1. Introduction

Le ruban nylon semi-conducteur, composé de matériaux à base de nylon et de revêtements semi-conducteurs, trouve de nombreuses applications dans le secteur des câbles. Il est principalement utilisé pour le blindage et la liaison des câbles, notamment ceux à haute et très haute tension. En atténuant efficacement l'intensité du champ électrique, il contribue à améliorer la stabilité et la sécurité de fonctionnement des câbles. Face à la demande croissante de câbles haute performance pour les réseaux électriques modernes, les systèmes de communication et d'autres secteurs, la recherche et le développement de nouvelles technologies pour les rubans nylon semi-conducteurs sont devenus essentiels.

2. Nouveaux matériaux et leurs applications

2.1 Matériaux nanocomposites

L'une des tendances marquantes de la technologie des rubans en nylon semi-conducteurs est l'utilisation de matériaux nanocomposites. Par exemple, l'incorporation de nanotubes de carbone (NTC) dans la matrice en nylon a ouvert de nouvelles perspectives. Les nanotubes de carbone possèdent une conductivité électrique et une résistance mécanique extrêmement élevées. Répartis uniformément dans la résine de nylon, ils peuvent former un réseau conducteur au sein du ruban. Cela améliore non seulement considérablement les propriétés semi-conductrices du ruban, mais aussi ses performances mécaniques.

Des recherches ont montré qu'une faible quantité (généralement 1 à 5 % en poids) de nanotubes de carbone multiparois ajoutée à la matrice de nylon peut réduire la résistance de surface du ruban de nylon semi-conducteur de plusieurs ordres de grandeur. Parallèlement, la résistance à la traction et le module de flexion du ruban peuvent être augmentés de 20 à 50 % par rapport aux rubans de nylon semi-conducteurs traditionnels. En effet, les nanotubes de carbone agissent à la fois comme charges conductrices et agents de renforcement, renforçant les forces intermoléculaires au sein du nylon.

Un autre exemple est l'utilisation de nanocomposites à base de graphène. Le graphène, un matériau carboné bidimensionnel doté d'excellentes propriétés électriques, thermiques et mécaniques, peut être combiné au nylon pour créer des rubans de nylon semi-conducteurs hautes performances. Les nanofeuilles de graphène peuvent être réparties uniformément dans la matrice de nylon par mélange en solution ou par polymérisation in situ. Le ruban composite obtenu présente une conductivité électrique, une capacité de dissipation thermique et une stabilité chimique améliorées. Il résiste mieux aux conditions environnementales difficiles, telles que les fortes variations d'humidité et de température, fréquentes dans les environnements d'exploitation de câbles.

2.2 Matériaux ignifuges haute performance

Pour répondre aux exigences croissantes en matière de sécurité incendie dans les systèmes de câbles, de nouveaux matériaux ignifuges hautes performances ont été introduits dans les rubans de nylon semi-conducteurs. Par exemple, des additifs ignifuges à base de phosphore et d'azote ont été développés et incorporés à la matrice de nylon. Ces additifs agissent grâce à une combinaison de mécanismes ignifuges en phase gazeuse et en phase condensée.

En phase gazeuse, lorsque le ruban est exposé à des températures élevées, les additifs à base de phosphore et d'azote se décomposent pour libérer des gaz ininflammables, tels que l'ammoniac et les dérivés de l'acide phosphorique. Ces gaz diluent la concentration d'oxygène et de produits de pyrolyse inflammables autour du ruban, inhibant ainsi le processus de combustion. En phase condensée, les produits de décomposition forment une couche de charbon à la surface du ruban. Cette couche agit comme une barrière physique, empêchant tout transfert ultérieur de chaleur et d'oxygène et protégeant le nylon sous-jacent de la combustion.

- De plus, certains systèmes ignifuges intumescents ont également été appliqués aux rubans de nylon semi-conducteurs. Ces systèmes sont constitués d'une source de carbone (comme l'amidon ou le polyol), d'une source d'acide (comme le polyphosphate d'ammonium) et d'un agent gonflant (comme la mélamine). Lorsqu'elle est chauffée, la source d'acide se décompose pour libérer de l'acide phosphorique, ce qui favorise sa déshydratation et sa carbonisation. L'agent gonflant se décompose simultanément pour générer du gaz, provoquant l'expansion de la couche carbonisée et la formation d'une couche de charbon moussée poreuse. Cette couche de charbon intumescente possède d'excellentes propriétés d'isolation thermique et ignifuge, améliorant ainsi la résistance au feu du ruban de nylon semi-conducteur.

3. Procédés de fabrication avancés

3.1 Technologie de revêtement de précision

Le revêtement de précision est un procédé clé dans la production de rubans en nylon semi-conducteurs de haute qualité. La méthode de revêtement par filière a été largement adoptée en raison de sa haute précision. Dans ce procédé, la solution de revêtement semi-conductrice, qui peut contenir des charges conductrices (telles que le noir de carbone, les nanotubes de carbone ou le graphène), des liants et d'autres additifs, est dosée avec précision et introduite dans la filière.

La matrice à fente est dotée d'une fente usinée avec précision à travers laquelle la solution de revêtement est extrudée sur le substrat en nylon en mouvement. Un contrôle précis des paramètres tels que la largeur de la fente, la vitesse d'application et la viscosité de la solution permet de contrôler l'épaisseur de la couche semi-conductrice dans une plage de tolérance très étroite, généralement de ± 0,005 à 0,01 mm. Cela garantit une conductivité uniforme et des performances constantes sur toute la surface du ruban.

Par exemple, dans la production de rubans de nylon semi-conducteurs pour câbles électriques haute tension, le revêtement par encoche permet d'assurer une épaisseur uniforme de la couche semi-conductrice, essentielle au maintien d'une distribution stable du champ électrique dans le câble. De plus, cette méthode permet de réduire les défauts de revêtement tels que les variations d'épaisseur, les stries et les bulles, améliorant ainsi la qualité et la fiabilité globales du ruban de nylon semi-conducteur.

3.2 Technologie de production et d'intégration continue

La production continue et les technologies d'intégration ont révolutionné le processus de fabrication des rubans en nylon semi-conducteurs. Les lignes de production modernes sont conçues pour fonctionner en continu, de l'alimentation en matières premières à l'enroulement final du produit fini.

Par exemple, une ligne de production continue entièrement automatisée peut commencer par le déroulage des matériaux de base en nylon, puis suivre les opérations continues d'enduction, de séchage, de vulcanisation et de refendage. L'ensemble du processus est contrôlé par un système d'automatisation avancé, capable de surveiller et d'ajuster en temps réel les paramètres clés, tels que la température.