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La présente invention se rapporte aux conducteurs électriques isolés, comprenant des résines de polysiloxane thermodurcies, et aux pro- cédés pour les obtenir.
Bien qu'il ait été désirable jusqu'à présent, d'appliquer des ré- sines de polysiloxane thermodurcissables à des conducteurs électriques afin de les isoler, on n'a pu disposer de compositions liquides de polysi- loxane susceptibles de réaction complète de viscosité suffisamment faible pour assurer une imprégnation adéquate des matières isolantes solides ap- pliquées à la surface des conducteurs. Les résines de polysiloxane capa- bles d'une réaction complète sans dégagement d'eau, de gaz ou d'autres sous- produits, n'ont pu être obtenues avant la présente invention avec une fai- ble viscosité de l'ordre de 0,1 à 4 poises, et particulièrement dans la gamme de moins de 40 centipoises, à 25 C.
Les compositions de polysiloxane susceptibles de réaction com- plète et existant jusqu'à présent, contenant des groupes oléfiniques actifs tels que) 0 = C < ont été relativement très visqueuses, dans de nom- breux cas plus de 5 poises et souvent plus de 50 poises à 25 C, de sorte que l'imprégnation des rubans de mica, rubans de verre,feuille d'amiante et autres isolants solides n'a pas été satisfaisante pour la plupart des applications d'isolation du conducteur dans l'industrie électrique. Dans de nombreux cas, des bobinages électriques sont entourés de 4 à 25 cou- ches de ruban de mica et plus. Il faut que la composition ait une visco- sité extrêmement réduite pour pénétrer tous les vides, pores et intersti- ces de ces rubans et former un isolant solide complètement imprégné.
Les compositions de polysiloxane d'une viscosité supérieure à 5 poises à 25 C ne pénètrent pas de façon satisfaisante cinq couches de ruban de mica sous vide même après des durées prolongées d'un jour et plus. Pour des raisons pratiques, il est nécessaire que les compositions d'imprégnation pénètrent de nombreuses couches de ruban de mica ou d'autres matières isolantes so- lides rapidement, et de préférence en moins d'une heure de traitement d'im- prégnation. En outre, les produits résineux solides préparés à partir de polysiloxanes vinyliques actifs présentent généralement des propriétés phy- siques de plus en plus inférieures lorsqu'ils sont préparés à partir de li- quides de viscosité plus faible.
On a découvert de nouvelles compositions de polysiloxane d'une viscosité extrêmement faible et susceptibles de réagir complètement à des .températures modérées, de l'ordre de 100 à 200 C. En particulier, ces com- positions comprennent des polysiloxanes de faible viscosité et de faible tension de vapeur à des températures jusqu'à 100 C, et plus, et présentent la formule de structure suivante:
EMI1.1
où R représente un radical monovalent choisi dans le groupe formé par les radicaux alkyles n'ayant pas plus de quatre atomes de carbone, et les ra- dicaux aryles comprenant un anneau benzénique ne comptant pas plus de deux groupes méthyles remplaçant de l'hydrogène, R1 représente un radical mo- novalent choisi dans le groupe formé par les radicaux vinyles et méthyles, chaque molécule comptant au moins deux radicaux vinyles, et n vaut au moins
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deux. Lorsque n a une valeur moyenne de 2 à 10, la viscosité varie de 10 à 100 centipoises à 25 C. Les polysiloxanes liquides présentant la plus grande stabilité thermique et la viscosité la plus faible sont obtenus lors- que R est méthyle ou phényle dans la formule (1).
Les composés de polysiloxane où n vaut 1 dans la formule ci-des- sus sont très volatils. Par chauffage à 100-140 C des bobinages imprégnés de polysiloxane dont une partie importante est constituée de composés où n vaut 1, on assiste à un dégagement abondant de vapeurs et de fumées de ces derniers composés. Les composés où n vaut 2 ont une tension de vapeur nettement moins élevée que les composés où n vaut 1, et, par exemple, ne bouillent pas à 85 C-100 C même sous des pressions de 0,1 mm de mercure.
Par conséquent, on préfère effectuer les réactions, de façon à obtenir un minimum de polysiloxane où n = 1. Si le composé contient plus de quelques pour cents en poids de polysiloxane où n == 1, il peut être et doit être sé- paré par distillation fractionnée. De petites quantités de trisiloxane peuvent être évidemment présentes pour certaines applications particulière- ment si deux-groupes vinyles sont présents par molécule.
Des polysiloxanes particulièrement satisfaisants sont ceux qui répondent à la formule suivante:
EMI2.1
où R' représente un radical monovalent choisi dans le groupe formé par les radicaux méthyles et phényles, et R un radical monovalent choisi dans le groupe formé par les radicaux méthyles et vinyles, chaque molécule'comptant une moyenne d'au moins deux radicaux vinyliques, et n vaut au moins deux.
Des liquides à viscosité particulièrement basse correspondent à la formule : -
EMI2.2
où n est au moins deux et a une valeur moyenne de 2 à 10.
Des liquides correspondant à la formule (1) ayant une viscosité d'environ 10 à 40 oentipoises à 25 C sont obtenus lorsque n dans la for- mule a une valeur moyenne de 2,0 à 3,5. Dans la formule (3), lorsque n a une valeur moyenne de 2,5, la viscosité du liquide est approximativement 15 centisokes à 25 C, et lorsque n a une valeur moyenne de 3, la viscosité est environ 20 centisokes à 25 C .
Les polysiloxanes liquides à faible viscosité de la présente in- vention, par exemple ceux de la formule (3), peuvent être préparés en hy- drolysant (a) de 2 à 10 moles, ou plus, d'un monomère de phénylvinylsilane
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où les deux groupes restants attachés au silicium comprennent un radical facilement hydrolysable comme les radicaux chlore, fluor, alcoxy ou arylo- xy, par exemple méthoxy, éthoxy ou phénoxy, ou un groupe amine, en mélange avec (b) deux moles d'un agent de blocage des extrémités, par exemple un monomère de silane ne comptant qu'un groupe facilement hydrolysable atta- ché au silicium, tandis que les autres radicaux attachés au silicium sont choisis dans le groupe formé par les radicaux méthyle, phényle et vinyle, le monomère ne comptant pas plus d'un groupe phényle ou plus d'un groupe vinyle.
Le mélange est hydrolysé par de l'eau ou un acide en solution aqueuse, par exemple de l'acide sulfurique à 5 ou 20 %. Le produit d'hy- drolyse est condensé avec un acide ou un alcali pour obtenir le polysiloxane.
L'hydrolyse et la oonoensation peuvent être appliquées simultanément au mé- lange. Une mole d'un disiloxane peut remplacer deux moles de silane (b) pour former des groupes de blocage des extrémités par scission du disiloxa- ne par un catalyseur de condensation acide. Dans ces disiloxanes on compte six radicaux hydrocarbures attachés à deux atomes de silicium, chacun des atomes de silicium portant au moins un groupe méthyle et chacun des atomes de silicium ne portant pas plus de un groupe phényle et un groupe vinyle.
Des exemples de ces disiloxanes sont l'hexaméthyl-disiloxane, le 1-phényl-
EMI3.1
l,l-diméthyl-3-phényl-3,3-diméthyl-disiloxane, et le l,3-diméthyl-l,3- diphényl-l-)3-divinyl-disiloxane.
Pour certaines applications, il est désirable que les polysiloxa- nes liquides de la formule (1) soient combinés à des polysiloxanes plus
EMI3.2
visqueux comptant le groupe actif> C = Cl pour que la combinaison pro- duise des compositions de polysiloxane compatibles, susceptibles de réac- tion complète d'une viscosité intermédiaire sensiblement supérieure à 0,2 poise-à 25 C, et de préférence de 1 à 4 poises à 25 C, qui vulcanisent en donnant des produits résineux solides présentant d'excellentes propriétés, tenaces et flexibles dans les conditions d'emploi.
Toutes ces compositions de polysiloxane possèdent la propriété très avantageuse d'un faible retrait en volume lorsqu'elle polymérisent de l'état liquide à l'état solide. Le retrait en volume des compositions de polysiloxane seules est de 4 à 5% environ. Ceci est une caractéristi- que très désirable, parce que la plupart des résines, lorsqu'elles passent de l'état liquide à l'état solide thermoduroi, rétrécissent considérable- ment plus, ce qui entraîne des inconvénients tels que fissures, impossi- bilité de remplir un espace donné etc. En introduisant des charges comme de la silice finement divisée, le retrait peut être encore réduit.
Par exemple, une composition comprenant 50% en volume de polysiloxane liquide et 50% en volume de silice passant par le tamis 300 mailles a un retrait en volume d'environ 2% lorsqu'elle passe à l'état solide par vulcanisation.
Le but de l'invention est de procurer un conducteur électrique isolé comprenant une matière isolante solide, et une résine de polysiloxane thermodurcie ayant d'excellentes propriétés physiques et électriques, im- prégnant pratiquement complètement la charge solide.
Un autre but de l'invention est de procurer un bobinage électri- que'isolé par des paillettes de mica et une résine de polysiloxane suscep- tible de réaction complète thermodurcie, ayant d'excellentes propriétés physiques et électriques, imprégnant les paillettes de mica.
Un autre but encore est de procurer un procédé d'application à des conducteurs électriques d'un isolant comprenant une matière isolante solide et une résine de polysiloxane.ayant complètement réagi imprégnant de façon massive de l'isolant solide.
L'invention ressortira de la description qui suit de plusieurs formes d'exécution données à titre d'exemple avec référence aux dessins
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annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une vue en perspective partielle d'un bobinage entouré d'un isolant à base de mica;
Fig. 2 une coupe verticale d'un réservoir d'imprégnation;
Fig. 3 une vue en plan d'un demi bobinage disposé dans un.- réser- voir d'imprégnation;
Fig. 4 une vue partielle en élévation d'un demi bobinage placé dans une matrice et une forme;
Fig. 5 une coupe verticale d'un ensemble de bobinage noyé dans l'isolant; et
Fig. 6 une coupe verticale d'un réservoir d'imprégnation pour l'imprégnation de buselures électriques.
Suivant la présente invention des conducteurs électriques munis d'un isolant solide, par exemple du ruban ou des feuilles de mica, du ru- ban de verre, du ruban d'amiante etc.., sont complètement imprégnés d'une composition de polysiloxane complètement polymérisable, d'une viscosité suffisamment basse pour qu'on puisse obtenir un remplissage complet et par- fait de tous les pores à l'isolant, et la composition de polysiloxane ain- si appliquée est ensuite vulcanisée à l'état d'isolant solide exempt de vides.
La présente invention est particulièrement applicable à la pré- paration des conducteurs comprenant du mica et une résine de polysiloxane susceptible de réaction complète. Les isolants à base de mica, et en par- ticulier, les rubans composites de mica comprenant une couche de paillet- tes de mica, un doublage et un liant, sont utilisés pour les isolants élec- triques de la plus haute qualité. Toutefois, plusieurs couches de ruban ou de feuille de mica sont particulièrement difficiles à imprégner, sauf si les compositions d'imprégnation sont très peu visqueuses.
C'est ainsi que, lorsqu'on entoure un conducteur de 16 à 25 couches de ruban de mica, on a constaté que cette épaisseur de ruban de mica ne peut être imprégnée de façon satisfaisante en un temps raisonnablement court, qu'avec un imprég- nant d'une viscosité inférieure à 0,5 poise à 25 C. En appliquant des pres- sions pouvant aller jusqu'à 2,8 kg/cm2 au polysiloxane servant à l' imprégna- tion, on a pu imprégner 12 à- 16 couches de ruban de mica avec des composi- tions de polysiloxane d'une viscosité d'environ 1 poise à 25 C.
Les con- ducteurs entourés de 4 à 6 couches de ruban de mica demandent 4 à 6 heures pour une imprégnation adéquate par un polysiloxane liquide d'une viscosité de 4 poises à 25 C, mais on a pu réduire la durée d'imprégnation à 1 heure, lorsque la composition de polysiloxane liquide est soumise à des pressions de 2,8 kg/cme au manomètre. On notera que les réservoirs d'imprégnation susceptibles de travailler à ces pressions sont très coûteux, que les frais d'application sont élevés et que les problèmes rencontrés dans leur emploi et leur entretien sont importants.
Pour imprégner de façon satisfaisante un isolant à base de mica appliqué à des conducteurs électriques, il est nécessaire que les paillettes de mica'sous la forme d'un ruban ou de feuille composite soient traitées par un liant résineux liquides ayant une viscosité de 100 à 100.000 poises à 25 C. Une autre condition est que le liant liquide résineux visqueux com- prenne une résine de polysiloxane qui soit (1) compatible avec la composi- tion de polysiloxane d'imprégnation comme indiqué plus haut et (2) présente des groupes C = C attachés au silicium par des liaisons carbone- silicium.
Une isolation composite à base de mica convenant pour la mise en oeuvre de la présente invention, petit être préparée en y appliquant des com-
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positions liquides de grande viscosité contenant des groupes C = C attachés au silicium de la manière suivante. La composition de polysilo- xane de forte viscosité est dissoute dans un solvant organique, par exemple du toluène, du xylène ou du benzène, pour obtenir une solution comprenant de 20 à 50 % en poids de la résine de polysiloxane. La solution ainsi pré- parée est alors appliquée, par égouttage, calandrage ou pulvérisation, sur une couche de paillettes de mica, de préférence portée par un doublage en feuille, par exemple un tissu de fibres de verre. Les paillettes de mica traitées sur le doublage sont alors soumises à la chaleur pour évaporer le solvant.
Le chauffage est, toutefois, conduit de telle sorte que le liant de olysiloxane ne soit pas vulcanisé. A ce moment, le liant de polysilo- xane à l'état de liquide très visqueux est présent dans le ruban de mica en quantités de l'ordre de 3 à 20 % du poids du ruban de mica, et ce ruban ne semble pas particulièrement humide et dans certains cas parait même sec.
Toutefois, lorsqu'on essaye de séparer les paillettes de mica liées, l'une de l'autre ou du doublage, on constate qu'elles sont très bien maintenues l'une à l'autre et au doublage par une couche adhésive de polysiloxane .
Dans de nombreux cas il peut être désirable d'appliquer aux deux faces de la couche de paillette du mica, une mince feuille de tissu de verre ou d'a- miante pour permettre à la feuille ou au ruban de mica d'être manipulés et appliqués air conducteur avec dès meilleurs résultats.
Les exemples qui suivent illustrent la confection d'un ruban de mica ;
EXEMPLE 1.-
On applique à une feuille de tissu de verre d'une épaisseur de
0,025 mm, une couche de paillettes de mica d'une épaisseur d'environ 0,13 mm. On applique ensuite par égouttage sur la couche de paillettes de mica, une solution à 35% dans le toluène, d'une composition de polysiloxane ayant une viscosité de 5. 000 poises à 25 C. Cette composition de polysiloxane est préparée en hydrolysant une solution dans le toluène de 4 moles de dichlorophénylvinylsilane et de 6 moles de dichlorométhylphénylsilane par de l'eau glacée. La solution dans le toluène avec ce produit d'hydrolyse est alors chauffée à reflux pendant plusieurs heures en présence de KOH ou d'une autre base forte. La base est alors neutralisée en agitant avec de l'acide chlorhydrique dilué.
Le mélange est ensuite purgé à l'aide d'un gaz inerte, par exemple l'azote et la température portée et maintenue à 150-200 C jusqu'à ce que la viscosité et .l'état adhésif désirés soient at- teints. Une feuille de couverture de 0,13 mm d'épaisseur en tissu de verre est appliquée au ruban de mica puis légèrement pressée sous des cylindres pour unir les feuilles aux paillettes de mica. La.feuille ainsi produite est alors soumise à un court chauffage à 100 C pour évaporer le toluène. La feuille obtenue contient approximativement 12% en poids de la résine de polysiloxane. 'La feuille est ensuite fendue en ruban pour être appliquée à des bobinages électriques.
D'autres rubans de mica satisfaisants sont également préparés de polysiloxanes liquide d'une viscosité de 25. 000 poises et préparés comme dans l'exemple 1.
EXEMPLE II.-
On prépare un polysiloxane liquide de la manière suivante: On dissout un mélange de 375 parties du diéthoxyphénylvinylsilane, 30 par- ties de diéthoxydiméthylsilane et 81,2 parties de 1,4-bis-(éthoxydiméthyl- silyl)benzène dans environ 165 parties de benzène contenu dans un récipient.
Ce récipient est placé dans un bain de glace et refroidi à 0 C. La solu- tion est hydrolysée en ajoutant environ 100 parties d'acide sulfurique à
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80 %, tout en agitant énergiquement en l'espace d'une heure environ. La solution est retirée du bain de glace et agitée pendant une heure de plus, en ajoutant de la glace pilée vers la fin. La solution de benzène conte- nant le produit de condensation se sépare et la couche d'acide et d'eau est rejetée. L'acide libre est séparé par lavage de la solution de benzène par traitement par du bicarbonate de sodium. L'eau et le benzène sont en- suite retirés par évaporation en utilisant la chaleur et le vide, ce qui laisse environ 80 parties d'un produit intermédiaire d'organosiloxane li- quide polymérisable ayant une viscosité de 6 poises à 25 C.
En traitant à nouveau cette huile par de l'acide sulfurique concentré on obtient une hui- le plus visqueuse qui peut être utilisée directement comme liant pour le mica. La viscosité de cette huile de 6 poises est augmentée en dissolvant 75 parties dans 75 parties de benzène et en agitant énergiquement la solu- , tion avec de l'acide sulfurique à 80% pendant une heure. L'huile ainsi obtenue a une viscosité de 5.400 poises à 25 C.
La composition de polysiloxane de cet exemple II est dissoute dans le benzène pour obtenir une solution à 30%. La solution est appliquée à une couche de 0,18 mm d'épaisseur de paillettes de mica disposée sur un doublage de tissu de verre de 0,024 mm. Après avoir recouvert les paillet- tes de mica traitées d'une feuille supérieure de 0,024 mm en tissu de ver- re, on lamine légèrement l'ensemble puis on le chauffe dans un four pour éliminer le benzène. Le ruban de mica ainsi obtenu contient 15% en poids de composition de polysiloxane.
Pour la plupart des applications comprenant l'imprégnation du ru- ban de mica, la proportion du liant de polysiloxane liquide dans le ruban ne peùt dépasser 25% en poids du ruban de mica. De bons résultats ont été obtenus avec un isolant de mica composite dans lequel la composition de polysiloxane contient de 5 à 20% en poids du ruban de mica. Si une grande résistance n'est pas requise pour le ruban, la quantité du liant de polysi- loxane peut ne pas dépasser 3% du poids du ruban de mica.
Pour préparer¯un conducteur électrique, le ruban ou la feuille de mica est appliqué à la surface du conducteur électrique en autant d'é- paisseurs ou de couches qu'il est nécessaire pour la tension ou d'autres conditions de l'application électrique. Le conducteur peut comprendre un conducteur unique, ou plusieurs conducteurs, et chaque conducteur peut com- prendre plusieurs spires'. Le conducteur peut comprendre des barres massi- ves, de cuivre, d'argent, de laiton ou d'un autre métal ou d'une matière ré- sistante comme le fer ou un autre alliage. Le conducteur peut comprendre des tubes creux de cuivre ou des tubes de métal blanc ou de bronze au phos- phore disposés à l'intérieur d'une couche extérieure de bande de cuivre.
Ces tubes transportent de l'hydrogène ou d'autres réfrigérants à l'intérieur des conducteurs.
Avec référence à la fig. 1 du dessin, on peut voir une partie d'un bobinage 10 isolé suivant l'invention. Le bobinage 10 comprend 4 spi- res 12 d'un conducteur auquel on a appliqué un isolant par spire 13. L'i- solant par spire 13 peut comprendre un ruban de mica ou un ruban de verre, généralement aveo un imprégnant résineux tel que, par exemple une résine époxy ou une résine de polysiloxane thermodurcissable. Les spires des con- ducteurs 12 sont ensuite entourées de couches de rubans de mica 14 compre- nant un doublage 16, une couche de paillettes de mica 18 et une feuille de couverture 20; le tout soudé par la composition de polysiloxane visqueuse d'une viscosité de 100 à 100.000 poises à 25 C. On applique autant de cou- ches de ruban de mica 14 qu'il en faut suivant l'application.
Si néces- saire, ou si on le désire, on peut appliquer une couche de ruban de verre 21 au-dessus de l'ensemble des couches de ruban de mica.
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Le bobinage 10 portant le ruban de mica et le ruban de verre qui le recouvre si on le désire, est alors imprégné sous vide dans le réservoir d'imprégnation 22 de la fig. 2. Le réservoir d'imprégnation 22, est muni d'une conduite 24 par laquelle on peut.introduire la composition de poly- siloxane 26 ou la faire sortir si on le désire. Le réservoir est muni d'un couvercle étanche approprié 28. A l'extrémité supérieure du réservoir se trouve une conduite 30, par laquelle l'espace intérieure peut être relié à une source de vide, par exemple une pompe à vide ou analogue, ou en va- riante à l'atmosphère ou à une source de gaz sous pression telle que, par exemple de l'azote ou de l'anhydride carbonique, si le polysiloxane servant à l'imprégnation doit être mis sous pression pour faciliter l'imprégnation du bobinage 10.
Le bobinage 10 est disposé sur un support 32 à l'intérieur du réservoir 22.
On a trouvé désirable de placer le bobinage 10 sur les supports
32 dans le réservoir vide 22, puis d'appliquer un; vide par la conduite 30 pour éliminer l'air, l'humidité et d'autres matières volatiles qui pour- raient être présentes à l'intérieur de ce bobinage. Dans certains cas, le bobinage peut être chauffé avant d'être placé dans le réservoir 22 ou tan- dis qu'il s'y trouve pour faciliter son évacuation. Ensuite, le bobinage
10 est noyé' dans la composition de polysiloxane 26 ou plongé dans cette composition dont la viscosité est inférieure à 4 poises à 25 C, et de pré- férence inférieure à 50 centipoises.
Après que le polysiloxane 26 a été introduit en quantité suffisante pour recouvrir le bobinage 10, le vide petit être interrompu et on peut admettre la pression atmosphérique par la conduite 30, ou une pression supérieure à la pression atmosphérique peut être appliquée à la surface du polysiloxane pour faciliter l'imprégnation des interstices et des pores du ruban de mica et des espaces entre les spi- res 12 du bobinage. Avec les compositions de polysiloxane à viscosité re- lativement faible de la présente invention, l'imprégnatibn du bobinage 10 est assurée rapidement et complètement. En général, en moins d'une heure, les couches de ruban de mica et tous les espaces sont complètement et par- faitement remplis et saturés. Ensuite, le réservoir peut être ouvert et le bobinage retiré pour être vulcanisé.
Le bobinage imprégné 10 avec la composition 26 qui y est appli- quée est rapidement égoutté, puis peut être placé dans un four ou à l'in- térieur d'un moule ou d'une forme qui est chauffée, et la composition de polysiloxane appliquée est entièrement vulcanisée.
Dans la plupart des cas, le bobinage imprégné 10 est entouré d'une pellicule ou d'une feuille imperméable immédiatement après un égouttage superficiel rapide pour éviter un échappement excessif de l'intérieur du ruban de mica ou une exsudation de la composition de polysiloxane d'impré- gnation. Une matière appropriée comprend des rubans d'acétate de cellulo- se, d'alcool polyvinylique, de polytétrafluoréthylène, de caoutchouc chlo- roprène, et des polymères de téréphtalate de polyéthylène glycol. De bons résultats ont été obtenus avec des pellicules de téréphtalate de polyéthy- lène glycol de 0,024 mm d'épaisseur et de 50,8 mm de largeur appliquées à demi recouvrement.
Le ruban imperméable ainsi appliqué réduit les pertes de polysiloxane jusqu'à sa parfaite vulcanisation. Il facilite également le montage du ruban de mica et l'enlèvement des bobinages des moules de mi- se à dimension et de vulcanisation.
La composition de polysiloxane peut être vulcanisée pour la trans- former en un polymère solide par chauffage ou irradiation par des rayons actiniques ou ultra-violets, particulièrement lorsque la composition a été mélangée à un catalyseur de polymérisation du type vinylique, par exemple le peroxyde de benzoyle, le peroxyde de lauroyle, le peroxyde de méthyl-
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éthyl-cétone, l'hydroperoxyde de tertio-butyle, l'ascaridole, le perbenzoate de tertio-butyle, le diperphtalate de di-tertio-butyle, les ozonides etc..
Ces catalyseurs peuvent être utilisés en quantités variant de 0,1% à 2% en poids, bien que des quantités un peu plus importanttes ou plus faibles puissent être utilisées, si on le désire. En outre des accélérateurs de polymérisation peuvent être ajoutés à ces catalyseurs en quantités repré- sentant, par exemple 0,01 % en poids.
Les polysiloxanes peuvent être vulcanisés, sans aucun catalyseur ajouté, en les soumettant à la lumière ultra-violette ou à des rayons de haute fréquence, y compris des rayons gamma ou des rayons d'un faisceau d'électrons, qui peuvent être obtenus d'un générateur de Van de Graaff, ou d'une matière radioactive comme le cobalt radioactif qui y applique des électrons et des rayons gamma. Les compositions liquides peuvent être sou- mises aux rayons d'un faisceau d'électrons d'au moins 0,05 m.e.v. pour ap- pliquer de 2 à 50 méga REP afin d'obtenir des polymères solides.
Les compositions de polysiloxane de la présente invention ont été utilisées avec un grand succès pour préparer des demi-bobinages utilisés par exemple pour les génératrices à haute tension dans les centrales élec- triques etc... Dans de nombreux cas, ces demi-bobinages conduisent un cou- rant électrique sous des tensions de 5.000 à 24.000 volts et plus. Il est nécessaire que l'isolant utilisé dans ces génératrices soit de la plus hau- te qualité et absolument sûr pour maintenir l'appareil en bon état de fonc- tionnement .
Les demi-bobinages peuvent avoir une longueur de 9 à 12 m et plus.
Chaque demi-bobinage comprend généralement plusieurs spires transposées de ruban de cuivre ou de fil de cuivre rectangulaire. Ces spires sont isolées en y appliquant une couche de matière isolante solide, par exemple du tissu de verre imprégné d'un vernis de polysiloxane thermodurci ou d'une autre résine appropriée.. Ensuite, le demi-bobinage est façonné pour lui donner une forme dans laquelle la partie centrale qui constitue la plus grande par- tie du bobinage est relativement droite. Cette partie centrale est appelée la partie fente du demi-bobinage et se place dans les fentes du noyau magné- tique du stator de la génératrice. Un tel bobinage est illustré à la fig.
3 du dessin où le demi-bobinage 40 comprend la partie fente reotiligne 41.
Au delà de chaque extrémité de la partie fente 41 s'étend une partie à cour- be complexe 42 qui se termine par une extrémité 43 généralement constituée de cuivre nu qui doit être étamé pour être soudé aux autres demi- bobinages lors de l'assemblage dans la machine..
Comme on peut le voir sur la fig. 3 du dessin, le demi-bobinage est entouré de plusieurs couches de ruban de mica 44,généralement 12 à 22 couches de ruban de mica sont utilisées pour les applications à haute ten- sion. Dans la plupart des cas, l'ensemble des rubans de mica est recouvert d'un ruban de tissu de verre d'une épaisseur de 0,05 à 0,13 mm qui sert à protéger le ruban de mica contre l'abrasion et les manipulations brutales.
Le ruban de mica de la présente invention peut être enroulé très serré au- tour des spires du conducteur du demi-bobinage. Le demi-bobinage achevé est alors placé dans un récipient d'imprégnation approprié 46 qui contient une composition de siloxane 48 à viscosité relativement faible. Le réci- pient d'imprégnation 46 est placé à l'intérieur d'un autoclave où le demi- bobinage 40 est d'abord soumis au vide et à un chauffage pour chasser l'hu- midité, les gaz occlus, etc.. Ensuite, le récipient 46 est rempli d'une quantité suffisante de la composition de polysiloxane 48 pour submerger complètement le demi-bobinage 40.
Le vide dans l'autoclave peut être in- terrompu à ce moment et la pression atmosphérique (ou supérieure à la pres- sion atmosphérique) admise pour chasser la composition de polysiloxane dans tous les interstices et les vides du ruban de mica, ainsi que dans les
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ouvertures et les espaces entre les spires du conducteur. Après une pério- de appropriée de l'ordre d'une heure, le récipient 46 peut être retiré de l'autoclave et le demi-bobinage peut en être retiré en le laissant rapi- dement égoutter. Le demi-bobinage est alors entouré du ruban imperméable, par exemple en téréphtalate de polyéthylène glycol, pour éviter tout écou- lement excessif de la composition de polysiloxane.
Pour que le demi-bobinage ait une partie fente 41 de la forme et de la dimension exactes s'adaptant aux fentes du stator magnétique, il est désirable que ce demi-bobinage soit soumis à une opération de pressage ou de moulage à chaud au cours de laquelle la composition de polysiloxane se vulcanise à l'état d'une matière solide thermodurcie. Il est également désirable que les spires, d'extrémité 42 soient consolidées pour rendre plus compact le ruban de mica et façonner les spires d'extrémité pour leur don- ner la configuration exacte assurant un joint parfait des extrémités 43 des demi-bobinages successifs l'un à l'autre.
Un dispositif approprié pour mouler les demi-bobinages et leur donner la forme, les dimensions et la configuration voulues tandis qu'on vulcanise le polysiloxane, est représenté sur la fige4 du dessin. Le bo- binage 40 est placé dans l'angle d'un profilé d'acier 50 d'une longueur correspondant à la longueur de la partie fente 41.Un second profilé en acier 52 est appliqué à la face supérieure et à l'autre côté du demi-bobina- ge. Le profilé 52 a une hauteur et une largeur correspondant très exacte- ment à l'épaisseur et à la profondeur désirées pour la partie fente. Plu- sieurs dispositifs de serrage en C 54 sont disposés autour du profilé 50.
Chaque dispositif de serrage en C est muni'd'un bloc 56 entrant en contact avec l'angle du profilé 52 et commandé par la vis 58 de façon que par régla- ge de cette vis le bloc 56 force le profilé 52 contre le profilé 50 pour rendre plus compacte la partie fente 41 du bobinage et lui donner les dimen- sions et la forme voulues. La spire terminale 42 est placée contre des pla- ques rigides 60 portant des coins 62 de forme appropriée pour façonner con- venablement cette spire, les spires terminales étant attachées par les ru- bans 66. En outre, des tampons de caoutchouc 64 présentant un méplat 63 et une surface supérieure arrondie 65 sont appliqués sur les deux cotés plats des spires d'extrémité et fortement serrés par le ruban 66.
L'ensemble de la fig. 4 est alors chauffé par exemple dans un four pendant un temps suf- fisant pour vulcaniser entièrement la composition des résines de polysilo- xane.
Bien que les compositions de polysiloxane de la formule (l) puis- sent être et aient été utilisées pour imprégner des bobinages électriques, elles vulcanisent en solides résineux durs et relativement fragiles. Des solides plus flexibles, plus tenaces sont obtenus si l'on mélange les com- positions de polysiloxane,de faible viscosité de la formule (1) à des po- lysiloxanes liquides à chaîne longue, plus visqueux, présentant des groupes actifs C = C < , tels que vinyle, allyle, et méthallyle, attachés au silicium par les liaisons carbone--silicium.
Les compositions de polysilo- xane mélangées comprennent au moins 10% en poids du polysiloxane de la for- mule (1) , d'une viscosité inférieure à 1 poise, et de préférence inférieure à 50 céntipoises, à 25 C, et le reste, au moins 10% en poids étant formé de polysiloxane à chaîne longue comptant des groupes >C = C , et d'une viscosité supérieure à 1 poise, et de préférence à 10 poises à 25 Co C'est ainsi, que des mélanges de parties égales d'un polysiloxane de la for- mule (3), où n = 2,5, et du polysiloxane de l'exemple 1 après neutralisation de l'alcali mais avant le chauffage à 150 à 200 C, qui a une viscosité de 13 poises, donnent un mélange d'une viscosité de 0,5 poise.
L'huile de po- lysiloxane de 6 poises de l'exemple II peut être mélangée au polysiloxane de ,20 centipoises de la formule (3), n = 3, dans des proportions variant de 30
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,à. 70% du premier, pour obtenir des liquides d'imprégnation mixtes de faible viscosité ne dépassant pas 4 poises à 25 C. Toutes ces compositions de po- lysiloxane mixtes donnent après vulcanisation des masses résineuses solides tenaces d'une excellente solidité.
Les compositions de polysiloxane liquides d'une viscosité infé- rieure à 4 poises utilisées pour imprégner le bobinage entouré de ruban pé- pètrent facilement entre les spires du ruban de mica. On a trouvé qu'elles arrivent à pénétrer entre les paillettes de mica et matières analogues, par- ce qu'elles sont compatibles avec le liant de polysiloxane très visqueux appliqué au ruban de mica et qu'elles dissolvent en partie ou complètement le liant au cours de leur passage de telle sorte que celui-ci ne s'oppose pas à la pénétration. En fait, le liant de polysiloxane semble créer un trajet entre les paillettes de mica qui facilite le passage et la pénétra- tion de la composition de polysiloxane de viscosité faible.
De cette maniè- re, de nombreuses couches de ruban de mica sont facilement pénétrées par la composition de polysiloxane utilisée pour l'imprégnation qui peut ainsi rem- plir complètement tous les pores, les crevasses, les espaces etc., dans l'isolation 44. Des essais des bobinages effectués en appliquant des ten- sions croissantes ne montrent que de légers accroissements du facteur de puissance avec l'acroissement de la tension et l'élévation de la températu- re. Ceci indique une absence pratique de vides dans l'isolant. L'exemple qui suit illustre la préparation de demi-bobinages suivant la présente in- vention.
EXEMPLE III.
On entoure un demi-bobinage de 12 couches du ruban de mica de l'exemple I. Ensuite, on recouvre le ruban de mica de bandes de verre de 0,1 mm d'épaisseur appliquées à demi recouvrement. Le bobinage obtenu est soumis à l'évacuation sous une pression inférieure à 5 mm de mercure après avoir été chauffé à une température de plus de 125 C pendant 8 heures et refroidi à 50 C environ. On l'imprègne ensuite dans un réservoir représenté sur la fig. 3 du dessin de la composition de polysiloxane suivante. Le po- lysiloxane est préparé en mélangeant 70 % du polysiloxane correspondant à la formule .
(3? où n a une valeur moyenne de 2,5 et 30 % en poids de la com- position comprenant un méthylphénylvinylpolysiloxane qui peut être préparé suivant l'exemple I, et de la formule générale suivante:
EMI10.1
où m et n représentent des nombres supérieurs à 10.
Ce dernier polysiloxane a une viscosité de 13 poises à 25 C. La composition de polysiloxane mixte obtenue n'a toutefois qu'une viscosité de 0,4 poise à 25 C. Une quantité égale à 1% en poids de peroxyde de diter- tiobutyle est ajoutée à titre de catalyseur. L'imprégnation est effectuée en faisant le vide dans le bobinage en dessous de 5 mm de mercure, en l'inon- dant du mélange de polysiloxane puis en appliquant la pression atmosphéri- que à la surface du polysiloxane pour l'effacer dans les interstices du demi bobinage. Il faut environ 4 litres du mélange de polysiloxane pour im- prégner le demi-bobinage.
Ensuite, on retire le demi-bobinage du réservoir
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d'imprégnation, on le laisse rapidement égoutter et on l'entoure d'un ru- ban de téréphtalate de polyéthylène glycol de 38 mm de largeur et d'une épaisseur d'environ 0,024 mm. Le demi-bobinage est alors placé dans un ga- barit de moulage représenté sur la fig. 4 du dessin. Le bobinage est en- suite soumis à un chauffage pendant 16 heures à des températures de 140 à
160 C. A t'issue de cette période, le bobinage est retiré du gabarit et les tampons de caoutchouc 64 et le ruban 63 sont enlevés, ainsi que le ru- ban imperméable en téréphtalate de polyéthylène glycol.
La résine vulcanisée du bobinage est tenace et dureo La résis- tance à la rupture de l'isolant appliqué sur le bobinage est essayée en utilisant l'essai degré par degré pendant 1 minute. L'isolant a une épais- seur de paroi de 4,8 mm et résiste à 80 kilovolts. La résistance diélec- trique est comprise entre 160 et 200 KV cm.
Les compositions de polysiloxane liquides de la présente invention peuvent être utilisées pour noyer des appareils électriques comme représen- té sur la fige 5 du dessin. Le récipient 100 comprend un support 102 sur lequel sont disposés les bobinages 104 et le noyau magnétique 106. Les bobinages 104 sont couverts d'une matière fibreuse 108, par exemple un ru- ban d'amiante. Des conducteurs 110 venant des bobinages passent à travers le couvercle 112 du récipient en passant par les buselures isolantes 114.
Le couvercle comprend une fermeture à vis 116.
Les polysiloxanes susceptibles de réaction complète de la présen- te invention, avec ou sans charge finement divisée, telle que de la silice, du carbonate de calcium, de la poudre de mica, du verre etc., peuvent être introduits par l'ouverture du couvercle formée en retirant la fermeture vissante 116. Les compositions de polysiloxane introduites dans la boîte 100 peuvent être appliquées sans recourir au vide, mais pour obtenir une excellente imprégnation la boite 100 doit être évacuée avant qu'on y intro- duise la composition de polysiloxane. Après que la composition de polysilo- xane a été introduite pour remplir la boîte 100 jusqu'au niveau du couver- cle 112, la fermeture vissante 116 peut être appliquée pour fermer herméti- quement la boite.
Ensuite, la composition de polysiloxane 118 à l'intérieur de la boite est vulcanisée par chauffage de la boite toute entière à une température de l'ordre de 150 à 160 C. Il ne se produit qu'un très faible retrait de la oomposition de polysiloxane, généralement de l'ordre de 4% et notablement inférieur en présence d'une quantité importante de charge soli- de.
De nombreux types de conducteurs isolés peuvent être préparés en y appliquant les compositions de polysiloxane liquides de la présente in- vention. C'est ainsi que des bobinages entiers, des bobinages en épingle à cheveux et des bobinages ordinaires de bobines ou de champ peuvent être préparés en enroulant des conducteurs pour leur donner une forme déterminée d'avance,généralement avec une matière isolante solide autour des conduc- teurs, puis en imprégnant ou en traitant le bobinage en le plongeant dans les compositions de polysiloxane, soit avec, soit sans application de vide.
Ensuite, les compositions de polysiloxane appliquées aux bobinages peuvent être vulcanisées en y appliquant de la chaleur en présence d'un catalyseur de polymérisation.
Les compositions de polysiloxane de la présente invention convien- nent particulièrement pour la préparation de buselures électriques. Les buselures comprennent un manchon de porcelaine isolant disposé autour d'un tenon conducteur d'une longueur supérieure à celle du manchon, ce tenon conducteur dépassant des deux extrémités du manchon. Un manchon de dimen- sions appréciables est ménagé entre le manchon de porcelaine et le tenon conducteur. Cet espace est rempli en appliquant plusieurs couches de ruban
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de mica à la partie du tenon qui doit être disposée à l'intérieur du man- chon. On a trouvé désirable d'appliquer une épaisseur suffisante de ruban de mica ou de feuille de mica à la buselure pour remplir pratiquement l'es- paoe entre la buselure et le manchon.
Ensuite, la buselure disposée à l'in- térieur du manchon est imprégnée ou remplie des compositions de polysilo- xane susceptibles de réaction complète de la présente invention, de préfé- renoe sous vide, et vulcanisée. Ensuite, l'espace entre le manchon de por- celaine et la buselure est:rempli d'une résine de polysiloxane solide im- prégnant le ruban de mica. On obtient ainsi des buselures de qualité supé- rieure.
A titre d'illustration d'un procédé de préparation d'une buselure, on se reportera à la fig. 6 du dessin qui montre un réservoir d'imprégnation 150 muni d'un tuyau approprié 152 pour introduire et retirer la composition de polysiloxane du réservoir. Le réservoir comprend un couvercle scellable 154 et est muni d'un tuyau 156 convenant pour faire le vide à l'intérieur du réservoir et pour introduire de l'air ou des gaz à la pression atmosphé- rique ou à une pression supérieure, si on le désire- Un support 158 à l'intérieur du réservoir supporte une buselure 160 qui comprend un manchon de porcelaine 162 à l'intérieur duquel est disposé un tenon conducteur 164.
L'extrémité inférieure du tenon 166 s'étend en dessous d'un collier 168, qui y est fixé, et -sur lequel repose le manchon de porcelaine 162. L'espa- ce 170 entre la buselure 164 et le manchon de porcelaine 162 est partielle- ment rempli du ruban de mica 172, qui y a été préalablement appliqué.
L'isolant de mica comprend le ruban de mica et une composition de polysilo- xane visqueuse servant de liant ayant une viscosité de 100 à 25.000 poises.
Les surfaces extérieures de la buselure ont été enduites d'une matière pro- tectrice appropriée 174 pour éviter l'adhérence de ces compositions et fa- ciliter le détachement. üne matière appropriée pour l'enduit 174 est l'al- cool polyvinylique. Comme on l'a illustré, la buselure 160 est couverte d'une composition de polysiloxane de faible viscosité 176 qui est à un ni- veau suffisamment élevé pour que l'espace 170;soit rempli. La composition de polysiloxane d'imprégnation peut être entièrement constituée du polysi- loxane de faible viscosité de la formule (1), (2) ou (3), parce qu'une bu- selure est relativement fixe et n'est'pas exposée aux flexions comme un conducteur, ou bien le polysiloxane d'imprégnation peut comprendre n'importe quel polysiloxane mixte décrit.
Le polysiloxane est appliqué par imprégna - tion sous vide et pénètre dans le ruban 172 ,en remplissant l'espace 170 qui existe entre le ruban et les parois de la buselure. Après imprégnation, la buselure est retirée du réservoir d'imprégnation 150, puis vulcanisée par chauffage, par exemple à 150 C pendant un temps suffisant pour vulcaniser le polysiloxane appliqué pour l'imprégnation et le liant du ruban, qui a été dissous et mélangé à ce polysiloxane. On obtient ainsi une masse de résine de polysiloxane solide remplissant l'espace 170. Ensuite, l'alcool polyvinylique peut être enlevé et un autre collier peut être vissé sur la partie filetée 180 à la partie supérieure de la buselure pour fixer solide- ment le tenon conducteur à la porcelaine.
Ces buselures fonctionnent de façon satisfaisante à température- élevée pendant des durées prolongées et avec des résultats satisfaisants.
Dans certains cas, les busèlures sont préparées en enroulant jus- qu'à 25 couches du ruban de mica composite de l'exemple I sur la partie du tenon conducteur disposée à l'inférieur du manchon de porcelaine. Le ruban de mica est imprégné de la composition de polysiloxane ayant une viscosité inférieure à 40 centipoises à 25 C. Le tenon entouré de mica et imprégné est recouvert d'une pellicule imperméable, et vulcanisé par chauffage à 150-160 C pendant plusieurs heures. On peut appliquer des nouvelles couches de ruban de mica, 25 couches à la fois, une ou plusieurs fois supplémentai- res, avec une vulcanisation entre chaque application, jusqu'à ce que l'épais-
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seur requise d'isolant à base de mica imprégné de résine ait été appliquée à la buselure.
Généralement, cette épaisseur est un peu plus que le dia- mètre de l'espace intérieur du manchon de porcelaine, mais peut être fa- cilement réduite par usinage pour que le tenon isolé puisse pénétrer dans ce manchon. Tout espace restant à l'intérieur du manchon peut être rem- pli du polysiloxane qui est vulcanisé à l'état de masse résineuse solide.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de préparation d'un conducteur électrique isolé, caractérisé en ce qu'on applique à un conducteur électrique, un isolant composite comprenant une couche de matière isolante solide perméable, on imprègne le conducteur et l'isolant perméable appliqué d'une composition de polysiloxane liquide complètement polymérisable d'une viscosité ne dé- passant pas 4 poises à 25 C, le polysiloxane complètement polymérisable comprenant au moins 10% en poids d'un polysiloxane liquide de faible vis- cosité de la formule
EMI13.1
où R représente au moins un radical monovalent choisi dans le groupe formé par les radicaux alkyles ne comptant pas plus de 4 atomes de carbone et les radicaux phényles, tolyles et xylyles, R1 représente au moins un radi- cal monovalent choisi dans le groupe formépar les groupes méthyles et vi- nyles, et n est au moins 2,
et a une valeur moyenne de 2,0 à 10, et on vulcanise le polysiloxane pour obtenir une matière solide thermodurcie.