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PERFEdrrIIoN.,ENTS A L'ISOljEMENT DES CONDUCTE:JRS ELECTRI2I S.
La présente invention concerne des conducteurs électriques isolés nouveaux et leur méthode de fabrication. Les conducteurs visés ici comportent une âme métallique conductrice) isolée par une gaine extérieure en résine synthétique, et une gaine intérieure à base d'un organopolysiloxane ( que pour abréger on appellera ci-dessous polysiloxane) durcissable par traitement thermique. Entre ces deux gaines est disposée une substance non conductrice pulvérulente, de préférence hydrofuge, pouvant être en contact avec les gaines exter-
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ne et interne.
L'un des objets de l'invention consiste à fabriquer un con- ducteur métallique isolé tel qu'un fil ou une barre de cuivre résis- tant convenablement à la chaleur, à l'abrasion et aux attaques chi- miques. En outre, l'invention permet le mouillage des polysiloxanes par les autres matériaux résineux en améliorant l'adhérence du revê- tement de résine synthétique à celui du polysiloxane initialement appliqué au conducteur. On fabrique ainsi un conducteur de cuivre dont la gaine intérieure de polysiloxane résiste à la chaleur, et dont la gaine extérieure en acétal polyvinylique) modifié ou non, adhère fortement au revêtement sousjacent et donne toutes garanties contre l'abrasion.
La résine polysiloxane est plac3e directement sur l'âme de cui- vre, en conformité avec l'une des formes les plus caractéristiques de l'invention, que l'on comprendra mieux par la description qui suit et par l'examen des dessins annexés, savoir: - la figure 1 est une vue longitudinale, partie en coupe, d'un conducteur isolé; - la figure 2, une section droite.
On voit en 1 un conducteur revêtu d'une gaine de polysiloxane jouant le rôle d'élément résistant à la chaleur. Sur cette gaine,on applique une poudre isolante 3, et sur cette dernière couche, la ré- sine synthétique 4.
Les résines polysiloxanes à substituants hydrocarbonés com- portant des variétés thermoplastiques et d'autres thermodurcissables résistant à la chaleur de façon marquée et conviennent tout particu- lièrement à l'isolement aes conducteurs électriques devant fonction- ner à température assez élevée. Toutefois, des difficultés sont ap- parues au cours des essais des polysiloxanes comme isolants, du fait de leur faible résistance à l'abrasion. On a donc tenté de les pro- teger d'une gaine extérieure en résines synthétiques differentes et résistant mieux à l'abrasion, mais sans succès: il n'avait pas été possible d'obliger les résines organiques usuelles à mouiller le polysiloxane suffisamment pour réaliser une couche extérieure homogè- ne, continue et très adhérente.
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Le terme " mouiller" désigne ici l'aptitude d'un conducteur revêtu, de polysiloxane à conserver un enduit extérieur complémentai- re homogène, adhérent et lisse après immersion dans un bain d'une 'autre résiné synthétiqua dissoute. Généralement, les revêtements de polysiloxanes ne sont pas mouillés par les autres résines synthé- tiques, car ces dernières, en solution ou liquéfiées par la chaleur, laissent sur la surface de polysiloxane des zones dénudées.
On a constaté que les conducteurs de cuivre revêtus d'une couche de polysiloxanes ( par exemple susceptibles de faire prise par cuisson, ç'est-à-dire dont on peut, sous l'action de la chaleur, accroître'le degré de condensation en les rendant pratiquement inso- lubles et infusibles), peuvent être par la suite revêtus de vernis organiques contenant d'autres résines synthétiques isolantes, de façon à obtenir des surfaces ayant une résistance mécanique élevée, irréa- lisable avec les polysiloxanes seuls.
Elle a constaté également.que l'on peut revêtir le polysiloxane d'un vernis organique en pellicules qui se comportent comme si¯elles mouillaient effectivement le poly- siloxane, pour constituer une gaine extérieure continue, homogène., lisse et adhérente. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat en revêtant tout d'abord de polysiloxane le cuivre, en appliquant ensuite une couche homogène d'une matière non conductrice pulvérulen- te, et ajoutant enfin un revêtement extérieur adhésif de résine syn- thétique. La poudre présente sur le polysiloxane sert de fixateur à l'égard du revêtement externe en résine synthétique.
La poudre non conductrice utilisable est de préférence une poudre minérale, par exemple siliceuse, sous forme de mica, de silex, de talc, dé silice, de verre pilé, etc...
Bien qu'on puisse utiliser toute substance pulvérulente, les matières minérales non conductrices ont les avantages d'être pratique- ment insolubles dans l'eau et non hygroscopiques.
La!gaine extérieure peut être constituée par toutes résines synthétiques usuelles, surtout celles qui sont tenaces, souples et résistantes à l'abrasion. On peut mentionner comme exemples celles du
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type thermoplastique, telles que les acétals polyvinyliques, modi- fiés ou non, les butyrals ou les formals polyvinyliques; les éthers et esters de cellulose, tels que l'éthyl-cellulose, l'ace@ate de cel- lulose, l'acéto-butyrate de cellulose, etc..; les résiner de super- polyamides dites généralement " nylon " ; les polyéthylènes,etc- ;
les résines aptes potentiellement à faire prise ou à durcir par la chaleur, par exemple, les acétals polyvinyliques modifiés;, les formals polyvinyliquesmodifiés par des résines thermodurcissab@es, telles que les produits de condensation phénol-aldéhydiques, crésol- aldé- hydiques, etc- ; les résines superpolyamides modifiées par des résines thermodurcissables ( par exemple les produits de condensation des phénols ou crésols avec les aldéhydes) ; les résines phénol- aldéhydes modifiées par des résines alkyd non saturées;
les produits de condensation des phénols et aldéhydes modifiés par diverses hui- les, par exemple des huiles siccatives compatibles ( huile de lin, huile de bois de Chine, etc*); des résines mélamine-aldéhyde modi- fiées,notamment des types alkyd-mélamine-aldéhyde, modifiées par des huiles siccatives ou non-
Les polysiloxanes utilisés pour constituer la gaine interne peuvent être classés en deux catégories, les thermoplastiques et les potentiellement aptes à faire prise, ou thermodurcissables* Un notera toutefois que dans bien des cas, la démarcation est indistinc- te,puisqu'il suffit de chauffer suffisamment pou- convertir un polysiloxane thermoplastique en thermodurcissable*
Un choisit pour la gaine interne, un type de polysiloxane ayant en moyenne de 1 à 2,
de préférence 1,2 à 1,8 groupes hydro- carbonés par atome de silicium- Autrement dit, les résines organi- ques polysiloxanes peuvent être considéras comme des dérivés organi- ques de l'acide ortho-silicique. Les monomères peuvent être consi- dérés comme acides ortho-siliciques dont un ou plusieurs groupes hydroxyles seraient remplacés par des radicaux organiques, tels que les radicaux, alcoyles, aryles, aralcoyles, alcaryles, etc. et sont'' préparés par hydrolyse d'halogénures organosiliniques.
-près déshydratation de @es monomères, la polycondensation se 'produit, qui permet l'obtention de résines à divers degrés de dureté.Ces résines peuvent tre condensées davantage sous l'action de tempéra-
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tures élevées avec ou sans catalyseur, pour fournir des produits insolu- bles, infusibles, ou encore des produits tenaces et thermoplastiques.
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Suivant les'modes (de PÓalio:
.1tionJpréférés de réalisation de
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l'invention et considérant les résines organo-polysiloxanes (résines d'organosïlicohes) comme dérivés de l'acide orthosilicique, on choisit ces résines telles qu'en moyenne environ 1 à 2, et de préférence 1,2 à 1,3 groupes hydrocarbonés tels que méthyle, éthyle, phényle, benzyle tolyle, ou' la totalité de tous ces groupes (par exemple méthyles et
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phényles) ont substitués dans l'acide orthosilicique.
Si on substitue en moyennl' / ius de 1,5 groupe hydrocarboné dans l'acide ortho-silicique, les résinas'résultantes ont tendance à être plus tenanes et plus ther-
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moplastiqujes que celles dans lesquelles le nombre de substituants est, en moyenne plus faible ;
cependant les résines dans lesquelles la moyenne
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du nombre ij /dÔs groupes hydrocarbonés est inférieure à 1,5j par exemple environ enite )Q,5 et 1,3 ou 1,4 peuvent être condensées à l'état à peu près insoluble et infusible,
Chacune des gaines isolantes intérieure et extérieure-peut être
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appliquée l'par 'des Iééthodes. aujourd'hui bien connues des techniciens. par exemple la résine polysiloxane peut être dissoute dans un sovant approprié, un hydrocarbure par exemple, tel que le toluène, ou bien dans un.hydrocarbure associé à un autre solvant, notamment le toluène et le n-butanol. Le conducteur de cuivre est alors immergé dans la solution de la résine polysiloxane, ou bien il la traverse d'un mouve- ment continu.
A cette phase des opérations la pellicule résineuse appliquéelsur le conducteur peut être rendue moins collante en faisant dépasser le conducteur revêtu pendant un temps relativement court, dans une enceinte chauffée, maintenue à une température d'environ 150 à 450?,C. au rnaximum. Ce traitement thermique élimine une partie des solvants résiduels, permet une meilleure adhérence, de la substance
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pulvénulepte à la résine polysiloxane, et empêche la pénétration en profondeur de cette poudre, qui reste bien à la surface de la résine
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polysiloxane.
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Le conducteur ainsi recouvert de résine polysiloxane peut tre amené dans une enceinte à pulvérisateur, où il se recouvre de toute poudre choisie, celle-ci pouvant être appliquée par soufflage à l'aide d'une machine appropriée ou appliquée à l'aide d'un tissu contenant la poudre à l'état sec.
Le conducteur ainsi saupoudré est alors déplacé à température non uniforme, de façon à passer dans une enceinte de 50 environ à 400 C environ, par exemple, ce qui élimine le solvant résiduel, et condense la résine polysiloxane au degré voulu, tout en fixant solidement la poudre à la surface ue cete gaine de résine*
Le conducteur est ensuite amené dans un réservoir contenant une solution de la résine synthétique isolante utilisée pour constituer la gaine externe* La nature de cette solution dépend d'un certain nombre de facteurs, par exemple du type de la résine synthétique employée, du type de solvant, de l'épaisseur de la pellicule à dé- poser sur le Conducteur revêtu de poudre,etc, ette opération étant effectuée,
le conducteur revêtu passe dans une étuve dont la tempé- rature varie graduellement entre 100 et 350 C environ. Par ce trai- tement final toutes les traces de solvant sont éliminées des résines constituant les gaines interne et externe, et, de plus, ces résines passent à l'état infusible et insoluble.
Le traitement d'@vaporation du solvant de la résine polysilo- xane et de condensation complémentaire de celle-ci est décrit ailleurs, On peut de plus revêtir au préalable le conducteur de cuivre nu avec une couche de métal difficilement oxydable, comme le cadmium ou le chrome, qui regoit alors le revêtement de résine polysiloxane. On obtient ainsi des conducteurs isolés résistant remarquablement à la chaleur, bien à l'abrasion, utilisables à des températures élevées, sans risquer de les voir se peler ou se craqueler.
La nature de la poudre pratiquement non isolante utilisée con- formément à l'invention n'est pas critique; on préfère toutefois qu'elle soit minérale et, de préférence, siliceuse. Les conducteurs de cuivre isolés, préparésconformément à l'invention,, et ,dans les- quels on introduit des corps siliceux à l'état pulvérulent, de préfé-
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rence de la poudre de mica, ont une excellente résistance à l'abrasion, et de très bonnes propriétés électriques* Les surfaces de tels conducteurs ne se détériorent pas, même quand, ils sont portés longtemps à température élevée.
La raison pour laquelle le revête- ment des conducteurs ainsi isolés ne se plisse pas au cours de lon- gues périodes d'utilisation, semble être la protection offerte à la couche interne de polysiloxane par la gaine extérieure qui, en effets protège la couche molle de polysiloxane au début de la mise en service, tant qu'elle n'a pas suffisamment durci. La prati- que de l'invention a d'ailleurs mis en évidence un avantage supplé- mentaire: on peut obtenir des conducteurs plus souples, quand la résine polysiloxane est initialement appliquée dans un état incom- plet de durcissement pour lequel elle est beaucoup moins raide qu'au stade final..Sous la protection de la gaine extérieure, la résine polysiloxane peut faire prise totale lentement en service et sans ranger.
Le conducteur est donc initialement très souple, condition qui n'est plus nécessaire'une fois qu'on l'a mis en place.
L'épaisseur de la couche de matière pulvérulente sur la résine polysiloxane peut varier selon l'épaisseur des particules par exem- ple. On préfère généralement utiliser une poudre passant en entier au tamis n 100 ou 200. Si on l'applique convenablement, l'épaisseur de cette couche pulvérulente devra être limitée à environ une seule épaisseur de particules.
Pour permettre aux techniciens de mieux comprendre l'invention, on donnera'maintenant un certain nombre d'exemples nullement limi- tatifs. Les proportions sont en poids.
Exemple 1.
On trempe un mince ruban de cuivre d'environ 0,13 mm. dans une solution de résine méthyl- et phényl-polysiloxane, dans le toluène, ayant environ, 1,7 groupes hydrocarbonés ( méthyle plus phényle liés aux atomes de silicium) par atome de silicium. On chauffe le ruban de cuivre pendant peu de temps vers 275 C pour éliminer une certaine quantité du! splvent. Cette couche poisseuse est saupoudrée de mica broyé et passée au tamis N 200 au moyen d'une. houppette. On soumet
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ensuite le conducteur à un courant d'air pour éliminer la poudre de mica en e@cès, et il subsiste à peu près une seule couche a@nerant fortement à la résine polysiloxane.
L'ensemble est ensuite revêtu d'une co che de résine l'ormalpoly- vinylique modifiée par un produit de condensation crésol.'formaldéhyde en trempant le ruban dans la solution suivante de cette résine :
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<tb> Matières <SEP> Parties
<tb>
<tb> Résine <SEP> formalpolyvinylique <SEP> ....................... <SEP> 100'
<tb>
<tb>
<tb> Produit <SEP> de <SEP> condensation <SEP> crésol-formaldéhyde....... <SEP> 50.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Acide <SEP> cresylique <SEP> ................................. <SEP> 300
<tb>
<tb> Solvent <SEP> Naphta <SEP> ................................... <SEP> 300
<tb>
Le ruban ainsi revêtu'de la résine polyvinyle adhérant fortement à la résine polysiloxane a une surface lisse, cohérente et continue.
On le sèche alors à 160 C pendant une demi-heure dans une étuve, et ensuite 10 minutesà 200 C. Ce traitement final élimine prati- quement tout le solvant résiduel et assure le vieillissement des deux résines ( gaine intérieure et gaine extérieure).Ce ruban ainsi traité est dur en sur'Lace; il résiste parfaitement à 1 abrasion et peut être courbé sur lui-même sans danger pour l'enduit.
Un ruban de cuivre revêtu de la même résine polysiloxane, non saupoudré mica ou d'autre poudre et non revêtu de la résine formal- polyvinylique, chauffé à 200 C. pendant 10 minutes, garde une sur- face peu résistante à l'abrasion, facile à rayer par l'ongle. Bien qu'il soit possible d'obtnir une surface dure par cuisscn à 300 C pendant 8 heures, 1'échantillon ne peut être plié sur lui-même sans qu'apparaissent des craquelures. En l'absence de couche pulvérulente, il estimpossible d'obtenir l'adhérence d'une résine quelconque à la résine polysiloxane.
L'utilisation de la résine méthylpolysiloxane thermodurcissable (contenant environ 1,5 groupe méthyle pa atome de silicium) en rem- placement du méthyl-phényl polysiloxane utilisé ci-dassus' conduit à des résultats semblables. On peut remplacer le mica par du talc fine- ment divisé pour faire adhérer la résine formalpolyvinylique modifiée par le produit de condensation crésol-for@aldéhyde, une fois effectué le revêtement à la résine polysiloxane.
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Exemple 2.
On plonge un fil de cuivre dans une résine méthylphénylpolysi- texane, identique à celle de l'exemple 1. On chauffe le fil de cui- vre pendant 16 heures à 160 C, et pendant qu'il est encore chaud, on le saupoudre de mica passé au tamis n 100, dans les mêmes condi- tions queprécédemment. On le plonge ensuite dans l'essence minérale tenant en dissolution une matière résineuse à base d'un produit de condensation de formaldéhyde avec le t-butyl phénol, modifié par l'huile delin. En l'absence de mica en poudre, on ne peut obtenir de revêtement cohérent, lisse et homogène par la résine phénolique sur la résine polysiloxane.
Exemple
On entoure une barre de cuivre ( barre omnibus par exemple) de deux epaisseurs de ruban de verre filé de 0,13 mm. d'épaisseur.On la plonge dans une solution de résine méthylpolysiloxane ( contenant en- viron 1,5 groupe méthyle par atome de silicium). On l'introduit ensuite dans une étuve chauffée à 275 C,pendant assez de temps pour rendre la résine poisseuse.On effectue ensuite par soufflage le dépôt de poudre de mica jusqu'à obtenir une couche mince et homogène sur la face externe du fil. On élimine le mica en excès en le balayant par l'air et la barre revêtue de mica est alors immergée dans une so- lution de résine cresol-formaldéhyde modifiée par l'huile de bois de Chine.
La pellicule déposée sur la face externe du.barreau ainsi trai-. té est uniforme, unie, homogène, et adhérente.
Quand on essaie de revêtir une barre d'une couche de la résine crésol-formaldéhyde modifiée par l'huile, cette barre ayant été préparée comme précédemment, sauf suppression de. la couche de mica, on ne peut obtenir de couche unie, continue et uniforme.La première barre précité, celle revêtue de poudre de mica, chauffée ensuite à 160 C pendant environ une demi-heure se trouve alors protégée par une couche dure, résistant à l'abrasion, bien stable à la chaleur.
La barrel.à la poudre de mica, protégée par le revêtement homogène adhérent et, continu, du produit de condensation du crésol modifié par
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l'huile, a été sounise aux essais de résistance à l'abrasion, en la soumettant à l'action d'une surface abrasive revêtue de carbure de tungstène sous une charge d'environ 1 kg.
La barre frotte sur la surface abrasive tournant à une vitesse uniforme,et l'on note le nombre total de tours qui a déterminé l'usure des revêtements externe et interne de la barre. A titre de contrôle, on a plonge une barre de cuivre dans la même resine polysiloxane, puis on l' a chauffé pendant 16 heures à 200 C.La barre de cuivre, revêtue de poudre de mica et de la résine crésol-formaldéhyde modifiée par l'huile exige
3850 to@rs de la pièce abrasive avant de dénuder la surface du cuivre; le barreau revêtu de la seule résine polysiloxane est dénudé après seulement 1440 tours.
On conçoit que l'invention ne soit nullement limitée aux résines polysiloxanes à substitutions hydrocarburées citées ou aux résines organiques particulières utilisées comme protecteurs externes.. On en a énuméré ci-dessus un nombre suffisant pour démontrer en toute générali- té les possibilités techniques de l'invention.