goutte du fil ainsi protégé, mesurée selon la norme française NFC 20 630 est de 0,3 seconde à 235°C. La soudabilité au bain d'alliage de ce fil protégé est bonne et la soudabilité de ce dernier à la goutte après vieillissement de 4 heures à l'eau bouillante est de 1 seconde à 325°C.

[0054] Dans une réalisation d'un câble de l'invention, 19 fils protégés de ce type sont assemblés pour obtenir un tordon de 19 x 0,20 mm.

[0055] Le tordon passe ensuite dans une extrudeuse alimentée avec de l'éthylène tétrafluoroéthylène commercialisé par exemple sous la marque TEFZEL 200 par la firme DUPONT de NEMOURS, à une température de l'ordre de 330°C.

[0056] L'épaisseur du revêtement déposé est de 0,2 mm.

[0057] Au cours de l'opération de contrôle du câble ainsi obtenu, on remarque que les brins du tordon ne sont pas collés ensemble, et que la soudabilité du tordon s'effectue à 235°C avec un alliage d'apport d'étain-plomb 60/40, en moins d'une seconde.

Exemple IV

[0058] On réalise dans des conditions similaires à celles de l'exemple 1, un fil protégé par un alliage Pb Ag 5, dont la teneur en plomb est de 94,5% et la teneur en argent de 5,5% pour 100% d'alliage.

[0059] L'épaisseur de la couche de revêtement déposé est de 5 microns. La filière utilisée pour le câlibrage de ce revêtement est de 0,2120 mm. La température du bain de l'alliage fondu pour un revêtement au trempé de ce fil est de 350°C.

[0060] La soudabilité à la goutte du fil ainsi protégé, mesurée selon la norme française NFC 20 630 est de 0,2 seconde à 235°C. La soudabilité au bain d'alliage de ce fil protégé est bonne à 235°C. La soudabilité de ce dernier après vieillissement de 16 heures à 155°C est également bonne.

[0061] Dans une réalisation d'un câble de l'invention, 19 fils protégés de ce type sont assemblés pour obtenir un tordon de 19 x 0,20 mm.

[0062] Ce tordon est recouvert par un double rubannage comme celui décrit à l'exemple 1.

[0063] Le tordon scellé au four à 320°C-330°C, passe ensuite dans un bain de solution de fluoroéthylène propylène commercialisé par exemple sous la marque TEFLON 120 par la firme DUPONT de NEMOURS.

[0064] La technique d'enduction est la même que celle décrite dans l'exemple 2.

[0065] Le séchage et la cuisson se font également à une température de 400°C.

[0066] La surépaisseur de polymère de fluoroéthylène propylène (FEP) déposée est de 90 microns au diamètre.

[0067] Au cours d'une opération de contrôle du câble ainsi obtenu, on remarque que les brins du tordon du câble ne sont pas collés entre eux et que la soudabilité du tordon s'effectue à 235°C avec un alliage d'étain plomb 60/40 en moins d'une seconde.

Revendications

1. Câble électrique multifilaire isolé, à conducteurs protégés par une couche d'un alliage de plomb, non thermocollants lors d'une opération d'isolation électrique de leur tordon, et soudables même après un vieillissement accéléré, caractérisé en ce qu'il comprend des conducteurs électriques revêtus individuellement d'une couche d'un alliage qui, présentant une bonne mouillabilité et une excellente soudabilité, comporte pour 100% d'alliage, une teneur en plomb supérieure à 90%.

2. Câble selon la des revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des conducteurs électriques revêtus individuellement d'une couche d'alliage ayant une épaisseur allant de un à dix microns selon le procédé au trempé.

3. Câble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des conducteurs électriques revêtus individuellement d'une couche d'un alliage comportant pour 10096 d'alliage, une teneur en plomb allant de 9096 à 99% et une teneur en argent variant de 10% à 1%. -

4. Câble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des conducteurs électriques revêtus individuellement d'une couche d'un alliage comportant pour 100% d'alliage, une teneur en plomb variant de 90% à 99% et une teneur en étain de 10% à 1%.

5. Câble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend des conducteurs électriques revêtus individuellement d'une couche d'un alliage comportant pour 100% d'alliage, une teneur en plomb allant de 9096 à 99%, une teneur en étain de 10% à 1% et un complément à 100% d'alliage étant constitué par de l'argent.