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SUBSTANCE ISOLANTE EN ASBESTE IMPREGNE DE PHOSPHATE D'ALUMINIUM.
La présente invention est relative à une substance isolante en asbeste imprégné de phosphate d'aluminium. Plus particulièrement, elle se rapporte aux feuilles d'asbeste contenant un phosphate d'aluminium comme liant.
Le principal objet de l'invention est de présenter un produit en asbeste feuilleté, économique, dur et dense, particulièrement adapté pour son emploi comme isolant électrique aux températures élevées.
Un autre objet de l'invention est de présenter une méthode perfectionnée de fabrication d'un produit à base d'asbeste feuilleté, à partir de laquelle on obtient une substance feuilletée de dureté et de densité améliorées,convenant particulièrement comme isolant électrique aux températures élevées.
La présente invention est basée sur la découverte qu'une substance isolante perfectionnée, pouvant être utilisée aux températures élevées, peut être obtenue en imprégnant une feuille d'asbeste, du papier d'asbeste par exemple, avec une solution de mono-phosphate d'aluminium, en sèchant la substance imprégnée et en formant ensuite la structure feuilletée en utilisant, comme liant, un phosphate d'aluminium plus élevé, de formule A1X(H3-xP04)3 où x a une valeur d'environ 1,2 à 1,7. On obtient ainsi.une structure feuilletée dans laquelle les feuilles individuelles sont complètement imprégnées par un phosphate d'aluminium et sont fixement liées ensemble sous la forme d'un produit dense et extrêmement dur.
Le mono-phosphate d'aluminium utilisé pour imprégner les feuilles individuelles d'asbeste et les phosphates d'aluminium plus élevés utilisés pour lier entre elles ces feuilles individuelles en une structure feuilletée,
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sont tous des produits solubles ou dispersibles dans l'eau qui, par enlèvement de tout ou partie de l'eau, sont convertis en produits solides ayant des caractéristiques excellentes de liaison et d'isolement.
Le terme "mono-phosphate d'aluminium" utilisé dans la description de la présente invention, se rapporte aux phosphate d'aluminium ayant comme formule A1(H2P04)3 aussi bien qu'à ceux dans lesquels le rapport de l'alu- minium au phosphate (P04) est voisin de 1:3 et peut être aussi élevé qu'en- viron 1,2 3. Ce sont des substances solubles dans l'eau, qui peuvent être utilisées sous la forme de solutions de viscosité relativement faible pour l'imprégnation complète de la feuille d'asbeste.
Ils sont,de plus, caractérisés par le fait qu'après enlèvement de l'eau, en tout ou en partie, on obtient une feuille imprégnée, de bonne élasticité et de grande résistance, pouvant être facilement utilisée dans la fabrication des produits feuilletés
Les phosphates d'aluminium employés pour relier entre elles les feuilles imprégnées, pour obtenir une structure feuilletée, sont ceux qui forment une solution aqueuse fortement visqueuse, dont la viscosité peut être environ égale à cent fois celle de la solution de mono-phosphate d'aluminium. Ces produits plus visqueux sont convertis, après enlèvement de tout ou partie de l'eau, en solides résineux relativement durs, quelque peu cassants, dont l'action de liant pour les feuilles imprégnées de mono-phosphate d'aluminium est excellente.
Les feuilles d'asbeste utilisées dans la mise en pratique de la présente invention peuvent être celles disponibles dans le commerce et consistant principalement en fibres d'asbeste. Ces feuilles peuvent être entièrement constituées par de la fibre d'asbeste, ou elles peuvent contenir de petites quantités de fibre de cellulose, telle que de la fibre de coton, existant souvent dans les feuilles d'asbeste disponibles dans le commerce, afin de les rendre plus résistantes. Les feuilles d'asbeste contenant de faibles quantités de fibres de bentonite ou de verre entrent également dans la mise en pratique de l'invention, ces feuilles étant utilisées actuellement comme isolant électrique.
Pour fabriquer les produits feuilletés, la feuille d'asbeste est d'abord imprégnée avec le mono-phosphate d'aluminium, par exemple en l'immergeant dans une solution de mono-phosphate d'aluminium dans l'eau d'une concentration telle qu'après sèchage, la feuille contiendra approximativement 20 à 30%, en poids, de phosphate d'aluminium. La feuille imprégnée est ensuite séchée soit à la température ambiante, soit à des températures plus élevées, allant jusque 150 C, et plus, jusqu'à ce que la substance volatile qu'elle contient, c'est-à-dire l'eau qu'elle contient, est réduite à environ 10 à 15% en poids.
Une solution d'imprégnation préférée est une solution aqueuse de mono-phosphate d'aluminium répondant à la formule A1(H2P04)3 con- tenant suffisamment d'eau pour que la substance solide présente dans la solution constitue environ de 15 à 25% en poids. La feuille d'asbeste est passée dans cette solution, puis dans un four de sèchage ou sous des lampes de sèchage, à une vitesse telle que le produit résultant contienne environ de 25 à 30% de monophosphate d'aluminium solide et, de préférence, d'environ Il à 13% de substance volatile dont la principale partie est constituée par de l'eau. La feuille obtenue possède une bonne élasticité et une résistance élevée et peut être facilement travaillée ou manipulée en vue de la préparation de la substance feuilletée.
Par exemple, il est possible de l'enrouler sous forme cylindrique durant les quelques jours qui suivent son imprégnation.
Cependant, comme il existe une réaction lente mais continue entre le phosphate d'aluminium et l'asbeste, il est nécessaire que tout enroulement ou toute autre opération requérant un cintrage considérable de la feuille, soit effectué dans les deux ou trois jours qui suivent l'imprégnation car, après cette période, la feuille devient trop cassante pour pouvoir être manipulée facilement.
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Lors de la préparation de la structure feuilletée, la feuille imprégnée de mono-phosphate d'aluminium est d'abord revêtue par une solu- tion aqueuse plutôt visqueuse, d'un phosphate d'aluminium plus élevé, ayant de préférence un rapport de l'aluminium au phosphate d'environ 1,65 à 3, avant d'être constituée en structure feuilletée. La solution liante de phosphate doit avoir une concentration telle qu'elle contient environ de
45 à 55, de préférence 50, % de substance solide et possède une viscosité de l'ordre d'environ 2.000 - 6.000 centipoises.
Les structures feuilletées peuvent avoir différentes formes.
Plusieurs feuilles revêtues peuvent être empilées l'une sur l'autre et le tas soumis à pression, à température élevée. Alternativement, une feuil- le d'asbeste continue, imprégnée par un mono-phosphate d'aluminium et re- vêtue par le phosphate d'aluminium plus élevé, peut être enroulée sous forme d'un cylindre, en appliquant de préférence, une certaine pression durant l'opération d'enroulement, et soumise ensuite à des conditions qui permettent l'enlèvement d'au moins une partie de l'eau présente dans la solution du liant.
La façon dont l'eau et les autres substances volatiles sont en- levées de la structure feuilletée dépend du type de structure constituéeo Lorsque cette structure est obtenue en comprimant le tas de feuilles em- pilées entre les plaques chauffées d'une presse, les dites plaques peuvent être chauffées à des températures de l'ordre de 120-150 C. Cependant avant que la pression ne soit enlevée, il est préférable de diminuer la température à moins de 100 G.,de manière à éviter toute détérioration de la feuille comprimée, par l'effet de rupture pouvant être provoqué par toute pression résiduelle de vapeur d'eau.
Ensuite, les feuilles comprimées peuvent être séchées graduellement dans un four de séchage, d'abord à des températures basses (60-90 C) pour évaporer la plus grande partie de l'eau libre,ensuite à des températures croissantes, pouvant aller jusqu'à un maximum de 200 C., pour obtenir la sécheresse requise dans les isolants électriques.
En ce qui concerne la fabrication de cylindres et formes équivalentes obtenues en enroulant les feuilles revêtues et imprégnées sur un mandrin convenable, il est habituellement préférable de sécher à l'air les produits enroulés durant quelques heures aux températures ordinaires et soumettre, ensuite, les produits à une légère cuisson à des températures plus élevées, allant jusque 100 C., suivie d'une cuisson à 200-250 C. durant un temps tel que la teneur en eau de la substance feuilletée soit diminuée jusqu'à la valeur désirée.
Comme la feuille imprégnée de phosphate d'aluminium n'est pas thermoplastique, beaucoup de feuilles traitées par une résine organique étant thermoplastiques, elle possède un léger degré de coulage résultant de la présence d'eau et de quelques phosphates solubles dans l'eau, qui n'ont pas réagit avec l'asbeste et qui sont encore présente tels quels dans la feuille. En conséquence, lorsque la feuille revêtue et imprégnée ou plusieurs de ces feuilles sont soumises à pression, soit dans une presse soit après enroulement en un cylindre, il y a un coulage suffisant du liant pour obtenir un produit dense, sans vides. Durant le séchage et le chauffage deux effets se manifestent, l'un consistant en un séchage lent mais irréversible et l'autre consistant en une réaction entre l'asbeste et les ions de phosphate du liant.
Bien que les produits résultants sont utiles pour différentes applications électriques, ils conviennent particulièrement comme isolant dans les transformateurs du type sec. Sans traitement ultérieur, les substances feuilletées séchées peuvent être utilisées dans les transformateurs scellés, du type sec, soit comme cylindres sur lesquels sont enroulées les bobines, ou comme plaques planes, éléments d'espacement, anneaux terminaux et différentes formes de barrières de tension. Lorsqu'il est utilisé dans les transformateurs du type sec, non scellés, le produit lié au phosphate
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d'aluminium doit être, de préférence, soumis à un traitement ultérieur au vernis isolant électriquement, de tout type convenable, pour accroître ses qualités hydrofuges.
Un traitement au vernis particulièrement utile consiste en l'utilisation d'une résine organo-polysiloxane telle qu'une résine méthylpolysiloxane. Les résines polysiloxanes présentent l'avantage spécial qu'elles peuvent être appliquées au produit feuilleté séché à l'air, avant la cuisson finale, et le séchage final à 200-250 C. peut alors être employé à la fois dans le but d'enlever l'eau résiduelle du produit feuilleté, et de vulcaniser la résine polysiloxane. Par exemple, les cylindres constitués par le procédé habituel d'enroulement, ont été mis à sécher à l'air durant une nuit, sur un mandrin, enlevés du dit mandrin, leur surface traitée par une courroie à poncer, les dits cylindres étant finalement sciés à la longueur désirée.
C'est avant d'être soumis à cuisson que les cylindres sont le plus résistants, probablement à cause de la teneur en eau relativement grande du phosphate d'alu- minium liant et imprégnant. Les bobines de transformateur sont enroulées sur les cylindres sèches à l'air tant qu'ils sont encore dans cette condition de plus grande résistance, avant cuisson, et l'assemblage entier est ensuite soumis à un traitement au vernis utilisant une résine polysiloxane. Une tanpérature de cuisson élevée, telle que 250 C., par exemple, utilisée pour vuicaniser la résine polysiloxane, est également suffisante pour sécher convenablement les cylindres asbeste-phosphate d'aluminium et ceci, sans dommage à la résine polysiloxane.
Lorsqu'un vernis à basse température de vulcanisation, tel qu'un vernis phénolique, est utilisé pour l'impégnation, les cyindres sont cuits de préférence à une température de 200 C., ou à une température voisine, avant l'assemblage des bobines, et l'assemblage est ensuite traité par le vernis.
Dans cette modification du procédé, on a trouvé que de meilleurs résultats sont obtenus si, avant le traitement au vernis, la substance feuilletée est traitée par une solution diluée d'ammoniaque, de manière à neutraliser tous les acides résiduels présents dans le produit feuilleté. L'ammoniaque résiduel est ensuite évaporé du produit traité, de telle sorte que des électrolytes alcalins ou acides ne soient pas présents à l'état libre dans la substance feuilletée, au moment de l'imprégnation par le vernis. Le traitement par l'ammoniaque peut consister en un trempage de la substance feuilletée dans une solution diluée d'ammoniaque durant un temps suffisant pour obtenir le mouillage complet de la surface du produit laminé par la solution d'ammoniaque.
Les produits faisant l'objet de la présente invention sont usinables. Ils peuvent être sciés, poncés et perforés, si on le désire. Comme les substances brutes utilisées dans leur fabrication sont relativement bon marché, les produits sont relativement peu coûteux.