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Composés flexibles à base de mica
Cette invention concerne les matières isolantes, et en particulier, les lamelles de mica associées à un liant.
L'industrie électrique a besoin de matières isolantes comprenant des lamelles de mica et un élément flexible ne durcissant pas avec le temps, de façon que la matière isolante reste pratiquement flexible sans qu'il y ait durcissement avec le temps, aussi bien lors du stockage de la matière que lors de l'utilisation ultérieure. Les isolants flexibles à base de mica conviennent spécialement à la fabrication de bandelettes et rubans. De plus, le mica, lié à un élément toujours flexible peut, lorsqu'il est appliqué sur des pièces, répartir les efforts mécaniques mieux qu'un isolant rigide et résiste donc
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mieux aux sollicitations physiques. En outre, avec un isolant de mica flexible,on évite la fissuration, les ondulations, la contraction et autres phénomènes semblables inhérents à certains isolants de mica rigides en mica.
D'invention produit un isolant de mica relativement flexible, au moyen d'un liant comprenant du goudron de pin ayant subi un traitement thermique.
L'invention a aussi comme caractéristique le traitement thermique de goudron de pin pour la préparation d'une compo- sition adhésive convenant particulièrement comme liant pour le mica.
L'invention ressortira clairement de la description détaillée suivante de plusieurs formes d'exécution, repré- sentées à titre d'exemple dans le dessin annexé.
La. figure 1 est une vue agrandie d'une coupe verticale d'un isolant de mica;
La figure 2 est une vue agrandie d'une coupe verticale d'une variante ;
La. figure 3 est une vue agrandie d'une coupe verticale d'une autre variante; et
La figure 4 est une vue en perspective d'une encoche d'induit.
L'invention repose sur la constatation que l'on peut obtenir un isolant de mica ayant une flexibilité pratiquement permanente, en liant du mica au moyen de goudron de pin ayant subi un traitement thermique. Un tel goudron de pin est produit par la distillation complète de bois de pin donnant un mélange de diverses matières volatiles; ce mélange, subis- sant ensuite un raffinage donne comme dernière matière vola- tile, le goudron de pin. Celui-ci distille entre 200 C et
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400 C suivant le procédé employé. Le poids spécifique du goudron de pin varie entre 1,03 et 1,07.
Ce produit peut être défini comme étant du goudron de pin brut, puisqu'il consiste en une composition variable, d'odeur caractéristique, comprenant des constituants bitumineux, des huiles légères et d'autres ingrédients volatils. Le goudron de pin brut commercial ne convient pas comme liant pour le mica. Il ne fait pas adhérer les lamelles de mica entre elles. Des lamelles de mica traitées avec du goudron de pin brut se détachent les unes des autres. Le goudron de pin brut ne convient pas pour d'autres raisons encore, telles que sa composition'variable et ses carac- téristiques électriques irrégulières.
On a trouvé qu'un traitement thermique du goudron de pin brut à une température de l'ordre de 225 C, de préférence entre 200 C et 250 C, pendant 3 à 8 heures, lui fait perdre environ un tiers de son poids en huiles et 'autres matières volatiles, la matière restante formant un corps plus homogène qui possède des caractéristiques nouvelles et insoupçonnées d'adhérer parfaitement aux lamelles de mica: Le traiteraent thermique de cette matière à une température notablement plus élevée, telle que 300 C, rend le goudron de pin de nouveau inutilisable par décomposition pyrolitique. Le traitement thermique transforme complètement les propriétés du goudron de pin en ce qui concerne l'adhérence au mica et les carac- téristiques d'isolement électrique.
De plus, ce traitement thermique rend le goudron de pin beaucoup plus stable de sorte qu'il ne se détériore ni ne durcit en vieillissant et conserve pratiquement une flexibilité permanente. Il n'est, en outre, plus soluble dans les huiles, telles que l'huile de transfor- mateur. Ci-après, le terme "goudron de pin ayant subi un traitement thermique" est employé pour le goudron de pin brut
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ayant subi un traitement thermique à la température susmention- née pendant un temps suffisant pour éliminer toutes les huiles et autres matières volatiles. Le traitement thermique se fait à l'air libre. Si 1'on utilise des récipients fermés raccordés à. une pompe à vide, on obtient le même produit en un temps moindre ou à des températures plus basses.
A titre d'exemple,un goudron de pin moyennement distillé a été traité à 225 C pendant 6 heures. Pendant ce temps, il a perdu environ 35% de son poids en huiles et autres matières volatiles. La viscosité du goudron de pin, après traitement thermiqueétait de l'odre de 40 à 70 poises.Un produit ayant, après traitement thermique, une viscosité entre 10 et 100 poises peut convenir à la réalisation de l'invention.
Le goudron de pin fortement distillée après quatre heures à 225 C, convient comme liant pour le mica après avoir perdu moins de 30% en poids de matières volatiles. Le goudron de pin faiblement distillé contient le plus de ma- tières volatiles et demande donc le traitement thermique le plus long.
Le goudron de pin, après traitement thermique, est dissous dans un solvant volatil de façon à produire une solution de concentration entre 15% et 50% suivant les exigences. Une solution à 35% de goudron de pin traité thermiquement, dans de l'alcool éthylique, a donné de très bons résultats pour le traitement des lamelles de mica. D'au- tres solvants convenables sont l'acétone, le toluène et,le xylène. On peut employer également des mélanges de solvants.
Pour traiter des lamelles de mica appliquées sur un fond de papier ou d'étoffe, des solutions contenant 40 à 50% de goudron de pin traité thermiquement se sont montrées avanta- geuses, ces solutions imprégnant l'étoffe ou le papier,et
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, et -le goudron de pin traité thermiquement remplit mieux que les interstices/des solutions plus diluées.
Pour préparer une feuille composée uniquement de la- melles de mica et d'adhésif de goudron de pin traité thermiquement, le procédé suivant s'est avéré satisfaisant. On laisse tomber de haut des lamelles de mica sur une grille mobile, de façon que les lamelles soient réparties uniformément sur la grille mobile en une couche d'environ dix millièmes de pouce (0,25 mm) d'épaisseur, au moyen d'un appareil courant bien connu. Les lamelles de mica sont ensuite aspergées d'une solution de 35% de goudron de pin traité thermiquement, dans de l'alcool éthy- lique. De cette manière on applique approximativement 15 parties en poids de goudron de pin traité thermiquement à
85 parties en poids de lamelles de mica.
Cet isolant est ensuite mis au four et chauffé pendant quelques minutes à une tempéra- ture d'environ 100 C, pour évaporer le solvant consistant en alcool éthylique. Deux couches d'isolant de mica séché sont superposées et cet empilage est garni sur chacune de ses faces de lamelles de mica sec non traité pour empêcher le collage.
L'empilage est ensuite soumis à une compression d'environ 5 livres par pouce carré (0,35 kg/cm) dans une presse chauffée à la température de 140 C pendant dix minutes. On produit ainsi une feuille d'isolant de mica d'une épaisseur de vingt millièmes de pouce (0,5 mm). Cette feuille s'est avérée très flexible et très homogène par l'adhérence due au goudron de pin traité thermiquement. Il faut appliquer avec les doigts une pression importante pour que les lamelles de mica de la feuille glissent les unes sur les autres.
La figure 1 du dessin montre une coupe verticale agrandie d'une feuille .d'isolant de mica 10 préparé de cettemanière et comprenant les lamelles 1
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de mica 12 liées par le goudron de pin 14 traite thermiquement.
En soumettant cette feuille à des essais standards, on. a trouvé des propriétés électriques suivantes :
Contrainte diélectrique courte : 290 kilovolts/cm.
736 volts/millième de pouce.
Résistance d'isolement : infinité de mégohms
Résistance à l'arc : 184 secondes.
Facteur de puissance en % :
EMI6.1
<tb> 25 C <SEP> 50 C <SEP> 100 C
<tb>
<tb> 1.000 <SEP> volts <SEP> 2,53 <SEP> 3,20 <SEP> 12,53
<tb>
<tb> 1.500 <SEP> " <SEP> 2,20 <SEP> 3,10 <SEP> 12,53
<tb>
<tb> 2.000 <SEP> " <SEP> 1,93 <SEP> 3,23 <SEP> 13,10
<tb>
Pour obtenir uh isola.nt au mica ayant plus de raideur que celui réalisé au moyen, du goudron de pin traité
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t4ermiQuement seul, sans toutefois être rigide, on peut du poids ajouter jusqu'à 10%/de goudron de pin, un durcisseur choisi dans le groupe comprenant la gomme laque, les résines d'alkydes et le résidu du bitume de bois de pin soumis à 1-'extraction par un solvant.
Ce dernier résidu se trouve dans le commerce sous le nom de "Vinsol". Des exemples de résines
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c'al'ydes convenables sont le glycrol-phtalate, le glycol- maléate et le pentaerythritmaléate-phtalate. Lorsqu'on ajoute environ 5% d'un de ces durcisseurs, l'isolant de,mica produit ainsi est nettement plus rigide tout en restant bien flexible. Il faut appliquer avec les doigts une pression à peu près double pour faire glisser les lamelles de mica les unes sur les autres, par rapport à la pression nécessaire pour faire
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glisser les micas liés seulement par du goudron de pin traité thermiquement.
. Une feuille épaisse de vingt millièmes de pouce (0,5 mm) composée de lamelles de mica liées par 15% en poids d'une composition ayant 95% en poids de goudron de pin traité et 5% de résine "Vinsol" à l'essai, a donné les résultats sui- vants:
Courte contrainte diélectrique : 287 Kilovolts/cm2
730 volts/millième de pouce.
Résistance d'isolement : infinité de mégohms.
Résistance à l'arc : 210 secondes.
Facteur de puissance en % :
EMI7.1
<tb> 25 C <SEP> 50 C <SEP> 100 C
<tb>
<tb> 1. <SEP> 000 <SEP> volts <SEP> 2,30 <SEP> 2,60 <SEP> 8,07
<tb>
<tb> 1. <SEP> 500 <SEP> volts <SEP> 1.93 <SEP> 2,60 <SEP> 8,13
<tb>
<tb> 2.000 <SEP> volts <SEP> 1,83 <SEP> 2,60 <SEP> 8,33
<tb>
Dans la préparation de fines bandelettes et de rubans minces avec de l'isolant de mica lié par du goudron de pin traité thermiquement, il est bon d'employer un fond de matière fibreuse pour assurer la résistance à l'abrasion et à la desquamation, particulièrement dans la production de matières extrêmement minces d'une épaisseur de l'ordre de quatre millièmes de pouce (0,1 mm). Des matières de renforcement fi- breuses convenables sont le papier de cordes, le papier à ciment, le cambric, le tissu de fibres de verre, le papier d'asbeste et la toile d'asbeste.
Un ruban en mica flexible se prépare comme suit :
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Dans l'exemple de la figure 2 du dessin,l'isolant 20 comprend un papier de, cordes 22 d'une épaisseur d'un millième de pouce (0,025 mm) recouvert d'une couche 24 épaisse de deux millièmes de pouce (0,05 mm)de lamelles de mica 26, ces la- ;elles étant ensuite aspergées d'une solution à 40% de goudron de pin traité thermiquement seul ou avec une petite quantité de durcisseur, comme dit ci-dessus. 28 désigne le liant présent dans l'isolant après séchage. Après que le solvant a été évaporée une feuille 30 épaisse d'un millième de pouce (0,025 mm) de papier de cordes semblable à la feuille inférieure 22 est ap- pliquée sur les lamelles de mica.
En comprimant à une pression d'environ 5 livres par pouce carré (0,35 kg/cm2) et en appli- quant un traitement thermique, pendant la compression., à une température de l'ordre de 125 C pendant quelques minutes, on obtient une matière 20 extrêmement flexible. La feuille iso- lante ainsi produite peut être coupée en bandelettes de largeur convenable quelconque. Ces bandelettes ont été stockées pendant, un an sans qu'il y ait eu de changement appréciable dans la flexibilité.
La figure 3 représente une autre forme d'isolant complexe 32 comprenant une couche de lamelles de mica 34 liées par du goudron de pin traité thermiquement 36 et des couches inférieu- re et supérieure de toile de verre 38 et 40.
Comme le montre la figure 4., un'fourreau pour encoche d'induit 50 peut être fabriqué en combinant une armature extérieu- re 52 de papier fort (fish paper) et les lamelles de mica en une couche 54 d'épaisseur convenable et en imprégnant les la- .^.?elles de mica de goudron de pin traité thermiquement, en ajoutant de préférence de 5% à 10% d'un des durcisseurs sus- mentionnés. Après séchage de la matière composée à une tempéra-
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ture d'environ 100 C, les lamelles de mica peuvent être re- couvertes d'une mince toile de fibres de verre 56 contre le frottement.
La matière composée peut être comprimée, dans une presse chauffée, à 10 livres par pouce carré (0,7 kg/cm2) à une température d'environ 150 C pendant quelques minutes.
La matière, une fois comprimée, peut être coupée et façonnée en fourreaux 50 pour encoches d'induits. Le papier fort 52 constitue une armature relativement rigide qui permet de glisser facilement les fourreaux dans les encoches d'induits de moteurs et génératrices. La toile de verre 56 permet d'introduire facilement les bobinages dans les encoches sans endommager ni faire glisser les lamelles de mica. Le liant flexible du goudron de pin traité thermiquement s'accommode de l'allongement étudie la contraction des conducteurs de la dynamo en cours de service. Les fourreaux d'encoches ne deviennent pas rigides grâce à la flexibilité permanente du goudron de pin traité thermiquement.
Le but poursuivi en comprimant l'isolant'de mica lié au goudron de pin traité thermiquement, est d'assurer une bonne solidité. La presse est chauffée dans le but de dimi- nuer la,viscosité du liant de goudron de pin de façon qu'il se répartisse uniformément sous des pressions modérées de l'ordre de quelques livres par pouce carré (fractions d'un kg/cm2). On peut utiliser évidemment des pressions plus éle- vées, mais elles ne sont pas critiques.
On peut préparer de nombreuses formes d'isolants com- prenant les lamelles de mica et le liant de goudron de pin traité thermiquement suivant l'invention. On peut fabri- quer des isolants à lamelles de mica avec diverses matières de renforcement et de soutien en utilisant le liant de goudron de pin traité thermiquement.