<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
J>E'R1!'II:m'tf)1M A. tpÇ ET Pli± tolu. P01lR T.CTOT".
La présente invention est relative à des conducteurs électri- ques isolés au moyen de compositions analogues au caoutchouc synthétique. Ces isolants sont flexibles et résilients comme le caoutchouc naturel, mais contrai- rement à ce dernier, ils ne sont pas attaqués par les réactifs qui attaquent et détériorent normalement le caoutchouc* Les conducteurs conformes à 1'Invention sont Métalliques et leur isolement peut comporter en outre des substances orga-
EMI1.2
niques ou atinérales, le tout étant réparti suivant une seule ou plusieurs coti ches superposées. De cette faqon, on peut réaliser tous les caractères voulus pottr l'isolement.
<Desc/Clms Page number 2>
L'invention peut être, de plus, caractérisée par le recouvre- ment extérieur du câble. et de son Isolant au moyen d'une couche dont la résis- tance mécanique et la ténacité sont suffisantes, tout en évitant le recouvrement par une couche de plomb ou de métal analogue, comme on le fait dans certaine types de câbles,
L'invention comporte aussi des méthodes d'isolement qui permet- tent d'atteindre le résultat mentionné.
Les avantages de l'isolement des câbles par le caoutchouc sont la résilience, la ténacité et le grand pouvoir diélectrique de ce produit. Par contre, le caoutchouc peut être attaqué ou dissous par un grand nombre d'agents tels des solvants (gazoline, huiles minérales, acides etc,,) ou des gaz et no- tamment les produits oxydants. Enfin, il peut être dégradé sous l'influence des hautes tensions et de l'effet "corona".
L'invention permet de conserver les avantages du caoutchouc, tout en évitant ses inconvénients. A cet effet, on utilise des isolants synthé- tiques, analogues au caoutchouc artificiel, dont les propriétés mécaniques et le pouvoir diélectrique sont satisfaisants, et qui, suivant certaines modalités de l'invention, résistent à la flamme et aux divers réactifs attaquant le caout- ohouc naturel
EXEMPLE I. Dans ce cas, on emploie un dérivé polymérisé d'un halogène vinylique, par exemple un polymère du chlorure de vinyle.
La fabrica- tion de ces produits est aujourd'hui bien connue dans la technique et elle peut être réalisée, par exemple, au moyen des halogénures de vinyle sous l'action de la lumière solaire intense ou d'un rayonnement ultra-violet et en présence d'un catalyseur tel que le peroxyde de bensoyle, Le produit complètement poly- mérisé se présente sous forme d'une poudre blanche que l'on peut plastifier dans des conditions convenables.
Pour l'exécution de l'invention, on peut utiliser un grand nombre de plastifiants, mais lesmeilleur paraît tire le tricrésylphosphate, 'D'ailleurs, suivant le degré de polymérisation et les proportions de plastifiant et de charge utilisées, on peut obtenir de nombreux produits qui se distinguent les uns des autres par leur flexibilité, leur élasticité, leur résilience, leur ténacité, leur résistance aux défoirnations mécaniques ou à la déformation aux températures élevées.
Pour réaliser pratiquement le câble conforme à l'invention,
<Desc/Clms Page number 3>
il est préférable d'employer une pression à extrusion, qui permet de faire sortir par une filière les Ingrédients plastiques Isolants, tout en lea ap- pliquant sur le conducteur, Avant d'alimenter la machine à extrusion, on peut préalablement associer ou mélanger de diverses manières les halogénures polykinyliques, le plastifiant et la charge.
Par contre, dans bien des cas, il est préférable de recouvrir d'abord le conducteur avec un isolant organique, de préférence cellulosique, tel que le papier, le coton, des rubans textiles, le cellophane, des esters cellulosiques oomme l'acétate de cellulose, ou enfin certains émaux à base
EMI3.1
de résine synthétique, tels que ceux obtenus avec les résines aDtyd du type simple ou modifie, les résines phénoliques modifiées ou non, ou des associa- tions de résines synthétiques de natures différentes; enfin au moyen de ca-
EMI3.2
outchonc, de gntta-pereha, etcb Dans certains cas, on peut utiliser une seule couche et d'autres fois plusieurs couches d'un isolant minéral.
Ainsi, on peut employer des oxydes minéraux tels que l'alumine, à même le conduc-
EMI3.3
teur; ou encore une ou plusieurs eouehes d'amiante préalablement à l'enroba@ au moyen de la couche de polyvinyle halogéné et plastifiée On peut employer des combinaisons d'isolants organiques et minéraux.
On peut enfin revêtir directement le conducteur avec une couche de résine vinylique halogénée, puis revêtir l'ensemble avec une ou plusieurs couches d'isolants organiques ou
EMI3.4
minéraux tels que ceux indiqués ci-dessual et finalement revêtir le tout avec une couche externe de résine vinylique halogénée et plastifié..On voit donc que, suivant l'invention, il est possible de varier, dans des limites extrêmement larges, les propriétés de l'isolant composite et de l'adapter aux conducteurs pour tous les emplois connus*
EMI3.5
La P'ig,5 jointe indique la section droite d'un conducteur réalisé conformément à l'Invention. On donnera, à titre d'exemple non limi- tatif,
la description de cette fabrication particulière.
On part de 60 parties en poids d'un halogénure polyvinylique,
EMI3.6
par exemple le polyvinyle chloré, et on lui ajoute 40 parties en poids daun plastifiant tel que le trierésylphoaphate. Cette addition se fait progressi- vemant et de manière À homogénéiser parfaitement la masse. Le mélange reste pulvérulent, mais peut être aggloméré 1 la main sous tome friable. La pou dxe est alors disposée dans une presse à extrusion qu'on chauffe 8. une tem- pirature de l'ordre de 100 k 180. 04, environ et, de préférence, autour de
<Desc/Clms Page number 4>
150 C. L'extrusion permet de filer cette matière sur le cible qui peut être un ou de préférence déjà revêtu de l'un quelconque des isolants mentionnés plus haut.
La température de l'extrusion est réglée de façon que la couche polyvinylique plastifiée soit denae et possède une résistance mécanique con- venable après refroidissement,
Suivant un processus un peu différent, on associe d'abord en mélange intime le dérivé polyvinylique, le plastifiant et la charge, ce qui s'obtient aisément en calendrant les ingrédients mélangea entre des rouleaux différentiels, chauffes ou non, suivant la composition choisie. la matière qui en sort est ensuite laminée en feuilles qui peuvent être introduites telles quelles dans la presse à extrusion, au lieu de la poudre du cas pré- cédent.
Bans certain* cas, par exemple qtzand le conducteur a déjà reçu une couche isolante préalable en caoutchouc, l'isolant polyvinylique mis en 'feuilles peut être enroula sous forme de raban au moyen d'une machine du ty- pe connut Cette méthode devient nécessaire si la nature dn revêtement pria- lable à l'enduit polyvinylique est susceptible de se détériorer à la tempé- rature nécessaire pour l'extrusion :
c'est le cas lorsqu'on veut superposer la résine polyvinylique à un revgtement préalable de caoutchouc, Après appll cation de la composition polyvinylique par recouvrement sous forme de raban, on peut compléter au moyen d'une gaine de plomb à la manière commet
Sur la Fig. 5, on a représenté en 13 le revêtement polyvinylique et en 14 la couche intermédiaire qui protège le conducteur métallique 15.
Comme indiqué précédemment, on peut utiliser différentes charges associées aux halogénures polyvinyliques Comme exemple de charges, on cite- ra les oxydes de zinc, de fer, de magnésium, la silice, la terre d'infusoi- res, le carbonate de magnésie, le noir de fumée, le stéarate de zinc ainsi que des dérivée polyvinyliques différents tels que l'acétate ou le chlore- acétate. On peut également ajouter un inhibiteur tel que la phénylaphant- phtylamine ou la phénylbétanaphtylamine, la monoamylamine, etc.
On peut auai incorporer des colorants, des pigments on des teintures, de façon à varier l'apparence de l'isolent. Comme on l'a dit plus haut, on peut emplo- yer différents plastifiants en addition au tricrésylphosphate déjà mentionné par exemple, des produits tels que le diphényle, le diphényloxyde, le phtala te dibutylique, etc.,
<Desc/Clms Page number 5>
EXEMPLE II. -
L'invention décrite ci-dessus peut être également utilisée dans la fabrication des câbles ou des fila émaillés. On sait que de tels fils sont constituas par une âme métallique que l'on oblige à traverser un bain d'un émail convenable, par exemple un vernis gras siccatif.
Une fois le conducteur ainsi mouillé, on le fait traverser dans un four ou une étuve à température convenable pour durcir le revêtement. Fréquemment il est nécessaire d'exécuter plusieurs couches successives sur le même fil en al- ternant l'immersion dans le bain et l'étuvage jusqu'à ce qu'on ait atteint l'isolement voulu.
Dans le cas d'appareils électriques de grandes dimensions, par exemple les bobines des moteurs, l'enroulement du fil déjà émaillé est ef- fectué sans précautions spéciales sur une âme ou une pièce convenable.
D'autres fois, le fil est enroulé en bobine et le tout assemblé dans une machine. Dans tous les cas, la bobine terminée est filament imprégnée d'un vernis isolant que l'on durcit à des températures de l'ordre de 150 C.
Les isolants utilisés sont satisfaisants s'ils sont 1 la fois durs et résistants à l'abrasion telle qu'il peut s'en reoontrer dans les machines de fabrication* Il faut aussi que cet Isolant résiste aux solvants utilisés couramment dans l'imprégnation finale. Le film doit également avoir une excellente adhérence au métal et pouvoir subir des déformations importantes sans fissurer, ni se détacher du fil.
Ces dernières propriétés sont particulièrement importantes lorsqu'il s'agit de fils courbée pour les bobines et que celles-ci subissent le choc thermique lorsqu'on les place dans l'étuve pour le durcissement*
Dans la pratique les fils émaillés utilisés aouramsnent réali- sent*un compromis plus ou moins satisfaisant entre ces propriétés* La va leur technique de ce compromis est contrôlée par des essais de laboratoire, suivant lesquels on observe séparément les différentes propriétés, Ainsi, l'extensibilité est mesurée en émaillant un fil, puis ltallageant de 10 % par traction et en l'enroulement après cette opération sur un mandrin dont le diamètre est trois fois celui du fil.
Si l'émail ne se fissure pas, le fil isolé est considéré comme satisfaisant à ce point de vue et il peut être utilisé dans des bobines. La dureté est mesurée de façon analogue, mais l'allongement choisi atteint alors 20%, tandis que l'enroulement est fait
<Desc/Clms Page number 6>
comme ci-dessus. Dans ces conditions, l'émail du fil doit craquer, ce qui montre que le durcissement par étuvage est suffisant et lui permettra de résister à la pression et à l'attaque par les solvants au cours du vernis- sage final.
D'après ce qui a été dit plus haut, l'emploi des résines poly- vinyliques permet de satisfaire aux exigences courantes de dureté et d'ex- tensibilité, mais on peut en améliorer en outre t'adhérence, la ténacité, la flexibilité, la rigidité diélectrique, et obtenir une remarquable résistanae à l'abrasion. Ces produits résistent également aux attaques par les huiles minérales et les solvants et maintiennent un facteur de puissance suffis@ne ment bas.
Sur les fig, 1 à 4 jointes, on trouvera des coupes de fils émaillés préparés conformément à l'invention et comportant des couches suc- cessives Isolantes réalisées conne on va maintenant le décrire.
D'une façon générale, les résines vinyliques convenant le mieux à remaillage, sont obtenues par réaction d'esters vinyliques poly- merises qu'on a ensuite hydrolisés partiellement ou totalement et qu'on con- dense avec un aldéhyde. On indiquera d'abord un procédé pratique de fabri- cation de cette matière première.
On dissout 100 parties en poids d'acétate de vinyle polymérisé dans 185 parties d'acide acétique cristallisable. On ajoute alors 83 par- ties de solution de tormol et 6,8 d'acide sulfurique concentrée On effectue l'hydrolyse à 70 C, ce dans un récipient émaillé pourvu d'un agitateur, pen- dent 20 à 25 heures. Pour régler la durée de l'hydrolyse, on prélevé un échantillon entre la seizième et la dix-huitième heure, ce qui permet de se renseigner sur le degré d'avancement de cette hydrolyse.
On ajoute alors 13 parties de solution d'ammoniaque, de manière à neutraliser, et le pro- duit de réaction est précipité dans l'eau sous forme de filaments; on le lave et on le sèche dans un courant d'air aux environs de 60 C Ce
Le produit filamenteux obtenu est alors dissous dans un liquide organique convenable, par exemple le dioxane, le dichlorure d'éthylène, le chloroforme, le furfural ou dans un milange de plusieurs liquides, par exem- ple 35% de chlorobenzène et 15% d'alcool ordinaire. On peut d'ailleurs uti- liser les solutions à des concentrations variées, et cette dissolution peut être effectuée à la température ambiante ou à des températures plus élevées.
<Desc/Clms Page number 7>
Ces solutions sont alors employées pour ltémaillage des fils.
Par exemple une solution dans le dioxane, au titre de 6 à 8%, s'applique directement au fil avec les appareils classiques pour remaillage et permet d'obtenir par étuvage un revêtement Isolant à même le fil. Sous une é- paisseur de 0,0065 mm, sur du fil, la rigidité diélectrique atteint 40 à 52 Toits par millième de millimètre, Berne sous une faible épaisseur et avec une couche unique, on a constaté que la continuité du film isolant est presque parfaite.
Sous une longueur de 20 nôtres, le fil isolé ne présentait aucune fissure et sa résistance d'isolement était au moins de 200.000 ohms par décimètre en tout point de sa longueur. On sait cependant qu'il est pratiquement Impossible de préparer des fils dont l'isolement soit absolument continu après une seule im- mersion lorsqu'on emploie les émaux courants et qu'on doit prendre les plus grands soins pour nettoyer le fil avant l'application de l'émail.
Pour perfectionner l'isolement ainsi obtenu, on peut utiliser une solution à 10% dans le dioxane et deux revêtements, ce qui donne un film d'épaisseur 0,0012 mm. La continuité de ce revêtement est excellente et sa rigi- dité diélectrique moyenne atteint 44 volts par millième de millimètre. Avec quatre couches, on obtient une épaisseur de 0,033 mm. et une rigidité diélectri- que de 52 à 68 volts par millième de millimètre,
Il est également possible de réaliser des films épais en pro- duits vinyliques pour isolement des conducteurs. Dans ce cas, on utilisera de préférence la méthode par enroulement d'une bande indéfinie en résine synthéti- que, mais on peut aussi employer des immersions successives dans une solution.
Avec cette seconde méthode, un fil de cuivre de 0,98 mm. a été revêtu d'une couche de 0,032 à 0,038 mm., en utilisant comme solvant le mélange de 85% de chlo- robenzène et de 15% d'alcool éthylique. La résistance diélectrique moyenne at- teint 2,6 K. V. entre le conducteur et du mercure où l'on avait immergé la bobine de fil pour l'essai.
Le revêtement obtenu est extrêmement tenace et flexible. Quand on étire le fil métallique jusqu'à rupture, l'isolement ne présente aucune fis- sure, saut juste au point de rupture. Les fils recouverts de cet isolant présen- tent une résistance étonnante à l'abrasion, à la déformation, à la pliure et au martelage. On peut ainsi allonger jusqu'au voisinage de son'point de rupture du fil isolé conformément à l'invention, puis l'enrouler sur lui-même comme man-
<Desc/Clms Page number 8>
drin, sans faire fissurer l'enduit.
Le fil isolé peut être allonge par traction de toutes les façons requises pour la fabrication pratique de l'appareillage, puis être traité par les vernis, ou bien placé immédiatement dans une étuve de 150 C. sans qu'il y ait de craquelure ou de dégradation du film. Le fil isola peut être frappé avec un marteau sur une enclume d'acier jusqu'à ce que son diamètre soit réduit d'au moins 50%50% sans qu'il y ait rupture du revêtement.
Bans aucune circonstance, l'isolant obtenu n'est attaqué par les solvants et les vernis utilisés généralement, que ces solvants proviennent du goudron de houille ou des pétroles* On peut immerger pendant 48 heures le fil émaillé dans du toluène, sans troubler les propriétés du fila.
Au contraire, les revêtements des émaux organiques usuels ne supportent pas cette action chi- mique intense sans gonfler ou se peler,
On peut enrouler sur eux-mêmes deux éléments de fil isolé con- formément à l'invention, puis déformer l'ensemble jusquà ce que la section droite soit altérée de manière très visible et sans que l'isolement entre les fils soit tombé au-dessous de 1015 ohms; on observe généralement une valeur su- périeure. Cela montre que l'isolement n'a pas été altéré par ce traitement, La résistance à l'abrasion, que l'on constate avec des fils isolés émaillés, est une propriété remarquable au point de vue pratique.
D'a- près les essais, cette résistance serait au moins quatre fois meilleure que celle des meilleurs émaux commerciaux à double couche avec lesquels on les a comparés. Pour cette propriété, les fils isolés obtenus sont supérieurs à tous les fils émaillés recouverts de coton ou de papier. Par conséquent, on peut isoler des fils uniquement avec cette matière et sans qu'il soit nécessaire de la protéger ensuite par du coton, du papier ou autre revêtement à utilité pure- ment mécanique.
Les propriétés diélectriques de ces revêtements sont bonnes, aussi bien pour la rigidité diélectrique que pour les pertes. Il est ainsi .,possible de réduire sensiblement l'épaisseur de l'isolant par comparaison arec ce qui a été fait jusqu'ici. Il en résulte aussi qu'on peut introduire davan- tage de cuivre dans les rainures d'un moteur ou d'une génératrice, et par consé- quent élever le rendement et la puissance de cette machine. Cela reste vrai évidemment pour les transformateurs, les régulateurs d'induction et autres ap- pareils électriques dans lesquels le fil isolé est employé nous lorme de bobine.
<Desc/Clms Page number 9>
Inversement, pour une puissance constante de la machine, il devient possible de réduire les quantités de métaux utilisés.