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PERFECTIONNEMENTS AUX CABLES ELECTRIQUES SERVANT A LA
TRANSMISSION DE COURANTS UTILISANT DE LARGES
Cette invention fait l'objet d'une demande de brevet déposée en Grande Bretagne le 27 Février 1935 aux noms de la Société "STANDARD TELEPHONES AND GABLES LIMITED" et de M.M. William Kirby ESTON, Darrell NUNN, et Malcolm Clifford FIELD.
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Un type de câble qui convient pour la transmission de larges bandes de fréquences, est celui dans lequel un conducteur central est séparé au moyen d'un diélectrique à faible perte d'un tube con- centrique entourant le dit conducteur central. L'atténuation dans ce genre de câble est fortement influencée par les pertes dans le dié-
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lectrique, et pour cette raison différentes méthodes de construction ont été proposées dans lesquelles l'air est l'isolant prédominant, mais dans ces arrangements une forme quelconque de sépara- tion mécanique doit toutefois être prévue pour supporter le conducteur intérieur coaxiallement par rapport au conducteur extérieur.
On sait que ces câbles conviennent particulièrement bien pour transmettre de/Larges bandes de fréquences, et que le but le plus important à atteindre est qu'il y ait le maximum possible d'espace d'air entre les conducteurs coaxiaux tout en prévoyant un support adéquat et en maintenant l'espacement voulu pour le conducteur central. Les dispositifs de support doivent être suffisamment flexibles pour permettre la manipulation du câble pendant sa fabrication et son installation, et les supports diélectriques,ainsi que les pièces d'espacement, doivent offrir une faible perte quand celle -ci est mesurée pour la bande de fréquences à laquelle le câble doit fonctionner.
Différentes méthodes ont été proposées pour supporter le conducteur central, comme par exemple l'enroulement en spirale sur ce conducteur d'un'cordon en matière textile,tel que du coton souple formé partiellement de coton acétylé ou de soie à l'acétate de cellulose, ou bien l'emploi de rondelles d'espacement faites de différentes matières isolantes bien connues, comme du caoutchouc, de l'ébonite, de la bakelite ou des matières de nature céramique.Toutefois en présence des caractéristiques fréquences-pertes d'un certain nombre des diélectriques connus, il est évident que l'une des matières qui convient le mieux pour les buts recherchés est le styrène polymé -risé (benzine vinylique polymérisé)
qui est bien connu depuis plusieurs années comme un isolant électrique satisfaisant et que l'on a proposé comme diélectrique séparateur dans les câbles à conducteurs coaxiaux. Cependant on a rencontré plusieurs difficultés très importantes pour appliquer d'une manière satisfaisante cette matière sur le conducteur.
La présente invention a pour objet de prévoir une méthode drap.
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-plication du polystyrène sur le conducteur central d'un câble à conducteurs coaxiaux du genre ci-dessus mentionné,afin qu'une séparation diélectrique satisfaisante soit obtenue,tout en assurant une flexibilité satisfaisante à l'ensemble résultant.
La nature même du polystyrène empêche son application directe sur un câble, sans une préparation spéciale, et il sera démontré dans la description suivante que seulement certains types de polystyrènes appliqués sur une forme particulière,ou contenant un agent plastique,donnent les caractéristiques requises. Un des buts de l' invention est de réaliser des méthodes satisfaisantes de fabrication permettant d'obtenir un espacement diélectrique satisfaisant.
En résumé,l'invention prévoit une méthode de fabrication de câbles à conducteurs coaxiaux à séparation d'air,cette méthode comprenant l'application par refoulement de styrène polymérisé plastique ou de mélanges de styrène dans la forme de tige, tube, ruban ou filament flexible, et l'application de ce produit sous forme d'hélice autour du conducteur central de manière à constituer un espacement diélectrique pour le câble.
L'invention est mieux comprise par la description suivante basée sur les dessins ci-joints. Sur ceux-ci : la figure 1 est une vue longitudinale en partie sectionnée d'un câble à conducteurs coaxiaux conforme à l'invention; pourvu d'une pièce d'espacement en forme de tige ; la figure 2 montre une section transversale faite à travers le câble de la figure 1 ; la figure 3 est une vue longitudinale en partie sectionnée d'une forme de réalisation perfectionnée du câble de la figure 1, la pièce d'espacement ayant ici la forme d'un tube ; la figure 4 montre une section faite à travers le câble de la figure 3; la figure 5 se rapporte à un câble coaxial dont la pièce d'espacement a la forme d'un ruban ; la figure 6 montre une section transversale faite à travers ce câble ;
figure 7 représente schématiquement une forme d'appareil servant à appliquer par refoulement le système polymérisé sur un conducteur animé d'un mouvement de rotation ; la figure
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8 représente schématiquement un appareil pour appliquer par refoulement sur le conducteur le système polymérisé à travers une matrice rotative ; la figure 9 donne schématiquement une forme modifiée d'un appareil à matrice rotative ; la figure 10 montre une vue longitudinale en partie sectionnée d'une forme modifiée de câble à conducteurs coaxiaux dont la pièce d'espacement diélectrique a l'aspect d'un faisceau de filament ; la figure 11 donne une vue d'une section faite à travers ce câble;
la figure 12 montre une vue longitudinale en partie sectionnée d'un câble à conducteurs coaxiaux dont la pièce d'espacement diélectrique a la forme d'un ressort en spirale; et la figure 13 montre une section transversale faite à travers le câble de la figure 12.
Suivant un des faits de la présente invention,le styrène poly -mérisé qui a été formé par la polymérisation du styrène liquide à une température comprise entre 100 et 1500 centigrades est appliqué par refoulement directement à travers la matrice sur le conducteur central en cuivre d'un câble à conducteurs coaxiaux,et sous la forme d'une spirale ouverte dont la section transversale est circulaire, tubulaire,rectangulaire,ou de tout autre forme. Ces genres de constru -tion sont montrés sur les figures 1 à 6 où A représente le conducteur central en cuivre, B la spirale de styrène appliquée par refou- lement, C le conducteur extérieur en cuivre ayant la forme d'un ruban maintenu par une ligature métallique D, et E une enveloppe extérieure en plomb.
L'application par refoulement de ce polystyrène est réalisée avec une température à la matrice de 150 à 2500 Centigrades,des températures plus élevées étant requises pour le polystyrène polymérisé à 1'extrémité inférieure (100 Centigrades) de la rangée de température de polymérisation,et des températures plus basses sont requises pour le polystyrène polymérisé à l'extrémité plus haute (150 Centigrades) de la rangée des températures de polymérisation. Des résultats satisfaisants peuvent être obtenus au moyen d'un appareil du genre montré figure 9 à action continue, ou au moyen d'une presse
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pilonneuse du genre montré figure 8. Le premier appareil convient mieux si l'on désire appliquer une spirale polystyrène ouverte sur toute la longueur du conducteur.
On a trouvé qu'il était possible d'appliquer la pièce d'espacement en polystyrène sous la forme d'une spirale ouverte de sections transversales semblables à celles déjà mentionnées au moyen de méthodes qui sont maintenant plus complètement décrites.
Le conducteur en cuivre peut tourner autour de son axe,ainsi qu'il est montré figure 7, en montant la bobine F,fournissant le conducteur, sur un support G animé d'un mouvemant de rotation. Le conducteur A passe à travers des matrices convenables I et I' placées près du point J où s'effectue l'application par refoulement de la matière d'espacement. Le conducteur en cuivre B,recouvert de styrène polymérisé appliqué en spirale, est emmagasiné sur la bobine L montée aussi sur un support rotatif M qui tourne à la même vitesse que le support portant la bobine F. Le pas de la spirale en styrène appliqua sur le conducteur, est contrôlé par l'angle formé par le dispositif d'amenée du styrène et le conducteur, ainsi que par la vitesse de traie -lation du conducteur.
Cette vitesse avec laquelle le conducteur se déplace dans la machine peut être contrôlée de diverses manières bien connues,comme par exemple en faisant passer le fil sur un cabestan monté sur l'un ou l'autre support G ou M et qui tourne sous la commande d'un moyen quelconque, à une vitesse déterminée.
La vitesse d'opération d'une telle machine dépend de la vitesse de refroidissement du polystyrène appliqué. La haute conductibilité du cuivre pour la chaleur favorise ce refroidissement, mais l'introduction d'un jet ou d'un bain d'eau froide permet à la machine de fonctionner beaucoup plus vite.
Il y a des limites aux dimensions d'un câble à conducteurs coaxiaux fabriqué de cette manière,dues au fait de la flexibilité de la spirale ouverte en polystyrène. Ces limites dépendent : a) - du diamètre du conducteur central en cuivre.
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b) - du genre et des dimensions de la section transversale du polystyrène appliqué par refoulement. c) - de la température de polymérisation du styrène liquide. d) - de la longueur du pas de la spirale ouverte du polystyrène. e) - du diamètre des tambours utilisés à la fois pendant la fabri- cation et pour le transport.
L'exemple typique suivant d'une construction satisfaisante est donné comme exemple aux procédés de fabrication décrits ici,mais il est évident que l'invention n'est pas limitée aux détails particuliers.
Du styrène liquide pur est polymérisé dans un vase scellé convenable pour 48 heures à 1150 Centigrades. Le produit vitreux dur est alors enlevé et appliqué par refoulement sur un conducteur en cuivre tournant, de 3.8 mms de diamètre,ainsi que cela a été décrit, et à une température de 2000 Centigrades,au moyen d'une presse à refoulement continu. La vitesse de déplacement du conducteur est de 3 ms à la minute,et sa vitesse de rotation est de 120 révolutions par minute,ce qui donne un pas de 25.4 mms pour la spirale de polystyrène. L'orifice de la matrice de refoulement est circulaire et a un diamètre de 2.29 mms, fournissant une spirale ouverte de polystyrène de section transversale circulaire et de 2.5 mms de diamètre.
Le polystyrène est refroidi aussitôt après son application par un courant d'eau froide et peut ensuite être enroulé sur un tambour, le noyau duquel est d'environ 1 mètre.
Suivant une autre méthode,conforme à l'invention,le conducteur peut être tiré avec une; certaine vitesse à travers une machine chauffée à refoulement et cela d'une manière quelconque. Le point d'application du polystyrène peut tourner autour de l'axe du conducteur en cuivre. Dans sa forme la plus simple de réalisation,ce procédé de fabrication peut être réalisé en montant le dispositif d'application du système sur un support tournant autour du conducteur qui se déplace,mais cet arrangement n'est pas satisfaisant pour as-
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-surer une production commerciale. Les diverses difficultés rencon- trées peuvent être surmontées en adoptant la forme de presse à re- foulement montrée figure 8. Le conducteur A pase à travers un tube métallique N qui agit comme guide et comme matrice.
Ce tube traverse la chambre à refoulement 0 et est pourvu d'un conduit gradué Q qui s'étend obliquement à travers lui vers son orifice extérieur,placé près de l'orifice central par où sort le conducteur en cuivre. Le tube N tourne pendant que le styrène polymérisé est refoulé de la chambre 0 à travers l'orifice Q sur le conducteur 1- où il s'applique sous la forme d'une hélice ou d'une spirale ouverte B.
La presse chauffée à refoulement peut prendre la forme mon- trée figure 9. Dans ce cas,le conducteur A passe à travers un con- duit S prévu au centre d'une machine à vis,et l'extrémité de la piè- ce T en forme de vis a la forme d'une matrice à faible orifice U, ayant approximativement les mêmes dimensions que le filament de sty- rène polymérisé que l'on doit produire. Par la rotation de la pièce T,le styrène plastique chauffé est refoulé à travers cet orifice,for -mant une hélice B enroulée autour du conducteur en cuivre qui se déplace à travers la machine.
Les mêmes considérations que celles qui ont été faites précé- demment en ce qui concerne la vitesse de rotation du conducteur,la vitesse de révolution de la matrice, le pas résultant de la spirale ouverte en polystyrène,les dimensions du conducteur et de la matrice, et l'application de refroidissement de la spirale,peuvent être faites aussi bien pour la presse à matrice rotative/que pour la presse avec matrice fixe et conducteur tournant autour de son axe.
On a trouvé que dans la méthode de fabrication décrite ici, les résultats les plus satisfaisants étaient obtenus avec du styrène liquide polymérisé à 1150 Centigrades. Toutefois du polystyrène for- mé à d'autres températures comprises entre 100 et 150 Centigrades peut être utilisé,mais aux températures supérieures à 115 ,la spirale ouverte est plus cassante par suite du fait que les agrégations collo-
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-idales formées par la polymérisation sont de plus faibles aplitu- des,et il en résulte des câbles moins flexibles. Le polystyrène polymérisé à des températures inférieures à 100 Centigrades ne peut être refoulé facilement dans sa condition pure, ses propriétés ressemblant à celles du caoutchouc naturel non mastiqué dans une condition de chauffe.
Suivant un autre fait caractéristique de l'invention,l'emploi de styrène pur polymérisé à une température choisie entre 100 et 150 Centigrades dans les opérations de fabrication décrites jusqu'ici esremplacé par un mélange de styrènes purs polymérisés à plus basse température et à plus haute température,ce qui permet d'obtenir des propriétés mécaniques et de refoulement convenables. Le prinoipe caractérisant un tel mélange est que les agrégations colloidales plus faibles de la polymérisation à plus haute température rend légèrement plastique les agrégations de colloides plus grandes de la polymérisation à plus basse température. On obtient ainsi un produit refoulable qui offre un degré de flexibilité approximativement proportionnelle à la flexibilité des deux matières.
Des mélanges de ce genre sont facilement obtenus en mélangeani ensemble les deux ou plusieurs substances de polymérisation sur des rouleaux masticateurs,tels que ceux servant à la formation de compo -sés de caoutchouc,ou par toute autre méthode de mélange bien connue.
Une autre méthode qui a été trouvée plus simple et qui donne aussi des résultats satisfaisants consiste en particulier à polymériser le styrène liquide à une des températures envisagées, de préférence mais non nécessairement à la température plus basse,car ici la vitesse de polymérisation est plus lente et par suite plus facilement contrôlable, puis ensuite à compléter la polymérisation à la deuxième tempé- rature. Dans tous ces cas,la polymérisation est effectuée dans un vase scellé fait en acier ou en tout autre matière convenable.
Un certain nombre de produits satisfaisants peuvent être ainsi obtenus,et comme il n'est pas possible de décrire toutes ces compo-
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-sitions, les exemples typiques suivants font voir les principes sur lesquels l'invention repose.
Premier exemple:
60 parties en poids de polystyrène pur, polymérisé à 75 Centigrades pendant 7 jours, sont intimement mélangées sur des rouleaux masticateurs unis et chauffés,avec 40 parties en poids de polystyrène pur polymérisé à 1500 Centigrades pendant 24 heures. La température des rouleaux est maintenue de 120 à 1500 Centigrades,et le mélange est complet quand un produit uniforme est obtenu,ce produit étant alors prêt pour l'application par refoulement .
Deuxième exemple :
Une certaine quantité de styrène liquide pur est polymérisée pendant 30 heures à 90 Centigrades,cette température étant ensuite portée à 140 Centigrades pendant 20 heures. Le styrène polymérisé est refroidi et enlevé du vase,étant dès lors prêt à être appliqué par refoulement.
Référence a déjà été faite aux limites dans les dimensions des câbles à conducteurs coaxiaux obtenus par refoulement direct d'une spirale de polystyrène pur sur le conducteur central en cuivre. Afin de pouvoir enrouler le câble sur des tambours ordinaires, la surface de la section transversale de la spirale ouverte de polystyrène ne doit pas dépasser, ou ne doit pas être beaucoup plus grande que,la surface de la section transversale du conducteur central quand le pas de la spirale est de 5 à 10 fois le diamètre de ce conducteur central.
Comme dans certains cas il est désirable de fabriquer des câbles à conducteurs coaxiaux ayant un séparateur diélectrique en polystyrème qui ne soit pas conforme aux limites ci-dessus spécifi- ées, on a trouvé des moyens par lesquels le polystyrène peut être pro -duit sous des formes convenables pour remplir les limites mentionnées ci-dessus au point de vue des dimensions et même des limites plus strictes,où la surface de la section transversale de la spirale en polystyrène dépasse d'une manière appréciable (par exemple 2 à 3
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fois) la surface de la section transversale du conducteur central, alors que le pas de la spirale est de 5 à 10 fois le diamètre de ce conducteur central.
Suivant un autre fait caractéristique de l'invention, des filaments en polystyrène, de fil ou de soie,formés et assemblés de la manière décrite ci-après,sont appliqués sur le conducteur central en cuivre suivant une spirale,ordinairement une spirale ouverte,dont la section transversale a une forme circulaire ou autre. Cette application se fait au moyen d'un dispositif d'enroulement dans lequel une bobine ou tambour de filaments assemblés tourne autour le conducteur central se déplaçant longitudinalement.
Les filaments ou fils de polystyrène sont formés au moyen de styrène liquide pur polymérisé à une température comprise entre 100 et 2500 Centigrades, puis refoulés à travers une matrice par une pres -se à action continue semblable à celle montrée figure 9,maisavec une matrice fixe, ou par une presse du type à pilon. La température à la matrice doit être comprise entre 150 et 2500 Centigrades et sa section transversale peut être de forme circulaire,bien que cela ne soit pas absolument nécessaire. Les dimensions les plus convenables pour la matrice doivent être de 1,25 à 3,7 mms de diamètre,bien que des fils très satisfaisants puissent être réalisés avec des matrices à la fois plus larges et d'un diamètre d'orifice plus faible.
Aussitôt que le fil chaud de polystyrène a quitté la matrice, une tension lui est appliquée et il est étiré au diamètre requis. La tension peut être convenablement appliquée avec une machine orâï.naire pour enroulement de textile, et le filament est ensuite placé sur une bobine convenable. Des fils ou filaments de 0.03 mm de diamètre, jusqu'à la dimension du diamètre de l'orifice de la matrice,peuvent être fabriqués de cette manière suivant la tension appliquée, c'est-à-dire suivant la vitesse de refoulement et la vitesse d'enroulement du fil.
Un certain nombre de bobines de fil,formées de cette manière, sont ensuite montées sur une machine assembleuse et leurs fils sont
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réunis entre-eux, le nombre de bobines dépendant du diamètre des fils et du diamètre final exigé du cordon. Les fils multiples,ainsi formés,sont maintenus fermement ensemble au moyen d'un recouvrement en matière textile, telle que de la soie à acétate cellulosique,ou du coton partiellement acétylaté, ou encore de préférence au moyen de fils de polystyrène de diamèt-e convenable obtenus de la manière décrite précédemment ou de celle décrite par la suite.
Le cordon fini et tressé ou recouvert est appliqué directement sur le conducteur central d'un câble coaxial sous la forme d'une spirale ouverte afin d'obtenir une structure semblable à celle montrée schématiquement figures 10 et 11.
Des considérations de flexibilité exigent que la température de polymérisation à laquelle le polystyrène, utilisé pour la fabrication des fils, est formé soit aussi basse que possible, et il est donc désirable de travailler à l'extrémité inférieure de la rangée des températures permises, autrement un plus grand nombre de filaments plus fins sera nécessaire pour produire un cordon ayant la flexibilité requise. De plus,afin d'obtenir le maximum de flexibilité,il est désirable de réaliser une réduction considérable dans le diamètre du styrène appliqué par refoulement,par une opération d'étirage. De cette manière les unités colloidales comprenant la structure polystyrène sont orientées de façon que leur dimension la plus grande soit parallèle à la longueur du fil, ce qui améliore sa résistance maximum et sa flexibilité.
L'assemblage des fils décrit ici comprend quelques procédés intermédiaires de traitement des fils par lesquels l'espacement d'air du cordon fini est accru si on le désire .
L'exemple suivant sert à faire connaître une série de conditions satisfaisantes pour la fabrication d'un cordon de styrène,bien que l'invention ne soit pas limitée à ces conditions particulières.
Un cordon d'espacement,très satisfaisant, de 2. 45 mms de diamètre est obtenu en refoulant du styrène polymérisé pur,formé de styrène poly-
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-mérisé dans un vase convenable à 1150 Centigrades pendant 48 heures, à travers une matrice de section transversale circulaire ayant un orifice de 2. 45 mms de diamètre,et en étirant ce cordon par l'application d'une tension directe par une machine pour enroulement de textile. La température de la matrice est maintenue à 2000 Centigrades. La machine pour enroulement de textile est placée à une distance de 3 ms de l'orifice de la matrice,et sa vitesse de fonctionnement est contrôlée en même temps que celle de la matrice,afin que le styrène refoulé soit étiré pendant qu'il est encore chaud,ce qui donne un diamètre maximum de 0.5 mm.
L'étirage et le refroidissement par l'air des fils de polystyrène, s'accomplissent pendant l'espace de 3 ms qui sépare la matrice de la machine. Dix neuf bobines de fil de 0,5 mm de diamètre sont montées sur la machine à assembler ces fils entre-eux, puis ceux-ci passent à travers une matrice cylindrique de 2.2 mms de diamètre pour furmer un cordon qui est alors tressé avec des fils de caret comprenant 3 extrémités de fils de 0.12 mm de diamètre. Le cordon ainsi formé est alors enroulé à la température ambiante sur un conducteur de cuivre de 2.5 mms de diamètre sous la forme d'une spirale ouverte ayant un pas de 24. 5 mms.
On obtient ainsi un conducteur central convenable et très flexible, pourvu d'une pièce d'espacement,l'ensemble pouvant être utilisé avec succès dans un câble à conducteurs coaxiaux.
Il est évident que des cordons en polystyrène formés de cette manière peuvent être fabriqués pour satisfaire aux conditions requises par un câble coaxial,et cela en règlant le diamètre du fil en polystyrène et le nombre de ces fils assemblés entre-eux. La conditi -on principale d'un cordon à fils multiples de polystyrène,utilisé dans un câble coaxial,est qu'il soit suffisamment flexible pour être enroulé sur le conducteur central avec le pas voulu et sans rupture.
Pourvu que le pôlystyrène ait été polymérisé à la température la plus convenable, et qu'il ait été étiré au moins à son diamètre primitif après refoulement, n'importe quelle flexibilité du cordon fini
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peut être obtenu en utilisant des fils de diamètres plus petits.
Dans certains cas on a trouvé qu'il était désirable d'enrou- ler le cordon à fils multiples en polystyrène sur le conducteur à une température élevée. ar ce moyen, un cordon insuffisamment flexible peut être enroulé d'une manière satisfaisante sur un conducteur central de faible diamètre, tout en communiquant au câble fini une flexibilité satisfaisante pour permettre sa fabrication à la température de la chambre. On a trouvé que des cordons à fils multiples en polystyrène peuvent être appliqués de cette manière à des températures aussi élevées que 1000 Centigrades, bien que la température de travail la plus favorable soit dans le voisinage de 80 Centigrades.
En pratique cela est réalisé en faisant passer le cordon à travers un four légèrement chauffé pendant son passage du tambour près de la matrice au conducteur sur lequel il est appliqué.
Le cordon utilisé dans la méthode de fabrication précédente pour câble à conducteurs coaxiaux peut être formé de styrène polymérisé comprenant un mélange de polymères traités ainsi que cela a été décrit.
Suivant un autre fait caractéristique de l'invention,le cordon est formé de fils ou filaments soyeux de polystyrène,obtenus en dissolvant le polystyrène dans une solution à fable point d'ébulition.
Cette solution ainsi créée est refoulée à travers des tubulures de filage dans un four d'assèchement qui peut avoir la forme d'une chambre verticale avec une température graduée du sommet à la partie inférieure. Les fils ou filaments séchés sont enroulés sur des bobines à la partie inférieure de cette chambre et amenés à la machine assembleuse pour une ou plusieurs opérations d'assemblage. Quand le diamètre voulu du cordon fini est atteint, un recouvrement total d'une mati -ère textile, comprenant de référence des fils de soie polystyrène, est appliqué avant que le cordon fini ne soit enroulé sur le conducteur central du câble.
Du polystyrène polymérisé de 100 à 1500 Centigrades convient
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le mieux dans ce but,afin d'obtenir une solution de haute concentration sans une viscosité trop élevée. Ce fait n'est pas seulement limité au polystyrène formé à ces températures,car on a trouvé qu'il est possible d'obtenir des résultats satisfaisants en utilisant des polystyrènes fabriqués en dehors de ces limites. L'exemple suivant se rapporte à une série particulière d'opérations qui ont donné des résultats satisfaisants. Il est évident qu'en modifiant l'une ou l'autre des conditions mentionnées, on peut par la fabrication bien connue de la soie artificielle, atteindre des résultats aussi satisfaisants, et par suite l'invention n'est pas limitée à ces conditions.
Le styrène polymérisé à 1200 Centigrades est dissout dans du benzène à une concentration de 30% en poids.Le produit est refoulé à travers des tubulures de filage dans une chambre de chauffe verticale de 8.80 ms, chauffée éleotriquement de manière qu'une température de 80 Centigrades soit maintenue à la partie supérieure de la chambre tandis que la température atteint 2500 Centigrades à la partie inférieure,avec une graduation voulue entre ces extrémités. Les vapeurs de benzène sont pompées en dehors de la chambre,et les filaments ou fils de styrène polymérisé et séohé sont enroulés en une forme convenable quand ils émergent du four.
Suivant un autre fait caractéristique de l'invention, un fil de styrène polymérisé,formé par l'une ou l'autre des méthodes déjà décrites, est enroulé sous la forme d'un ressort en spirale,lequel est appliqué pour recouvrir le conducteur central d'un câble sous forme de spirale et sert ainsi de séparateur diélectrique. Cette: construction,qui est montrée sur les figures 12 et 13,est extrêmement flexible quoique moins rigide que les autres arrangements jusqu'ici décrits. Il assure un espace d'air plus grand au câble ce qui est important pour certaines applications.
Les résultats les plus satisfaisants pour tous les câbles coaxiaux de dimensions ordinaires ont été obtenus en formant le ressort
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en spirale de fils polystyrènes de 0. 5 à 0.8 mm de diamètre avec un pas très court, c'est-à-dire en formant une spirale serrée ou relativement serrée, et le pas obtenu est celui formé par l'élasticité propre des tours du fil polystyrène. On a trouvé nécessaire de former la spirale à une température élevée quand le fil a un diamètre plus grand que 0.25 mm. et la spirale doit être formée sur un mandrin d'un diamètre plus petit que 2.5 mm.
L'exemple suivant montre un ensemble de conditions de fabrication qui permettent d'obtenir des résultats satisfaisants,mais l'in -vention n'est pas limitée à l'une quelconque de ces séries particulières de conditions.
Un fil continu de styrène polymérisé,formé par refoulement de polystyrène polymérisé à ils Centigrades à travers une matrice de 2.5 mms de diamètre et étiré pendant qu'il est encore chaud au diamètre de 0.5 mm. de la manière précédemment décrite,est enroulé sur un mandrin d'une machine quelconque à faire les ressorts.Le diamètre du mancrin, au point d'application,est de 1.3 mm.
Le fil polystyrène est chauffé à 80 Centigrades pendant son passage de la bobine au mandrin,de sorte qu'il a atteint cette température au point oû il s'enroule sur le dit mandrin,lequel est maintenu à la température de 50 Centigrades. L'échauffement du fil polystyrène est convenablement réalisé en le faisant passer deux ou trois fois. autour d'un cabestan maintenu à 80 Centigrades, ou en le faisant passer alternativement à travers une chambre chauffée.
La spirale ou le ressort de polystyrène est formé de manière que les spires se touchent et quand il est enlevé du mandrin il a un diamètre total de 2.5 mms, l'accroissement de 0. 25 mm. étant dû à la légère élasticité des tours quand le mandrin est enlevé.
La spirale ou le ressort formé de cette manière est suffisamment rigide pour résister aux efforts normaux de compression qui peu -vent se produire dans les câbles coaxiaux. Il est enroulé sur un tambour avec espacement des spires et avec du papier ou autre matière placée entre les couches afin d'éviter le mélange des spires. Le
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tambour est monté sur une machine convenable,et le polystyrène est appliqué directement sur le conducteur central de 3.8 mms de diamè. tre avec un pas de 25.4 mm. Le conducteur central est recouvert d'u ne mince couche adhésive comprenant du polystyrène et du benzène ou autre matière convenable,avant l'application du cordon polystyrène en forme de ressort,ce dernier procédé étant réalisé avec la tensior minimum possible.
Par ce moyen,l'emplacement du cordon à ressort est contrôlé et est fermement maintenu en place après son application.
Suivant un autre fait de l'invention,plusieurs extrémités de fil styrène polymérisé,f'abriqué par l'une ou l'autre des méthodes déjà décrites, sont assemblées en une tresse creuse sur une machine, et cette tresse est appliquée pour envelopper le conducteur central d'un câble,sous la forme d'une spirale, afin de servir de séparateur diélectrique. Il est nécessaire pour les fils de polystyrène d'être de diamètre suffisant pour former une tresse rigide.
Dans certains cas, quand on désire accroftre la rigidité au dé pend de la flexibilité avec les tresses creuses de fils polystyrènesou les cordons à ressort d'un fil polystyrène, on peut imprégner le dit cordon et la dite tresse d'un vernis isolant tel que l'acétate cellulosique dissout dans de l'acétone,ou dans certains cas avec du polystyrène dissout dans du benzène, et en enlevant ensuite le dissolvant par évaporation. Un film d'acétate cellulosique ou de polystyrène , ou d'autres vernis, reste et ajoute à la rigidité de l'ensemble.
Suivant un autre fait de l'invention,le polystyrène employé dans les méthodes de fabrication d'un câble à conducteurs coaxiaux ici décrites,peut être combiné avec une substance plastique organique,ou un mélange de telles substances plastiques,de manière à améliorer la flexibilité du polystyrène.
Des substances convenant dans ce but comprennent les hydrocarbones cycliques et les hydrocarbones cycliques chlorinatés,en particulier ceux des séries aromatiques.Les meilleures conditions à remplir sont que la pression de vapeur exercée par la substance plastique soit faible à la température de la
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chambre ; que l'hydrocarbone cyclique ou l'hydrooarbone cyclique chlorinaté soit imbibé par le polystyrène gonflé; et que la perte du polystyrène plastique pour la rangée des fréquences utilisées ne soit pas plus grande que deux fois celle du polystyrène pur mesuré sous des conditions semblables. Il est désirable sous certaines conditions de permettre un accroissement caris la psrte diélectrique du polystyrène afin d'obtenir une flexibilité accrue.
On a trouvé que le diphényl remplit bien les conditions voulues d'un agent plastique satisfaisant pour polystyrène quand il ne dépasse pas une valeur représentée par 25% en poids.
Ces substances plastiques peuvent être introduites en permettant au polystyrène de s'imbiber ou de gonfler dans la substance plas -tique liquide ou fondue,et en les mélangeant sur des rouleaux en caoutchouc chauffés jusqu'à une composition uniforme.Alternativement la substance plastique est mélangée avec ou dissoute dans le styrène liquide avant la polymérisation. Le produit,après la polymérisation, est uniforme et peut être directement utilisé de la manière déjà décrite sans autre mélange. Dans certains cas le polystyrène plastique peut être obtenu par refoulement dans la forme requise sur un tambour et ensuite enroulé sur le conducteur central d'un câble coaxial.
L'exemple suivant décrit la fabrication d'un polystyrène plas -tique qui convient particulièrement pour servir comme séparateur diélectrique dans un câble coaxial. L'invention n'est toutefois pas limitée aux conditions particulières mentionnées. Dix parties en poids de diphenyl sont dissoutes dans 90 parties en poids de styrène liquide. Quand la solution est complète, le produit est introduit dans un récipient de polymérisation et est polymérisé pendant cinq jours à 1150 Centigrades. Le produit ainsi obtenu est prêt pour être appliqué par refoulement de la manière décrite.
Suivant un autre fait de l'invention, le polystyrène employé dans les méthodes de fabrication de câbles coaxiaux décrites jusqu' ici, est mélangé avec du caoutchouc naturel ou autre polymère d'
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isoprène, se présentant naturellement,avec ou sans addition d'un agent plastique organique additionnel ou mélanges d'agents ou de substances plastiques. Par ce moyen, la flexibilité du polystyrène est améliorée sans influencer défavorablement ses propriétés dié- lectriques. Les meilleures conditions que doit présenter la substance plastique est que sa pression de vapeur doit être faible à la température de la chambre et qu'il soit absorbé ou imbibé soit par le caoutchouc ou le polystyrène.
Des substances plastiques convenant particulièrement bien sont les cires minérales et végétales,telles que les cires de paraffine,de cérasine et de pétrels,ou les hydrocar -bones cycliques et les hydrocarbones cycliques chlorinatés, en particulier les hydrocarbones aromatiques et aromatiques chlorinates à basse pression de vapeur à la température de la chambre,comme par exemple le diphényl, le diphényl chlorinaté, et le naphtalène chlorinaté.
L'invention est limitée à ces compositions diélectriques qui contiennent plus que 40% en poids de polystyrène.
Les diélectriques tels que décrits ci-dessus peuvent être préparés en mélangeant les constituants sur des rouleaux en caoutchouc chauffés ou autres appareils convenables,jusqu'à ce qu'un produit homogène soit obtenu. Cela peut être fait d'abord en incorporant l'a -gent plastique dans le caoutchouc ou le polystyrène à une températu -re élevée (en excès du point de fusion dans le cas de substance plastique solide),en permettant à la matière colloidale de gonfler et de s'imbiber de la substance plastique,la deuxième matière colloidale imbibée étant alors incorporée à une température comprise entre 100 et 120 Centigrades.
Une autre méthode pour réaliser la matière diélectrique consiste d'abord à permettre au caoutchouc de gonfler et d'absorber la quantité requise de styrène liquide dans un vase convenable.Celui-ci est alors scellé et chauffé à la température ohoisie de polymérisation de manière que le styrène liquide dans le caoutchouc soit
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polymérisé. quand le produit est refroidi,il est enlevé et mastiqué sur des rouleaux en caoutchouc chauffés,ou autres appareils,avec la quantité voulue de substance plastique de 100 à 1200 Centigrades, jusqu'à ce qu'un produit homogène en résulte.
Ce procédé peut être modifié en dissolvant d'abord la substance plastique dans le styrène liquide, et en permettant ensuite au caoutchouc de gonfler dansla solution résultante jusqu'à ce que tout le liquide soit absorbé. La période d'absorption est ordinairement complétée en une ou deux heures,après quoi la température est accrue pour la polymérisation. Une courte mastication finale assure l'homogénéité. La température maximum de polymérisation du styrène liquide est limitée par la température de stabilité du caoutchouc quand ce dernier est présent pendant le procédé de polymérisation.
L'exemple suivant décrit la fabrication d'un mélange de caoutchouc et de polystyrène plastique qui convient particulièrement comme séparateur diélectrique dans un câble coaxial,sans que l'invention ne lui soit limitée. Cinq parties en poids de cire cérésine blanche sont dissoutes dans 70 parties en poids de styrène liquider 25 parties en poids de caoutchouc hévée crêpe 1er latex, et peuvent gonfler pendant 12 heures,après quoi le produit est chauffé dans un vase scel -lé pendant 7 jours à 115 Centigrades. Le diélectrique QUI' résultant est mastiqué sur des rouleaux en caoutchouc à environ 2000 Centigrades pendant quelques minutes, après quoi il est prêt pour être appliqué par refoulement et servir de séparateur diélectrique à un câble à conduc -teurs coaxiaux.
Les composés de polystyrène et de caoutchouc avec ou sans substances plastiques,cités précédemment,peuvent être appliqués au conduc -leur central d'un câble coaxial par refoulement direct de la manière déjà décrite,de sorte que le diélectrique constitue une spirale ouverte. uand la flexibilité du diélectrique est suffisante,les composés peuvent être fournis dans la forme d'un cordon,tube,ruban ou autre forme convenable,directement vers un tambour duquel ils sont
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appliqués sur le conducteur central sous forme de spirale ouverte.
On a trouvé que les méthodes déjà décrites pour la production de fils en styrène polymérisé sont applicables quand il s'agit de ces compositions diélectriques,bien qu'une flexibilité suffisante puisse être obtenue sans recourir à ces méthodes. Il y a cependant certains avantages d'adopter l'une ou l'autre de ces méthodes de fabrication quand on veut accroître l'espace d'air du diélectrique.
On a trouvé qu'une autre méthode convenable pour accroître l'espace d'air du séparateur diélectrique quand ce dernier est appliqué sur le conducteur central du câble sous forme de spirale, consiste à tresser ou entortiller les fils de styrène polymérisé formés de la manière déjà décrite autour du cordon ob enu par refou -lement avant de l'appliquer sur le conducteur central.
REVENDICATIONS. l - Méthode de fabrication de câbles électriques à conducteurs coaxiaux et à espacement d'air,comprenant l'application par refoulement de styrènes polymérisés purs ou traités au moyen de matières rendant le composé plastique, ou de mélanges de styrènes,cette application se faisant sous la forme de tiges, de tubes , de rubans ou de filaments flexibles, et le produit fourni par refoulement prenant une forme hélicoidale autour du conducteur central de manière à constituer la pièce d'espacement diélectrique du câble.
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EMI1.1
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IMPROVEMENTS TO ELECTRICAL CABLES SERVING
TRANSMISSION OF CURRENTS USING LARGE
This invention is the subject of a patent application filed in Great Britain February 27, 1935 in the names of the Company "STANDARD TELEPHONES AND GABLES LIMITED" and of Mr.M. William Kirby ESTON, Darrell NUNN, and Malcolm Clifford FIELD.
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One type of cable which is suitable for the transmission of wide frequency bands is that in which a central conductor is separated by means of a low loss dielectric from a concentric tube surrounding said central conductor. The attenuation in this type of cable is strongly influenced by the losses in the cable.
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electrical, and for this reason various construction methods have been proposed in which air is the predominant insulation, but in these arrangements some form of mechanical separation must however be provided to support the inner conductor coaxially with respect to the conductor outside.
We know that these cables are particularly suitable for transmitting wide frequency bands, and that the most important goal to achieve is that there is the maximum possible air space between the coaxial conductors while providing a support. adequate and maintaining the desired spacing for the center conductor. Support devices should be flexible enough to allow handling of the cable during fabrication and installation, and dielectric supports, as well as spacers, should provide low loss when measured for the frequency band. to which the cable should operate.
Different methods have been proposed for supporting the central conductor, such as for example the spiral winding on this conductor of a cord of textile material, such as flexible cotton formed partially of acetylated cotton or of silk with cellulose acetate. , or the use of spacers made of various well-known insulating materials, such as rubber, ebonite, bakelite or ceramic materials. However, in the presence of the frequency-loss characteristics of a certain many of the known dielectrics, it is evident that one of the most suitable materials for the intended purposes is polymerized styrene (polymerized vinyl benzine)
which has been well known for several years as a satisfactory electrical insulator and which has been proposed as a separating dielectric in cables with coaxial conductors. However, several very significant difficulties have been encountered in satisfactorily applying this material to the conductor.
The object of the present invention is to provide a drap method.
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-plication of polystyrene on the central conductor of a coaxial conductor cable of the type mentioned above, so that satisfactory dielectric separation is obtained, while ensuring satisfactory flexibility to the resulting assembly.
The very nature of polystyrene prevents its direct application to a cable, without special preparation, and it will be demonstrated in the following description that only certain types of polystyrene applied to a particular shape, or containing a plastic agent, give the required characteristics. One of the aims of the invention is to achieve satisfactory manufacturing methods making it possible to obtain a satisfactory dielectric spacing.
In summary, the invention provides a method of manufacturing coaxial conductor cables with air separation, this method comprising the upsetting of plastic polymerized styrene or mixtures of styrene in the form of rod, tube, tape or filament. flexible, and applying this product as a helix around the center conductor so as to provide a dielectric gap for the cable.
The invention is better understood from the following description based on the accompanying drawings. In these: FIG. 1 is a partially sectioned longitudinal view of a cable with coaxial conductors in accordance with the invention; provided with a spacer in the form of a rod; Figure 2 shows a cross section made through the cable of Figure 1; Figure 3 is a partially sectioned longitudinal view of an improved embodiment of the cable of Figure 1, the spacer here having the shape of a tube; Figure 4 shows a section made through the cable of Figure 3; FIG. 5 relates to a coaxial cable whose spacer is in the form of a ribbon; Figure 6 shows a cross section made through this cable;
FIG. 7 diagrammatically represents one form of apparatus for applying by upsetting the polymerized system to a conductor having a rotational movement; the figure
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8 schematically represents an apparatus for applying by upsetting onto the conductor the polymerized system through a rotating die; Fig. 9 schematically shows a modified form of a rotary die apparatus; Fig. 10 shows a partially sectioned longitudinal view of a modified form of coaxial conductor cable the dielectric spacer of which has the appearance of a bundle of filament; FIG. 11 gives a view of a section made through this cable;
FIG. 12 shows a partially sectioned longitudinal view of a coaxial conductor cable, the dielectric spacer of which is in the form of a spiral spring; and Figure 13 shows a cross section made through the cable of Figure 12.
According to one of the facts of the present invention, the polymerized styrene which has been formed by the polymerization of liquid styrene at a temperature between 100 and 1500 centigrade is applied by upsetting directly through the matrix onto the central copper conductor of a coaxial conductor cable, and in the form of an open spiral whose cross section is circular, tubular, rectangular, or any other shape. These types of construction are shown in Figures 1 to 6 where A represents the central copper conductor, B the spiral of styrene applied by upsetting, C the outer copper conductor having the form of a ribbon held by a metal ligature D, and E an outer lead envelope.
The upsetting of this polystyrene is carried out with a matrix temperature of 150 to 2500 Centigrade, higher temperatures being required for the polymerized polystyrene at the lower end (100 Centigrade) of the polymerization temperature row, and lower temperatures are required for cured polystyrene at the higher end (150 Centigrade) of the curing temperature range. Satisfactory results can be obtained by means of an apparatus of the kind shown in figure 9 with continuous action, or by means of a press.
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rammer of the type shown in Figure 8. The first device is more suitable if it is desired to apply an open polystyrene spiral over the entire length of the conductor.
It has been found that it is possible to apply the polystyrene spacer in the form of an open spiral of cross sections similar to those already mentioned by means of methods which are now more fully described.
The copper conductor can rotate around its axis, as shown in FIG. 7, by mounting the coil F, providing the conductor, on a support G animated by a rotational movement. Conductor A passes through suitable dies I and I 'placed near point J where the spacer material is applied by upsetting. The copper conductor B, covered with polymerized styrene applied in a spiral, is stored on the coil L also mounted on a rotary support M which rotates at the same speed as the support carrying the coil F. The pitch of the styrene spiral applied on the conductor is controlled by the angle formed by the styrene supply device and the conductor, as well as by the milking speed of the conductor.
This speed with which the driver moves in the machine can be controlled in various well-known ways, such as for example by passing the wire over a capstan mounted on one or the other support G or M and which turns under the control. by any means, at a determined speed.
The speed of operation of such a machine depends on the rate of cooling of the polystyrene applied. The high conductivity of copper for heat promotes this cooling, but the introduction of a cold water jet or bath allows the machine to run much faster.
There are limits to the dimensions of a coaxial conductor cable manufactured in this way, due to the flexibility of the open polystyrene coil. These limits depend on: a) - the diameter of the central copper conductor.
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b) - of the type and dimensions of the cross section of the polystyrene applied by upsetting. c) - the polymerization temperature of the liquid styrene. d) - the length of the pitch of the open spiral of the polystyrene. e) - the diameter of the drums used both during manufacture and for transport.
The following typical example of satisfactory construction is exemplified in the manufacturing methods described herein, but it is obvious that the invention is not limited to particular details.
Pure liquid styrene is polymerized in a suitable sealed vessel for 48 hours at 1150 Centigrade. The hard vitreous product is then removed and applied by upsetting onto a rotating copper conductor, 3.8 mm in diameter, as has been described, and at a temperature of 2000 Centigrade, by means of a continuous upsetting press. The speed of movement of the conductor is 3 ms per minute, and its speed of rotation is 120 revolutions per minute, which gives a pitch of 25.4 mms for the polystyrene spiral. The orifice of the discharge die is circular and has a diameter of 2.29 mm, providing an open spiral of polystyrene with a circular cross section and 2.5 mm in diameter.
The polystyrene is cooled immediately after its application by a stream of cold water and can then be wound on a drum, the core of which is about 1 meter.
According to another method, according to the invention, the conductor can be pulled with a; certain speed through a heated discharge machine and this in any way. The point of application of the polystyrene can rotate around the axis of the copper conductor. In its simplest embodiment, this manufacturing process can be achieved by mounting the system application device on a support rotating around the moving conductor, but this arrangement is not satisfactory for as-
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-ensure commercial production. The various difficulties encountered can be overcome by adopting the form of the winding press shown in figure 8. The conductor A passes through a metal tube N which acts as a guide and as a die.
This tube passes through the discharge chamber 0 and is provided with a graduated duct Q which extends obliquely through it towards its external orifice, placed near the central orifice through which the copper conductor exits. Tube N rotates as polymerized styrene is forced from chamber 0 through port Q on conductor 1- where it is applied as a helix or open spiral B.
The heated discharge press can take the form shown in figure 9. In this case, the conductor A passes through a conduit S provided in the center of a screw machine, and the end of the piece T The screw form is in the form of a low U-port die, having approximately the same dimensions as the polymerized styrene filament to be produced. By the rotation of the part T, the heated plastic styrene is forced through this orifice, forming a helix B wound around the copper conductor which moves through the machine.
The same considerations as those made previously with regard to the speed of rotation of the conductor, the speed of revolution of the die, the pitch resulting from the open polystyrene spiral, the dimensions of the conductor and of the die, and spiral cooling application, can be made for both rotary die press / press with fixed die and conductor rotating around its axis.
It has been found that in the method of manufacture described herein, the most satisfactory results are obtained with liquid styrene polymerized at 1150 Centigrade. However, polystyrene formed at other temperatures between 100 and 150 Centigrade may be used, but at temperatures above 115 the open coil is more brittle due to the fact that the aggregations collo-
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-idales formed by polymerization have lower aplites, and less flexible cables result. Polystyrene polymerized at temperatures below 100 Centigrade cannot be upsized easily in its pure condition, its properties resembling those of unmasticated natural rubber under a heating condition.
According to another characteristic fact of the invention, the use of pure styrene polymerized at a temperature chosen between 100 and 150 Centigrade in the manufacturing operations described hitherto is replaced by a mixture of pure styrenes polymerized at a lower temperature and at more high temperature, which makes it possible to obtain suitable mechanical and discharge properties. The principle characterizing such a mixture is that the lower colloid aggregations of the higher temperature polymerization make the larger colloid aggregations of the lower temperature polymerization slightly plastic. This results in a upsetting product which offers a degree of flexibility approximately proportional to the flexibility of the two materials.
Mixtures of this kind are easily obtained by mixing together the two or more polymerization substances on masticator rolls, such as those used for the formation of rubber compounds, or by any other well known mixing method.
Another method which has been found to be simpler and which also gives satisfactory results consists in particular in polymerizing the liquid styrene at one of the temperatures envisaged, preferably but not necessarily at the lower temperature, because here the rate of polymerization is slower. and therefore more easily controllable, then to complete the polymerization at the second temperature. In all these cases, the polymerization is carried out in a sealed vessel made of steel or other suitable material.
A number of satisfactory products can thus be obtained, and since it is not possible to describe all these components
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-sitions, the following typical examples show the principles on which the invention is based.
First example:
60 parts by weight of pure polystyrene, polymerized at 75 Centigrade for 7 days, are intimately mixed on united and heated masticating rollers, with 40 parts by weight of pure polystyrene polymerized at 1500 Centigrade for 24 hours. The temperature of the rolls is maintained at 120 to 1500 Centigrade, and mixing is complete when a uniform product is obtained, this product then being ready for upset application.
Second example:
A certain quantity of pure liquid styrene is polymerized for 30 hours at 90 Centigrade, this temperature then being raised to 140 Centigrade for 20 hours. The polymerized styrene is cooled and removed from the vessel, thus being ready to be applied by upsetting.
Reference has already been made to the limits in the dimensions of cables with coaxial conductors obtained by direct delivery of a spiral of pure polystyrene on the central copper conductor. In order to be able to wind the cable on ordinary drums, the cross-sectional area of the open spiral of polystyrene should not exceed, or should not be much larger than, the cross-sectional area of the center conductor when the pitch of the spiral is 5 to 10 times the diameter of this central conductor.
Since in some cases it is desirable to make coaxial conductor cables having a polystyrene dielectric separator which does not meet the above specified limits, means have been found by which polystyrene can be produced under conditions. shapes suitable to meet the above-mentioned limits from the point of view of dimensions and even more stringent limits, where the cross-sectional area of the polystyrene coil appreciably protrudes (e.g. 2 to 3
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times) the cross-sectional area of the central conductor, while the pitch of the spiral is 5 to 10 times the diameter of this central conductor.
According to another characteristic fact of the invention, polystyrene, thread or silk filaments, formed and assembled in the manner described below, are applied to the central copper conductor in a spiral, usually an open spiral, of which the cross section has a circular or other shape. This application is made by means of a winding device in which a coil or drum of assembled filaments rotates around the central conductor moving longitudinally.
The polystyrene filaments or yarns are formed by means of pure liquid styrene polymerized at a temperature between 100 and 2500 Centigrade, then forced through a die by a continuous-acting press similar to that shown in figure 9, but with a fixed die. , or by a pestle-type press. The temperature at the die should be between 150 and 2500 Centigrade and its cross section can be circular in shape, although this is not absolutely necessary. The most suitable dimensions for the die should be 1.25 to 3.7 mm in diameter, although very satisfactory threads can be made with dies both larger and of a smaller orifice diameter.
As soon as the hot polystyrene wire leaves the die, tension is applied to it and it is stretched to the required diameter. The tension can be suitably applied with a standard textile winding machine, and the filament is then placed on a suitable spool. Yarns or filaments of 0.03 mm in diameter, up to the dimension of the diameter of the orifice of the die, can be manufactured in this way according to the applied tension, that is to say according to the delivery speed and the wire winding speed.
A number of spools of thread, formed in this way, are then mounted on a collating machine and their threads are
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joined together, the number of coils depending on the diameter of the wires and the required final diameter of the cord. The multiple threads thus formed are held firmly together by means of a covering of textile material, such as cellulose acetate silk, or partially acetylated cotton, or more preferably by means of polystyrene threads of diametre. suitable obtained in the manner described above or as described below.
The finished and braided or covered cord is applied directly to the central conductor of a coaxial cable in the form of an open spiral to obtain a structure similar to that shown schematically in Figures 10 and 11.
Flexibility considerations require that the polymerization temperature at which the polystyrene, used in the manufacture of the yarns, is formed be as low as possible, and it is therefore desirable to work at the lower end of the range of allowable temperatures, otherwise more of the finer filaments will be required to produce a bead having the required flexibility. In addition, in order to obtain the maximum flexibility, it is desirable to achieve a considerable reduction in the diameter of the upsetting styrene by a stretching operation. In this way the colloidal units comprising the polystyrene structure are oriented so that their largest dimension is parallel to the length of the wire, which improves its maximum strength and flexibility.
The yarn assembly described herein includes some intermediate yarn treatment methods whereby the air spacing of the finished bead is increased if desired.
The following example serves to make known a series of satisfactory conditions for the manufacture of a styrene bead, although the invention is not limited to these particular conditions.
A very satisfactory spacer bead of 2.45 mm in diameter is obtained by upsetting pure polymerized styrene, formed from poly- styrene.
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-merized in a suitable vase at 1150 Centigrade for 48 hours, through a die of circular cross section having an orifice of 2.45 mms in diameter, and stretching this bead by the application of a direct tension by a machine for textile winding. The temperature of the die is maintained at 2000 Centigrade. The textile winding machine is placed at a distance of 3 ms from the die orifice, and its operating speed is controlled together with that of the die, so that the upset styrene is stretched while it is still hot, which gives a maximum diameter of 0.5 mm.
The drawing and the air cooling of the polystyrene threads are accomplished during the space of 3 ms which separates the die from the machine. Nineteen spools of wire 0.5 mm in diameter are mounted on the machine to assemble these wires together, then these pass through a cylindrical die of 2.2 mm in diameter to furmer a cord which is then braided with caret wires comprising 3 ends of wires 0.12 mm in diameter. The bead thus formed is then wound at room temperature on a copper conductor 2.5 mm in diameter in the form of an open spiral having a pitch of 24.5 mm.
A suitable and very flexible center conductor is thus obtained, provided with a spacer, the assembly being able to be used successfully in a cable with coaxial conductors.
It is obvious that polystyrene cords formed in this way can be manufactured to satisfy the conditions required by a coaxial cable, and this by adjusting the diameter of the polystyrene wire and the number of such wires assembled together. The main condition of a polystyrene multi-strand cord used in coaxial cable is that it be flexible enough to be wound onto the center conductor at the desired pitch and without breaking.
Provided that the polystyrene has been polymerized at the most suitable temperature, and that it has been drawn to at least its original diameter after upsetting, any flexibility of the finished bead
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can be obtained by using wires of smaller diameters.
In some cases it has been found desirable to wind the polystyrene multi-strand cord over the conductor at an elevated temperature. In this way, an insufficiently flexible bead can be wrapped satisfactorily on a small diameter center conductor, while imparting to the finished cable satisfactory flexibility to allow fabrication at chamber temperature. It has been found that polystyrene multi-strand cords can be applied in this manner at temperatures as high as 1000 Centigrade, although the most favorable working temperature is in the vicinity of 80 Centigrade.
In practice this is achieved by passing the bead through a slightly heated oven as it passes from the drum near the die to the conductor to which it is applied.
The bead used in the previous manufacturing method for coaxial conductor cable can be formed from polymerized styrene comprising a mixture of polymers treated as has been described.
According to another characteristic fact of the invention, the cord is formed of silky polystyrene threads or filaments, obtained by dissolving the polystyrene in a low boiling point solution.
This solution thus created is forced through the spinning tubes in a drying oven which may have the form of a vertical chamber with a temperature graduated from the top to the bottom. The dried yarns or filaments are wound up on spools in the lower part of this chamber and brought to the collating machine for one or more assembly operations. When the desired diameter of the finished bead is reached, full coverage of a textile material, including polystyrene silk yarns, is applied before the finished bead is wound onto the center conductor of the cable.
Polymerized polystyrene from 100 to 1500 Centigrade is suitable
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best for this purpose, in order to obtain a solution of high concentration without too high a viscosity. This fact is not only limited to polystyrene formed at these temperatures, as it has been found that it is possible to obtain satisfactory results using polystyrenes manufactured outside these limits. The following example relates to a particular series of operations which have given satisfactory results. It is obvious that by modifying one or other of the conditions mentioned, it is possible by the well-known manufacture of artificial silk, to achieve such satisfactory results, and therefore the invention is not limited to these conditions. .
The styrene polymerized at 1200 Centigrade is dissolved in benzene at a concentration of 30% by weight. The product is forced through spinning tubes in a vertical heating chamber of 8.80 ms, heated electrically so that a temperature of 80 Centigrade is maintained at the top of the chamber while the temperature reaches 2500 Centigrade at the bottom, with a desired graduation between these ends. The benzene vapors are pumped out of the chamber, and the polymerized, seohaled styrene filaments or threads are coiled into a suitable shape as they emerge from the oven.
According to another characteristic fact of the invention, a polymerized styrene wire, formed by one or other of the methods already described, is wound in the form of a spiral spring, which is applied to cover the central conductor of a cable in the form of a spiral and thus serves as a dielectric separator. This construction, which is shown in Figures 12 and 13, is extremely flexible, although less rigid than the other arrangements heretofore described. It provides more air space for the cable which is important for some applications.
The most satisfactory results for all coaxial cables of ordinary dimensions have been obtained by forming the spring
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spiral of polystyrene wires 0. 5 to 0.8 mm in diameter with a very short pitch, that is to say forming a tight or relatively tight spiral, and the pitch obtained is that formed by the inherent elasticity of the turns polystyrene yarn. It has been found necessary to form the spiral at an elevated temperature when the wire has a diameter greater than 0.25 mm. and the spiral should be formed on a mandrel with a diameter smaller than 2.5mm.
The following example shows a set of manufacturing conditions which make it possible to obtain satisfactory results, but the invention is not limited to any of these particular series of conditions.
A continuous wire of polymerized styrene, formed by upsetting polymerized polystyrene to them Centigrade through a die of 2.5 mm in diameter and stretched while still hot to the diameter of 0.5 mm. in the manner previously described, is wound on a mandrel of any machine for making the springs. The diameter of the chuck, at the point of application, is 1.3 mm.
The polystyrene wire is heated to 80 Centigrade during its passage from the coil to the mandrel, so that it has reached this temperature at the point where it winds up on said mandrel, which is maintained at the temperature of 50 Centigrade. Heating of the polystyrene wire is suitably carried out by passing it two or three times. around a capstan maintained at 80 Centigrade, or by passing it alternately through a heated chamber.
The spiral or the polystyrene spring is formed in such a way that the coils touch each other and when it is removed from the mandrel it has a total diameter of 2.5 mm, the increase of 0.25 mm. being due to the slight elasticity of the turns when the mandrel is removed.
The spiral or spring formed in this manner is sufficiently rigid to withstand the normal compressive forces which may occur in coaxial cables. It is wound on a drum with coil spacing and with paper or other material placed between the layers to prevent mixing of the turns. The
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drum is mounted on a suitable machine, and the polystyrene is applied directly to the central conductor of 3.8 mm in diameter. be with a pitch of 25.4 mm. The central conductor is covered with a thin adhesive layer comprising polystyrene and benzene or other suitable material, before the application of the polystyrene bead in the form of a spring, the latter process being carried out with the minimum possible tension.
By this means, the location of the spring cord is controlled and is firmly held in place after application.
According to another fact of the invention, several ends of polymerized styrene yarn, made by one or the other of the methods already described, are assembled into a hollow braid on a machine, and this braid is applied to wrap the central conductor of a cable, in the form of a spiral, to serve as a dielectric separator. It is necessary for the polystyrene wires to be of sufficient diameter to form a rigid braid.
In certain cases, when it is desired to increase the rigidity at the expense of flexibility with the hollow braids of polystyrene yarns or the spring cords of a polystyrene yarn, it is possible to impregnate said bead and said braid with an insulating varnish such as cellulose acetate dissolved in acetone, or in some cases with polystyrene dissolved in benzene, and then removing the solvent by evaporation. A film of cellulose acetate or polystyrene, or other varnish, remains and adds to the rigidity of the whole.
According to another fact of the invention, the polystyrene employed in the methods of manufacturing a coaxial conductor cable here described can be combined with an organic plastic substance, or a mixture of such plastic substances, so as to improve the flexibility. polystyrene.
Suitable substances for this purpose include cyclic hydrocarbons and chlorinated cyclic hydrocarbons, especially those of the aromatic series. The best conditions to be fulfilled are that the vapor pressure exerted by the plastic substance be low at the temperature of the gas.
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bedroom ; that the cyclic hydrocarbon or the chlorinated cyclic hydroarbon be soaked with the swollen polystyrene; and that the loss of plastic polystyrene for the frequency range used is not greater than twice that of pure polystyrene measured under like conditions. It is desirable under certain conditions to allow an increase in the dielectric strength of the polystyrene in order to achieve increased flexibility.
It has been found that diphenyl satisfies the desired conditions of a satisfactory plastics agent for polystyrene when it does not exceed a value represented by 25% by weight.
These plastic substances can be introduced by allowing the polystyrene to soak or swell in the liquid or molten plastic substance, and mixing them on heated rubber rollers until a uniform composition. Alternatively the plastic substance is mixed. with or dissolved in liquid styrene before polymerization. The product, after polymerization, is uniform and can be used directly in the manner already described without further mixing. In some cases plastic polystyrene can be obtained by upsetting in the required shape onto a drum and then wound on the center conductor of a coaxial cable.
The following example describes the manufacture of a plastic polystyrene which is particularly suitable for use as a dielectric separator in a coaxial cable. The invention is however not limited to the specific conditions mentioned. Ten parts by weight of diphenyl are dissolved in 90 parts by weight of liquid styrene. When the solution is complete, the product is placed in a polymerization vessel and is polymerized for five days at 1150 Centigrade. The product thus obtained is ready to be applied by upsetting as described.
According to another fact of the invention, the polystyrene employed in the methods of manufacturing coaxial cables described heretofore, is mixed with natural rubber or other polymer of.
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isoprene, occurring naturally, with or without the addition of an additional organic plastic agent or mixtures of agents or plastic substances. By this means, the flexibility of the polystyrene is improved without adversely affecting its dielectric properties. The best conditions that the plastic substance should have is that its vapor pressure should be low at the temperature of the chamber and that it be absorbed or soaked up by either the rubber or the polystyrene.
Plastic substances which are particularly suitable are mineral and vegetable waxes, such as paraffin, cerasin and petrel waxes, or cyclic hydrocarbons and chlorinated cyclic hydrocarbons, in particular aromatic and aromatic hydrocarbons chlorinates at low pressure of vapor at the temperature of the chamber, such as for example diphenyl, diphenyl chlorinate, and naphthalene chlorinate.
The invention is limited to those dielectric compositions which contain more than 40% by weight of polystyrene.
Dielectrics as described above can be prepared by mixing the components on heated rubber rollers or other suitable apparatus, until a homogeneous product is obtained. This can be done first by incorporating the plastic agent into the rubber or polystyrene at a high temperature (in excess of the melting point in the case of solid plastic), allowing the colloidal material to dissolve. swell and imbibe the plastic substance, the second impregnated colloidal material then being incorporated at a temperature between 100 and 120 Centigrade.
Another method of making the dielectric material is to first allow the rubber to swell and absorb the required amount of liquid styrene in a suitable vessel, which is then sealed and heated to the desired polymerization temperature so that liquid styrene in rubber is
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polymerized. when the product has cooled, it is removed and masticated on heated rubber rollers, or other devices, with the desired amount of plastic from 100 to 1200 Centigrade, until a homogeneous product results.
This process can be modified by first dissolving the plastic substance in the liquid styrene, and then allowing the rubber to swell in the resulting solution until all of the liquid is absorbed. The absorption period is usually completed in one or two hours, after which the temperature is increased for polymerization. A short final chewing ensures homogeneity. The maximum polymerization temperature of liquid styrene is limited by the stability temperature of the rubber when the latter is present during the polymerization process.
The following example describes the manufacture of a mixture of rubber and plastic polystyrene which is particularly suitable as a dielectric separator in a coaxial cable, without the invention being limited thereto. Five parts by weight of white ceresin wax are dissolved in 70 parts by weight of styrene liquid 25 parts by weight of rubber crepe rubber 1st latex, and can swell for 12 hours, after which the product is heated in a sealed vessel for 7 days at 115 Centigrade. The resulting dielectric WHICH is masticated on rubber rollers at about 2000 Centigrade for a few minutes, after which it is ready to be upset and serve as a dielectric separator to a coaxial conductor cable.
The polystyrene and rubber compounds with or without plastic substances mentioned above can be applied to the central conductor of a coaxial cable by direct discharge in the manner already described, so that the dielectric forms an open spiral. When the flexibility of the dielectric is sufficient, the compounds may be supplied in the form of a bead, tube, tape or other suitable form, directly to a drum from which they are
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applied to the central conductor in the form of an open spiral.
It has been found that the methods already described for the production of polymerized styrene yarns are applicable when it comes to these dielectric compositions, although sufficient flexibility can be obtained without resorting to these methods. There are, however, certain advantages of adopting either of these fabrication methods when it is desired to increase the air space of the dielectric.
It has been found that another suitable method of increasing the air space of the dielectric separator when the latter is applied to the central conductor of the cable in the form of a spiral is to braid or twist the polymerized styrene wires formed in the same manner. already described around the cord ob enu by repou -lement before applying it to the central conductor.
CLAIMS. l - Method of manufacturing electric cables with coaxial conductors and with air spacing, comprising the application by upsetting of polymerized styrenes pure or treated with materials making the compound plastic, or of mixtures of styrenes, this application being carried out under the form of flexible rods, tubes, ribbons or filaments, and the product delivered by upsetting taking a helical shape around the central conductor so as to constitute the dielectric spacer of the cable.