<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
MATIERE ISOLANTE UTILISEE EN ELECTRICITE.
L'invention oonoerne des perfectionnements apportés aux matiè -res isolantes utilisées en électricité, ainsi qu'à leur fabrication, et son but principal est de réaliser un procédé perfectionné pour le traitement, au moyen de styrène, des matières fibreuses tellesque papier, ruban, toile, soie naturelle ou artificielle, matières tissées ou filées, etc, afin de les rendre propre à être utilisées oom -me isolant électrique, et particulièrement pour servir dans la fabrication des condensateurs et des câbles.
L'invention prévoit la formation d'une nouvelle matière servant
<Desc/Clms Page number 3>
d'isolant électrique et oomprenant comme base une substance fibreu -se telle que celles indiquées ci-dessus, imprégnée de styrène liquide qui est polymérisé.
Suivant un des faits caractéristiques de l'invention, le nouveau prodécé de fabrication pour matière isolante électrique, oomprend l'imprégnation de matière fibreuse basique, telle que du papier, au moyen de styrène ou d'un mélange de styrène, de façon à remplir les pores ou interstices de oette matière, puis la conver -sion du styrène en polystyrène sans aucune perte par volatilisation. Dans ce but, la polymérisation peut être réalisée dans un bain de styrène liquide, ou de mélange liquide de styrène. De préférence ce mélange comprend le styrène et une substance rendant l'ensemble plastique, comme par exemple le diphényl ou ses dérivés.
Un point important du procédé consiste dans le traitement de la surface de la matière imprégnée, après polymérisation, afin d'enlever le surplus de polystyrène et de rendre la texture fibreuse à cette surface. Des substances convenant particulièrement bien dans ce but sont les dissolvants du polystyrène, comme par exemple le styrène liquide, le diphényl ohlorinaté, ou le benzène.
Une difficulté rencontrée dans la fabrication sous forme de rou -leaux de matières isolantes du genre envisagé, consiste en ce que la polymérisation du styrène imprégnant le rouleau constitue une masse polymérisée solide qui ne peut être enroulée. Dans la présente invention, cette difficulté est éliminée du fait que le procédé décrit comprend: l'imprégnation de la matière par un mélange de styrène et de substance plastique (par exemple 60% de styrène et 40% de diphényl ou de ses dérivés); la polymérisation du mélange dans un vase olos; le déroulage de la matière pendant que le mélange polymérisé est mou, soit à la température de polymérisation, soit à une température plus élevée ;le traitement de la matière pour enlever le surplus de styrène et rétablir la texture fibreuse de la surface ; laminage ;
etle ré- enroulement de la matière, de préférence avec un lubrifiant oonvenable de telle sorte qu'elle puisse être facilement déroulée par la suite.
<Desc/Clms Page number 4>
L'invention est mieux oomprise de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, dans laquelle on a supposé que le papier, ou la substance fibreuse, a d'abord été éthérisée, par exemple partiel -lement aoétylisée, afin d'être rendue moins hygrosoopique. On doit aussi observer que le mot "styrène" veut désigner du styrène proprement dit, ou un mélange de styrène et de substance rendant l'ensemble plastique, introduit pour accroître la flexibilité.
Le rouleau de papier ou de matière fibreuse est imprégné d'une manière convenable quelconque, comme par exemple au moyen d'un prooédé d'imprégnation par le vide, d'un mélange satisfaisant de styrène et d'une substance rendant l'ensemble plastique (par exemple 60% de styrène et 40% de diphényl ohlorinaté), lequel est polymérisé sous excès du mélange dans un vase clos. Le rouleau se présente sous la forme d'une masse solide, mais si la polymérisation a été portée graduellement à 120 centigrades, le styrène plastique devient suffisam- ment mou et visqueux à cette température pour permettre le déroulage.
Après le déroulement, le ruban ou la feuille obtenue peut être redressée en la faisant passer à travers des rouleaux qui peuvent être ohauf -rés. Si on le désire, la matière peut être alors enroulée pendant qu' elle est encore visqueuse pour lui donner directement la forme qu'elle doit présenter cornue isolant. Si au contraire elle doit être emmagasinée pour être arrangée sur place ou sur une maohine, elle doit être re -froidie et traitée afin d'enlever le surplus de styrène et lui rendre sa nature fibreuse. Cela peut être réalisé en faisant passer la matière dans un bain de lubrifiant, lequel peut consister en styrène liquide ,en diphényl ohlorinaté, en benzène, ou en général en dissolvants de polystyrol.
Le choix du liquide lubrifiant dépend de l'emploi auquel est destiné le ruban ou la feuille obtenue. Après que cette feuille ou ce ruban a subi l'action du lubrifiant, il peut être enroulé de nouveau.
Il est alors dans un état tel qu'il peut être déroulé et de nouveau enroulé sans qu'il doive subir d'autres traitements. En réalité,il peut être manipulé comme du papier ou autre matière fibreuses ordinaire, imprégné ou non imprégné.
<Desc/Clms Page number 5>
Une feuille métallique peut être fixée au papier ou autre mati- ère fibreuse après que le styrène a été polymérisé, et pendant qu'il est chaud et visqueux, c'est à dire avant que la matière ne passe à travers des rouleaux redresseurs.
L'invention n'est pas limitée à la fabrication d'isolant sous forme de rouleaux, car elle peut s'appliquer à des feuilles ou panneaux isolants, et dans ce cas l'emploi d'une substance rendant la ma -tière plastique, n'est pas nécessaire. La matière basique faite de papier, carton, toile, bois ou autres, est imprégnée de styrène,puis polymérisée dans un moule bien clos. Pour faciliter l'enlèvememt après la polymérisation, le moule doit être refroidi, de manière que la contraction soit suffisante pour rompre le contact entre la matière traitée et le moule. De plus il est recommandable de polymériser à une température pour laquelle le produit résultant est mou, et par suite en état d'être immédiatement déroulé ou séparé.
A titre d'exem -ple, la matière imprégnée de styrène doit être polymérisée à 135 centigrades, puis déroulée ou séparée immédiatement à cette température sans autre traitement à chaud.
La température d'amollissement du styrène pur, après polymérisation, est de l'ordre de 1000 centigrades. Cette température est un point de départ, et il est probable qu'il faut atteindre 130 à 140 centigrades pour réaliser un enroulement efficace. L'ajoute de substance rendant l'ensemble plastique réduit cette température.
Le principal emploi du papier ou de la toile styrénisée et polymérisée conformément à l'invention, concerne les joints ou les ter -minaisons de câbles, la matière décrite remplaçant le papier imprégné de styrène qui était ensuite polymérisé sur place. Il y a cependant, ainsi que cela a déjà été mentionné, d'autres applications spé -ciales de cette nouvelle matière. Elle peut par exemple servir dans la construction des joints du type à imprégnation d'huile ordinaire, dans les bobines isolantes des transformateurs remplis d'huile, ou dans des appareils électriques analogues. Dans ces applications, la
<Desc/Clms Page number 6>
matière offre une plus grande sécurité oontre les ruptures éleotriques, comparativement aveo les rubans ou toiles ordinaires imprégnées d'huile en usage jusqu'à présent.
Elle offre aussi, dans une certaine mesure, l'imperméabilité à1huile ou au composé utilisé, et elle peut réduire le mouvement de ce fluide isolant. Cet effet d'im -perméabilité peut être accru d'une manière très simple, Si la matière est chauffée pendant ou après son application sur l'appareil envisagé, elle peut être rendue visqueuse et adhérente. Donc si elle est appliquée aveo soin, un recouvrement perfeotionné peut être obtenu.
Une application de ce genre est l'emploi de papier ou toile styrénisé et prépolymérisé comme revêtement d'un câble recouvert de plomb, et cela afin d'empêcher le passage de l'humidité ou de fluides corrosifs, la nouvelle matière agissant comme- les revêtements de papier ou toile au bitume, ou comme les revêtements de matières oaout- choutées à auto-vuloanisation. Une autre applioation est l'isolation des câbles à basse tension dans une manière semblable à celle réalisée par l'application de bandes vernissées de oambrio.
Dans l'isolation au moyen de papier laminé, imprégné d'un flui -de (ou avec un fluide qui par la suite est solidifié soit par refroidissement ou par polymérisation),la principale faiblesse diélectrique réside 'dans les films de milieu d'imprégnation libre existant entre les oouohes consécutives de papier. Il y aurait avantage si de tels films pouvaient être libérés d'une partie de l'effort électrique qui leur est imposé pendant le service. Le papier imprégné peut facilement résister à des forces électriques plus grandes.
On sait que l'effort électrique peut être transféré des files aux feuilles de papier imprégné si la capacité induotive spécifique ou la perte diélectrique des films peut être aocrue. Cependant si ces films sont fluides pendant une par -tie considérable de leur durée de service, le fluide se diffuse et s'infiltre dans les feuilles, et par suite les effets de répartition disparaissent.
Cependant si les feuilles sont faites de papier ou de toile styrénisé et polymérisé de capacité inductive spéoifiée et de
<Desc/Clms Page number 7>
pertes diélectriques faibles et si après bobinage ou reoouvrement l' appareil est imprégné d'un mélange contenant des composantes de capa -cité inductive spécifique et de pertes diélectriques élevées, alors les feuilles solides de capacité inductive spécifique et de pertes faibles sont séparées par de minces films de matière à capacité inductive et à pertes élevées.ce qui fait que la résistanoe totale aux ruptures électriques est fortement accrue. Ce mélange peut être à base de styrène et être ensuite polymérisé sur place.
Dans le cas de condensateurs, la capacité inductive spécifique élevée est toujours de grande importance puisque des valeurs données de capacité peuvent être obtenues avec des dimensions fortement réduites. Dans ce cas le procédé suivant peut être adopté. Le papier ou la toile styrénisé et prépolymérisé peut avoir une capacité inductive spécifique accrue en incorporant dans le mélange à base de styrène des composantes à haute capacité inductive spécifique. Le composé d'imprégnation, qui peut être polymérisé sur place, peut même avoir une capacité inductive spécifique plus grande,de sorte que la oapaoité in -ductive spéoifique totale est accrue et la répartition voulue de l' effet électrique est simultanément obtenue.
Une matière convenable à ajouter au composé d'imprégnation pour élever la capacité induotive spécifique, est le nitrobenzène,tandis qu'une matière convenable à ajouter au dit composé pour élever la per -te diélectrique est un aloool tel que l'alcool éthyl phényl ss.
Dans la formation de papier ou de toile styrénisée et polymérisée , la première étape est l'évacuation et l'imprégnation de styrène liquide non polymérisé. Puisque le styrène a une pression de vapeur très élevée, des arrangements doivent être faits par lesquels, après le sèchage initial et l'évacuation, le papier ou la toile passe dans le bain d'imprégnation à travers une atmosphère de vapeur de styrène qui est pompée continuellement et condensée. Dans cette étape, l'imprégna -tion de vapeur a lieu et les pores des fibres sont imprégnés. Par suite de la basse viscosité du styrène liquide,l'imprégnation sera
<Desc/Clms Page number 8>
rapidement effectuée, même à basse température.
Le papier peut donc être entièrement imprégné pendant son passage vers un bain d'imprégna -tion à une vitesse en concordance aveo celle du déplacement initial capillaire dans le papier. Le papier peut alors être enroulé dans la forme voulue sous le styrène, puis polymérisé.
Les méthodes décrites ci-dessus sont applicables à la formation de fils de oaret ou de cordons styrénisés et polymériésqui peuvent servir pour divers buts en connexion avec les câbles ou fils téléphoniques, mais il est évident que l'invention n'est pas limitée à ces cas particuliers mentionnés. Par exemple l'invention peut s'appliquer à des fils textiles isolés qui peuvent être imprégnés de styrène et polymérisésde la manière décrite pour les rubans de papier. Ces fils peuvent servir par exemple pour fabriquer des bobines en enroulant la dite bobine à chaud puis en la refroidissant pour l'amener à l'état solide, et elle n'a pas besoin d'être rubanée ou mécaniquement supportée pendant son emploi.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour la fabrication de matière isolante utilisée en électricité,comprenant une matière fibreuse basique, telle que du pa -pier, caractérisé en ce que la matière fibreuse est imprégnée de sty -rêne, ou d'un mélange à base de styrène, de manière à remplir les pores ou interstices de la dite matière, le styrène étant ensuite converti en polystyrène sans aucune perte par volatilisation.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
INSULATING MATERIAL USED IN ELECTRICITY.
The invention oonoerne improvements made to insulating materials used in electricity, as well as their manufacture, and its main aim is to achieve an improved process for the treatment, by means of styrene, of fibrous materials such as paper, tape, canvas, natural or artificial silk, woven or spun materials, etc., in order to make them suitable for use as an electrical insulator, and particularly for use in the manufacture of capacitors and cables.
The invention provides for the formation of a new material serving
<Desc / Clms Page number 3>
of electrical insulator and oomprenant as base a fibreu -se substance such as those indicated above, impregnated with liquid styrene which is polymerized.
According to one of the characteristic facts of the invention, the new manufacturing process for electrical insulating material, includes the impregnation of basic fibrous material, such as paper, by means of styrene or a mixture of styrene, so as to fill the pores or interstices of this material, then the conversion of the styrene into polystyrene without any loss by volatilization. For this purpose, the polymerization can be carried out in a bath of liquid styrene, or of a liquid mixture of styrene. Preferably, this mixture comprises styrene and a substance making the whole plastic, such as for example diphenyl or its derivatives.
An important point of the process consists in the treatment of the surface of the impregnated material, after polymerization, in order to remove the excess polystyrene and to make the texture fibrous on this surface. Substances which are particularly suitable for this purpose are polystyrene solvents, such as, for example, liquid styrene, diphenyl ohlorinate, or benzene.
A difficulty encountered in the manufacture in the form of rolls of insulating materials of the type envisaged consists in that the polymerization of the styrene impregnating the roll constitutes a solid polymerized mass which cannot be wound up. In the present invention, this difficulty is eliminated because the process described comprises: impregnating the material with a mixture of styrene and plastic substance (eg 60% styrene and 40% diphenyl or its derivatives); polymerization of the mixture in an olos vessel; unwinding the material while the polymerized mixture is soft, either at the polymerization temperature or at a higher temperature; treating the material to remove excess styrene and restore the fibrous texture of the surface; rolling;
andwinding the material, preferably with a suitable lubricant, so that it can be easily unwound later.
<Desc / Clms Page number 4>
The invention is best understood from the following description of one of its embodiments, in which it has been assumed that the paper, or the fibrous substance, has first been etherized, for example partially aoetylized, in order to be made less hygrosoopic. It should also be observed that the word "styrene" means styrene proper, or a mixture of styrene and substance making the whole plastic, introduced to increase flexibility.
The roll of paper or fibrous material is impregnated in any suitable manner, such as by means of a vacuum impregnation process, with a satisfactory mixture of styrene and a substance making the assembly plastic. (eg 60% styrene and 40% diphenyl ohlorinate), which is polymerized under excess of the mixture in a closed vessel. The roll is in the form of a solid mass, but if the polymerization has been gradually increased to 120 centigrade, the plastic styrene becomes sufficiently soft and viscous at this temperature to allow unwinding.
After unwinding, the resulting tape or sheet can be straightened by passing it through rollers which can be heated. If desired, the material can then be coiled while it is still viscous to directly give it the shape it should have as an insulating retort. If, on the contrary, it must be stored in order to be arranged on site or on a machine, it must be re-cooled and treated in order to remove the surplus of styrene and to restore its fibrous nature. This can be done by passing the material through a lubricant bath, which can consist of liquid styrene, chlorinated diphenyl, benzene, or in general polystyrene solvents.
The choice of lubricating liquid depends on the use for which the tape or sheet obtained is intended. After this sheet or tape has undergone the action of the lubricant, it can be wound up again.
It is then in a state such that it can be unwound and rewound without having to undergo further treatment. In fact, it can be handled like paper or other ordinary fibrous material, impregnated or unimpregnated.
<Desc / Clms Page number 5>
A metallic foil can be attached to paper or other fibrous material after the styrene has been polymerized, and while it is hot and viscous, that is, before the material passes through straightening rolls.
The invention is not limited to the manufacture of insulation in the form of rolls, because it can be applied to insulating sheets or panels, and in this case the use of a substance making the material plastic, is not necessary. The basic material made of paper, cardboard, canvas, wood or others, is impregnated with styrene, then polymerized in a well-closed mold. To facilitate removal after polymerization, the mold should be cooled so that the contraction is sufficient to break the contact between the material being treated and the mold. In addition, it is advisable to polymerize at a temperature at which the resulting product is soft, and therefore in a condition to be immediately unwound or separated.
By way of example, the styrene-impregnated material should be polymerized at 135 centigrade, then unwound or separated immediately at this temperature without further heat treatment.
The softening temperature of pure styrene, after polymerization, is of the order of 1000 centigrade. This temperature is a starting point, and it is likely that you need to reach 130-140 centigrade to achieve effective winding. Adding a substance making the assembly plastic reduces this temperature.
The main use of paper or canvas styrenized and polymerized in accordance with the invention relates to the joints or terminations of cables, the material described replacing the paper impregnated with styrene which was then polymerized on site. There are, however, as already mentioned, other special applications of this new material. It can be used, for example, in the construction of seals of the ordinary oil impregnation type, in the insulating coils of oil-filled transformers, or in similar electrical apparatus. In these applications, the
<Desc / Clms Page number 6>
The material offers greater security against electrical breakage compared to the ordinary oil-impregnated tapes or cloths in use heretofore.
It also offers some impermeability to the oil or compound used, and it can reduce the movement of this insulating fluid. This waterproofing effect can be increased in a very simple manner. If the material is heated during or after its application to the intended apparatus, it can be made viscous and adherent. So if applied carefully, perfected coverage can be achieved.
One such application is the use of styrenized and prepolymerized paper or canvas as a coating for a lead-coated cable, in order to prevent the passage of moisture or corrosive fluids, the new material acting as these. coverings of paper or canvas with bitumen, or such as coverings of self-vuloanizing water-free materials. Another applioation is the insulation of low voltage cables in a manner similar to that achieved by the application of glazed oambrio tapes.
In insulation with laminated paper, impregnated with a fluid (or with a fluid which subsequently solidifies either by cooling or by polymerization), the main dielectric weakness is in the films of the impregnation medium. free existing between consecutive oouohes of paper. It would be advantageous if such films could be released from part of the electrical stress imposed on them during service. The impregnated paper can easily withstand greater electric forces.
It is known that the electrical stress can be transferred from the strands to the sheets of impregnated paper if the specific inductive capacitance or the dielectric loss of the films can be increased. However, if these films are fluid for a considerable part of their service life, the fluid diffuses and permeates the sheets, and therefore the distribution effects disappear.
However if the sheets are made of styrenized and polymerized paper or canvas of specified inductive capacity and
<Desc / Clms Page number 7>
low dielectric losses and if after winding or reopening the device is impregnated with a mixture containing components of specific inductive capacity and high dielectric losses, then the solid sheets of specific inductive capacity and low losses are separated by thin films of material with inductive capacity and high losses, which means that the total resistance to electrical breaks is greatly increased. This mixture can be based on styrene and then be polymerized on site.
In the case of capacitors, the high specific inductive capacitance is always of great importance since given capacitance values can be obtained with greatly reduced dimensions. In this case the following method can be adopted. The styrenized and prepolymerized paper or canvas can have an increased specific inductive capacity by incorporating into the styrene-based mixture components of high specific inductive capacity. The impregnating compound, which can be polymerized in place, may even have a larger specific inductive capacity, so that the total specific inductive oapaoity is increased and the desired distribution of the electrical effect is simultaneously obtained.
A suitable material to add to the impregnating compound to increase the specific inductive capacity is nitrobenzene, while a suitable material to add to said compound to increase the dielectric loss is an alcohol such as ethyl alcohol phenyl ss. .
In the formation of styrenized and polymerized paper or canvas, the first step is the evacuation and impregnation of unpolymerized liquid styrene. Since styrene has a very high vapor pressure, arrangements must be made whereby, after the initial drying and evacuation, the paper or web passes into the impregnation bath through an atmosphere of styrene vapor which is continuously pumped and condensed. In this step, the vapor impregnation takes place and the pores of the fibers are impregnated. Due to the low viscosity of liquid styrene, the impregnation will be
<Desc / Clms Page number 8>
quickly performed, even at low temperatures.
The paper can therefore be fully impregnated during its passage through an impregnation bath at a speed in accordance with that of the initial capillary movement in the paper. The paper can then be rolled into the desired shape under the styrene and then polymerized.
The methods described above are applicable to the formation of oaret wires or styrenized and polymerized cords which can serve various purposes in connection with telephone cables or wires, but it is obvious that the invention is not limited to these. special cases mentioned. For example the invention can be applied to insulated textile threads which can be impregnated with styrene and polymerized in the manner described for paper tapes. These wires can be used, for example, to manufacture coils by winding said coil while hot and then cooling it to bring it to the solid state, and it does not need to be banded or mechanically supported during its use.
CLAIMS.
1. Process for the manufacture of insulating material used in electricity, comprising a basic fibrous material, such as pa -pier, characterized in that the fibrous material is impregnated with sty -rene, or a mixture based on styrene, so as to fill the pores or interstices of said material, the styrene then being converted into polystyrene without any loss by volatilization.