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" Procédé pour l'isolement de canalisations électriques ".
On a tentée depuis longtemps déjà, à utiliser les bonnes propriétés électriques de feuilles en corps d'un haut degré de polymérisation pour, des applications d'isolement dans les domaines les plus différents de 1'industrie électrique, et notamment aussi pour la construction de condensateurs éleo-
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triques de tout genre.
On a rencontré certaines difficultés du fait que les' pertes diélectriques - très faibles en elles-mêmes à basse température - de'feuilles en corps d'un haut degré de polymérisation, par exemple de feuilles en chlorure de polyvinyle ou en produits de polymérisation mixtes des corps de polyvinyle ou en polystyrol, subissent une forte augmentation à des températures au-dessus de 60 C., augmentation qui empêche l'application dans un très grand nombre de domaines de l'industrie électrique et de la construction des condensateurs. Cet état de choses sera exposé ci-après en prenant pour exemple le polystyrol.
Le polystyrol,qui est très apprécié dans l'industrie électrique comme matière de coulée par pression, en raison de son excellent pouvoir isolant électrique, possède une si grande résistance au percement et des pertes diélectriques si minimes, que l'application industrielle de ce corps d'un haut degré de polymérisation, sous la forme d'une longue bande de film ou de feuilles très minces, présenterait de très grands avantages, par exemple pour le remplacement du mioa dans la construction des oondensateurs. Toutes les tentatives faites dans ce but n'ont oependant conduit à aucun résultat pleinement satisfaisant, car la dépendance de température des pertes diéleotriques des feuilles fabriquéés d'après l'un des procédés connus est trop haute.
L'avantage du mica consiste, avant tout, dans l'indépendance pratique des pertes diélectriques de la température dans les limites de températures envisagées.
Les feuilles en polystyrol coulées au moyen de solutions de la manière connue et séchées ne montrent pas cette indépendance; à des températures au-dessus de 70 à 80 , les pertes diélectriques augmentent fortement, et la possibilité d'application de tels condensateurs est donc très limitée.
La Demanderesse a trouvé que cet inconvénient peut être
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évitée dans une large mesure,si l'on emploie des feuilles iso- lantes qui ont été rendues exemptes de rétrécissement ou pau- vres en rétrécissement avant leur emploi. Toutes les bandes ou feuilles isolantes, qu'elles aient été fabriquées au moyen de solutions diaprés le procédé de coulée ou au moyen dtéti- rage à l'état fondu, montrent,au chauffage à des températures voisines de leur point d' amollissement,la particularité, de se rétrécir.
Lorsqu'un tel rétrécissement se produit pour des feuilles, qui sont montées dans des corps isolants électriques et dans des condensateurs, ce rétrécissement occasionne une variation du diélectrique, par oonséquent un détriment de la constance de la capacité. Ce rétrécissement des feuilles peut être évité de manière différente. Dans la fabrication des ban- des ou feuilles au moyen de solutions, on peut' avoir soin, par' une coulée très lente et par l'emploi d'un support d'une gran- de élasticité, que des films exempts de tension se forment.
Ou bien, on produit les films et les feuilles à la manière usu- elle au moyen de solutions ou par l'étirage hors de la masse fondue, et on les soumet ensuite à un processus de suppression du rétrécissement, en les exposant pendant un temps très court à une température qui est au-dessus de leur point d'amollisse'- ment, mais, au-dessous de leur point. de coulée. En même temps, on doit veiller à ce que, pendant ce temps, la feuille ne soit maintenue que dans la mesure dans laquelle les tensions internes engendrées du fait de la fabrication peuvent être compen- sées autant que possible. Comme marque caractéristique extéri- eure de l'accomplissement complet de ce processus, l'absence de rétrécissement plus ou moins complète, maintenant réalisée, est à constater.
Tandis que le premier chauffage de la feuille à des températures au-dessus du point d'amollissement est ao- oompagné d'un rétrécissement, dont le degré dépend du mode de fabrication de la feuille, la superficie de'la feuille ne change
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plus par un nouveau chauffage à cette même haute température.
Dans l'application comme armature de condensateur, cette forme ne variera pas non plus à des températures plus élevées.
Le diélectrique et, par suite, la capacité d'un condensateur construit avec une telle feuille montrent donc, dans une large sphère, une constance qui n'a pas encore été réalisée jusqu'à présent. Les conditions sont les mêmes pour des canalisations électriques et des câbles de tout genre qui exigent une haute constance de la capacité, comme des câbles télégraphiques et téléphoniques, des câbles de télévision, etc....
Une feuille de polystyrol appropriée pour des condensateurs à haute fréquence est exposée, par exemple, pendant un temps très court - 200 à 15 secondes suffisent suivant la température appliquée - à une température ( 120 - 180 ) qui est au-dessus du point d'amollissement du film, mais à laquelle la feuille ne coule pas encore. Il se forme une feuille qui, par une nouvelle élévation de la température jusqu'au point d'amollissement, ne change plus sa forme, c'est-à-dire qui, sous l'action d'une chaleur engendrée pendant l'emploi par exemple dans les condensateurs, ne se rétréoit plus et est donc appropriée particulièrement pour le remplacement des feuilles de mica mince qui sont coûteuses. Elle remplit: les conditions de la stabilité à des températures élevées et des très faibles pertes diélectriques.
Pour les bandes ou films sans fin servant au rubanage de conducteurs électriques ou à la construction de câbles avec chambres d'isolement ou vides de condensateurs à enroulement, la suppression du rétrécissement est effectuée, de préférence dtune manière continue. Une forme d'exécution simple du procédé pour des feuilles de ce genre consiste à suspendre, par exemple,une feuille d'une épaisseur de 20 à 40 , en une boucle, et à faire passer celle-ci par une chambre portée à la'tempéra-
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ture voulue, par exemple 140 C pour le polystyrol et 13500 pour les feuilles en chlorure de polyvinyle. A ces températu- res, un séjour de 20 secondes suffit pour supprimer le rétré- cissement de la feuille..
Le processus se manifeste extéri- eurement par un raccourcissement distinct en longueur et en largeur pendant ce traitement. Dès que la bouole s'est raocour- cie au point où sa forme ne change plus, l'effet poursuivi est obtenu. Au lieu d'être suspendues librement, les feuilles peu- vent être transportées aussi sur un support élastique, par ex- emple une mince feuille d'aoétyle. Le degré obtenu de diminu- tion du rétrécissement peut être mesuré par le découpage d'une feuille de grandeur déterminée que l'on pose sur un liquide approprié.chaud à la température par exemple de 100 ou de 120 C.
Après 120 ou 15 à 30 minutes, on mesure à nouveau la surface et on constate, pour la feuille traitée d'après le procédé, un rétrécissement de la surface de 1 à 4 %, tandis qu'une feuille non traitée montre, par exemple, un rétrécissement de surface de 28 %. On peut aussi combiner l'opération de coulée avec la diminution de rétrécissement, en chauffant à une température élevée le film qui se trouve encore sur le support de coulée, par exemple un tambour. Dans cette forme d'exécution, la feuil- le doit être séohée au point qu'elle n'adhère plus trop forte- ment sur le support. Il èst préférable aussi d'adopter pour cette aotion, davantage unilatérale, une température plus éle- vée, par exemple de 200 C.
En ce qui concerne les feuilles tirées de la masse fondue, le degré du rétrécissement est notablement plus grand, et on est obligé, le cas échéant, d'effectuer la diminution de ré- trécissement d'une manière graduée. Suivant qu'il s'agit de feuilles allongées d'un coté et de tous les côtés, l'effet de rétrécissement est particulièrement grand dans un ou dans plu- sieurs sens.
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Suivant les propriétés nécessaires, on adoptera pour la construction de conducteurs électriques, de transformateurs, de condensateurs, etc....., des feuilles exemptes de rétrécissement obtenues au moyen des produits d'un haut degré de polymérisation les plus divers, de produits de polymérisation du vinyle simples et mixtes, de chlorures de polyvinyle, d'acé- tates de polyvinyle, de polystyrol et aussi de polydérivés de l'acide maléique et de leurs produits de polymérisation mixtes. De même, on peut employer des feuilles en dérivés de cellulose de tous genres.
Tandis que les dérivés de la cellulose thermoplastiques, comme par exemple l'éthylecellulose ou la benzylecellulose et leurs éthers-esters, les esters de cellulose aliphatiques avec 4 atomes de C et plus, et leurs esters mixtes, subissent, suivant leur mode de formation à l'état de feuilles, un rétrécissement considérable qui doit être supprimé, suivant lescas, en plusieurs stades, les feuilles de triacétate de cellulose ou de tripropionate de cellulose ou d' acétates de cellulose solubles dans l'acétone et exempts d' agents d'amollissement, montrent fréquemment un moindre rétrécissement, qui n'est souvent que de 5 à 10 %, mais dont la suppression exerce néanmoins une influence notable sur l'angle de perte.
Dans la construction des câbles, transformateurs, oondensateurs à enroulement, etc....., on doit veiller à ce que les feuilles ne soient pas allongées à nouveau, sinon elles recevraient évidemment un nouveau, rétrécissement pendant le chauffage.
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"Method for the isolation of electrical pipes".
Attempts have been made for a long time to use the good electrical properties of body sheets with a high degree of polymerization for insulation applications in the most different fields of the electrical industry, and in particular also for the construction of electric capacitors
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cuffs of all kinds.
Some difficulties have been encountered due to the fact that the dielectric losses - very low in themselves at low temperatures - of sheets in bodies of a high degree of polymerization, for example of sheets of polyvinyl chloride or of mixed polymerization products. Polyvinyl or polystyrene bodies, undergo a sharp rise at temperatures above 60 ° C., which increase prevents application in a very large number of fields of the electrical industry and the construction of capacitors. This state of affairs will be explained below, taking polystyrol as an example.
Polystyrene, which is highly valued in the electrical industry as a pressure die-casting material, due to its excellent electrical insulating power, has such a high puncture resistance and dielectric losses so minimal, that the industrial application of this body of a high degree of polymerization, in the form of a long strip of film or very thin sheets, would present very great advantages, for example for the replacement of mioa in the construction of capacitors. However, all the attempts made for this purpose have not led to any fully satisfactory results, since the temperature dependence of the dieotric losses of the sheets produced according to one of the known methods is too high.
The advantage of mica consists, above all, in the practical independence of the dielectric losses from the temperature within the temperature limits envisaged.
Polystyrene sheets cast by means of solutions in the known manner and dried do not show this independence; at temperatures above 70 to 80, the dielectric losses increase sharply, and the possibility of applying such capacitors is therefore very limited.
The Applicant has found that this drawback can be
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largely avoided by employing insulation sheets which have been made free of shrinkage or poor in shrinkage prior to their use. All insulating tapes or sheets, whether produced by means of solutions according to the casting process or by means of stretching in the molten state, show, on heating to temperatures close to their softening point, the peculiarity, to shrink.
When such a shrinkage occurs for sheets, which are mounted in electric insulating bodies and in capacitors, this shrinkage causes a variation of the dielectric, hence to the detriment of the constancy of the capacitance. This shrinkage of the leaves can be avoided in a different way. In the manufacture of the strips or sheets by means of solutions, care can be taken, by very slow casting and by the use of a support of high elasticity, that tension-free films are formed. form.
Alternatively, the films and sheets are produced in the usual manner by means of solutions or by stretching out of the melt, and then subjected to a shrink-removing process, exposing them for a period of time. very short at a temperature which is above their softening point, but, below their point. casting. At the same time, care must be taken that during this time the sheet is only held in so far as the internal stresses generated by the production can be compensated as far as possible. As an exterior characteristic mark of the complete accomplishment of this process, the absence of more or less complete narrowing, now realized, is to be noted.
While the first heating of the sheet to temperatures above the softening point is accompanied by shrinkage, the degree of which depends on the mode of manufacture of the sheet, the surface area of the sheet does not change.
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more by re-heating to the same high temperature.
In the application as a capacitor armature, this shape will also not vary at higher temperatures.
The dielectric and, consequently, the capacitance of a capacitor constructed with such a foil therefore show, in a large sphere, a constancy which has not yet been achieved until now. The conditions are the same for electrical conduits and cables of all kinds which require a high constancy of capacity, such as telegraph and telephone cables, television cables, etc.
A polystyrene sheet suitable for high frequency capacitors is exposed, for example, for a very short time - 200 to 15 seconds is sufficient depending on the temperature applied - at a temperature (120 - 180) which is above the point of softening of the film, but at which the sheet does not yet flow. A sheet is formed which, by further raising the temperature to the point of softening, no longer changes its shape, that is to say which, under the action of a heat generated during use for example in capacitors, no longer shrinks and is therefore particularly suitable for the replacement of thin mica sheets which are expensive. It fulfills: the conditions for stability at high temperatures and very low dielectric losses.
For endless tapes or films used in the taping of electrical conductors or in the construction of cables with isolation chambers or voids of winding capacitors, the removal of the shrinkage is effected, preferably in a continuous manner. A simple embodiment of the process for such sheets is to suspend, for example, a sheet 20 to 40 thick in a loop, and pass it through a chamber carried at the bottom. tempera-
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desired ture, for example 140 C for polystyrene and 13500 for polyvinyl chloride sheets. At these temperatures, a stay of 20 seconds is sufficient to suppress shrinkage of the sheet.
The process manifests itself externally as a distinct shortening in length and width during this treatment. As soon as the bouole is re-shortened to the point where its shape no longer changes, the desired effect is obtained. Instead of being suspended freely, the sheets can also be transported on an elastic support, for example a thin sheet of aoethyl. The degree of reduction in shrinkage obtained can be measured by cutting a sheet of determined size and placing it on a suitable liquid. Hot at a temperature of, for example, 100 or 120 C.
After 120 or 15 to 30 minutes the area is measured again and a shrinkage of the area of 1 to 4% is observed for the sheet treated according to the method, while an untreated sheet shows, for example , a surface shrinkage of 28%. It is also possible to combine the casting operation with the reduction in shrinkage, by heating to a high temperature the film which is still on the casting support, for example a drum. In this embodiment, the film must be sealed to the point that it no longer adheres too strongly to the support. It is also preferable to adopt for this emotion, which is more unilateral, a higher temperature, for example 200 C.
With regard to the sheets taken from the melt, the degree of the shrinkage is significantly greater, and the shrinkage decrease is required, if necessary, in a graduated manner. Depending on whether the sheets are elongated on one side and on all sides, the shrinkage effect is particularly great in one or more directions.
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Depending on the properties required, for the construction of electrical conductors, transformers, capacitors, etc., shrink-free sheets obtained by means of the most diverse products of a high degree of polymerization, of products, will be adopted. of single and mixed vinyl polymerizations, of polyvinyl chlorides, of polyvinyl acetates, of polystyrene and also of polyderivatives of maleic acid and their mixed polymerization products. Likewise, sheets of cellulose derivatives of all kinds can be used.
While thermoplastic cellulose derivatives, such as, for example, ethyl cellulose or benzyl cellulose and their ethers-esters, aliphatic cellulose esters with 4 C atoms and more, and their mixed esters, undergo, depending on their mode of formation at the state of sheets, a considerable shrinkage which must be removed, depending on the case, in several stages, the sheets of cellulose triacetate or of cellulose tripropionate or of cellulose acetates soluble in acetone and free from softening, frequently show less shrinkage, which is often only 5-10%, but the removal of which nevertheless exerts a notable influence on the angle of loss.
In the construction of cables, transformers, winding capacitors, etc., care must be taken that the sheets are not extended again, otherwise they would obviously receive a new shrinkage during heating.