En quoi consiste la rétractation de l'isolant et de la gaine ? Wire Wisdom

Introduction

La rétractation est la tendance qu'a l'isolant d'un fil à se retirer d'une épissure ou d'un connecteur de raccordement. Si une rétractation se produit, une partie trop importante du conducteur de cuivre (ou d'aluminium) risque d'être exposée, ce qui augmente le risque de court-circuit. La rétractation peut aussi concerner la gaine d'un câble multiconducteur. En cas de rétractation de la gaine au niveau d'une épissure ou d'un raccordement, le câble est exposé aux salissures et/ou à l'humidité. Les principales causes de la rétractation et les méthodes utilisées dans l'industrie pour la mesurer et la contrôler sont présentées ci-dessous.

Qu'est-ce qui produit une rétractation ?

Une rétractation peut se produire lorsque des contraintes mécaniques internes découlant du processus de fabrication existent dans le matériau de l'isolant ou de la gaine. Par exemple, si un conducteur de cuivre traverse une tête d'extrudeuse d'isolant à une vitesse légèrement plus rapide que le composé isolant en fusion sortant de la tête d'extrudeuse, l'isolant en fusion se trouve en état de tension. Lors du refroidissement du composé isolant, l'isolant peut se « figer » dans cet état de tension. Si de courtes longueurs de fil sont ultérieurement coupées, il peut y avoir une rétractation de l'isolant si la friction avec le conducteur de cuivre est trop faible pour le maintenir en place. Les températures élevées et les fortes variations de température ont tendance à accélérer le processus. La propension des polymères à se rétracter varie en fonction de leur composition chimique. Par exemple, le coefficient de dilatation thermique d'un polymère peut agir sur la rétractation. Un coefficient de dilatation thermique plus élevé induit une modification plus importante du volume lors des variations de température. Ce phénomène peut augmenter la rétractation. Le tableau 1 donne les coefficients de dilatation thermique linéaire pour les résines polymères des fils et câbles les plus courantes.1

Polymère Coefficient de dilatation thermique (10-6º C)
Polypropylène 68-95
Polyéthylène (faible densité) 100-200
Polyéthylène (haute densité) 110-130
Éthylène-propylène fluoré 83-105
Polyfluorure de vinylidène 85
Éthylène-tétrafluoroéthylène 59
Polytétrafluoréthylène 100
Polyuréthane 100-200
Polychlorure de vinyle (rigide) 50-100
Polychlorure de vinyle (souple) 70-250

Tableau 1 : coefficients de dilatation thermique linéaire

Méthodes d'essai de l'industrie

Afin de limiter la rétractation, l'industrie des fils et câbles a développé des méthodes d'essais et des normes pour la mesurer et la contrôler. La norme ANSI/ICEA S-56-4342 définit une méthode d'essai fréquemment utilisée pour évaluer la rétractation de l'isolant d'un câble de communication. La section 5.4.1.3 Rétractation l'examine en détail. L'essai est réalisé sur un échantillon d'isolant de six pouces (environ 15 cm). L'échantillon est placé dans un four à circulation d'air pendant quatre heures à une température de 115°C pour un isolant en PE (polyéthylène) et de 130°C pour un isolant en PP (polypropylène). La rétractation est définie comme le retrait total de l'isolant des deux extrémités de l'échantillon. Le critère de réussite/d'échec à cet essai est un retrait de 0,38 pouce (10 mm).

Outre la norme ANSI/ICEA Standard, la norme UL 2556 sur les méthodes d'essais pour la sécurité des fils et des câbles dispose également de procédures d'essai pour déterminer la rétractation de l'isolant. La norme UL 2556 Section 7.4 Rétractation décrit une méthode d'essai pour déterminer la rétractation dans l'eau en immergeant un échantillon par 90° C. La norme UL 2556 Section 7.5 Rétractation dans l'air décrit la rétractation dans l'air en chauffant l'échantillon d'essai puis en le laissant refroidir. Une fois que l'échantillon est à température ambiante, la rétractation est mesurée le cas échéant.3

Bien qu'il soit important de déterminer la rétractation de l'isolant, il est également nécessaire de procéder à des essais sur les gaines de câbles pour limiter les risques de pénétration de saletés et d'humidité dans les câbles. La section 5.4.3.3 Rétractation du document ANSI/ICEA précise la méthode d'essai de rétractation applicable aux gaines de câbles. Elle nécessite de retirer une bande de matériau de 0,5 pouce (env. 13 mm) de large sur 2 pouces (env. 51 mm) de long de la gaine. La longueur de cet échantillon est ensuite mesurée avant et après un passage au four à 100°C (115°C pour certains matériaux) pendant quatre heures. Le pourcentage de rétractation est alors calculé à partir de ces mesures. La rétractation maximale autorisée pour une gaine est de 5 %.2

Dégagement de l'isolant
Illustration du dégagement de l'isolant
Figure 1 : dégagement de l'isolant4

La distance entre un dispositif de raccordement et l'extrémité de l'isolant d'un fil s'appelle « dégagement de l'isolant ». Cette distance est illustrée par la cote « A » sur la figure 1. La rétractation peut contribuer à un dégagement excessif de l'isolant et induire un risque de court-circuit. Le dégagement maximal de l'isolant est défini dans la section 4.4.1 Dégagement de l'isolant du document IPC/WHMA-A-620.4

 

Selon ce document, le dégagement de l'isolant doit être inférieur à la valeur la plus élevée entre deux fois le diamètre du fil (indiqué par « D » sur la Figure 1) ou 0,06 pouce (1,5 mm). L'une des façons de limiter les effets de la rétractation sur le dégagement de l'isolant est d'utiliser des raccordements faisant appel au sertissage de l'isolant comme indiqué en section 5.1.1 Sertissage de l'isolant du document IPC/WHMA-A-6204.4

Synthèse

Une ou plusieurs des méthodes suivantes peuvent être utilisées pour limiter les effets potentiellement négatifs de la rétractation de l'isolant et de la gaine :

  • choisir un matériau d'isolant (ou de gaine) qui soit intrinsèquement moins sujet à la rétractation.
  • augmenter la friction entre l'isolant et le conducteur, c'est-à-dire relever les exigences concernant la force nécessaire pour faire glisser l'isolant sur le fil.
  • utiliser des épissures et des raccordements qui soient équipés pour le sertissage de l'isolant.
Références

1. J.A. Dean (éd) « Lange’s Handbook of Chemistry », McGraw-Hill, New York, États-Unis, 14e édition, 1992.

2. « ANSI/ICEA S-56-434 Polyolefin Insulated Communication Cables for Outdoor Use », Insulated Cable Engineers Association, cinquième édition, septembre 1983.

3. « UL 2556 Standard for Safety Wire and Cable Test Methods », Underwriters Laboratories, troisième édition, 2013.

4. IPC/WHMA-A-620 Requirements and Acceptance for Cable and Wire Harness Assemblies, Wiring Harness Manufacturer’s Association, janvier 2002.



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