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Conducteurs électriques isoles par. d mica et, des. compositions rési-
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neuses de 'copolyméres $ynthét1qUE,S sosçeptib,es , de rêag3.r , '. ment, , . , ta présente invention se rapporte à des conducteurs et particulièrement à des conducteurs électriques comprenant un isolant formé'de mica et de compositions résineuses de copolymères synthétiques susceptibles de réagir complètement.
Un procédé très répandupour préparer et traiter,des bobinages, enroulements et conducteurs électriques semblables à haute tension est décrit dans le brevet belge n 491.896. Ce procé- dé consiste à entourer des conducteurs électriques d'Un ruban de mica dans lequel les paillettes de mica 'sont liées à un ou plusieur éléments de doublage par une résine de polyester. Le conducteur entouré du ruban est alors imprégné d'un mélange catalysé, suscep-
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tible de réagir complètement, d'un polyester et d'un monomère actif. La composition d'imprégnation catalysée utilisée dans ce procédé a une durée de conservation relativement courte et a tendance à gélifier ou à durcir à l'emmagasinage si elle n'est pas conservée au froid.
La composition d'imprégnation a également une telle viscosité, par exemple de 7 à 100 centipoises, qu'il ne pénètre qu'un enroulement comptant au maximum 30 couches seulement de ruban de mica.
Le but essentiel de la présente invention est de procurer un procédé pour imprégner rapidement et économiquement un isolant en ruban de mica appliqué à des conducteurs électriques d'une composition pouvant être conservée pendant un temps relativement long, à température élevée.. sans gélifier ou durcir et qui puisse être durcie par application de chaleur au moment voulu après son application au conducteur entouré de ruban.
Un autre but de l'invention est de procurer une composi- tion d'imprégnation capable de pénétrer rapidement au moins 50 couches d'un enroulement de ruban de mica appliqué à un conducteur électrique.
Ces buts sont atteints suivant la présente invention par un procédé de préparation d'un conducteur électrique isolé qui consiste à entourer le conducteur d'un ruban comprenant un élément flexible de doublage en feuille, une couche de paillettes de mica disposées sur l'élément de doublage et une matière liant les paillettes à l'élément de doublage,,,cette matière liante comprenant au moins une résine de polyester non saturée.
Le con- ducteur entouré de ruban est alors imprégné d'un monomère actif non saturé liquide ne comportant qu'un seul groupe #C = C#, ce monomère étant miscible et compatible avec le polyester non saturé de telle sorte qu'il pénètre rapidement les couches de ruban et se mélange au polyester pour former une composition polyméri- sable, susceptible de réagir complètement, qui remplit tous les
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interstices et les espaces da cr¯.c9e eL..a entouré de ruban, se conducteur entouré de ruban et imprégné est alors chauffe,, de préférence en présence d'un catalyseur de polymérisation d'addi-
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tion qui a été introduit dans la composition, afin de pa.znr. .=:
z la composition susceptible de réagir complétement et c'mam.r une résine solide theimoduroïe.
Le polyester non sataré e#picye poixr -lier les pal1 ;fi;i.s de mica à l'élément ou aux éléments de doublage du ruban peut être avantageusement préparé en estérifiant un alcool polyhydrique ne comptant pas d'autres groupes actifs que des groupes hydroxyles pratiquement par un équivalent molaire d'au moins un acide ou
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anhydride alpha, bêta-dicarboxylique non saturation éthylénique.
Les acides alpha, bta-di.carboxyli.c,u.es éth3;léniquement non saturés qui peuvent être.employés suivant l'invention sent nota-mMent l'acide maléiquµ, 1'acide fumarique, 1-'anhydride maléiqu.
1-'acide mono-chloro-mal4iue, leacide ïtàconique, l'anhydride , , , si itaconiqu-e, l'acide citraonïque., ét l'anhydride citraconique. Dans la préparation du polyester, jusqu'µ 95% en poids de l'ingré- dient acide non saturé peuvent être remplacés par un ou plusieurs
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acides dicarboxyliques saturés comptant de; 2 à 10 atomes de carbone par molécule, les groupes carboxyles étant situés à 1.'extrémité des chaînes et-ne comportant pas d'autres groupes ac-
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tifs. Les exemples de ces acides sont 1-lacide succinïque., l'acide adipique, l'acide sébacique, l'anhydride phtalique, etc..
Les alcools polyhydriques pouvant être utilisés suivant l'invention sont entre autres les alcools aliphatiques qui ne contiennent d'autres groupes actifs que des groupes hydroxyles.
Des exemples d'alcools appropriés sont 1-*éthylène-glycol., le
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gl,crol.t le pentaérythritolj le propyléne.-glyco., le dïethyl'ène,- glycole le 1,5-pentauediol et le triêthy7.wne-glycol. Des me3anEe;:. d'alcools polyhydriques peuvent être également employée et dans certains cas des époxydes peuvent être utilisés au lieu de glycol,
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particulièrement dans des réactions avec les acides dicarboxyliques plutôt qu'avec leurs anhydrides- L'huile de ricin peut être égale- ment employée dans des réactions avec l'anhydride maléique. L'alcool polyhydrique doit être utilisé relativement à la quantité totale des ingrédients acides à raison d'un équivalent molaire plus ou moin 10%.
Les résines de polyester sont préparées en faisant réagir les ingrédients acides et l'alcool polyhydrique suivant les procé- dés habituels d'estérification. Par exemple, les ingrédients acides et l'alcool polyhydrique sont chauffés à reflux en présence d'un catalyseur d'estérification comme l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique,l'acide benzènesulfonique, etc.. L'élimina- tion de l'eau formée dans la réaction pour augmenter le degré d'estérification peut avantageusement s'effectuer par distillation azéotropique, par exemple en effectuant la réaction en présence d'un liquide organique volatil comme le toluène, le xylène etc..
L'élément de doublage' flexible- en feuille utilisé pour préparer le ruban de mica utilisé suivant la présente invention peut être par exemple du papier de riz ou du papier supercalandré.
Ces papiers existent déjà dans des épaisseurs de l'ordre de 0,025 mm. En outre, l'élément de doublage en feuille peut comprendrE d'autres matières comme le tissu de fibres de verre, le tissu d'amiante, le papier d'amiante ou les tissus de coton. Le papier d'amiante peut comprendre de l'amiante broyé ordinaire mélangé à de petites quantités de fibres cellulosiques ou peut être formée d'amiante broyé aux boulets en particules extrêmement fines, sou- vent appelé amiante micro-fin. Des résines synthétiques sous la forme de pellicules ou de tissus, par exemple de tissus de nylon ou de pellicules de nylon, peuvent être employées comme matière de doublage flexible en feuilles.
Des feuilles d'autres résines synthétiques, par exemple d'acétobutyrate de cellulose ou de polyéthylène peuvent être employées comme base pour les paillettes de mica.
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Pour prép@@er les rubans de mica àutiliser suivant l'invention, on laisse tomber des paillettes de mica sur une feuille en mouvement continu de l'Élément de doublage flexible et on appli- que la. résine de polyester décrite ci-dessus aux paillettes de mica et aux rubans par écoulement goutte à goutte, pulvérisation, au pinceau ou d'une autre manière.
Les paillettes de mica sont appli- auées au doublage en feuille en couche d'épaisseur appropriée- Pour l'isolation à haute tension, on a trouvé qu'une matière de doubla- ge en feuille d'environ 0,025 mm d'épaisseur, portant une couche de paillettes de mica de 0,076 à 0,25 mm d'épaisseur donne d'excel- lents résultats- Une seconde couche de matière de doublage flexible en feuille peut être appliquée si on le désire au-dessus de la couche ou des couches de paillettes de mica. Il n'est pas nécessai- re que les deux feuilles appliquées de part et d'autre des paillet- tes de mica soient faites de la même matière. C'est ainsi que le ruban peut comprendre un doublage de papier et une couche supérieure de papier d'amiante ou bien de l'amiante ;et un tissu de fibres de verre.
D'excellents résultats ont été obtenus en utilisant du papier de verre et du tissu de fibres de verre, respectivement, pour la partie inférieure et la partie supérieure du ruban. En variante, une feuille de cellophane, c'est-à-dire de cellulose régénérée, peut être appliquée au-dessus de la couche ou des couches des paillettes de mica pour que le ruban puisse être enroulé en rouleau sans adhérer à lui-même. Le ruban ainsi obtenu reste flexible et ne vieillit pas, ne se durcit ni ne se détériore appréciablement lorsqu'il est conservé à des températures relati- vement élevées ou relativement basses pendant des durées considé- rables.
Dans la plupart des applications entraînant la prépara- tion d'une isolation pour conducteurs à haute tension, on préfère utiliser la résine de polyester à raison d'environ 25% sans dépasser environ 35% en poids du poids du ruban composite de mica.
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Une isolation particulièrement satisfaisante est obtenue avec un ruban composite de mica contenant de 7 à 13% en poids de résine de polyester. Un exemple d'un ruban qui a donné d'excellents résul- tats en pratique comprend deux feuilles chacune de 0025 mm d'épais- seur, l'une de tissu de fibres de verre et l'autre de papier de fibres de verre entre lesquelles sont placées une couche de 0,076 à 0,125 mm d'épaisseur de paillettes de mica d'un diamètre moyen d'environ 1 pouce (25,4 mm) et de 7 à 13% en poids sur la base du poids total du ruban composite, d'une résine de polyester.
Ce ruban a un aspect et un toucher secs, mais est remarquablement bien lié et possède une grande résistance mécanique qui permet de l'appliquer sur des conducteurs électriques sans pertes de paillettes de mica. On a, préparé des rubans de ce genre avec des paillettes de mica d'unei surface moyenne .de 64,5 cm 2 et avec des paillettes de mica dont'la surface ne représente qu'une fraction de pouce (25,4 mm). ;
Les conducteurs électriques entourés de ruban sont imprégnés d'une composition comprenant un monomère actif, liquide, non saturé ne comportant qu'un seul groupe actif #C = C#. Des exemples de monomères qui peuvent être utilisés suivant l'invention sont le monostyrène, le vinyl-toluène, l'alpha-méthyl-styrène, le
2,4-dichlorostyrène, le paraméthyl-styrène, l'acétate de vinyle, le méthyl-méthacrylate, l'éthyl-acrylate, l'alcool allylique, l'alcool méthallylique, l'acrylonitrile, la méthyl-vinyl-cétone, le chlorure de vinylidène, le butyl-méthacrylate et le 1,3-chlore- prne, ainsi que des mélanges de deux ou plusieurs de ces monomères.
Il est préférable d'employer des monomères qui ont une viscosité à 250 C d'une centipoise ou moins, par exemple le monosty- rne, le méthyl-méthacrylate, et le vinyl-toluène, parce qu'ils pénètrent un nombre de couches relativement grand, par exemple jusqu'à 50 couches et plus, de rubans de mica superposés.
Toutefois, des monomères d'une viscosité plus grande, par exemple d'une viscosité de 12 centipoises peuvent être égale-
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ment utilisés suivant l'invention lorsqu'on imprègne des enroulement comportant moins de couches de ruban de mica.
On obtient des résultats particulièrement satisfaisants en mélangeant au moins un catalyseur de polymérisation par addi- tion au monomère liquide non saturé constituant le mélange d'impré- gnation de l'invention. Des exemples de tels catalyseurs sont le peroxyde de benzoyle, le peroxyde de lauroyle, le peroxyde de méthyl-éthyl-cétone, l'hydroperoxyde de t-butyle, l'ascaridole, le perbenzoate de tertiobutyle, le diperphtalate de ditertiobutyle, les ozonides et des catalyseurs semblables à raison de 0,1% à 2% en poids sur la base du poids total de la composition d'imprégna- tion bien que des quantités un peu plus importantes ou un peu plus réduites puissent être employées si on le désire.
Des accéléra- teurs de polymérisation comme le naphténate de cobalt et l'azomé- thine peuvent être également mélangés aux monomères et aux cataly- seurs de la. composition d'imprégnation.
Les monomères comportant un seul groupe #C = C# ne donnent à eux seuls que des polymères thermoplastiques. Toutefois, lorsqu'on imprègne des bobinages entourés de rubans de mica conte- nant des résines de polyester liquides non saturés, le monomère catalysé dissout la résine de polyester et se mélange avec elle, et le mélange se transforme par chauffage en polymères thermodurcis.
L'invention sera décrite ci-après avec référence à la préparation et à l'imprégnation d'un bobinage pouvant être utilisé dans une génératrice à haute tension. Un' bobinage constitué de plusieurs tours de conducteurs est d'abord entouré de rubans de mica préparés comme décrit ci-dessus. Ce ruban comprend une paire d'éléments de doublage flexibles en feuille, avec entre eux une couche de paillettes de mica collées par une résine de polyester.
Le ruban peut être appliqué à demi-recouvrement ou bord à bord ou de toute autre manière. En général, on enroule autour du bobinage plusieurs couches du ruban composite, la plupart du temps au moins 12 couches.
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Le bobinage ainsi préparé et entouré de ruban est placé dans un réservoir d'imprégnation et soumis à une opération de séchage à chaud et sous vide pour en éliminer pratiquement toute l'eau, l'air et d'autres matières volatiles indésirables. La composition d'imprégnation de l'invention comprenant un monomère actif non saturé liquide mélangé à un catalyseur de polymérisation du type addition est alors introduite dans le réservoir jusqu'à ce que le bobinage soit complètement immergé dans la composition.
Pendant que le bobinage est complètement recouvert de la composition d'imprégnation, on introduit sous pression dans le réservoir de l'air atmosphérique de l'anhydride carbonique, de l'azote ou un autre gaz relativement inerte pour aider la composition d'imprégna- tion à pénétrer profondément dans le bobinage entouré de ruban et à se mélanger à la résine de polyester pour former une composition polymérisable susceptible de réagir complètement, qui remplit tous les espaces et les interstices du bobinage entouré de ruban.
Le traitement d'imprégnation ne doit pas être long. 10 minutes sous pression sont généralement suffisantes pour imprégner et saturer complètement de petits enroulements. Des périodes d'impré- gnation plus longues allant par exemple jusqu'à plusieurs heures, assurent une pénétration et une saturation complète de bobinages et d'enroulements plus grand entourés de nombreuses couches de ruban. Si l'imprégnation sous vide donne les meilleurs résultats, il est bien entendu qu'une simple immersion dans une cuve ou un réservoir ouvert peut donner des résultats satisfaisants.
--Le bobinage imprégné mais non vulcanisé est alors retiré de la cuve d'imprégnation, rapidement égoutté et soumis à une vulcanisation. Si.on le désire, lé bobinage peut être entouré d'un ruban imperméable pour éviter que la composition liquide s'échappe ou se perde pendant la vulcanisation. Un procédé préféré pour vulcaniser la composition résineuse consiste à placer le bobinage imprégné dans une presse de mise à dimensions et de vulcanisation
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munie d'éléments de chauffage,, par exemple d'éléments de chauffage électriques, de canalisations à eau chaude, etc..
La composition résineuse polymérisable peut être vulcanisée sur le bobinage, tandi; que celui-ci se trouve dans le moule en la soumettant à l'action de la chaleur ou de la lumière actinique ou des deux afin de polymériser la résine jusqu'à l'état solide. Dans d'autres cas, les bobinages entourés de ruban peuvent être placés dans un four et vulcanisés en les chauffant à des températures supérieures à 80 C, par exemple jusqu'à 135 C environ. Dans tous les. cas, la résine vulcanisée est thermodurcie.
Les exemples ci-dessous illustrent plus clairement encore les avantages et les possibilités de la présente invention.
Les parties et proportions sont en poids, sauf indication contraire.
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XJ{1.Pl& .J,.. -
On combine un mélange de 44 moles % d'acide adipique et de 6 moles % d'acide fumarique à 50 moles % de propylène-glycol et on fait réagir le tout avec arrosage à 1-'anhydride carbonique pendant environ 4 heures à une température de 140 C dans un réci- pient de réaction fermé. La température est ensuite portée à 220 C en l'espace de 4 heures et la réaction est poursuivie à cette température pendant 8 heures de plus. On obtient une résine de polyester sirupeuse.
EXEMPLE 2. -
On prépare suivant le procédé décrit dans l'exemple 1 une composition comprenant le produit de réaction de 10 moles % d'anhydride maléique, 40 moles % d'acide adipique et 50 moles % de glycol.
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x, î'. PLJ y3 ...
On prépare une résine de polyester sirupeuse suivant le procédé décrit dans l'exemple 1 en faisant réagir 30 moles % l'acide sébacique, 20 moles % d'anhydride maléique et 50 moles % de
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ilrÎll.t?:1-.YCO1.
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EXEMPLE 4. -
On prépare un barreau de cuivre pour haute tension en l'enveloppant d'un ruban de mica dans lequel les paillettes de mica sont disposées entre une feuille de papier de fibres de verre et une feuille de tissu de verre, et liées avec 10% de leur poids de la résine de polyester préparée comme dans l'exemple 1.
Le barreau entouré de ruban est placé dans un réservoir d'imprégnation et soumis à un séchage à la chaleur et à un traite- ment par le vide pour éliminer pratiquement toute l'eau, l'air, et les autres matières volatiles indésirables. On introduit dans le réservoir, jusqu'à ce que le barreau entouré de ruban soit complètement submergé, une composition d'imprégnation comprenant 99,5% en poids de méthyl-métacrylate et 0,5% en poids de peroxyde de benzoyle. On introduit ,de l'air atmosphérique dans le-réservoir sous pression pour faciliter la pénétration profonde de la compo- sition d'imprégnation dans le ruban et son mélange avec la résine de polyester pour former une composition'polymérisable susceptible de réagir complètement.
Le barreau traité est.ensuite retiré du réservoir et chauffé pour vulcaniser la composition polymérisable jusqu'à l'état solide* L'isolant composite vulcanisé ainsi formé sur le barreau présente les facteurs de puissance suivants :
Facteur de puissance %
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<tb> 2KV <SEP> 5KV <SEP> 10KV <SEP> 16KV
<tb>
<tb> 25 C <SEP> 120 C <SEP> 25 C <SEP> 120 C <SEP> 25 C <SEP> 120 C <SEP> 25 C <SEP> 120 C
<tb> 4,2 <SEP> 9,5 <SEP> 4,6 <SEP> 9,9 <SEP> 6,7,. <SEP> 13,5 <SEP> 'la,1 <SEP> 16,7
<tb>
L'isolant composite vulcanisé résiste à 55 KV pendant une minute et a une résistance à la traction de 408 kg/cm2 et un allongement de 0,95% à 100 C.
EXEMPLE 5. -
On prépare un barreau de cuivre en l'entourant d'un ruban de mica comportant une couche de doublage en papier de fibres de @@@@re et une autre en verre entre lesquelles se trouve une couche de paillettes de Mica* Les paillettes sont collées aux doublages
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par la résine de polyester de l'exemple 1.
Le barreau entouré de ruban est imprégné et vulcanisé comme décrit dans l'exemple 4 à
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l'aide d'un mélange de 995% en poids de'noa:ostyrène et 05% en poids de peroxyde de benzoyle en quantité équivalant à 4 fois le poids du polyester* L'isolant composite vulcanisé présente les facteurs de puissance suivante:
Facteur de puissance %
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2 KV 2KY: 10KV ¯ ' 16 K± 25<'C , l2àtC 250C 1200q 25 C 1200Q 25 C 1Q 1,8 13, 2,0 13.,6 , 3,3 z9 t,5 16,1 L'isolant çomposite vulcanisé résiste à 70 KV pendant 1.minute et
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a une résistance'à la' traction de y,1,,0,,kg/cm2 et' un allongement de 077%'à i 100 C. ;
La présente invention .permet d'utiliser une composition d'imprégnation contenant un monomère catalysé ,qui peut être conser-
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vée pendant un temps assez .ori .',., 4!tempéxa'tü.r ôrclinirel avant de lutiliser.'.Une telle composition', possède I'ç3es avantages'éviden'bs dans le procédé, de leinvention si on la compare à- la préparation des conducteurs électriques isolée pour laquelle la composition d'imprégnation , devait être conservée au froid avant l'emploi pour éviter sa gélification prématurée. La composition d'imprégnation de l'invention possède encore un-autre avantage, sa viscosité sensiblement plus faible que celle des compositions d'imprégnation connues.
Cette viscosité plus faible permet même d'imprégner des enroulements entourés de 50 couches de ruban de mica et facil%te, par exemple, la préparation'de buselures électriques isolées @ décrites dans le brevet belge n 505. 065.