BE524650A - - Google Patents

Description

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  AIRCRAFT-MARTINE   PRODUCTS   INC., résidant à HARRISBURG, Pennsylvanie   (E. U. A.) .    



   CONDENSATEUR ELECTRIQUE. 



   L'invention concerne des condensateurs électriques et leur pro- cédé de fabrication. 



   Jusqu'à présent, on a fabriqué des condensateurs électriques en assemblant des feuilles de métal servant d'électrodes pour le condensateur avec   Interposition   de feuilles découpées d'avance de matériaux diélectriques avec ou sans remplissage de matière d'imprégnation telle que de la cire ou de l'huile, etc.

   Dans certains cas, on a suggéré d'utiliser des feuilles conformées d'avance de matières plastiques telles que du polystyrène seul ou laminé avec des feuilles de mica; dans d'autres cas, on a suggéré de re- vêtir du mica de gomme laque ou de polystyrène et d'utiliser des feuilles de ce produit composite diélectrique pour fabriquer des condensateurs; dans d'autres cas encore, on a moulé à la forme des matières plastiques telles que du polystyrène de manière que la masse de matière plastique pénètre en- tre les électrodes d'un condensateur et les entoure. 



   Bien que des structures telles que celles qui sont connues et utilisées dans la technique ancienne aient été convenables pour de nombreux usages, il y existe une demande persistante pour des condensateurs suscepti- bles de fonctionner   à   des températures élevées, c'est-à-dire dans le voisi- nage de 100 .,ou au-dessus, et dans de nombreux cas, à de hauts voltages et/ ou à de hautes- fréquences. Les condensateurs connus n'ont pas été reconnus adaptés à ces utilisations, en raison de la production d'ionisation, de la chaleur interne due au facteur de puissance élevé équivalent du diélectri- que ou à des variations de capacité dues à des changements physiques dans le condensateur dues au chauffage, - pour n'indiquer que quelques-uns des défauts les plus importants. 

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   La Demanderesse a trouvé, de façon surprenante, qu'on peut con- struire des condensateurs satisfaisants pour un service intense dans des conditions de température élevée, en utilisant du carbazol polyvinylique dans la couche de diélectrique entre les électrodes. 



   On connaît la préparation chimique du carbazol polyvinylique et de ses isomères depuis environ vingt ans. Il existe notamment une ré- sine de moulage fabriquée depuis de longues années en Allemagne, mais qui n'est pas particulièrement appropriée à être utilisée pour les buts de l'invention en raison de la présence de catalyseurs ou d'autres matières étrangères qui ne peuvent pas être chassées pendant la phase de chauffage. 



   Bien que le carbazol polyvinylique ait des propriétés désira- bles comme diélectrique de condensateur dans les condensateurs classiques, la Demanderesse a trouvé que, en combinaison avec des feuilles minces de matière isolante réfractaire, on peut obtenir un condensateur possédant des caractéristiques électriques extraordinaires. 



   Il existe aussi une matière convenant à la fabrication de feuilles réfractaires et connue sous la dénomination de   "alsifilm",   qui peut être produite suivant les techniques générales de   Hausert,   décrites par exemple dans le brevet délivré aux Etats-Unis sous le n  2.317.685, ou spécifiquement, en formant un gel de bentonite blanche purifiée de Califor- nie dont les dimensions de particules sont comprises entre 10 et 250 milli- microns. On forme ce gel en une couche de 0,51 mm. d'épaisseur qui se ré- trécit au séchage de manière à avoir une épaisseur pouvant diminuer jus- qu'à 0,01 mm. environ. On traite ensuite le film séché dans une solution de sel d'un cation polyvalent et d'un acide organique qui transforme les oxydes hydratés formant le gel inorganique en un composé   hydrophobe.   



  Dans ce but, on peut utiliser une solution aqueuse de diacrylate d'éthylè- ne-diamine . Après ce traitement, on lave le film dans l'eau distillée jus- qu'à ce qu'il soit exempt de sels solubles puis on le sèche et on le soumet à la chaleur et à. la pression. 



   La description qui va suivre en regard des figures du dessin annexé, de quelques formes de réalisation de l'invention, choisies à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre la manière dont celle-ci est réalisée. Il est bien évident cependant que le technicien pourra en réaliser diverses variantes pour les adapter aux conditions particulières d'utilisation. 



   La figure 1 représente une vue, en coupe transversale, de deux électrodes revêtues prêtes à être assemblées pour en faire un condensateur 
La figure 2 représente une coupe transversale d'un condensateur composé d'un diélectrique conformé d'avance revêtu de carbazol polyvinylique assemblé entre les électrodes avant moulage. 



   Sur les figures, on a représenté un condensateur simple destiné à être utilisé avec de hauts voltages et à des températures élevées. Pour la fabrication de ce condensateur, on découpe les électrodes 10 et 12 à la forme appropriée, avec des conducteurs solidaires 14, 16 découpés dans des planches minces de métal ou des feuilles, par exemple du cuivre en planches Chacune des plaques 10 ou 12 est couverte d'un revêtement 18 de carbazol po- lyvinylique, qui humecte complètement la plaque et adhère à toute sa surface. 



   Ce revêtement 18 peut être appliqué sous forme de laque ou de vernis, par exemple dans un procédé très connu, on dissout le polymère con- nu dans le commerce sous la marque "K 30" qui se ramollit entre 150 et   2000   environ, dans trois fois son poids de toluène pour lui donner la   consistance   d'un vernis. ,On lui ajoute de 2 à 15   %   d'un plastifiant approprié pour per - mettre un fluage plastique facile pendant la phase subséquente de moulage et pour diminuer la fragilité du carbazol polyvinylique. 



   Si le condensateur doit être utilisé sur du courant continu ou 

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 en général sur du courant alternatif à basse fréquence, on peut utiliser un des plastifiants connus   effipaces   avec le carbazol polyvinylique, tels que le phosphate de   tricrésyle,   le phosphate de triphényle, etc. Si cependant le condensateur, objet de l'invention, est destiné à la haute fréquence, il est avantageux d'utiliser des composés non polaires comme plastifiants. 



   Dans ce but, en a trouvé que les hydrocarbures élevés sont   particulièremert   appropriés, notamment le naphtalène d'amyle, le diphényle ou le triphényle 
Un tel plastifiant est vendu sous la marque "HB 40". 



   Les feuilles de métal 10 et 12 sont complètement nettoyées avant revêtement pour leur assurer une humectation complète par la laque de carba- zol polyvinylique. Ainsi, par exemple, on lave tout d'abord les feuilles avec du benzène puis ensuite avec une solution d'acide chlorhydrique puis on les attaque ensuite par une solution d'acide azotique obtenue en dissol- vant une partie d'acide azotique concentré dans trois parties d'eau. L'at- taque continue jusqu'à ce qu'un rebord quelconque se produisant sur les arêtes de la feuille se soit dissous en laissant une arête émoussée micros-   copique.   En pratique, on s'aperçoit de ceci lorsque le brillant de surface est découpé de manière à avoir un bel aspect mat.

   On retire ensuite la feuille de la solution d'attaque et on la lave complètement à l'eau distil- lée, on la sèche à la chaleur et on la revêt d'une pellicule mince de 
0,005 mm. d'épaisseur ou moins, de la laque de carbazol   polyvinylique.   



   Cette laque est déposée par brossage ou pulvérisation sur la surface des plaques de métal 10 et 12 de manière que les surfaces soient complètement humectées par la laque et les plaques sont ensuite supportées horizontalement en permettant à la laque de s'écouler pour former une pelli- cule horizontale et on les sèche complètement dans cette position. Si on le désire, on peut appliquer des revêtements supplémentaires de laques afin d'obtenir une couche plus épaisse de diélectrique. 



   La pellicule   d'"alsifilm"   est ensuite déposée avec un vernis obtenu en dissolvant dans du toluène environ 1/3 de son poids de carbazol polyvinylique du commerce, par exemple de la qualité désignée par le nom- bre   "K-53"   et suffisamment de plastifiant, par exemple de 2 à 15% pour as- surer un fluage facile aux températures et aux très hautes pressions de mou- lage utilisées. Ce vernis est appliqué en une couche uniforme et très mince pour produire à sec une pellicule de 0,0025 à 0,005 mm. d'épaisseur.

   On élimine totalement le solvant pendant le séchage et, lorsqu'elles sont aies i séchées, on assemble plusieurs feuilles revêtues avec les plaques de métal revêtues dans un ordre et un rapport désirés, on les place dans un moule, on les chauffe à une température suffisamment élevée pour ramollir le revê- tement à un état plastique plutôt rigide susceptible de fluer plastiquement et facilement sous une pression élevée et on les soumet à une pression éle- vée de 35,1   Kg/cm2.   On assemble les couches 20 de matière diélectrique con- formée d'avance en   "alsifilm",   revêtue chacune ou comportant chacune à sa surface, un carbazol vinylique, avec des électrodes revêtues telles que cel- les représentées sur la figure 1. 



   Avec la composition décrite ci-dessus et en correspondance avec le plastifiant particulier et les proportions choisis, la température de ce moulage doit avoir lieu entre 150 et 300  et, de préférence, entre 225 et   2500.   Cette température doit être sensiblement uniforme quand le moulage a lieu. 



   A des températures supérieures à 155 , la polymérisation est re- lativement rapide et est accompagnée de formation de bulles et de changements de dimensions. On laisse la polymérisation continuer jusqu'à ce que le car- bazol vinylique soit sensiblement sec, c'est-à-dire sensiblement solide et non collant, à la température de polymérisation; ceci peut être plus ou moins long, par exemple durer quelques heures, suivant la température de traitement et suivant le ou les catalyseurs de polymérisation et les quan- tités utilisées, si l'on en utilise avec le carbazol polyvinylique. Comme catalyseur approprié, on utilise soit une petite proportion de carbazol po- 

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 lyvinylique dissoute dans le monomère, soit un hydroperoxyde de butyle ter- tiaire utilisé dans-la proportion d'une goutte du catalyseur pour vingt grammes du monomère. 



   La présence de catalyseurs est généralement indésirable et pro- duit une augmentation des pertes dans le condensateur terminé. En consé- quence, on préfère utiliser du carbazol polyvinylique comme catalyseur et en particulier, pour éviter l'addition d'un composé quelconque polaire non volatil. 



   Les feuilles saturées et polymérisées comme on l'a décrit ci- dessus peuvent être ensuite assemblées dans un ordre quelconque avec les plaques de métal revêtu, telles que celles décrites en correspondance avec la figure 1, et ces feuilles sont placées dans des moules avec une étroite marge adjacente aux arêtes des feuilles dans laquelle la matière plastique en excédent peut être écrasée pendant l'opération de moulage.

   La masse entière est chauffée complètement à une température à laquelle le carbazol polyvinylique s'écoule doucement mais continuellement avec une résistance substantielle au fluage, par exemple au fluage   plastiqueo   Quand cette température a été atteinte dans toute la masse, on peut appli- quer au moule une pression suffisante pour rendre la masse compacte et chas- ser vers l'extérieur par   écrasement   hors des couches de papier et vers les bords une partie de la matière plastique en excédent, d'où il résulte la for- mation d'une masse solide, bien compacte et unitaire.

   La pression pendant cette opération doit varier entre 7,0 et 70,3   kg/cm2   et être égale, de pré- férence, à 35,1   kg/cm2,   comme il est décrit dans la demande de brevet dépo- sée aux Etats-Unis le 4 Mai 1944. 



   Un des avantages importants du carbazol polyvinylique est l'ef- ficacité avec laquelle il humecte les surfaces de l'électrode et y adhère en assurant ainsi qu'il ne se produit pas d'effets de surface qui pourraient avoir pour résultat des variations de capacité ou d'autres défauts dans le fonctionnement du condensateur. Il est évident que le carbazol   polyvinyli-   que réagit dans une certaine mesure avec le cuivre à la surface lorsque les plaques de cuivre sont utilisées comme   électrodes   Si, dans quelques cas ce- ci ne peut être admis, on peut revêtir le cuivre d'un amalgame mince de mer- cure ou bien on peut former à la surface du cuivre une pellicule d'or ou d' un autre métal résistant à la corrosion ou d'un alliage mince.

   Dans la plu- part des cas, cependant, ceci ne paraît pas nécessaire et une réaction sem- blable qui se forme paraît assurer l'adhérence. Avec de l'argent, de l'é- tain, de l'aluminium, aucune réaction n'est apparente. 



   Les théories connues concernant le condensateur,objet de l'in- vention, ne paraissent pas complètement suffisantes pour expliquer les ca- ractéristiques perfectionnées. Il est possible qu'une certaine quantité de polymérisation entre les faces se produise aux points de liaison du car- bazol polyvinylique et de l'"alsifilm" due à la réaction entre le carbazol polyvinylique et les molécules de survace, ou bien il est possible que les surfaces du carbazol polyvinylique et du film réfractaire soient complètement miscibles à la polymérisation plus élevée qui est atteinte seulement pendant le chauffage des condensateurs. 



   Les condensateurs obtenus selon l'invention travaillent constam- ment à des températures aussi élevées que 125 ,à des voltages compris entre   6.000   et 25.000 volts et à des fréquences élevées de l'ordre de kilocycles ou de mégacycles. Les condensateurs sont caractérisés par la stabilité, une absorption d'énergie relativement basse due au facteur de puissance de la matière diélectrique, une capacité relativement élevée et l'absence d'ioni- sation sous les fortes contraintes. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. REVENDICATIFS 1.- Condensateur électrique caractérisé en ce qu'il comprend des électrodes espacées, au moins une feuille de matière diélectrique réfractai- <Desc/Clms Page number 5> re d'épaisseur sensiblement uniforme et un carbazol polyvinylique de point de ramollissement compris entre 150 et 250 , pressés intimement de manière à être conformes et à adhérer aux surfaces adjacentes des électrodes et des feuilles de diélectrique pour former avec elles un corps dense de forte ré- sistance à la rupture électrique et ayant un faible facteur de puissance.

   20- Un condensateur électrique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le carbazol polyvinylique est exempt de composés polaires 3.- Un condensateur électrique selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le condensateur électrique est constitué par des couches minces de matière électrique isolante réfractaire d'épaisseur sen- siblement uniforme dans toute la surface efficace de cette matière, une pellicule continue de carbaz.ol polyvinylique revêtant chacune de ces cou- ches et qui est collée ainsi à la couche adjacente et au moins deux électro- des.espacées conductrices électriquement et en contact intime avec le car- bazol polyvinylique.

   4.- Un condensateur électrique selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la pellicule de carbazol polyvinylique a une épaisseur infé- rieure à 0,005 mm.

   5.- Un condensateur électrique selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la pellicule de carbazol polyvinylique a une épaisseur in- férieure à 0,0025 mm.

   @'6.,.Un condensateur électrique selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le carbazol polyvinylique est plastifié avec du carbazol vi- nylique à faible poids moléculaire.

   7.- Un condensateur électrique selon la revendication 3, caracté- .risé en ce que le carbazol polyvinylique est plastifié avec du carbazol vi- nylique monomère.

   8.- Un condensateur électrique selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend plusieurs feuilles de bentonite durcie et un car- bazol polyvinylique de point de ramollissement supérieur à 150 , pressés de manière à se conformer intimement et à adhérer aux surfaces adjacentes des électrodes et aux feuilles diélectriques pour former avec elles un corps dense de forte résistance à la rupture électrique et de faible facteur de puissance.

   9.- Un condensateur électrique selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les électrodes sont en cuivre.

   10.- Un procédé de fabrication de condensateurs électriques carac- térisé en ce qu'on revêt des feuilles de métal d'un mélange liquide monomère de carbazol vinylique avec suffisamment de polymère de carbazol vinylique pour catalyser une polymérisation ultérieure, on revêt des feuilles de dié- lectrique réfractaire avec du monomère de carbazol vinylique avec suffisam- ment de polymère de carbazol vinylique pour catalyser une polymérisation ultérieure, on assemble les feuilles diélectriques revêtues en une pile, on place les feuilles de métal sur la face extérieure de cette pile,

   on chauf- fe l'ensemble et on le soumet à une pression suffisante pour obliger le car- bazol polyvinylique à s'écouler vers l'extérieur entre les feuilles de dié- lectrique et on maintient la chaleur et la pression jusqu'à ce que le carba- zol vinylique soit polymérisé à un point de ramollissement sensiblement au- dessus de 1500.