<Desc/Clms Page number 1>
ISOLANT DE PAPIER ET DE MICA TRAITES.
L'invention concerne de nouveaux isolants à base de mica., adap- tés à l'isolement des conducteurs électriques, par exemple dans les bobinages de machines. Les compositions en question sort formées d'un produit micacé, par exemple en paillettes ou en papier ou ruban de mica, imprégné et enduit du mélange suivant : 1 ) un polyester acide comprenant des groupes carboxy- les libres obtenu en condensant la glycérine avec un acide ou un anhydride aliphatique dicarboxylé ayant 5 à 10 atomes de carbone; 2 ) une résine épo- xyde complexe du type éthoxyline, telle qu'elle a été décrite dans le Brevet N provisoire 403.007 demandé le 25 octobre 1952 par la Société demanderesse.
L'invention concerne également les bobinages de machines, lorsqu'ils sont iso- lés avec des compositions de ce type
Les enroulements de machines électriques devant occuper peu d'es- pace tout en étant fortement isolés, on a l'habitude de former les bobinages avec les conducteurs revêtus de leur isolement et en épaisseur convenable, puis d'envelopper les assemblages obtenus avec un isolant composite fibreux à base de paillettes de mica et d'un liant résineux. On enveloppe donc les bobinages avec un isolant micacé composite d'épaisseur prédéterminée.
On communique ensuite aux isolants électriques de ces enroule- ments les propriétés optimum grâce à une imprégnation finale par un vernis is olant Le conducteur est un métal comme le cuivre., l'aluminium., l'argent etc.. L'imprégnation comprend, en général, un premier traitement dans le vide pour éliminer l'humidité, les gaz et autres substances volatiles nui- sibles, auparavant présentes dans les enroulements, puis on applique le vernis qui, d'habitude, est une résine polymérisable ou un liant asphalti- que ou bitumeux dans un solvant volatil. Souvent, on imprègne sous pression pour faire pénétrer l'isolant dans tous les interstices du bobinage.
Si l'imprégnant est thermo-durcissable, on effectue une cuisson du bobinage et de son imprégnant de façon à vaporiser le solvant volatil et à provoquer la prise de la résine ou du vernis
<Desc/Clms Page number 2>
Si l'on ne surveille pas très soigneusement et avec un contrô- le minutieux les bobinages électriques fabriqués comme on vient de le résu- mer, ils ne sont pas totalement imprégnés par la résine isolante, ce qui laisse des vides ou des bulles gazeuses décelés par l'accroissement constant du facteur de puissance sous tensions appliquées croissantes. Si l'imprégna- tion par la résine est satisfaisante, les variations du facteur de puissance avec la tension appliquée sont déterminées par les caractéristiquès de la résine, plutôt que par celles des vides.
Même en utilisant des vernis totalement polymérisables ou soi- disant exempts de solvant, les essais ont montré que le liant résineux unis- sant les paillettes de mica et la feuille fibreuse servant d'assise à l'iso- lement composite, et enveloppant les enroulements, s'oppose fortement à la pénétration de n'importe quel vernis imprégnant. Les essais effectués mon- trent que l'emploi de rubans composites avec ou sans liant résineux, occa- sionne la majeure partie des difficultés d'imprégnation par l'isolant dans les bobines ou les enroulements, à cause de la présence du liant résineux dans l'isolement complet à l'extérieur des fils.
Beaucoup de difficultés ci-dessus se manifestent pour fabriquer les enroulements de machines électriques à insérer dans les encoches; le procédé a une grande importance et il est actuellement très complexe. Par exemple, les enroulements des grandes machines dynamo-électriques sont iso- lés par des paillettes de mica supportées par une feuille d'assise en papier cellulosique, ou d'amiante, en tissus de fibres de verre,ou d'amiante, ou analogues, avec un liant résineux, par exemple un vernis asphaltique. On enroule donc avec recouvrement partiel plusieurs couches de ruban aux pail- lettes de mica sur la barre. L'adhérence du ruban à lui-même et à la barre s'effectue grâce à la solution asphaltique dont on enduit l'enroulement élec- trique avant le premier enveloppement, puis en peignant chaque couche avant l'enveloppement suivant.
On enroule autour du bobinage isolé un ruban de protection sacrifié, par exemple en coton, puis l'assemblage est introduit dans un récipient dans lequel on fait le vide pour chasser la majeure partie du solvant encore présent. On fait alors arriver de l'asphalte fondu dans le récipient, on fait agir la pression à température élevée de façon à re- couvrir la barre enveloppée sous une pression d'environ 7 Kg/cm2. On enlè- ve ensuite la barre du récipient et on enlève le ruban de protection et l'as- phalte durci excédentaire.
Cette succession d'opérations; enroulement, mise dans le récipient, évacuation, chauffage sous pression, emploi de bitume et d'asphalte, enlè- vement du récipient et déroulement du protecteur, doit être répétée plusieurs fois pour obtenir les résultats voulus. Le nombre de tels cycles dépend, en général, de la tension à laquelle l'enroulement sera soumis: plus elle est élevée et plus les cycles nécessaires sont nombreux.
Après le cycle final, on admet que le bobinage est suffisamment isolé pour permettre son emploi dans des bobinages de machines électriques, par exemple des moteurs ou des génératrices. Chaque enroulement et cycle de traitement décrit exige environ 20 heures, d'où beaucoup de perte de temps et une technique onéreuse pour fabriquer des bobinages isolés, par exemple ceux de machines dynamo-électriques, ou les enroulements pour turbo- génératrices.
Les principaux objets de l'invention sont donc ; 1 ) de préparer un isolant micacé apte à l'emploi dans les différents types d'enroulements de machines et de conducteurs dynamo-électriques; 2 ) d'améliorer l'isolant des bobinages de machines électriques, par exemple de ceux des armatures, notamment quand ils sont utilisés dans des turbo-génératrices, de façon ef- ficace et plus rapide; 3 ) d'effectuer ces opérations en remédiant aux nom- breuses difficultés que présentent les méthodes actuelles ci-dessus rappelées; 4 ) d'améliorer la construction des appareils électriques, en particulier l'isolement des encoches de machines électriques. La description qui suit mettra en évidence d'autres objectifs de l'invention.
On a découvert que tous ces objectifs peuvent être atteints en
<Desc/Clms Page number 3>
remédiant aux difficultés de fabrication des bobines électriques isolées, ainsi que divers autres avantages, si l'on utilise des matériaux micacés imprégnés d'une combinaison spéciale de résines convenant aux bobinages des diverses machines électriques et en particulier à ceux existant -dans les armatures. A cet effet, on emploie des feuilles ou des rubans de pail- lettes de mica adhérant à une assise de papier ou de tissu, pouvant 'ou non être renforcée ensuite et qui sera désignée pour abréger, sous le nom de ma- tériau micacé.
Celui-ci est imprégné et enduit d'un mélange de deux consti- tuants : 1 ) un polyester acide renfermant des groupes carboxyles libres, et résultant de la réaction de diverses substances dont la glycérine et un acide ou anhydride aliphatique dicarboxylé ayant de 5 à 10 atomes de carbo- ne ; 2 ) une résine époxyde complexe formée d'un dérivé polyéthéré d'un com- posé organique polyhydrique renfermant des groupes époxy.
L'emploi de ce matériau micacé ainsi imprégné et revêtu apporte de grands avantages et perfectionnements à l'isolement des bobinages élec- triques tel qu'on le pratiquait auparavant. Ainsi, cette combinaison parti- culière de résines a la propriété indispensable d'être flexible à 80 C. et au-dessous, sans perdre sa tenacité aux températures supérieures. Par consé- quent, les bobinages isolés avec le matériau micacé imprégné de résine peu- vent être courbés pour s'adapter aux encoches de l'armature. Comme les rési- nes éthoxylines sont par elles-mêmes fragiles aux basses températures et peu tenaces aux températures élevées, le choix du polyester convenable est très important.
En outre, le matériau micacé décrit peut s'emploier sous for- me relativement sèche, tandis que le procédé d'application et de liaison du ruban micacé sur les barres d'armature par l'ancienne méthode comportait des solutions de bitume ou d'asphalte dont la manipulation est malaisée. De plus, le ruban micacé utilisé jusqu'ici doit être stocké dans des récipients étan- ches à l'air, pour éviter toute évaporation nuisible du solvant, précaution nécessaire pour conserver la flexibilité du ruban et en permettre l'enroule- ment de fagon satisfaisante. Au contraire, le mélange des résines, préféré dans la pratique de l'invention, quand on l'associe à l'usage du matériau micacé, ne comporte que peu ou pas de solvant résiduel ; est flexible par nature, sans nécessiter aucune addition pour le rendre tel.
Un autre avanta- ge du matériau micacé ici décrit est de n'exiger qu'un cycle d'opérations lorsqu'on isole des barres d'armature. En conséquence, la préparation com- plète n'exige qu'environ 12 à 16 heures. On rappellera ici que les méthodes antérieures utilisant le ruban micacé demandent normalement plusieurs cycles, la durée totale étant plusieurs fois plus longue.
L'isolement associé au ruban micacé employé jusqu'à présent étant thermoplastique, il se ramollit aux températures élevées, ce qui limite ses applications aux machines fonctionnant à des températures peu élevées. Par contre, les matériaux micacés imprégnés et enduits conformes à l'invention peuvent durcir par la chaleur, de sorte qu'aux températures élevées, ils sont pratiquement exempts de fluage, et leur fonctionnement reste satisfai- sant pendant de longues durées à des températures d'au moins 125 C. De plus, le produit durci reste tout-à-fait tenace jusqu'à 125 C. Enfin, les proprié- tés diélectriques du matériau micacé imprégné et enduit avec le mélange des résines ci-dessus décrites, sont meilleures que celles de la plupart des iso- lants antérieurs.
Par exemple, les isolants conformes à l'invention ont des rigidités diélectriques élevées, la constante diélectrique restant grande à des températures d'emploi avoisinant 90 C., ce qui signifie que les tensions diélectriques dans l'isolant ne sont pas grandes dans cette résine. C'est là un important avantage, car la plupart des isolants résineux organiques ont des constantes diélectriques inférieures à celle du mica, de sorte qu'el- les supportent une fraction trop élevée de la tension diélectrique quand on les associe au mica. Les bobinages isolants préparés suivant l'invention ont en outre, des facteurs de puissance plus petits que ceux des isolants micacés associés aux asphaltes, quelle que soit la température. Les exemples ci-après indiquent encore d'autres avantages de ces nouveaux isolants.
<Desc/Clms Page number 4>
Les résines éthoxylines utilisées dans la pratique de l'inven- tion sont décrites, avec certains détails, dans le brevet déposé par la Société demanderesse, le 25 octobre 1952 pour "Compositions résineuses po- lyester acide-éthoxyline" mentionné ci-dessus, ainsi que dans les brevets américains 2.324.483 & 2.444.333 ainsi que dans les brevets anglais 518.057 & 579.698. On rappellera seulement ici que ces résines renferment plus d'un groupe epoxy par molécule et qu'on les prépare en faisant réa- gir un phénol ou un alcool polyhydrique, ainsi que leurs produits de con- densation avec les cétones, sur l'épichlorohydrine.
Les brevets américains 2.494.295, 2.500.600 & 2.511.913 décrivent d'autres exemples de résines é- thoxylines qui peuvent être utilisées dans la pratique de la présente inven- tion. On se réfèrera utilement, pour plus de détails, au brevet belge sus- mentionné, lequel donne également, en son Tableau I, quelques caractéristi- ques des résines Epon que l'on trouve couramment dans le commerce. D'autres résines du même type sont vendues sous le nom de résines Araldite. On indi- quera, cependant, encore que les époxydes complexes associés aux polyesters acides et utilisés suivant l'invention ne renferment en général, dans leurs molécules, aucun groupement fonctionnel basique ou acide sauf les groupes époxy et hydroxy.
La fabrication des polyesters fortement acides, à poids molé- culaire peu élevé, non polymérisables et associés aux résines éthoxylines, peut s'effectuer de diverses manières. Mais il est indispensable qu'il y ait un nombre de groupes carboxyles dans l'acide ou l'anhydride dicarboxylé supérieur au nombre des groupements hydroxyles dans la glycérine. On a trou- vé avantageux que,, par mol de glycérine, il y ait 2,2 à 3 mols d'acide di- carboxylé et mieux 2,5 à 3,0 mols de cet acide, l'acide adipique par exem- ple.
L'indice d'acide des polyesters est de préférence supérieur à 250 environ et mieux supérieur à 300. On les prépare en général par chauffage . d'un mélange de la glycérine et de l'acide dicarboxylé (ou de son anhydride, suivant les possibilités respectives d'approvisionnement), les proportions molaires ayant été convenablement choisies et la température de cuisson at- teignant environ 150- à 250 C. pendant une durée qui dépasse, en général, une à 3 heures. On fait progresser la réaction jusqu'à ce que l'indice d'a- cide se trouve dans l'intervalle voulu et que la plupart des groupes hydro- xyles aient été estérifiés, de façon à obtenir les polyesters fortement aci- des et à faible poids moléculaire qu'il faudra utiliser avec les résines é- thoxylines.
Les exemples ci-après détaillent cette préparation qui, au sur- plus, ne présente pas de sérieuses difficultés pour les spécialistes.
On comprendra ci-après sous le terme d'acides dicarboxyles, soit les acides aliphatiques, soit leurs anhydrides. Il est possible d'utiliser d'autres acides que l'acide aliphatique, pourvu qu'ils aient de 5 à 10 ato- mes de carbone par molécule. On peut ainsi mentionner comme exemples : les acides glutarique, pimélique, subérique, sébacique, etc.. La substitution des acides dicarboxylés tout seuls, au lieu des polyesters, ou bien celle des acides aromatiques aux acides aliphatiques dans ces polyesters, n'ont pas réussi, en général, et sont donc inutilisables pour revêtir et imprégner les matériaux micacés décrits. Cela tient à ce qu'ils n'apportent pas une flexi- bilité suffisante pour cette application.
De même, la substitution des al- cools dihydriques à la glycérine a échoué, parce que leurs propriétés élec- triques aux températures élevées, ne sont pas satisfaisantes.
On fera ici la distinction des polyesters acides employés sui- vant l'invention et des résines alkyd usuelles. Ces dernières renferment des groupes hydroxyles en nombre sensiblement égal à celui des groupes carboxy- les n'ayant pas réagi. Au contraire, les polyesters requis par l'invention contiennent forcément un excès équivalent de groupes carboxyles. En outre, on effectue leur cuisson jusqu'à ce qu'il ne subsiste que très peu ou pas de groupes hydroxyles libres. Donc, les groupes carboxyles excédentaires subsistent intacts et fixés aux molécules du polyester. Comme autre consé- quence de leur constitution, les polyesters acides ont, en général, des in- dices d'acide bien supérieurs à ceux des résines alkyd.
<Desc/Clms Page number 5>
Le papier de mica à utiliser avec le mélange résineux défini ci- dessus, est décrit plus particulièrement dans.le brevet américain 2.549.880.
Ce papier de mica peut être obtenu de la façon suivante : on chauffe le mica à température suffisante pour qu'il se clive, mais pas trop élevée pour évi- ter sa déshydratation complète. Une fois obtenues les paillettes à tempéra- ture élevée, par exemple vers 800 G., on les projette le plus vite possible et sans qu'elles se soient refroidies dans une solution saturée de carbonate ou de bicarbonate de sodium. Une fois refroidi, on extrait le mica de la solution, on l'égoutte et on le plonge dans une solution d'acide chlorhydri- que à 5 %. On laisse en contact environ une heure,on agite vigoureusement le liquide et on lave les paillettes par décantation.
On les met alors en suspension dans l'eau, comme dans le cas d'une suspension de pâte à papier, et l'on achève le traitement de cette suspension par des méthodes analogues à celles utilisées pour les fibres cellulosiques avec ou sans additions d'au- tres substances, de façon à fabriquer de grandes feuilles semblables à cel- les du papier ou du carton.
Ce papier de mica est alors enduit et imprégné du mélange de ré- sine éthoxyline et de polyester acide, de préférence en solution. Le papier traité peut alors traverser une étuve pour éliminer le solvant, puis on l'en- roule sur lui-même. On peut alors le découper en dimensions variées, par exem- ple en rubans de 13 à 32 mm de largeur, directement utilisables pour isoler des bobinages. Dans le cas particulier des barres d'armature ou de stator , on utilise le ruban le plus large (environ 32 mm de largeur) pour isoler le corps de la barre, et le ruban plus étroit pour entourer les spires termina- les.
Le papier mica imprégné du mélange résineux possède, en général, la résistance voulue pour permettre de nombreux enveloppements ou isolements; pour certaines applications, on peut avoir avantage à le renforcer, après imprégnation et enduction, grâce à un papier cellulosique renfermant des fi- bres de verre adhérentes et orientées dans le sens longitudinal à la surface du papier. De préférence, on fait circuler ce papier cellulosique concurrem- ment avec le papier mica dans le mélange du polyester et de la résine étho- xyline, de façon que tous deux passent en même temps dans le récipient de traitement et dans l'étuve où se fait l'élimination de la majeure partie du solvant, ce qui fixe le papier cellulosique en contact intime avec le papier mica.
Si on le désire, on peut ensuite consolider l'ensemble par laminage ou, au contraire, se borner au découpage en rubans de diverses largeurs, com me on l'a décrit.
La présente description se réfère surtout au papier de mica que l'on vient de décrire mais, sous la désignation de matériau micacé, on com- prend des isolements micacés analogues, tels que des paillettes de mica ad- hérentes à un support fibreux comme le papier, les compouds, les tissus de verre ou d'amiante et toutes autres substances analogues.
Dans de tels cas, on enduit le support de papier ou de tissu avec un vernis isolant,par exemple un mélange de résine éthoxyline et de polyes- ter acide, puis on le recouvre de paillettes de mica s'imbriquant les unes sur les autres, soit en les disposant à la main, soit au moyen d'une machine.
Une fois les paillettes en place, il est préférable d'habitude d'appliquer à la surface extérieure des paillettes, une addition du même vernis isolant et, finalement, si on le désire, on peut faire adhérer encore une feuille sur la couche des paillettes micacées. Cet assemblage peut être laminé ou découpé en largeurs prédéterminées, puis enroulé et les rouleaux conservés jusqu'à emploi. Un tel ruban micacé, lorsqu'on l'emploie à isoler des barres de stator, nécessite un simple enroulement autour des bobinages des machines diélectriques, sans exiger d'autre application d'un liant ou imprégnant quel- conque, ni des cycles multiples, et peut être traité thermiquement sous pres- sion, de façon analogue à celle décrite plus haut, de façon que l'isolement soit compact et possède de meilleures propriétés diélectriques.
<Desc/Clms Page number 6>
Les proportions du polyester acide et de la résine éthoxyline peuvent varier entre des limites qui dépendent de l'application visée, des types du polyester et de la résine éthoxyline choisis, etc.. En général, on préfère associer de 5 à 70 % en poids du polyester acide, calculés d'après le poids total de la résine et du polyester. On obtient de bons résultats si ces proportions correspondent à 0,8 à 1,2 équivalents du polyester acide par équivalent d'époxyde. Dans le cas du papier au mica imprégné, défini ci- dessus, on obtient les meilleurs résultats si le polyester acide est en quantité légèrement inférieure à la proportion stoechiométrique, en parti- culier, quand on emploie l'adipate acide de glycéryle.
On peut faire varier aussi les modalités d'emploi du mélange résineux. Il y a le plus souvent avantage à dissoudre les résines dans un solvant commun, par exemple l'acétone, des mélanges d'isopropanol et de toluène, etc.., la solution résultante renfermant de 10à 50% de solides, ce qui est avantageux.
On peut aussi substituer au mélange n'ayant pas réagi, du poly- ester acide et de la résine éthoxyline, un produit de composition semblable, ayant subi une intercondensation partielle, de préférence très limitée, de façon à pouvoir former une solution qu'on emploiera pour traiter le maté- riau micacé. Une fois l'isolement réalisé, on achève le durcissement du pro- duit-partiellement condensé, jusqu'à ce que la résine soit devenue infusi- ble et insoluble.
Pour préparer ces produits partiellement condensés, on préfère d'habitude chauffer le mélange pendant qu'il est encore fluide, ou bien chauffer le polyester résineux pour le fluidifier, lui ajouter alors la résine éthoxyline également chauffée jusqu'à l'état fluide, si c'est né- cessaire, enfin, de poursuivre le chauffage avec agitation jusqu'à ce que la composition soit homogène. Ce chauffage peut être effectué entre 80 et 150 G, ou davantage, même jusqu'à 200 G.
Les exemples qui suivent, sans limiter l'invention, permettront aux spécialistes de s'en faire une idée plus précise. Les proportions sont données en poids.
Exemple 1 -
Le polyester est obtenu en chauffant avec agitation 438 parties (3 mols) d'acide adipique et 92,1 parties (un mol) de glycérine pendant deux heures à 190-210 C. Le polyester a un indice d'acide de 390; on le mélange avec une résine éthoxyline dite Epon-1004, puis on dissout le tout dans l'a- cétone pour obtenir une solution à 20% de résines solides, l'adipate de gly- céryle formant 20% du poids total de l'adipate et de la résine éthoxyline.
Le papier mica préparé comme on l'a rappelé ci-dessus (brevet américain 2.549.880) est enduit de trois couches de ce vernis, avec sèchage pendant deux heures à l'air, après chaque revêtement. Le papier de mica renferme a- lors environ 32 % de résine et 3% de produits volatils. On le découpe en rubans utilisés pour isoler un enroulement électrique, en particulier une barre de stator, en enveloppant cette barre avec recouvrement de moitié. La barre renferme en fin d'opération 17 couches demi-superposées, et on la pro- tège en l'enveloppant avec un ruban de tissu de verre qui sera perdu.
On place l'ensemble dans un récipient tenant la pression, on fait le vide pen- dant 6 heures en maintenant la température à 60 C., puis on injecte dans le récipient un bitume fondu, de façon que la température atteigne environ 150 C. et la pression environ 7 Kg par cm2 dans le récipient. On poursuit le traitement environ 6 heures pour provoquer la prise du mélange éthoxyli- ne-polyester en le rendant pratiquement infusible et insoluble. Ce traite- ment permet, en outre, de transformer l'isolant autour de la barre de sta- tor en une masse compacte. On retire alors la barre du bain d'asphalte, on la laisse refroidir, on ôte l'asphalte adhérent et le ruban protection de façon à obtenir une barre de stator isolée ayant une excellente rigidité diélectrique. En surface, l'isolant est tenace et compact.
Les propriétés en sont nettement meilleures que celles des isolants utilisés auparavant pour envelopper les barres de stator avec des paillettes de mica fixées à
<Desc/Clms Page number 7>
un support, grâce à un liant bitumeux ou asphaltique. Les machines électri- ques pourvues de tels enroulements ont, en plus, l'avantage de pouvoir fonc- tionner à des températures plus élevées que les machines électriques à iso- lant d'asphalte.
La figure jointe donne, en perspective et avec une coupe en bout, un enroulement d'armature obtenu suivant l'invention et comportant un ruban de papier au mica enduit comme il a été décrit. On y trouve un certain nombre de spires conductrices 1 isolées les unes des autres par l'isolant 2. Si cha- que' tour 1 est un fil simple ou une boucle de cuivre, son isolement.peut être formé d'un revêtement résineux, gomme laque ou vernis asphaltique par exem- ple, seuls ou associés avec un enveloppement d'un tissu de verre, d'amiante ou autre isolant analogue. Souvent, des fibres de verre ou minérales suffi- sent. Autour de l'enroulement de l'armature formant la barre, on dispose plusieurs couches se recouvrant partiellement, formées d'un ruban 3, enduit et imprégné du mélange de polyester acide et de résine éthoxyline.
L'assem- blage est recouvert du ruban de protection, non adhérent aux rubans isolés; il protège l'enroulement quand l'assemblage est immergé dans le récipient te- nant la pression, puis au cours de la mise sous pression dans un fluide chaud, tel que le bitume fondu ou autre matériau. Quand c'est réalisable, le moula- ge mécanique de l'enroulement isolé peut également servir. Après traitement dans le récipient à pression, on retire l'enroulement, on le débarrasse du ruban de protection et de l'asphalte pouvant adhérer.
Exemple 2 -
Le solvant des résines est un mélange à poids égaux de toluène et d'isopropanol. On y dissout un mélange à poids égaux des résines éthoxy- lines Epon-1064 et Epon-1001 et on mélange avec le polyester acide de l'exem- ple 1. La solution doit renfermer à peu près 25% des résines solides et, dans ce mélange, le polyester forme 18% en poids et le mélange des éthoxylines 82%. On place cette solution dans un récipient de plongée et on y fait pas- ser simultanément le papier de mica (préparé comme décrit) avec du papier cellulosique mince (épaisseur 25 microns) chargé de fils de verre qui sont disposés suivant la longueur du papier cellulosique. Après avoir traversé la solution résineuse, ces rubans passent dans une étuve pour enlever les solvants volatils.
A la sortie, les deux papiers adhèrent bien l'un à l'autre et ne sont pratiquement plus collants; on les fait passer entre deux rouleaux pour enlever toutes les bulles qui se seraient formées et amener le papier cellulosique et le papier mica au contact le plus intime. Ce papier a servi à envelopper une barre de stator dont la section droite est d'environ 50xl9 mm et la longueur environ 2 m 70 ; comporte environ 40 couches isolées de fil de cuivre. Ce papier composite, dont l'épaisseur est d'environ 0,18 mm, est découpé en rubans ayant environ 32 mm de largeur et qui contient à peu près '30 à 32 % de résines. Pour que les résultats soient les meilleurs pos- sible, la teneur du ruban ou du papier en matières volatiles doit être infé- rieure à 1%.
On en a enroulé sur une barre de stator comme ci-dessus, de fa- çon qu'il y ait 17 demi-couches ou au total 34 épaisseurs, en partie super- posées. La barre de stator comporte une série de couches de fil de cuivre , dont chaque boucle est séparée des autres par un isolant d'amiante et d'une matière organique. Le bobinage ou la barre est alors entouré d'un ruban de verre pour le protéger; on l'introduit dans un récipient comme celui de l'e- xemple 1, puis on y fait le vide environ 6 heures à 60 C. Ensuite, on intro- duit du bitume fondu sous une pression qui atteint finalement dans le réci- pient environ 7 Kg/cm2.
On maintient la température du récipient environ 6 à 8 heures vers 150 C. On retire la barre, on enlève le bitume adhérent, ainsi que le ruban de protection et l'on obtient une barre de stator compac- te, isolée, dans laquelle la résine de l'isolant a fait prise et est devenue sensiblement infusible et insoluble. L'épaisseur de l'isolement sur la barre de stator est d'environ 2,8 mm. Les essais de rigidité diélectrique et les mesures du facteur de puissance à différentes températures ont donné les ré- sultats du tableau 1 ci-dessous. Pour permettre la comparaison, la première partie du tableau se rapporte à un isolement d'une barre semblable isolée sous 2,8 mm d'épaisseur, mais à base du liant bitumeux décrit.
La rigidité
<Desc/Clms Page number 8>
diélectrique a été mesurée en élevant la tension progressivement, par paliers d'une minute.
TABLEAU I Liant bitume sur papier mica à assise.
EMI8.1
<tb>
Facteur <SEP> de <SEP> puissance <SEP> % <SEP> (K.V. <SEP> de <SEP> Crète)
<tb>
<tb> Température <SEP> C. <SEP> 5 <SEP> KV <SEP> 10 <SEP> KV <SEP> 15 <SEP> KV <SEP> 20 <SEP> KV
<tb>
<tb> 25 <SEP> 2.85 <SEP> 2.92 <SEP> 2.97 <SEP> 3. <SEP> 03
<tb>
<tb> 75 <SEP> 7.32 <SEP> 7. <SEP> 34 <SEP> 7. <SEP> 35 <SEP> 7.39
<tb>
<tb> 100 <SEP> 15. <SEP> 5 <SEP> 15. <SEP> 6 <SEP> 16.0 <SEP> 16.4
<tb>
Rigidité diélectrique : 1800 V. pour 0,1 mm.
EMI8.2
Papier Ilica avec résine éthoxvline-adipate de lycéryle.
Facteur de puissance % (K.V. de Crète)
EMI8.3
<tb> Température <SEP> C. <SEP> 5 <SEP> KV <SEP> 10 <SEP> KV <SEP> 15 <SEP> KV <SEP> 20 <SEP> KV <SEP>
<tb>
<tb> 25 <SEP> 0. <SEP> 95 <SEP> 0.97 <SEP> 1.01 <SEP> '1.05
<tb>
<tb> 75 <SEP> 3.08 <SEP> 3.10 <SEP> 3. <SEP> 13 <SEP> 3 <SEP> .16 <SEP>
<tb> 100 <SEP> 7.3 <SEP> 7.4 <SEP> 7.4 <SEP> 7.6
<tb>
<tb> 125 <SEP> 15.8 <SEP> 16.2 <SEP> 16. <SEP> 5 <SEP> 16.8
<tb>
Rigidité diélectrique : 2820 V. pour 0,1 mm.
Exemple 3 -
Cet exemple montre comment varient les propriétés diélectriques avec les proportions de résine éthoxyline et de polyester acide. Celui-ci est le même adipate de glycéryle décrit à l'exemple 1, il est mélangé avec chacune des résines éthoxylines mentionnées en premier colonne du tableau II qui indique également les proportions. On a fabriqué des disques de 2,5 mm d'épaisseur et de 150 mm de diamètre et on les a cuits 5 heures à 150 C.
Les résultats figurent au tableau II ci-dessous.
TABLEAU II -
EMI8.4
<tb> Composition <SEP> Facteur <SEP> de <SEP> puissance <SEP> % <SEP> +) <SEP> Rigidité <SEP> diélectrique <SEP> (paliers
<tb>
EMI8.5
¯¯¯¯¯¯ 25 C 75 C 125 C d'une minute: volts par fl,l mm.)
EMI8.6
<tb> 80% <SEP> Epon <SEP> 1004 <SEP> 1.5 <SEP> 7. <SEP> 5 <SEP> 18.2 <SEP> 1860
<tb>
<tb> 20% <SEP> Polyester <SEP> 1.5 <SEP> 7.5 <SEP> 18.2 <SEP> 1860
<tb>
<tb> 90% <SEP> Polyester <SEP> 1. <SEP> 1 <SEP> 4.2 <SEP> 5. <SEP> 1 <SEP> 1700
<tb>
EMI8.7
10% Polyester 87%Eponl004 13% Polyester '3 4. 4 7.8 1860 13% Polyester 95%Eponl004++ 5% Polyester ++ l.1 4. 05 27.0 Polyester 93%Eponl007 7% Polyester a.5 2.2 5.4 1800 Polyester 71%Eponl064 29% Polyester 2.2 9.3 30.0 1580 29% Polyester 66% RN-34 2.5 12.0 50.0 154o
EMI8.8
<tb> 34% <SEP> Polyester <SEP> 2.5 <SEP> 12.0 <SEP> 50. <SEP> 0 <SEP> 1540
<tb>
+) Moyenne quadratique.
<Desc/Clms Page number 9>
++ Cuit à 150 C pendant 15 heures.
Il résulte de ces chiffres que les résines plus fluides et à bas poids moléculaire du type éthoxyline donnent des facteurs de puissance plus élevé. On voit aussi qu'en dépassant les proportions stoechiométriques du polyester glycérol acide adipique, le facteur de puissance devient plus éle- vé que pour les proportions stoechiométriques ou inférieures.
Exemple 4 -
On a fabriqué des panneaux stratifiés à partir de papier au mica imprégné avec des mélanges de différentes résines éthoxylines et du polyester décrit dans l'exemple 1. Les feuilles de papier mica ont d'abord été impré- gnées avec une solution acétonique du mélange du polyester d'adipate de gly- céryle avec les différentes résines éthoxylines mentionnées ci-dessous au tableau III. Après séchage des feuilles à l'étuve, on les a superposées et . l'on a chauffé l'ensemble 5 heures à 150 C. sous 7 Kg par cm2. Les pièces obtenues étaient tenaces, avec une excellente; adhérence entre les épaisseurs du papier. Le choc de ces agglomérés sur un objet dur, rendait un son métal- lique.
Le tableau III ci-dessous donne les propriétés diélectriques de ces panneaux, ainsi que les compositions des résines utilisées.
TABLEAU III
EMI9.1
<tb> Résine <SEP> Epaisseur <SEP> de <SEP> l'ag- <SEP> F.P. <SEP> % <SEP> à <SEP> Rigidité <SEP> diélectrique
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> glomé <SEP> en <SEP> mm <SEP> 60 <SEP> cycles <SEP> paliers <SEP> d'une <SEP> minute
<tb>
<tb>
<tb> 25 C <SEP> 75 C <SEP> 125 C <SEP> Volts <SEP> par <SEP> 0.1 <SEP> mm
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 87% <SEP> Epon <SEP> 1004 <SEP> 0. <SEP> 7 <SEP> 2.1 <SEP> 4.2 <SEP> 9.1 <SEP> 6.480
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13% <SEP> Polyester <SEP> 0,7 <SEP> 2.1 <SEP> 4.2 <SEP> 9.1 <SEP> 6.480
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 71% <SEP> Epon <SEP> 1064 <SEP> 0.63 <SEP> 2.5 <SEP> 13.2 <SEP> 20.0 <SEP> 6.640
<tb>
<tb>
<tb> 29% <SEP> Polyester
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 34% <SEP> Polyester <SEP> 0.65 <SEP> 3. <SEP> 4 <SEP> 14. <SEP> 5 <SEP> 21.4 <SEP> 6.
<SEP> 000
<tb>
On a maintenu pendant plus de 500 heures, dans un champ de 17.000 volts par mm., un aggloméré de ce genre bien durci, de 0,75 mm d'é- paisseur et aggloméré-avec un mélange de 13% d'adipate de glycéryle et de 87% de résine Epon-1004. L'effet Corona était intense, mais il n'y a pas eu claquage et l'on n'a observé que de faibles indices de détérioration.
Ce même mélange de 87% de résine Epon-1004 et 13% de polyester d'adipate de glycéryle, amené à l'état infusible et insoluble, subit des per- tes de poids remarquablement faibles aux températures élevées. Ainsi, après 600 heures à 90 C., la baisse de poids était de 1,02 % et, après la même du- rée à 125 C, 1,63 %. A 150 C., le poids n'était tombé que de 3,68 % après 1. 946 heures. Les pertes sont les plus élevées pendant les 100 premières heures, à cause des résidus volatils. On n'a constaté, en outre, aucune bais- se sensible des propriétés physiques de ces éprouvettes pendant ces essais de vieillissement.
Les rubans ou feuilles de papier mica imprégnés avec le mélange de polyester acide et de résine éthoxyline sont utilisables suivant les mê- mes modalités décrites pour isoler les conducteurs électriques et les enrou- lements de diverses machines électriques, notamment les enroulements d'arma- ture dans les machines à haute tension, par exemple ceux logés dans les en- coches d'un noyau de stator faisant partie d'un turbogénérateur. Ces enrou- lements étant réalisables plus vite et à moins de frais que par les anciens procédés, on peut faire de très grosses économies dans la fabrication des machines électriques proprement dites.
Cette économie est manifeste dans la' fabrication des génératrices, car l'on sait qu'un des "goulots" de fabrica- tion se localise à la préparation des barres de stator isolées, si on les obtient par les anciens procédés relativement lents rappelés au début de la
<Desc/Clms Page number 10>
présente description.
Les spécialistes comprendront, bien entendu, qu'on peut em- ployer d'autres polyesters acides et (ou) d'autres résines éthoxylines que ceux des exemples ci-dessus, par exemple le primélate ou le sébaçate de glycéryle, etc.. Le traitement des feuilles micacées peut également suivre d'autres méthodes connues dans cette industrie. On peut aussi faire varier les proportions du polyester acide et de la résine éthoxyline entre les li- mites définies plus haut, ou bien employer des solutions de leurs produits d'intercondensation à bas poids moléculaire, sans quitter le domaine de l'in- vention.
Celle-ci rend donc possible l'isolement des divers enroulements de machines dynamoélectriques, par exemple les enroulements des armatures, au moyen d'un isolant composite supérieur, à propriétés électriques excel- lentes, tout en suivant le procédé à un seul traitement sans avoir à renou- veler le cycle. On remédie, en outre, à beaucoup de difficultés rencontrées jusqu'ici pour obtenir des isolants sans bulles. Gela résulte, par exemple, du fait cité à l'exemple 2 qu'à n'importe quelle température, le facteur de puissance reste pratiquement constant sous des tensions croissantes. De plus, l'isolant décrit et utilisé en pratique n'exige aucune imprégnation ultérieure avec d'autres matériaux isolants, une fois qu'on l'a enroulé au- tour du bobinage.
La rigidité diélectrique et le facteur de puissance, aux diverses températures, sont aussi très améliorés par rapport à ceux mesurés dans les enroulements des machines isolées suivant les méthodes tradition- nelles. Ces résultats sont essentiellement dus à l'emploi de la résine iso- lante particulière utilisée et constituée à partir de deux matériaux résineux spécifiques. La combinaison de ces ingrédients résineux et du papier ou du ruban mica a l'avantage supplémentaire d'être flexible et de se ramollir aux températures élevées, de sorte que la fissuration de l'isolant ou la mise en court-circuit du conducteur deviennent minimum lors des changements de température, par dilatation ou contraction.
Le mot enroulement désigné dans tout le présent texte comprend non seulement les enroulements et bobinages ou leurs éléments destinés à des machines dynamoélectriques, mais encore tous enroulements ou bobinages des- tinés à des appareils non rotatifs, tels que des relais ou des transforma- teurs. Dans tous les cas, l'isolant composite décrit apporte beaucoup d'a- vantages souhaitables et inaccoutumés.