<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX MATERIAUX ISOLANTS ELECTRIQUES.
L'invention se rapporte à des matériaux isolants au point de vue électrique et, plus particulièrement, à un procédé pour l'im- prégnation de matériaux fibreux organiques, tels que le papier avec du polystyrolène. Le polystyrolène est commercialement utili- sé sous la forme d'un solide de haut poids moléculaire. Il n'est pas pratique d'imprégner une base fibreuse organique directement avéc un tel polystyrolène, parce que, bien qu'il se ramollisse avec l'augmentation de la température et qu'il puisse être rendu fluide, sa viscosité ne tombe pas suffisamment bas pour obtenir une imprégnation suffisante de matériaux fibreux jusqu'à ce qu'on at- teigne une température telle que la résistance du matériau fibreux organique serait rapidement détruite.
Des tentatives ont été faites pour imprégner une base fibreuse organique avec du polystyrolène, par imprégnation avec une solution de polystyrolène dans un solvant volatil, le solvant étant ulté-
<Desc/Clms Page number 2>
rieurement évaporé. Le produit obtenu n'est pas satisfaisant au point de vue de l'isolement électrique, puisque ,des rétrécissements non uniformes de la base fibreuse et une imprégnation non uniforme en résultent, des vides se produisent qui sont une source de cla- quages de l'isolement. Les seuls procédés jusqu'ici trouvés satis- faisants pour des buts d'isolement électrique ont été deux qui com- prennent l'imprégnation de la base fibreuse avec du monostyrolène qui est alors polymérisé sur, et dans, la base fibreuse.
L'objet de la présente invention est de fournir un procédé d'imprégnation d'une base fibreuse organique avec du polystyrolène qui fournit des isolants électriques satisfaisants et est plus ra- pide et plus économique que le procédé mentionné ci-dessus.
D'après une caractéristique de la présente invention, un procédé pour l'imprégnation d'un matériau fibreux organique avec du polystyrolène ou du polystyrolène plastifié, comprend l'imprég- nation du matériau à une température élevée n'excédant pas 250 C avec un mélange contenant du polystyrolène qui a,/cette température une viscosité suffisamment basse pour permettre la dite imprégna- tion et traiter le dit matériau, de manière telle que par refroidis- sement à la température ambiante la viscosité de l'imprégnant dans le matériau, soit pratiquement supérieure à 106poises.
Le maté- riau fibreux peut être imprégné par friction, laminage à chaud, ou imprégnation dans le vide, et la température à laquelle l'imprégna- tion se produit est fonction du temps nécessaire pour que l'imprég- nation se produise, puisque, une base organique fibreuse peut sup- porter pendant une courte période de temps , une température qui, appliquée pendant un temps plus long, pourrait causer des dommages au matériau fibreux.
La température dépend aussi dans une faible mesure de la nature du matériau organique fibreux, puisque certains matériaux sont plus susceptibles d'être endommagés que d'autres par la cha- leur. Elle dépend, dans une plus grande mesure, de la porosité du matériau, par exemple, du tissage plus ou moins serré d'un ruban de
<Desc/Clms Page number 3>
coton puisse le temps nécessaire pour l'imprégnation dépend de ce facteur.
La méthode la plus rapide qui peut fournir une imprégnation uniforme est la friction avec des rouleaux chauds et il peut être pris comme base que la période de temps limite pour ce procédé à 250 0 est 1 seconde. Cette période est le temps durant lequel le matériau fibreux organique est exposé une température de 250 0 et peut être prise comme le temps durant lequel une longueur égale à d/5 ( ou d est le diamètre de l'un des deux rouleaux égaux emplo- yés dans le procédé par friction) passe devant un repère.
La méthode à peu près la plus rapide d'imprégnation est celle du laminage à chaud sans friction et la température limite pour ce procédé peut être considérée comme étant 200 0.
Une autre méthode est celle de l'imprégnation sous vide(ou avec pression), le matériau étant sous forme de rouleaux. Cette méthode peut demander jusqu'à une semaine, la température limite pour cette période de temps étant 150 0. Le procédé faisant l'ob- jet de l'invention peut être mis en oeuvre de deux façons :
Le matériau fibreux organique peut être imprégné avec un mélange de polystyrolène et d'un plastifiant pour polystyrolène qui a une caractéristique viscosité/température rapide, de telle façon que la viscosité est sensiblement plus grande que 106poises à la température d'imprégnation qu'elle permet une imprégnation satis- faisante, auquel cas le matériau est refroidi à l'air après imprég- nation et avant d'être enroulé sous la forme sous laquelle il peut être emmagasiné, prête pour l'utilisation, ou, le matériau fibreux organique est imprégné avec une mixture de polystyrolène (avec ou sans plastifiant) et un solvant ayant un point d'ébullition qui n'est pas inférieur à la température à laquelle l'imprégnation est faite,
un tel mélange ayant une viscosité suffisamment faible à cette tem- pérature pour permettre une imprégnation satisfaisante et que l'im- prégnation ( et dans certains cas le chauffage après imprégnation) se produise dans de'telles conditions qu'une quantité suffisante de
<Desc/Clms Page number 4>
solvant soit doucement évaporée pour laisser à l'intérieur du matériau fibreux , un imprégnation qui possède une viscosité sen- siblement supérieure à 106poises à la température ambiante.
La viscosité nécessaire pour permettre une imprégnation satisfaisante dépend de la méthode employée etde la densité ou de l'épaisseur du matériau fibreux.
Pour obtenir une imprégnation satisfaisante d'un tissu épais par friction avec des rouleaux chauds pendant une seconde, la viscosité du produit imprégnant à la température d'imprégnation ne doit pas être supérieureà 10 poises. Pour avoir une imprégna- tion satisfaisante par laminage à chaud durant une période de 30 minutes, la viscosité du produit imprégnant ne doit pas être supé- rieure à 1000 poises au début du laminage à chaud.
Pour obtenir une imprégnation satisfaisante par imprégna- tion sous vide et sous pression à 150 C pendant une semaine le matériau à impregner étant sous forme de rouleau, la viscosité du produit imprégnant ne doit pas dépasser 100 poises.
L'imprégnant, à l'intérieur du matériau, d'après le procédé doit avoir une viscosité sensiblement plus grande que 106poises, pour que le matériau imprégné ne soit pas collant.
Exemple 1. - On donne ci-dessous, à titre d'exemple du procédé, par friction suivant l'invention, les caractéristiques suivantes :
Un câble de papier de faible densité (pulpe de bois de Manille) est imprégné par friction au moyen de rouleaux chauds,la température des rouleaux étant maintenue à 250 0. La substance em- ployée comme imprégnant était un mélange de 90% en poids de poly- styrolène ( de poids moléculaire voisin de 80.000)et de 10% d'alpha isoamylnaphtalène.
Un autre plastifiant pour polystyrolène qui peut être utili- sé en accord avec l'invention est l'alpha méthylstyrolène.
EXEMPLE 2. - La même qualité de papier que dans l'éxemple 1 est imprégnée par laminage à chaud sur des cylindres chauffés à 180 C avec un mélange de 60% en poids de polystyrolène( de poids molécu- laire voisin de 80.000) et de 40% d'alpha méthyl styrolène polyméri-
<Desc/Clms Page number 5>
sé ( de poids moléculaire voisin de 350). En quittant les cylin- dres chauds, le papier est immédiatement enroulé avec aussi peu de refroidissement que possible et est placé dans un four chauffé à 140 C et laisse ainsi pendant quelques heures.
EXEMPLE 3 - La'même qualité de papier que dans l'exemple 1 est imprégnée par laminage à chaud sur des cylindres chauffés à 180 C avec un mélange de 75% en poids de polystyrolène - de poids molé- culaire voisin de 80. 000 - et de 25% de diphenylmethane. La pério- de de passage sur les cylindres chauds est de 30 minutes.
EXEMPLE 4- La même qualitéde papier que dans 1'exemple 1 est im- prégnée par laminage à chaud sur des cylindres chauffés à 180 C avec un mélange de 80% en poids de polystyrolène et de 20% de 1,.1- diparatolyléthane. La période de passage sur les cylindres chauds est de 30 minutes. A titre d'exemple utilisant un solvant du poly- styrolène les deux exemples suivants de méthodes différentes de laminage à chaud sont donnés.
EXEMPLE 5 - La même qualité de papier que dans l'exemple 1 est imprégnée par laminage à chaud sur des cylindres chauffés à 180 C avec -du mélange de 60% en poids de polystyrolène ( de poids molécu- laire voisin de 80. 000), de 10% de 1.1. déparatolyléthane, et de 30% de tétralène ( tétrahydronaphtalèné). Le laminage à chaud dure 30 minutes durant lesquelles la tétraline s'évapore graduelle- ment de telle façon que finalement la proportion restant dans le mélange avec,lequel le papier est imprégné est sensiblement de moins de 30% et ne dépasse probablement pas 5%.
On doit noter que sans l'emploi d'un solvant tel que tétra- line, un mélange de polystyrolène et d'un plastifiant tel que 1.1. diparatolyléthane contenant 14% en poids de ce dernier ne peut pas donner une imprégnation satisfaisante du papier, soit par friction soit par laminage à chaud.
EXEMPLE 6 - La même qualité de papier que dans l'exemple 1 est re- couverte d'une couche d'un,mélange de 50% en poids de polystyrolène (de poids moléculaire voisin de 80. 000), de 5% d'oleate d'éthyle et de 45% de tétralène par passage dans un bain constitué par le
<Desc/Clms Page number 6>
un/ mélange maintenu à 120 C dansfour maintenu à la même température.
Le papier passe dans le bain en se déroulant d'un mandrin placé dans le four. Après le passage à travers le bain, le papier est enroulé serré sur un autre mandrin se trouvant également dans le four. La température du four estalorsaugmentée jusqu'à 140 C et le papier est déroulé d'un mandrin et enroulé sur l'autre avec une forte tension, de façon à ce qu'un rouleau très serré soit formé, la distance entre les deux mandrins étant très faible. Le procédé est répété plusieurs fois jusqu'à ce que le rouleau puisse être tout juste déroulé. On .en laisse alors sortir une longueur suffi- sante du four pour lui permettre de refroidir et on l'enroule à froid.
Le bobinage serré dans le four est équivalent à un laminage à chaud puisque la pression entre la couche interne et la couche externe du papier sur le rouleau force l'imprégnation à pénétrer dans le papier.
Ce procédé a le désavantage, comparé avec celui donné dans l'exemple 5, de n'être pas continu (bien qu'il puisse le devenir par renversement automatique de la direction d'enroulement sur un mandrin devenu vide), maisil a l'avantage que la machine utilisée est moins encombrante.
EXEMPLE 7 - Le procédé indiqué dans l'exemple 6 est appliqué avec un mélange contenant initialement 35% en poids de polystyrolène ( de poids moléculaire voisin de 80. 000) de 40% d'alpha méthylstyro- lène (de poids moléculaire voisin de 350) et de 25% de tétraline.
Dans les exemples 5,6 et 7, d'autres solvantes que la té- traline peuvent être utilisés s'ils ont un poids d'ébullition qui n'est pas inférieur à la température à laquelle le procédé est ap- pliqué. Dans ces exemples, le butylxylène tertiaire (point d'ébul- lition 207 C) peut remplacer la tétraline, ou dans les exemples 6 et 7 le xylène commercial (point d'ébullition 142 C) peut remplacer la tétraline.